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TWI781985B - 具有自動對焦與光學圖像穩定功能的相機模組 - Google Patents

具有自動對焦與光學圖像穩定功能的相機模組 Download PDF

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TWI781985B
TWI781985B TW107107785A TW107107785A TWI781985B TW I781985 B TWI781985 B TW I781985B TW 107107785 A TW107107785 A TW 107107785A TW 107107785 A TW107107785 A TW 107107785A TW I781985 B TWI781985 B TW I781985B
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lens
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約瑟夫馬歇爾 庫尼克
卡蘭 梅羅特拉
馬克Ｊ 蘇里爾
保羅麥克 田
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美商康寧公司
韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司
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Abstract

相機模組包括圖像感測器、透鏡組件和機械致動器。透鏡組件經定位將圖像聚焦在圖像感測器上，且透鏡組件包含可變焦透鏡。機械致動器在X方向和Y方向的每一方向上引起透鏡組件和圖像感測器之間的相對平移，X方向平行於第一橫軸，Y方向平行於第二橫軸。第一橫軸實質垂直於透鏡組件的光軸，及第二橫軸實質垂直於光軸和第一橫軸中的各者。透鏡組件在第一旋轉方向與第二旋轉方向的每一方向上相對於圖像感測器固定，第一旋轉方向繞第一橫軸，第二旋轉方向繞第二橫軸。

Description

具有自動對焦與光學圖像穩定功能的相機模組
本申請案依專利法主張於2017年3月9日提出申請的美國臨時專利申請案第62/469,203號及於2017年9月21日提出申請的美國臨時專利申請案第62/561,443號之優先權權益，本申請案依據以上美國專利申請案之揭露內容且該揭露內容以引用之方式全部併入本說明書。
本揭示案係關於相機模組，且更具體地係關於具有自動對焦和光學圖像穩定（OIS）功能的相機模組。
一種用於數位相機的相機模組通常包括圖像感測器和光學系統，該光學系統經定位而將圖像聚焦在圖像感測器上。一些更高級的相機模組施行自動對焦功能和/或光學圖像穩定（OIS）功能。例如，經配置施行自動對焦和OIS功能的相機模組可以包括三個音圈馬達（VCM），三個音圈馬達在三個不同的軸上物理地平移光學系統。這種機械系統可能需要相對大量的空間且消耗相對大量的功率，以上兩者都是不利的，特別是對於如智慧型手機或平板電腦之類的消費性電子應用來說，其中需要纖細的外形和增加電池壽命。此外，這樣的機械系統可能相對較慢地運行，這導致有較差的自動對焦和/或OIS性能。
本說明書所揭示的是具有自動對焦和光學圖像穩定功能的相機模組。
本說明書揭示一種相機模組，其包括圖像感測器、透鏡組件和機械致動器。透鏡組件經定位將圖像聚焦在圖像感測器上，且透鏡組件包含可變焦透鏡。機械致動器在X方向和Y方向的每一方向上引起透鏡組件和圖像感測器之間的相對平移，X方向平行於第一橫軸，Y方向平行於第二橫軸。第一橫軸實質垂直於透鏡組件的光軸，及第二橫軸實質垂直於光軸和第一橫軸中的各者。透鏡組件在第一旋轉方向與第二旋轉方向的每一方向上相對於圖像感測器固定，第一旋轉方向繞第一橫軸，第二旋轉方向繞第二橫軸。
本說明書揭示一種相機模組，其包括圖像感測器、透鏡組件和機械致動器。透鏡組件經定位將圖像聚焦在圖像感測器上，且透鏡組件包含可變焦透鏡。機械致動器在平行於第一橫軸的X方向和平行於第二橫軸的Y方向上相對於圖像感測器平移透鏡組件。第一橫軸實質垂直於透鏡組件的光軸，且第二橫軸實質垂直於光軸和第一橫軸中的各者。透鏡組件在一第一旋轉方向、一第二旋轉方向及Z方向中的每一方向上相對於圖像感測器固定，第一旋轉方向繞第一橫軸，第二旋轉方向繞第二橫軸，Z方向平行於光軸。透鏡組件和機械致動器協同式操作以在四個或更多個軸上施行光學圖像穩定（OIS）功能。
本說明書揭示一種相機模組，其包括圖像感測器、透鏡組件和機械致動器。透鏡組件經定位將圖像聚焦在圖像感測器上，且透鏡組件包含可變焦透鏡。機械致動器包含第一致動構件和第二致動構件，第一致動構件在X方向上相對於圖像感測器平移透鏡組件，第二致動構件在Y方向上相對於圖像感測器平移透鏡組件，該X方向平行於第一橫軸，該Y方向平行於第二橫軸。第一橫軸實質垂直於透鏡組件的光軸，且第二橫軸實質垂直於光軸和第一橫軸中的各者。透鏡組件在第一旋轉方向、第二旋轉方向及Z方向中的每一方向上相對於圖像感測器固定，第一旋轉方向繞第一橫軸，第二旋轉方向繞第二橫軸，Z方向平行於光軸。透鏡組件和機械致動器協同式操作以在四個或更多個軸上施行光學圖像穩定（OIS）功能。
本說明書揭示一種用於操作相機模組的方法。該方法包括調整透鏡組件的可變焦透鏡的焦距以施行自動對焦功能。該方法包括在X方向和Y方向中的每一方向上相對於圖像感測器平移透鏡組件以回應相機模組在第一旋轉方向與第二旋轉方向上的運動，該X方向平行於第一橫軸，該Y方向平行於第二橫軸，該第一旋轉方向繞第一橫軸，該第二旋轉方向繞第二橫軸。第一橫軸實質垂直於透鏡組件的光軸，且第二橫軸實質垂直於光軸和第一橫軸中的各者。透鏡組件在第一旋轉方向、第二旋轉方向及Z方向中的每一方向上相對於圖像感測器固定，該Z方向平行於光軸。
可以理解前述的概括說明與之後的詳盡說明僅為示範，並意欲提供概述或架構以了解申請專利範圍的特性與特徵。包含的附圖提供進一步理解，且併入說明書中及構成本說明書的一部分。圖式繪示了一個或更多個實施例，並與說明書一併作為解釋各個實施例的原理與操作。
現在將詳細地參考附圖中所示的示例性實施例。可能的話，相同的數字編號使用於全部圖式中以用來代表相同或相似的部分。圖式中的元件不一定按比例繪示，而是重點放在說明示例性實施例的原理上。
包括範圍的端點的數值在本說明書中可能在其前以術語「約」、「近似」或類似用語表示為近似值。在這種情況下，其他實施例包括特定數值。無論數值是否表示為近似值，在本揭示案中包括兩種實施例：一者表示為近似值，另一者不表示為近似值。將進一步理解的是，每個範圍的端點對於另一個端點都是重要的，且獨立於另一個端點。
