专利名称：光学取像结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学取像结构，尤其涉及一种可提供震动补偿功能及快速 对焦功能的光学取像结构。
背景技术：
随着科技及图像传输技术的发展，现有的便携式光学取像设备(如照相手 机、数字相机、个人数字助理、平板计算机及数字摄影机等)以日渐普遍，也 随着多媒体技术的发展而越来越受广大消费者的青睐。且广泛为一般消费者使 用作为日常图像纪录的辅助工具。
而消费者在对于光学取像设备要求小型化、轻薄化、平价化需求的同时， 对所撷取的物体图像的取像质量也提出更高的要求，即要求所撷取的物体图像 画面清晰。
光学取像设备一般架设一组自动对焦透镜组于光学取像设备上，例如自动 变焦镜头，而可以针对物体位于不同距离拍摄时，同样可以达到良好的聚焦效 果及清晰图像。然而一般便携式光学取像设备为使用者以手持方式摄取所需的 图像数据，光学取像设备所拍摄的图像及可能因使用者的脚步移动或手部震动 而造成光学取像设备本身晃动。沿着光轴前后的晃动会使得焦聚出现微弱变 化，虽可通过移动镜头改变焦聚距离来调整，但是整个镜头或是透镜组的移动 速率往往无法跟上手振产生的速率。此外，还有偏移光轴方向的移动，会使的 原先成像于感光元件上的图像出现偏移运动，而造成感光元件取像结果模糊， 这种偏移光轴的震动也无法通过镜头的焦聚改变来补偿。
因此，由于一般光学取像会加上震动补偿功能(Digital Image Stabili zation; DIS)补偿因为光轴偏移造成的图像模糊问题，但于快速自动对焦(A utoFocus; AF)方面仍无法加以解决，因此设计一种光学取像结构，使其具有 手震补偿且同时结合变焦功能，成为一项待解决的问题。
现有光学取像结构的震动补偿功能仅能于光轴偏移现象造成的图像模糊，
无法实时调整焦聚。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一具有震动补偿且同时结合变焦功 能的光学取像结构，同时解决使用者在使用时，于不同方向震动而造成的图像 模糊问题。
为实现以上所述的目的，本发明揭露一种光学取像结构，包括有一基板、 一框架、 一感光元件、 一第一轴向致动器、 一第二轴向致动器及一第三轴向致 动器。框架相对移动于基板上，而感光元件装设于框架内，用以撷取一光学图 像。第一轴向致动器连接于框架及感光元件之间，用以使感光元件移动于一第 一轴向。第二轴向致动器连接于框架及感光元件之间，用以使感光元件移动于 一第二轴向。第三轴向致动器连接于框架与基板之间，用以使感光元件移动于 一第三轴向。框架通过第一轴向致动器、第二轴向致动器及第三轴向致动器于 第一轴向、第二轴向及第三轴向移动感光元件，借以使感光元件随光轴变化而 位移，以使经透镜聚焦形成的光学图像清晰成像于感光元件。
本发明的功效在于所提供的光学取像结构，同时可以进行震动补偿及简单 对焦功能。并且利用相互垂直的三个轴向致动器而可以针对空间中每一个方向 的震动作补偿，且结合驱动压电材料的技术而达到实时完整的震动补偿效果。 此外，第三轴向压电材料可同时被驱动用以震动补偿及对焦功能。因此，本发 明有效提升了一般简易轻便的光学取像装置的摄像质量与功能。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释 本发明的原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。
图1为本发明的光学取像结构最佳实施态样的侧视立体图2A为本发明的光学取像结构沿第一及第二轴向操作的系统示意图2B为本发明的光学取像结构沿第三轴向操作的系统示意图3A及图3B为本发明第一实施例的操作示意图4A及图4B为本发明第二实施例的操作示意图；及
图5A及图5B为本发明的光学取像结构的对焦功能操作示意图。
其中，附图标记
100:光学取像结构110:透镜组
120:基板122:滑槽
130:框架131:嵌入部