在各種實施例中，相機模組包括圖像感測器和透鏡組件，透鏡組件經定位將圖像聚焦在圖像感測器上。透鏡組件包括可變焦透鏡。在一些實施例中，機械致動器在平行於第一橫軸的X方向和平行於第二橫軸的Y方向中的每一個方向上引起透鏡組件和圖像感測器之間的相對平移。第一橫軸實質垂直於透鏡組件的光軸，且第二橫軸實質垂直於光軸和第一橫軸中的各者。或者或甚者，透鏡組件在第一旋轉方向與第二旋轉方向的每一方向上相對於圖像感測器固定，第一旋轉方向繞第一橫軸，第二旋轉方向繞第二橫軸。在一些實施例中，可變焦透鏡是可調整的以施行自動對焦功能。例如，可變焦透鏡是具有液體介面的液體透鏡，其是可調整的以調整透鏡組件的焦距以施行自動對焦功能。或者或甚者，機械致動器引起透鏡組件和圖像感測器之間的相對平移，以施行光學圖像穩定（OIS）功能。因此，在一些實施例中，相對於在三個或更多個軸上操作的更複雜的機械致動器，可以使用可變焦透鏡和相對簡單的雙軸機械致動器來實現自動對焦和OIS功能。在一些實施例中，可變焦透鏡是可調整的以施行OIS功能。例如，可變焦透鏡是具有液體介面的液體透鏡，其是可調整的以調整介面的傾斜度，來調整在X方向或Y方向中的至少一個方向上透鏡組件的焦點。因此，在一些實施例中，可變焦透鏡和機械致動器可以協作式操作以用在兩個或更少軸上的機械運動來在四個或更多個軸中施行OIS功能，或者用在三個或更少軸上的機械運動來在五個或更多個軸中施行OIS功能。
因為可變焦透鏡能夠在兩個軸上施行OIS功能，所以本說明書所述之相機模組能夠用限制於一個側面（lateral plane，如X-Y平面）之相對簡單的機械運動使複雜的OIS功能在四個或五個軸上實行。相較於使用沿多軸機械平移（如XYZ運動）以及繞這些軸的旋轉之傳統相機模組，本說明書所述的相機模組可以降低功耗、延長使用壽命、增加抗機械衝擊、更快的聚焦/穩定時間、改善特寫（close-up）聚焦、簡化OIS控制、更小的形狀要素以及減少電磁干擾（如，由於使用機械致動器而不會改變磁場）。
圖1和圖2分別是相機模組100的一些實施例的分解示意圖和透視圖，相機模組100包括圖像感測器110和透鏡組件130，透鏡組件130經定位將圖像聚焦在圖像感測器上。在一些實施例中，相機模組100包括殼體150，且透鏡組件130安裝在殼體內以將圖像聚焦在圖像感測器110上。例如，殼體150包括底板152和從底板延伸的一個或更多個側壁154。在一些實施例中，殼體150包括在底板152中的開口156，且圖像感測器110被接收在如圖1和2所示的開口內或與開口對齊。在其他實施例中，圖像感測器110安裝在殼體的底板上，使得可以省去開口。因此，殼體的底板可以是連續的且/或沒有開口。
儘管圖1和圖2中所示的殼體150包括從底板152延伸以形成周邊殼體的四個實質固體（solid）的側壁154，但本揭示案中亦包括其他實施例。例如，在其他實施例中，省略了一個或更多個側壁。例如，殼體150可以包括三個壁、兩個壁或一個壁。或者或甚者，側壁中的一個或更多個包括開口（如能夠使電連接穿過其中）。
相機模組100包括機械致動器170，機械致動器170引起透鏡組件130和圖像感測器110之間的相對平移。例如，在圖1和2所示的實施例中，機械致動器170在平行於第一橫軸172的X方向和平行於第二橫軸174的Y方向中的每一個方向上引起相對平移，如本說明書所述。第一橫軸172實質垂直於透鏡組件130的光軸176，且第二橫軸174實質垂直於光軸和第一橫軸中的各者。在一些實施例中，機械致動器170包括第一階（stage）180和第二階190。第一階180在至少一個橫向方向（如X方向）上相對於圖像感測器110是可平移的，及第二階190在至少一個橫向方向（例如Y方向）上相對於圖像感測器是可平移，如本說明書所述。透鏡組件130在兩個正交方向上相對於圖像感測器110的平移可以使得機械致動器170能夠如本說明書所述在兩個軸上施行OIS功能。
在一些實施例中，第一階180可移動地與殼體150接合，以使第一階能夠相對於殼體平移。例如，第一階180用第一致動構件182耦接至殼體150（如耦接於底板152和/或側壁154），可以致動第一致動構件182以引起第一階相對於殼體的平移。在一些實施例中，相機模組100包括設置在第一階180與殼體150之間的滑動機構。例如，在圖1和2所示的實施例中，滑動機構包括形成在殼體150的底板152中的一個或更多個槽184和設置在每個槽內的軸承186。第一階180靜置在軸承186上，且軸承在槽184內自由滾動。因此，在第一階相對於殼體平移期間，滑動機構可以減少第一階180與殼體150之間的摩擦。或者或甚者，藉由防止平移期間第一階的結合或震動，滑動機構可以幫助實現第一階180相對於殼體150的平滑平移。
在一些實施例中，第二階190可移動地與殼體150和/或第一階180接合，以使第二階能夠相對於殼體平移。例如，第二階190用第二致動構件192耦接至殼體150（如耦接於底板152和/或側壁154）和/或第一階180，可以致動第二致動構件192以引起第二階相對於殼體平移。在一些實施例中，相機模組100包括設置在第二階190與第一階180之間的滑動機構。例如，在圖1和2所示的實施例中，滑動機構包括形成在第一階180上表面上的一個或更多個槽194和設置在每個槽內的軸承196。第二階190靜置在軸承196上，且軸承在槽194內自由滾動。因此，在第二階相對於殼體150平移期間，滑動機構可以減少第二階190和第一階180之間的摩擦。或者或甚者，藉由防止平移期間第二階的結合或震動，滑動機構可以幫助實現第二階190相對於殼體150的平順平移。
在一些實施例中，致動第一致動構件182以使第一階180沿X方向平移。例如，在圖1和2所示的實施例中，第一致動構件182是形狀記憶合金（SMA）構件，其回應電偏壓而在長度上變化以沿X方向推或拉動第一階180。或者或甚者，致動器170包括彈性構件（未圖示），彈性構件與第一致動構件182協作以引起第一階180在X方向上的平移。例如，彈性構件是與第一致動構件182相對定位的彈簧，以在第一階180上提供相反的力（如使移動平滑或促使第一階進入靜止位置）。在一些實施例中，第二階190靜置在第一階180上。因此，第一階180在X方向上的平移引起第二階190在X方向上相對應的平移。在一些實施例中，致動第二致動構件192以引起第二階190在Y方向上的平移。例如，在圖1和2所示的實施例中，致動構件192是SMA構件，其回應電偏壓而改變長度以在Y方向上推或拉動第二階190。或者或甚者，致動器170包括彈性構件（未圖示），彈性構件與第二致動構件192協作以引起第二階190在Y方向上的平移。藉由組合第一階180的一維致動和第二階190的一維致動，第一階和第二階協作式作為二維機械致動器的功能，二維機械致動器能夠在兩個正交方向（如X方向和Y方向）上平移第二階。這種二維機械平移比三維或更多維度上的機械平移顯著簡單，因此二維機械致動器可以被設計成在相機模組內佔據顯著更小的體積。
在一些實施例中，透鏡組件130被安裝到機械致動器170，使得機械致動器引起透鏡組件和圖像感測器110之間的相對平移。例如，在圖1和2所示的實施例中，透鏡組件130安裝到第二階190，使得第一階180和/或第二階的平移引起透鏡組件相應的平移。在一些實施例中，第一階180包括開口188及/或第二階190包括開口198。例如，開口188和開口198可以至少部分地對齊，以提供通過機械致動器170的光學路徑，使得透鏡組件130可以將圖像聚焦在圖像感測器110上。在一些實施例中，開口188大於開口198，使得當第二階190相對於第一階180平移時，光學路徑維持暢通。或者或甚者，透鏡組件130可以至少部分地容納在開口198內，以將透鏡組件安裝到第二階190。
在一些實施例中，機械致動器170使得圖像感測器110在繞光軸176的第三旋轉方向上旋轉。例如，在圖1和2所示的實施例中，機械致動器170包括致動構件178，致動構件178耦接圖像感測器110（如靠近圖像感測器的角落），以使得圖像感測器相對於透鏡組件130在第三旋轉方向上旋轉。例如，致動構件178是使得圖像感測器110相對於透鏡組件130旋轉的微機電系統（MEMS）致動器。圖像感測器110繞光軸176的這種旋轉可以使得機械致動器170能夠如本說明書所述在額外的軸（如第三旋轉方向或滾動方向）上施行OIS功能。
在各種實施例中，圖像感測器110包括半導體電荷耦合元件（CCD）、互補金屬氧化物半導體（CMOS）、N型金屬氧化物半導體（NMOS）、其他圖像感測裝置或以上各者之組合。圖像感測器110偵測由透鏡組件130所聚焦在圖像感測器上的圖像光，以捕捉圖像光所表示的圖像。
儘管參照圖1和圖2描述了致動構件182和192，SMA致動器和致動構件178描述為MEMS致動器，但是本揭示案中亦包括其他實施例。例如，在其他實施例中，每個致動構件獨立地是SMA致動器、音圈馬達（VCM）、MEMS致動器（例如靜電致動器，諸如梳狀驅動致動器、磁致動器、壓電致動器、熱致動器或恆溫致動器）、皮可馬達、以上各者的組合或能夠使透鏡組件130相對於圖像感測器110平移和/或使圖像感測器圍繞光軸176旋轉的其他致動裝置。
儘管參照圖1和圖2描述機械致動器170包括第一階180和第二階190以協作式地實現透鏡組件130相對於圖像感測器110的二維平移，但是本揭示案中亦包括其他實施例。例如，在其他實施例中，機械致動器包括經配置在兩個正交方向上平移的單一階（如美國專利申請公開號2016/0337592中所述的致動器，其藉由引用之方式整體併入本說明書）或能夠在兩個正交方向上機械平移的其他致動器配置。
儘管參考圖1和圖2描述機械致動器170引起透鏡組件130的平移，同時圖像感測器110在X方向和Y方向上維持固定，但是本揭示案中亦包括其他實施例。例如，在其他實施例中，透鏡組件在X方向和Y方向上維持固定，且機械致動器引起圖像感測器的平移。在一些這樣的實施例中，圖像感測器相對於透鏡組件而安裝到機械致動器。在其他實施例中，機械致動器引起透鏡組件和圖像感測器兩者的平移。例如，機械致動器引起透鏡組件在一個方向（如X方向）上的平移和圖像感測器在正交方向（如Y方向）上的平移。在一些這樣的實施例中，透鏡組件安裝到機械致動器的第一部分，且圖像感測器安裝到機械致動器的第二部分。機械致動器的第一部分和第二部分可以彼此獨立地操作，但是其協作以實現在兩個正交方向上透鏡組件和圖像感測器之間的相對平移。
圖3是沿著包括光軸176的平面截取的透鏡組件130的一些實施例的示意性截面圖。透鏡組件130包括可變焦透鏡134。在一些實施例中，透鏡組件130包括一個或更多個固定透鏡136。如本說明書所述，可變焦透鏡134和固定透鏡136可以沿著光軸176佈置以將圖像光10聚焦在圖像感測器110上。
在一些實施例中，可變焦透鏡134是如本說明書所述之液體透鏡。可以藉由改變透鏡內包含的不同液體之間的介面的形狀且不使透鏡組件130相對於圖像感測器110平移、傾斜或以其他方式移動來改變液體透鏡的焦點。在其他實施例中，可變焦透鏡是包括設置在彈性膜內的流體的靜液壓流體透鏡（hydrostatic fluid lens）。可以藉由改變彈性膜的曲率（如藉由注入或抽出流體和/或藉由向流體透鏡施加外力）且不使透鏡組件相對於圖像感測器平移、傾斜或以其他方式移動來改變靜液壓流體透鏡的焦點。在其他實施例中，可變焦透鏡是液晶透鏡或其他類型的透鏡，該其他類型的透鏡具有可以在不使透鏡組件相對於圖像感測器平移、傾斜或以其他方式移動的情況下而改變的焦距。
圖4是可變焦透鏡134的一些實施例的示意性截面圖。在圖4所示的實施例中，可變焦透鏡134是液體透鏡。例如，可變焦透鏡134包括透鏡主體135和形成在透鏡主體中的空腔137。第一液體138和第二液體139設置在空腔137內。在一些實施例中，第一液體138是極性液體或導電液體。或者或甚者，第二液體139是非極性液體或絕緣液體。在一些實施例中，第一液體138和第二液體139彼此不混溶（immiscible）且具有不同的折射率，使得第一液體和第二液體之間的介面140形成透鏡。可以經由電潤濕（electrowetting）來調整介面140。例如，可以在第一液體138和空腔137的表面（如位於空腔表面附近且與第一液體絕緣的電極）之間施加電壓以增加或降低空腔表面相對於第一液體的潤濕性（wettability）並改變介面140的形狀。在一些實施例中，調整介面140改變介面的形狀，這改變了可變焦透鏡134的焦距或焦點。例如，焦距的這種改變可以使可變焦透鏡134能夠施行如本說明書所述之自動對焦功能。或者或甚者，調整介面140使介面相對於光軸176傾斜。例如，這種傾斜可以使可變焦透鏡134能夠在兩個軸上施行如本說明書所述的OIS功能（如在在第一旋轉方向和第二旋轉方向中的每個旋轉方向上旋轉）。可以如本說明書所述在無需可變焦透鏡134相對於圖像感測器110的物理移動的情況下達到調整介面140。在一些實施例中，第一液體138和第二液體139具有實質相同的密度，這可以幫助避免由於改變可變焦透鏡134的物理定向（如因重力）而導致介面140的形狀改變。
在一些實施例中，可變焦透鏡134的透鏡主體135包括第一窗141和第二窗142。在一些這樣的實施例中，空腔137設置在第一窗141和第二窗142之間。在一些實施例中，透鏡主體135包括協作式形成透鏡主體的複數個層。例如，在圖4所示的實施例中，透鏡主體135包括第一外層143、中間層144和第二外層145。在一些這樣的實施例中，中間層144包括穿過其形成的孔，第一外層143接合於中間層的一側（如物體側），及第二外層145接合於中間層的另一側（如圖像側），使得中間層設置在第一外層和第二外層之間，孔在相反側上由第一外層和第二外層覆蓋，且空腔137被界定於孔內。因此，覆蓋空腔137的第一外層143的一部分用作第一窗141，以及覆蓋空腔的第二外層145的一部分用作第二窗142。在一些實施例中，空腔137如圖4所示是錐形的（tapered），使得空腔的截面積在從物體側到圖像側的方向上沿著光軸176減小。這種錐形空腔可以幫助維持沿光軸176的第一液體138和第二液體139之間的介面140的對齊。在其他實施例中，空腔是錐形的，使得空腔的截面在從物體側到圖像側的方向上沿著光軸增加，或者空腔是非錐形的（non tapered），使得空腔的截面積沿著光軸維持實質恆定。