140:感光元件150:驱动电路
151、 156:第一轴向致动器152、157:第二轴向致动器
153:第三轴向致动器155:固定部
161:第一轴向加速规162:第二轴向加速规
163:第三轴向加速规200:运算单元
L:入射光线
具体实施例方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实 施例详细说明如下。
首先，参照图l所示，为本发明的光学取像结构最佳实施态样的侧视立体
图。本发明的光学取像结构100具有一透镜组110、 一基板120、 一框架130、 一感光元件140、 一第一轴向致动器151、 一第二轴向致动器152及一第三轴 向致动器153。
其中透镜组110包含至少一凸透镜，用以使入射光线L成像于预定位置。 基板120距离透镜组110—间隔距离且于基板120的两相对侧边分别形成一滑 槽122及一固定柱155。框架130垂直设置于基板120上，且于框架130的两 侧分别形成有一嵌入部131用以嵌入于基板120的滑槽122中，使框架130 可相对移动于基板120上。感光元件140通过第一轴向致动器151及第二轴向 致动器152设置于框架130内，且与透镜组110相互平行用以接受经由透镜组 110所会集的入射光线而加以成像，其中感光元件140可为一电荷耦合器 (Charge-Coupled Device; CCD)或为一互补式金属-氧化物-半导体 (Complementary Metal-Oxide Semicondutor; CMOS)。
再参照图1所示，第一轴向致动器151连接于框架130及感光元件140 之间，用以固定感光元件140且使感光元件140移动于一第一轴向。第二轴向 致动器152也连接于框架130及感光元件140之间，位于感光元件140另一相
邻侧边，也用以固定感光元件140且使感光元件140可移动于一第二轴向。第 三轴向致动器153连接于基板120的固定柱155及框架之间，用以使感光元件 140可移动于一第三轴向。上述的第一轴向、第二轴向及第三轴向其两两互相 垂直。
接着，参照图2A所示，为本发明的光学取像结构沿第一及第二轴向操作 的系统示意图。本发明的光学取像结构的第一及第二轴向操作系统还具有一驱 动电路150、一第一轴向加速规161、一第二轴向加速规162及一运算单元200。
当具有沿第一轴向震动发生时，第一轴向加速规161量测并计算沿第一轴 向震动的瞬时加速度，并纪录沿第一轴向的瞬时加速度的作用时间，并将计算 而得沿第一轴向震动的瞬时加速度及作用时间传送至运算单元200。
运算单元200则接收自第一轴向加速规161输出的瞬时加速度及作用时间 可经由运算得到一第一轴向移动的瞬时速度及移动距离，而运算单元200则控 制输出相对于沿第一轴向震动的一第一轴向控制补偿信号至驱动电路150。
驱动电路150接收自运算单元200输出的第一轴向控制补偿信号，则提供 一第一轴向驱动电压用以操控第一轴向致动器151，使第一轴向致动器151沿 第一轴向作动，带动第一轴向致动器151所连接的感光元件140沿第一轴向移 动。
同样的，第二轴向加速规162连接于运算单元200，第二轴向致动器152 连接于驱动电路150，通过驱动电路150操控第二轴向致动器152。当具有沿 第二轴向震动发生时，第二轴向加速规162量测并计算沿第二轴向震动的瞬时 加速度，并纪录沿第二轴向的瞬时加速度的作用时间，并将计算而得沿第二轴 向震动的瞬时加速度及作用时间传送至运算单元200。驱动电路150接收自运 算单元200输出的第二轴向控制补偿信号，则提供一第二轴向驱动电压用以操 控第二轴向致动器152，使第二轴向控制器152沿第二轴向作动，带动第二轴 向致动器152所连接的感光元件140沿第二轴向移动。
经上述系统的作用，而使得感光元件140可以同时被第一及第二轴向致动 器151、 152移动于二维平面空间，而实时因应且补偿所遭遇到的震动以解决
震动造成的图像模糊问题。