在一些實施例中，圖像光10通過第一窗141進入可變焦透鏡134，圖像光10在第一液體138和第二液體139之間的介面140處折射，以及通過第二窗142離開可變焦透鏡。在一些實施例中，第一外層143和/或第二外層145包括足夠的透明度以使圖像光10能夠通過，如本說明書所述。例如，第一外層143和/或第二外層275包含聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。在一些實施例中，第一外層143和/或第二外層145的外表面是實質平面的。因此，儘管可變焦透鏡134可以用作透鏡（如藉由將圖像光10折射穿過介面140），但是相對於像固定透鏡的外表面為彎曲的，可變焦透鏡的外表面可以是平面的。在其他實施例中，第一外層和/或第二外層的外表面是彎曲的（如凹入或凸出的）。因此，可變焦透鏡包括一體化的（integrated）固定透鏡。在一些實施例中，中間層144包含金屬、聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。因為圖像光10可以通過中間層144穿過孔，所以中間層可以是或者可以不是透明的。
在一些實施例中，透鏡組件130包括如圖3所示的濾光器148。例如，濾光器148是光譜濾器，其阻擋或去除圖像感測器110所敏感的輻射，但其不被光學元件串（optical train，如透鏡組件130的透鏡）校正。在一些實施例中，光學元件串在可見光區域（如約450nm至大約650nm）被校正，且濾光器148阻擋或去除近紅外光（近IR）區域的輻射（如約650nm至約1500nm）和更短的UV區域的輻射（＜約450nm）。因此，濾光器148可以被稱為紅外光（IR）切斷濾波器和/或藍光濾光器。
在各種實施例中，機械致動器170和可變焦透鏡134單獨地或協同地施行自動對焦和OIS功能。例如，在一些實施例中，可變焦透鏡134施行自動對焦功能。圖5A至5C是不同焦距處設置的可變焦透鏡的一些實施例的示意性截面圖。如圖5A所示，可以在第一液體138和空腔137的表面之間施加相對低的電壓，從而導致空腔表面相對於第一液體具有相對低的潤濕性，使得介面140形成負透鏡。如圖5B所示，可以在第一液體138和空腔137表面之間施加中間電壓，從而導致空腔表面具有相對於第一液體的中間潤濕性，使得介面140實質不具有光功率。如圖5C所示，可以在第一液體138和空腔137表面之間施加相對高的電壓，從而導致空腔表面相對於第一液體具有相對高的潤濕性，使得介面140形成正透鏡。因此，可以調整介面140的形狀以改變可變焦透鏡134的焦距。
如本說明書所使用的用語「相對低的電壓」、「中間電壓」和「相對高的電壓」是相對用語，這是指相對低的電壓小於中間電壓，中間電壓小於相對高的電壓。因此，這些術語不表示任何特定的電壓大小，其可取決於可變焦透鏡的配置、流體的性質等。
在一些實施例中，可變焦透鏡134是可調整的以施行自動對焦功能。例如，調整可變焦透鏡134的焦距（如藉由調整介面140的形狀）以回應物體與相機模組100之間的距離（如表示物體與相機模組之間的距離的輸入），使得透鏡組件130將物體的圖像聚焦在圖像感測器110上。或者或甚者，調整可變焦透鏡134的焦距以回應圖像感測器110所偵測到的圖像的品質（如表示圖像品質的輸入），使得透鏡組件130將圖像聚焦在圖像感測器上。可變焦透鏡134能夠在透鏡組件130沒有相對於圖像感測器110的任何物理移動的情況下施行自動對焦功能。因此，在一些實施例中，透鏡組件130在平行於光軸176的Z方向上相對於圖像感測器110固定。
在一些實施例中，機械致動器170施行OIS功能。圖6A和6C是透鏡組件130將物體22的圖像20聚焦在圖像感測器110上的示意圖。圖6A至6C中的各個圖表示物體22相對於透鏡組件130和圖像感測器110的側視圖以及圖像感測器上的圖像20的相應前視圖。圖6A表示物體22和透鏡組件130的初始對齊，其使得圖像20大致聚焦在圖像感測器110的中心。圖6B表示經調整的對齊，其中物體22在Y方向上相對於相機模組100向下位移，而透鏡組件130沒有相對於圖像感測器110的任何相應平移。可以例如藉由在物體22維持靜止的同時向上平移相機模組，來引起物體22相對於相機模組100的這種位移。由於物體22相對於相機模組100的位移，圖像20在圖像感測器110上的Y方向上向上位移。圖6C表示圖6B中所示的物體22相對於相機模組100的相同的經調整的對齊，但是在透鏡組件130相對於圖像感測器110在向下的Y方向上有相應平移的情況下。由於透鏡組件130相對於圖像感測器110的相應平移，圖像20大致聚焦在如圖6C所示的圖像感測器110的中心。因此，當藉由將透鏡組件130相對於圖像感測器平移以將物體22的位置相對於相機模組100位移時，可以維持圖像20在圖像感測器110上的位置。在一些實施例中，藉由本說明書所述的機械致動器170施行透鏡組件130相對於圖像感測器110的這種平移。
儘管圖6A至6C表示透鏡組件130在Y方向上相對於圖像感測器110的平移，以補償物體22相對於相機模組100在Y方向上的位移，但是其他實施例亦包括在本揭示案中。例如，在一些實施例中，透鏡組件在X方向上平移以補償物體相對於相機模組在X方向上的位移。在一些實施例中，透鏡組件在X方向和Y方向兩者上平移以補償物體相對於相機模組在X方向和Y方向兩者上的位移。
在一些實施例中，機械致動器170施行OIS功能。圖7A至圖7C是透鏡組件130將物體22的圖像20聚焦在圖像感測器110上的示意圖。圖7A至7C的各圖表示物體22相對於透鏡組件130和圖像感測器110的側視圖以及圖像感測器上的圖像20的相應前視圖。圖7A表示物體22和相機模組100的初始對齊，其使得圖像20大致聚焦在圖像感測器110的中心。圖7B表示因相機模組100在繞第一橫軸172（如相機模組的俯仰（pitch））的第一旋轉方向上旋轉而透鏡組件130沒有相對於圖像感測器110的任何相應平移而引起的經調整的對齊。由於相機模組100的旋轉，圖像20在圖像感測器110上的Y方向上向上位移。圖7C表示圖7B中所示的物體22與相機模組100相同的經調整的對齊，但是在透鏡組件130相對於圖像感測器110在向下的Y方向上有相應平移的情況下。由於透鏡組件130相對於圖像感測器110的相應平移，圖像20大致聚焦在如圖7C所示的圖像感測器110的中心。因此，當藉由調整透鏡組件130相對於圖像感測器110的橫向定位以使相機模組100在第一旋轉方向上移動時，可以維持圖像20在圖像感測器110上的位置。
儘管圖7A至7C表示調整透鏡組件130在Y方向上相對於圖像感測器110的橫向定位，以補償相機模組100在第一旋轉方向上的運動，但是其他實施例亦包括在本揭示案中。例如，在一些實施例中，調整透鏡組件的橫向位置（如在X方向上）以補償相機模組在繞第二橫軸174的第二旋轉方向上的運動（如相機模組的偏轉（yaw））。在一些實施例中，調整透鏡組件相對於圖像感測器的橫向位置以補償相機模組在第一旋轉方向和第二旋轉方向兩者上的運動（如相機模組的俯仰和偏轉兩者）。
在一些實施例中，透鏡組件130相對於圖像感測器110的橫向位置是可調整的，以施行OIS功能。例如，調整透鏡組件130相對於圖像感測器110的橫向位置，以回應相機模組100的運動（如指示相機模組運動的輸入），以維持物體圖像在圖像感測器上的位置。在一些實施例中，透鏡組件130相對於圖像感測器110的橫向位置，以在X方向或Y方向中的至少一個方向上調整透鏡組件的焦點。例如，透鏡組件130相對於圖像感測器110的橫向位置是可變的，以在X方向上調整透鏡組件的焦點以補償相機模組100的偏轉的變化。或者或甚者，透鏡組件130相對於圖像感測器110的橫向位置是可變的，以調整透鏡組件在Y方向上的焦點以補償相機模組100的俯仰變化。藉由實現焦點在兩個正交方向上的調整，機械致動器170能夠在兩個軸上施行OIS功能。
在一些實施例中，機械致動器170引起透鏡組件130和圖像感測器110之間的相對平移以施行OIS功能。例如，調整透鏡組件130相對於圖像感測器110的橫向位置（如在X方向和/或Y方向上的位置）以回應相機模組100的運動（如指示相機模組在X方向、Y方向、第一旋轉方向或俯仰、及/或第二旋轉方向或偏轉上運動的輸入）以維持物體圖像在圖像感測器上的位置。藉由實現在兩個正交方向上的運動，機械致動器170能夠在兩個軸（如第一橫軸172和第二橫軸174）上施行OIS功能。
在一些實施例中，透鏡組件130相對於圖像感測器110的橫向位置是可變的，以調整圖像20在圖像感測器110上的位置，而透鏡組件沒有相對於圖像感測器的任何物理旋轉。在一些這樣的實施例中，透鏡組件130在繞第一橫軸的第一旋轉方向和繞第二橫軸的第二旋轉方向中的每一個方向上相對於圖像感測器110固定。
在一些實施例中，可變焦透鏡134的傾斜度是可調整的，以在X方向和/或Y方向上調整透鏡組件130的焦點。這種傾斜度的調整可以使可變焦透鏡134能夠施行如本說明書所述的OIS功能。圖8A至8C是在不同傾斜位置處設置的可變焦透鏡134的一些實施例的示意性截面圖。第一液體138和空腔137表面之間的不同電壓可施加在表面的不同區域。例如，如圖8A所示，相對低的電壓施加在表面的第一區域（如下部區域），及相對高的電壓施加在表面的第二區域（如上部區域）。這種電壓施加的方式導致表面相對於第一區域處的第一流體138具有較低的潤濕性以及表面相對於第二區域處的第一流體具有較高的潤濕性，這導致介面140在空腔137內傾斜或偏離中心（decenter）。介面140這樣的傾斜導致圖像光10以跟圖像光進入可變焦透鏡時相對於光軸176不同的角度離開可變焦透鏡134。如圖8B所示，在表面的第一區域和第二區域都施加中間電壓。這種電壓的施加方式導致表面具有與第一區域和第二區域處的第一流體138實質相同的潤濕性，這使得介面140實質維持在空腔137內置中。介面140這樣的置中導致圖像光10以跟圖像光進入可變焦透鏡時相對於光軸176相同的角度離開可變焦透鏡134。如圖8C所示，相對高的電壓施加在表面的第一區域（如下部區域），以及相對低的電壓施加在表面的第二區域（如上部區域）。這種電壓施加的方式導致表面相對於第一區域處的第一流體138具有較高的潤濕性以及表面相對於第二區域處的第一流體具有較低的潤濕性，這導致介面140在空腔137內傾斜或偏離中心。介面140這樣的傾斜導致圖像光10以跟圖像光進入可變焦透鏡時相對於光軸176不同的角度離開可變焦透鏡134。因為圖8C所示配置中的相對高與相對低的電壓施加方式相較於圖8A所示的配置是相反的，所以介面140的傾斜與圖像光10離開可變焦透鏡134的方向改變相較於圖8A所示的配置是相反的。
在一些實施例中，可變焦透鏡134施行OIS功能。圖7A至圖7C是透鏡組件130將物體22的圖像20聚焦在圖像感測器110上的示意圖。圖7A至7C的各圖表示物體22相對於透鏡組件130和圖像感測器110的側視圖以及圖像感測器上的圖像20的相應前視圖。可以藉由如以上參考圖7A至7C所述調整透鏡組件130相對於圖像感測器110的橫向位置以及藉由如以下參考圖7A至7C所述調整可變焦透鏡134的傾斜度來調整透鏡組件130在X方向及/或Y方向上的焦點。圖7A表示物體22和相機模組100的初始對齊，其使得圖像20大致聚焦在圖像感測器110的中心。圖7B表示因相機模組100在繞第一橫軸172（如相機模組的俯仰）的第一旋轉方向上旋轉而物體22保持靜止的同時可變焦透鏡134的傾斜度沒有任何相應調整的情況下引起的經調整的對齊。由於相機模組100的旋轉，圖像20在圖像感測器110上的Y方向上向上位移。圖7C表示圖7B所示的物體22與相機模組100相同的經調整的對齊，但是在可變焦透鏡134有相應傾斜度調整的情況下。由於可變焦透鏡134的傾斜度有相應的調整，圖像20大致聚焦在圖像感測器110的中心。因此，當藉由調整可變焦透鏡134的傾斜度以使相機模組100在第一旋轉方向上移動時，可以維持圖像20在圖像感測器110上的位置。
儘管圖7A至圖7C繪示調整可變焦透鏡134的傾斜度以補償相機模組100在第一旋轉方向上的運動，但是其他實施例亦包括在本揭示案中。例如，在一些實施例中，調整可變焦透鏡的傾斜度以補償相機模組在繞第二橫軸174的第二旋轉方向上的運動（如相機模組的偏轉）。在一些實施例中，調整可變焦透鏡的傾斜度以補償相機模組在第一旋轉方向和第二旋轉方向兩者上的運動（如相機模組的俯仰和偏轉兩者）。
在一些實施例中，可變焦透鏡134的傾斜度是可調整的以施行OIS功能。例如，調整可變焦透鏡134的傾斜度，以回應相機模組100的運動（如指示相機模組運動的輸入），以維持物體圖像在圖像感測器上的位置。在一些實施例中，介面140的傾斜度是可變的，以在X方向或Y方向中的至少一個方向上調整透鏡組件130的焦點。例如，介面140的傾斜度是可變的，以調整透鏡組件130在X方向上的焦點以補償相機模組100的偏轉的變化。或者或甚者，介面140的傾斜度是可變的，以調整透鏡組件130在Y方向上的焦點以補償相機模組100的俯仰的變化。例如，可在第一旋轉方向和/或第二旋轉方向上調整介面140的傾斜度，以在Y方向和/或X方向上調整透鏡組件130的焦點。藉由實現焦點在兩個正交方向上的調整，可變焦透鏡134能夠在兩個軸上施行OIS功能。
在一些實施例中，介面140的傾斜度是可變的，以調整圖像20在圖像感測器110上的位置，而透鏡組件130沒有相對於圖像感測器的任何物理運動。在一些這樣的實施例中，透鏡組件130在繞第一橫軸的第一旋轉方向和繞第二橫軸的第二旋轉方向中的每一個方向上相對於圖像感測器110固定。