接着，参照图1及图2B所示，图2B为本发明的光学取像结构沿第三轴向 操作的系统示意图。本发明的光学取像结构的第三轴向操作系统具有一驱动电
路150、 一第三轴向加速规163及一运算单元200。
第三轴向加速规163，其操作方式及信号传输及连结关与第一及第二轴向 加速规161、 162相同。此外，由于第三轴向也为光学取像的光轴方向，因此， 沿第三轴向的震动，会影响光学取像的聚焦功能。第三轴向操作系统由于沿第 三轴向控制补偿第三轴向致动器153，因而可以达到补偿震动及聚焦的功能。
参照图3A及图3B所示，为本发明第一实施例的操作示意图。本发明第一 实施例中，第一轴向致动器151及第二轴向致动器152利用一压电材料所制成。 其中压电材料受到电场(电压)作用时，为抵抗变化则会沿电场方向伸长，且其 变化时间极短。一般常用压电材料为压电陶瓷，则是指以陶瓷类作为压电材料， 如钛酸钡(BaTi03)、钛酸铅锆(PZT)。其它的压电材料有单晶类，如石英、 电气石、罗德盐、钽酸盐、铌酸盐等，或薄膜类如氧化锆(ZnO)。
当框架130及感光元件140受到一方向的震动时，如图3A中的箭头方向 震动时，则可通过第一及第二轴向加速规161、 162将其沿第一及第二轴向的 瞬时加速度数值及作用时间值传送至运算单元200而得到其瞬时速度及移动 距离，而运算单元200则控制输出相对于沿第一及第二轴向震动的一第一及第 二轴向控制补偿信号至驱动电路150，而驱动电路150则分别提供一第一及第 二轴向驱动电压(电场)至第一及第二轴向致动器151、 152上，用以沿图3B 中的第一及第二轴向的虚线箭头伸长压电材质的第一第二轴向致动器151、 152。因此，连接于第一及第二轴向致动器151、 152的感光元件140则沿图 3B中实线箭头方向移动以补偿沿第一及第二轴向的震动所造成的图像偏移及 晃动。
同样的，第三轴向致动器153也利用一压电材料所制成，当任一震动不只 具有第一及第二轴向的移动，也包含有第三轴向的移动时，则如同上述的方法， 也应用于第三轴向上用以补偿沿第三轴向的震动所造成的图像偏移及晃动。
此外，参照图4A及图4B所示，为本发明第二实施例的操作示意图。本发 明第二实施例与第一实施例的不同在于第二实施例中分别具有两个相对应的 第一轴向致动器151、 156及两个相对应的第二轴向致动器152、 157，且也为
压电材料所制成。
以第一轴向为例，首先，驱动电路150提供如图4A中箭头方向的第一轴 向驱动电压(电场)于右侧第一轴向致动器156使的伸长，以与左侧第一轴向致
动器151嵌合于感光元件140的两相对侧边。当框架130及感光元件140受到 第一轴向的震动时，如图4A中的箭头方向震动时，则可如第一实施例中通过 第一轴向加速规161及运算单元200而输出一第一轴向控制补偿信号至驱动电 路150，而驱动电路150则提供一沿图4B中虚线箭头方向的第一轴向驱动电 压(电场)至左侧第一轴向致动器151上，用以伸长左侧第一轴向致动器151， 并且相对地移除施加于右侧第一轴向致动器156的电场而使的縮短，则使得连 接于第一轴向致动器151、 156的感光元件140沿图4B中实线箭头方向移动以 补偿沿第一轴向的震动所造成的图像偏移及晃动。同样的，上述以第一轴向为 例的震动补偿功能也可实施例第二轴向致动器152、 157的控制操作上。而第 三轴向致动器153的控制操作则与第一实施例相同。
此外，参照图2B、图5A及图5B所示，图5A及图5B为本发明的光学取 像结构的对焦功能操作示意图。当一物体通过透镜组110聚焦成像时，若因为 手部震动或脚步移动等而造成其清楚的成像落在感光元件140的前方，则感光 元件接受到的图像会因失焦而模糊，如图5A所示。
本发明所提供的光学取像结构100可以利用第三轴向操作系统沿第三轴 向控制补偿而使其对焦。如图5B所示，由于第三轴向也为光学取像的光轴方 向，因此，第三轴向操作系统由于沿第三轴向控制补偿第三轴向致动器153， 使第三轴向致动器153沿箭头方向伸长，使得框架130及感光元件140也沿第 三轴向移动至图5B中的位置，而使得清楚的成像恰落在感光元件140上，因 而达到聚焦的效果。