在一些實施例中，機械致動器170和可變焦透鏡134都施行OIS功能。例如，機械致動器170在兩個軸上施行OIS功能（如，透鏡組件130沿第一橫軸或X方向以及第二橫軸或Y方向中的各個方向相對於圖像感測器110的橫向移動），以及可變焦透鏡134在兩個軸上施行OIS功能（如，介面140在第一旋轉方向或俯仰方向以及第二旋轉方向或者偏轉方向中的每個方向上的傾斜）。在一些這樣的實施例中，以在兩個或更少軸（如XY平面中的平面運動）上的機械運動來施行OIS功能。例如，機械致動器170引起透鏡組件130在X方向和/或Y方向上相對於圖像感測器110的平移，而透鏡組件在Z方向、第一旋轉方向和第二旋轉方向的每個方向上相對於圖像感測器固定。
在一些實施例中，機械致動器170和可變焦透鏡134協同式地施行OIS功能，以回應相機組件100在第一旋轉方向（如俯仰方向）和/或第二旋轉方向（如偏轉方向）上的運動。例如，調整可變焦透鏡134以回應相機模組100在第一旋轉方向和/或第二旋轉方向上的相對較小的運動，以及調整機械致動器170以回應相機模組在第一旋轉方向和/或第二旋轉方向上相對較大的運動。因此，（如藉由傾斜介面140）調整可變焦透鏡134的傾斜度以回應相對較小的運動，以及（如藉由在X方向和/或Y方向上平移透鏡組件130）調整機械致動器170以回應相對較大的移動，以在相機模組100的這些運動期間維持圖像20在圖像感測器100上的位置。例如，隨著相機模組100開始在第一旋轉方向上移動（如由於相機模組的晃動或振動），調整介面140的傾斜度以維持圖像20在圖像感測器110上的位置。一旦相機模組100的運動超過相對較小的運動的上限並變為相對較大的運動，調整機械致動器170以繼續維持圖像20在圖像感測器110上的位置。因此，可變焦透鏡134和機械致動器170協同式補償相機模組100的旋轉運動。
在一些實施例中，相對較小的運動是大於0°且至多約3°、至多約2°、至多約1.5°、至多約1°、至多約0.9°、至多約0.8°、至多約0.7°、至多約0.6°、至多約0.5°、至多約0.4°、至多約0.3°、至多約0.2°、至多約0.1°、至多約0.05°、至多約0.04°、至多約0.03°、至多約0.02°或至多約0.01°的旋轉運動。或者或甚者，相對較大的運動是大於相對較小的旋轉運動之旋轉運動（如超過相對較小的運動的上限的運動）。旋轉運動在此以相對於初始位置的旋轉運動的幅度表示。因此，可以使用約1°的旋轉運動來表示相機模組100在向上旋轉方向、向下旋轉方向、向右旋轉方向、向左旋轉方向或其組合方向上繞橫軸1°的旋轉。
在一些實施例中，可變焦透鏡134的介面140的傾斜可以更迅速地完成和/或使用比透鏡組件130相對於圖像感測器110的平移更少的功率來完成。然而，可變焦透鏡134的介面140的過度傾斜可能使得圖像失真。構成過度傾斜的傾斜量取決於透鏡組件130內可變焦透鏡134的位置、傾斜期間透鏡組件的焦距以及透鏡組件、圖像感測器110和/或相機模組100的其他特性。藉由用可變焦透鏡134校正相機模組100的較小運動以及用機械致動器170校正相機模組的較大運動，相機模組可以以較小的功耗快速回應小運動，同時仍然能夠作較大的校正沒有實質的圖像失真。因此，與單獨使用可變焦透鏡或單獨使用機械致動器相比，可變焦透鏡134和機械致動器170的組合可以能夠改善OIS表現。
在一些實施例中，機械致動器170在三個軸上施行OIS功能（如透鏡組件130沿第一橫軸或X方向及第二橫軸或Y方向中的各個方向相對於圖像感測器110的橫向移動以及圖像感測器在第三旋轉方向或滾動方向上的旋轉），以及可變焦透鏡134在兩個軸上施行OIS功能（如介面140在第一旋轉方向或俯仰方向及第二旋轉方向或偏轉方向中的每個方向上的傾斜）。在一些這樣的實施例中，用機械運動在三個或更少的軸上施行OIS功能。例如，機械致動器170引起透鏡組件130在X方向和/或Y方向上相對於圖像感測器110的平移以及引起圖像感測器110在繞光軸176的第三旋轉方向上的旋轉，而透鏡組件在Z方向、第一旋轉方向和第二旋轉方向的每個方向上相對於圖像感測器固定。
在一些實施例中，可變焦透鏡134和機械致動器170協同式操作用兩個或更少軸的機械運動（如沿第一橫軸或X方向以及/或第二橫軸或Y方向的平移）以在四個或更多個軸上施行OIS功能（如透鏡組件130沿第一橫軸或X方向及第二橫軸或Y方向中的各個方向相對於圖像感測器110的橫向移動以及介面140在第一旋轉方向或俯仰方向及第二旋轉方向或偏轉方向中的每個方向上的傾斜）。或者或甚者，可變焦透鏡134和機械致動器170協同式操作用三個或更少個軸的機械運動（如沿第一橫軸或X方向以及/或第二橫軸或Y方向的平移以及在第三旋轉方向或滾動方向上的旋轉）以在五個或更多個軸上施行OIS功能（如透鏡組件130沿第一橫軸或X方向及第二橫軸或Y方向中的各個方向相對於圖像感測器110的橫向移動、介面140在第一旋轉方向或俯仰方向及第二旋轉方向或偏轉方向中的每個方向上的傾斜以及圖像感測器在第三旋轉方向或滾動方向上的旋轉）。或者或甚者，三個或更少個機械運動是共面的。藉由限制透鏡組件130相對於圖像感測器110的機械移動量（如限制到兩個或三個軸），相較於在更多軸上引起機械運動的機械致動器，機械致動器170可以顯著減少複雜度且佔用更少的空間和使用更少的電力。
在一些實施例中，相機模組100包括控制如圖1和2所示的可變焦透鏡134和/或機械致動器170的操作之控制單元160。例如，控制單元160可操作地耦接可變焦透鏡134、第一致動構件182和第二致動構件192，以控制可變焦透鏡的焦距和/或焦點位置以及透鏡組件130和圖像感測器110之間的相對運動，如本說明書所述。在一些實施例中，控制單元160產生輸出信號，以控制可變焦透鏡134的焦距和/或焦點位置以及透鏡組件130和圖像感測器110之間的相對運動。例如，控制單元160產生用於由可變焦透鏡134接收的第一輸出信號，以及改變可變焦透鏡的焦距和/或焦點位置以回應第一輸出信號。或者或甚者，控制單元160產生用於由機械致動器170接收的第二輸出信號，以及改變透鏡組件130和圖像感測器110之間的相對位置以回應第二輸出信號。
在一些實施例中，控制單元160確定輸出信號（如第一輸出信號和/或第二輸出信號）以回應物體22和相機模組100之間的距離或圖像感測器110所偵測到的圖像的品質，如本說明書所述。例如，控制單元160確定輸出信號，以回應接收到來自測距裝置或其他合適的距離偵測裝置的距離信號或來自圖像感測器110、圖像信號處理器或其他合適的成像裝置的品質信號。在一些實施例中，控制單元160確定輸出信號（如第一輸出信號和/或第二輸出信號）以回應相機模組100的運動。例如，控制單元160確定輸出信號以回應來自加速計、陀螺儀或其他合適的偵測裝置接收到的移動信號。
經操作同時控制可變焦透鏡和機械致動器的單一控制單元可以相較於兩個或更多個控制單元佔據更少的空間。或者或甚者，與可施行某些彼此相同的操作的兩個或更多個控制單元相比，單一控制單元可以簡化相機模組的操作。或者或甚者，與可施行某些彼此相同的操作的兩個或更多個控制單元相比，單一控制單元可以使用較少的功率。在一些實施例中，控制單元160包括低電壓部分和高電壓部分。用語「低電壓部分」和「高電壓部分」是相對用語，表示低電壓部分係在比高電壓部分低的電壓下操作。例如，控制單元160的低電壓部分可以在至多約10伏特、至多約5伏特或至多約3伏特的電壓下操作，這可適用於控制機械致動器170。或者或甚者，控制單元160的高電壓部分可以在至少約10伏特、至少約20伏特或至少約30伏特的電壓下操作，這可適用於控制可變焦透鏡134（如液體鏡頭）。或者或甚者，控制單元160的高電壓部分可以在至多約100伏特、至多約90伏特、至多約80伏特或至多約70伏特的電壓下操作，這可適用於控制可變焦透鏡134（如液體透鏡）。
在各種實施例中，控制單元160可以包括以下各者中的一個或更多個：通用處理器、數位信號處理器、特殊應用積體電路、場域可程式閘極陣列、類比電路、數位電路、伺服器處理器、以上各者之組合或其他現今已知或之後開發的處理器。控制單元160可以實行各種處理策略中的一個或更多個，如多處理、多任務處理、平行處理、遠端處理、集中處理等。控制單元160可以回應或可操作來施行儲存為軟體、硬體、積體電路、韌體、微代碼等的部分的指令。
本說明書描述的相機模組可用於自動對焦和/或OIS可能有益的各種應用中。例如，本說明書描述的相機模組可用於消費性電子裝置（如智慧型手機、平板電腦、數位相機、媒體播放器、遊戲系統、虛擬實境系統、擴增實境系統等）、汽車（如，用於備份相機、前置相機、側置相機、車道輔助系統、停車輔助系統、自動駕駛系統等），或者可受益於具有自動對焦和/或OIS功能的成像裝置的其他裝置。
在一些實施例中，用於操作相機模組100的操作方法包括：調整透鏡組件130的可變焦透鏡134的焦距來施行自動對焦功能。例如，可以如本說明書所述調整可變焦透鏡134的焦距以回應物體22與相機模組100之間的距離或圖像感測器110所偵測到的圖像的品質。例如，在一些實施例中，該方法包括偵測物體22和相機模組110之間的距離以及調整可變焦透鏡134的焦距以回應偵測到的距離。或者或甚者，該方法包括用具有可變焦透鏡134的焦距的圖像感測器110偵測在第一焦距值處的第一圖像，將可變焦透鏡的焦距調整為第二焦距值，用具有可變焦透鏡的焦距的圖像感測器偵測在第二焦距值處的第二圖像，以及將可變焦透鏡的焦距調整為第三焦距值以回應第一圖像的品質與第二圖像的品質之間的比較。因此，可以將可變焦透鏡134的焦距設置為不同焦距值來捕捉多個圖像，以及可以比較該等圖像的品質以確定哪一個圖像對到焦。圖像的品質可以用對比度、銳利度、相位或其組合來表示。
在一些實施例中，用於操作相機模組100的方法包括以下步驟：調整可變焦透鏡134的介面140的傾斜度以及相對於圖像感測器110平移透鏡組件130，以回應相機模組100在第一旋轉方向及/或第二旋轉方向上的運動。在一些這樣的實施例中，該方法包括偵測相機模組100的運動。例如，可以使用加速度計、陀螺儀或其他合適的偵測裝置來偵測這種運動。
在一些實施例中，用於操作相機模組100的方法包括在繞光軸的第三旋轉方向上旋轉圖像感測器110，以回應相機模組（如在第三旋轉方向上）的運動。
在一些實施例中，透鏡組件130在繞第一橫軸的第一旋轉方向、繞第二橫軸的第二旋轉方向及平行於光軸的Z方向中的每一個方向上相對於圖像感測器110固定。
在不背離本申請專利標的的精神或範圍下，本發明所屬領域中具有通常知識者可以作各種改良與變化。因此，除了所附申請專利範圍及其等效物之外，本專利申請標的不受限制。
10‧‧‧圖像光20‧‧‧圖像22‧‧‧物體100‧‧‧相機模組110‧‧‧圖像感測器130‧‧‧透鏡組件134‧‧‧可變焦透鏡135‧‧‧透鏡主體136‧‧‧固定透鏡137‧‧‧空腔138‧‧‧第一流體139‧‧‧第二液體140‧‧‧介面141‧‧‧第一窗142‧‧‧第二窗143‧‧‧第一外層144‧‧‧中間層145‧‧‧第二外層148‧‧‧濾光器150‧‧‧殼體152‧‧‧底板154‧‧‧側壁156‧‧‧開口160‧‧‧控制單元170‧‧‧機械致動器172‧‧‧第一橫軸174‧‧‧第二橫軸176‧‧‧光軸178‧‧‧致動構件180‧‧‧第一階182‧‧‧第一致動構件184‧‧‧槽186‧‧‧軸承188‧‧‧開口190‧‧‧第二階192‧‧‧致動構件194‧‧‧槽196‧‧‧軸承
圖1是相機模組的一些實施例的分解示意圖。
圖2是圖1所示的相機模組的透視圖。
圖3是沿著包括光軸的平面截取的透鏡組件的一些實施例的示意性截面圖。
圖4是可變焦透鏡的一些實施例的示意性截面圖。
圖5A至5C是不同焦距處的可變焦透鏡組的一些實施例的示意性截面圖。
圖6A至6C是將一物體的圖像聚焦在圖像感測器上的透鏡組件的一些實施例的示意圖。
圖7A至7C是將一物體的圖像聚焦在圖像感測器上的透鏡組件的一些實施例的示意圖。
圖8A至8C是在不同傾斜位置處的可變焦透鏡的一些實施例的示意性截面圖。
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100‧‧‧相機模組
110‧‧‧圖像感測器
130‧‧‧透鏡組件
152‧‧‧底板
154‧‧‧側壁
156‧‧‧開口
160‧‧‧控制單元
170‧‧‧機械致動器
178‧‧‧致動構件
180‧‧‧第一階
182‧‧‧第一致動構件
184‧‧‧槽
186‧‧‧軸承
188‧‧‧開口
190‧‧‧第二階
192‧‧‧致動構件
194‧‧‧槽
196‧‧‧軸承

Claims (29)

  1. 一種相機模組，包括：一圖像感測器；一透鏡組件，該透鏡組件經定位將一圖像聚焦在該圖像感測器上，且該透鏡組件包含一可變焦透鏡；及一機械致動器，該機械致動器在X方向和Y方向的每一方向上引起該透鏡組件和該圖像感測器之間的相對平移，該X方向平行於一第一橫軸，該Y方向平行於一第二橫軸，該第一橫軸實質垂直於該透鏡組件的一光軸，及該第二橫軸實質垂直於該光軸和該第一橫軸的各者；其中該透鏡組件在一第一旋轉方向與一第二旋轉方向的每一方向上相對於該圖像感測器固定，該第一旋轉方向繞該第一橫軸，該第二旋轉方向繞該第二橫軸，並且其中該可變焦透鏡和該機械致動器協同式(cooperatively)操作以用在兩個或更少個軸上的機械運動，以在四個或更多個軸上施行一光學圖像穩定(OIS)功能。
  2. 如請求項1所述之相機模組，其中該可變焦透鏡是可調整的以施行一自動對焦功能。
  3. 如請求項2所述之相機模組，其中該透鏡組件在平行於該光軸的Z方向上相對於該圖像感測器固 定。
  4. 如請求項1所述之相機模組，其中該機械致動器引起該透鏡組件和該圖像感測器之間的相對平移，以施行該OIS功能。
  5. 如請求項1所述之相機模組，其中該可變焦透鏡是包括一液體介面的一液體透鏡。
  6. 如請求項5所述之相機模組，其中該液體介面的一形狀是可調整的，以調整該透鏡組件的一焦距。
  7. 如請求項5所述之相機模組，其中該液體介面的一傾斜度是可調整的，以在該X方向或該Y方向中的至少一個方向上調整該透鏡組件的一焦點。
  8. 如請求項5所述之相機模組，包括一控制單元，該控制單元可操作地耦接至該液體透鏡和該機械致動器中的各者，以控制(a)該液體透鏡的一焦距或一傾斜度中的至少一個及(b)該透鏡組件和該圖像感測器之間的該相對平移。