因此，如上所述，本发明的功效在于所提供的光学取像结构，整体设计一 架构同时可以具有手震补偿功能及简单对焦功能。并且利用相互垂直的三个轴 向致动器而可以针对空间中每一个方向的震动作补偿，且结合驱动压电材料的 技术而达到实时完整的震动补偿效果。此外，第三轴向压电材料可同时被驱动 用以震动补偿及对焦功能。因此，本发明有效提升了一般简易轻便的光学取像 装置的摄像质量与功能。
虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。在不脱 离本发明的精神和范围内，所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。 关于本发明所界定的保护范围请参考所附的权利要求范围。
权利要求
1. 一种光学取像结构，用以撷取经一透镜聚焦成像的光学图像，其特征在于，该光学取像结构包括有一基板；一框架，相对移动于该基板上；一感光元件，装设于该框架内，用以撷取该光学图像；一第一轴向致动器，连接于该框架及该感光元件之间，用以使该感光元件移动于一第一轴向；一第二轴向致动器，连接于该框架及该感光元件之间，用以使该感光元件移动于一第二轴向；以及一第三轴向致动器，连接于该框架与该基板之间，用以使该感光元件移动于一第三轴向。
2、 如权利要求1所述的光学取像结构，其特征在于，该第一轴向、该第 二轴向及该第三轴向为相互垂直。
3、 如权利要求1所述的光学取像结构，其特征在于，该基板具有一滑槽 及一固定部，且该框架具有一嵌入部用以嵌入该基板并使该框架沿第三轴向移 动于该滑槽，而该固定部用以固定该第三轴向致动器。
4、 如权利要求1所述的光学取像结构，其特征在于，该感光元件为-一电 荷耦合器。
5、 如权利要求1所述的光学取像结构，其特征在于，该感光元件为一互 补式金属-氧化物-半导体。
6、 如权利要求1所述的光学取像结构，其特征在于，还具有一透镜组， 平行于该感光元件且与该感光元件相距一间距，用以使该光学图像成像于该感 光元件上。
7、 如权利要求6所述的光学取像结构，其特征在于，该透镜组具有至少 一凸透镜。
8、 如权利要求1所述的光学取像结构，其特征在于，还具有一驱动电路， 分别传送第一、第二及第三轴向驱动电压至该第一、第二及第三轴向致动器， 以使该第一、第二及第三轴向致动器各沿其所对应轴向移动。
9、 如权利要求8所述的光学取像结构，其特征在于，还包括有 一第一轴向加速规，用以计算该光学取像结构沿第一轴向所产生的瞬时加速度数值及作用时间值；一第二轴向加速规，用以计算该光学取像结构沿第二轴向所产生的瞬时加 速度数值及作用时间值；一第三轴向加速规，用以计算该光学取像结构沿第三轴向所产生的瞬时加 速度数值及作用时间值；以及一运算单元，用以接收该第一、第二及第三轴向加速规的瞬时加速度数值 及作用时间值，且经运算处理而输出一第一、第二及第三轴向控制补偿信号至 该驱动电路分别控制该第一、第二及第三轴向致动器。
10、 如权利要求1所述的光学取像结构，其特征在于，该第一轴向致动器、 该第二轴向致动器及该第三轴向致动器利用压电材料所制成。
全文摘要
本发明公开了一种光学取像结构，其包括有一基板、一框架、一感光元件、一第一轴向致动器、一第二轴向致动器及一第三轴向致动器。框架相对移动于基板上，而感光元件装设于框架内，用以撷取一光学图像。第一轴向致动器连接于框架及感光元件之间，第二轴向致动器连接于框架及感光元件之间，而第三轴向致动器连接于框架与基板之间。第一轴向致动器、第二轴向致动器及第三轴向致动器用以于第一轴向、第二轴向及第三轴向移动感光元件，借以使感光元件随光轴变化而位移，借以使光学图像清晰成像于感光元件。
文档编号G03B13/36GK101206381SQ20061016173
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月19日 优先权日2006年12月19日
发明者黄旭炼 申请人:华晶科技股份有限公司