  9. 如請求項1所述之相機模組，其中該可變焦透鏡的一傾斜度是可調整的，以在兩個或更多個軸上施行該OIS功能。
  10. 如請求項1所述之相機模組，其中該機械致動器引起該透鏡組件和該圖像感測器之間的該相對 平移，以在兩個或更多個軸上施行該OIS功能。
  11. 如請求項1所述之相機模組，其中該機械致動器引起該透鏡組件與該圖像感測器之間的該相對平移以及該透鏡組件與該圖像感測器之間在一第三旋轉方向上的一相對旋轉，以在三個或更多個軸上施行該OIS功能，該第三旋轉方向繞該光軸。
  12. 如請求項1所述之相機模組，其中該可變焦透鏡和該機械致動器協同式操作以用在三個或更少個軸上的機械運動，以在五個或更多個軸上施行該OIS功能。
  13. 一種相機模組，包括：一圖像感測器；一透鏡組件，該透鏡組件經定位將一圖像聚焦在該圖像感測器上，且該透鏡組件包含一可變焦透鏡；及一機械致動器，該機械致動器在X方向和Y方向上相對於該圖像感測器平移該透鏡組件，該X方向平行於一第一橫軸，該Y方向平行於一第二橫軸，該第一橫軸實質垂直於該透鏡組件的一光軸，及該第二橫軸實質垂直於該光軸和該第一橫軸的各者；其中該透鏡組件在一第一旋轉方向、一第二旋轉方向及Z方向中的每一方向上相對於該圖像感測器固定，該第一旋轉方向繞該第一橫軸，該第二旋轉方向繞該 第二橫軸，該Z方向平行於該光軸；及其中該透鏡組件和該機械致動器協同式操作以在四個或更多個軸上施行一光學圖像穩定(OIS)功能。
  14. 如請求項13所述之相機模組，其中：該機械致動器在一第三旋轉方向上相對於該透鏡組件旋轉該圖像感測器，該第三旋轉方向繞該光軸；及該透鏡組件和該機械致動器協同式操作以用在三個或更少軸的機械運動，在五軸或更多軸上施行該OIS功能。
  15. 如請求項13所述之相機模組，該機械致動器包括一第一階和一第二階，該第一階可在該X方向或該Y方向中的一個方向上相對於該圖像感測器平移，該第二階可在該X方向或該Y方向中的另一方向上相對於該圖像感測器平移。
  16. 如請求項15所述之相機模組，進一步包括一殼體，其中該機械致動器包括一致動構件，該致動構件耦接該殼體以相對於該圖像感測器平移該透鏡組件，及其中該致動構件是一形狀記憶合金(SMA)致動器、一音圈馬達(VCM)、一微機電系統(MEMS)致動器、皮可馬達或其組合。
  17. 一種相機模組，包括：一圖像感測器； 一透鏡組件，該透鏡組件經定位將一圖像聚焦在該圖像感測器上，且該透鏡組件包含一可變焦透鏡；及一機械致動器，該機械致動器包含一第一致動構件和一第二致動構件，該第一致動構件在X方向上相對於該圖像感測器平移該透鏡組件，該第二致動構件在Y方向上相對於該圖像感測器平移該透鏡組件，該X方向平行於一第一橫軸，該Y方向平行於一第二橫軸，該第一橫軸實質垂直於該透鏡組件的一光軸，且該第二橫軸實質垂直於該光軸和該第一橫軸中的各者；其中該透鏡組件在一第一旋轉方向、一第二旋轉方向及Z方向中的每一方向上相對於該圖像感測器固定，該第一旋轉方向繞該第一橫軸，該第二旋轉方向繞該第二橫軸，該Z方向平行於該光軸；及其中該透鏡組件和該機械致動器協同式操作以在四個或更多個軸上施行一光學圖像穩定(OIS)功能。
  18. 如請求項17所述之相機模組，包括一控制單元，該控制單元可操作地耦接該可變焦透鏡、該第一致動構件和該第二致動構件中的各者，以控制(a)該可變焦透鏡的一焦距或一傾斜度中的至少一個及(b)該透鏡組件和該圖像感測器之間的相對平移。
  19. 一種包括請求項1至18中任一項所述之相機模組的消費性電子裝置。
  20. 一種包括請求項1至18中任一項所述之相機模組的汽車。
  21. 一種用於操作一相機模組的方法，該方法包括以下步驟：調整一透鏡組件的一可變焦透鏡的一焦距以施行一自動對焦功能；及在X方向和Y方向中的每一方向上相對於一圖像感測器平移該透鏡組件以回應該相機模組在一第一旋轉方向與一第二旋轉方向上的運動，該X方向平行於一第一橫軸，該Y方向平行於一第二橫軸，該第一旋轉方向繞該第一橫軸，該第二旋轉方向繞該第二橫軸，該第一橫軸實質垂直於該透鏡組件的一光軸，及該第二橫軸實質垂直於該光軸和該第一橫軸的各者；其中該透鏡組件在該第一旋轉方向、該第二旋轉方向及Z方向中的每一方向上相對於該圖像感測器固定，該Z方向平行於該光軸，並且其中調整該可變焦透鏡的該焦距以施行該自動對焦功能的該步驟包括以下步驟：偵測一物體和該相機模組之間的一距離；及調整該可變焦透鏡的該焦距以回應偵測到的該距離。
  22. 一種用於操作一相機模組的方法，該方法 包括以下步驟：調整一透鏡組件的一可變焦透鏡的一焦距以施行一自動對焦功能；及在X方向和Y方向中的每一方向上相對於一圖像感測器平移該透鏡組件以回應該相機模組在一第一旋轉方向與一第二旋轉方向上的運動，該X方向平行於一第一橫軸，該Y方向平行於一第二橫軸，該第一旋轉方向繞該第一橫軸，該第二旋轉方向繞該第二橫軸，該第一橫軸實質垂直於該透鏡組件的一光軸，及該第二橫軸實質垂直於該光軸和該第一橫軸的各者；其中該透鏡組件在該第一旋轉方向、該第二旋轉方向及Z方向中的每一方向上相對於該圖像感測器固定，該Z方向平行於該光軸，並且其中調整該可變焦透鏡的焦距以施行該自動對焦功能的該步驟包括以下步驟：用具有該可變焦透鏡的該焦距的該圖像感測器偵測在一第一焦距值處的一第一圖像；將該可變焦透鏡的該焦距調整到一第二焦距值；用具有該可變焦透鏡的該焦距的該圖像感測器偵測在該第二焦距值處的一第二圖像；及將該可變焦透鏡的該焦距調整到一第三焦距值，以回應該第一圖像的一品質與該第二圖像的一品質 之間的一比較。
  23. 如請求項21或22所述之方法，其中用單一控制單元施行該調整的步驟和該平移的步驟。
  24. 如請求項21或22所述之方法，進一步包括以下步驟：在一第三旋轉方向上旋轉該圖像感測器以回應該相機模組的運動，該第三旋轉方向繞該光軸。
  25. 如請求項24所述之方法，進一步包括以下步驟：偵測該相機模組的該運動。
  26. 如請求項25所述之方法，其中偵測該相機模組的該運動的該步驟包括以下步驟：用一加速度計偵測該相機模組的該運動。
  27. 如請求項21或22所述之方法，其中該可變焦透鏡是一液體透鏡，及該方法進一步包括以下步驟：調整該液體透鏡的一介面的一傾斜度，以回應該相機模組在該第一旋轉方向和該第二旋轉方向上的運動。
  28. 如請求項27所述之方法，其中：調整該液體透鏡的該介面的該傾斜度的該步驟包括以下步驟：調整該液體透鏡的該介面的該傾斜度，以回應該相機模組在該第一旋轉方向和該第二旋轉方向上的一相對小的運動；及 相對於該圖像感測器平移該透鏡組件的該步驟包括以下步驟：相對於該圖像感測器平移該透鏡組件，以回應該相機模組在該第一旋轉方向和該第二旋轉方向上的一相對大的運動。
  29. 如請求項28所述之方法，其中該相對小的運動是大於0°且至多約3°的一旋轉運動，及該相對大的運動大於該相對小的運動。
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