具有三位置支承结构的自动对焦装置的制作方法

文档序号：12563032阅读：342来源：国知局

本公开涉及一种相机模块的自动对焦装置，更具体地，涉及一种具有三位置支承结构的自动对焦装置，该具有三位置支承结构的自动对焦装置具有用于在光学方向上运动的改进球体支承结构。

背景技术：

随着用于图像处理的硬件技术的发展以及用户对于图像拍摄需求的增加，在相机以及安装至诸如蜂窝电话和智能电话的移动终端的相机模块中实现了自动对焦(AF)功能、光学图像稳定(OIS)功能等。

自动对焦(自动聚焦)功能通过在光轴方向上线性移动透镜或具有透镜的组件来调节到对象的焦距，从而在设置于透镜后端的图像传感器(CMOS、CCD等)处产生清晰的图像。

为了实现自动对焦功能，使用了各种方法。典型地，在AF托架(或者移动主体)处安装磁体(永磁体)，在固定主体(壳体或另一种类型的托架等)处安装线圈，并且向该线圈施加适当强度的电力以在(设置在固定主体处的)线圈处和(设置在移动主体处的)的磁体处产生电磁力，使得移动主体在光轴方向上移动。

另外，近来已经使用集成有AF和OIS功能的设备和致动器。在这种情况下，与以上描述的AF结构一体地实现用于在垂直于光轴方向的方向上移动AF托架内的其中装载有透镜的OIS托架(或者框架、透镜组件等)的结构。作为另一实施方式，透镜可以位于AF托架处，并且设置在AF托架外的OIS托架可以在垂直于光轴方向的方向上移动。

另外，如图1所示，在仅实现AF功能或一起实现AF功能和OIS功能的现有设备中，在与光轴相同的方向上布置的球体510-1、510-2介于AF托架(移动主体)500和壳体(固定主体)(未示出)之间，以便改进在光轴方向上移动的AF托架500的行为特性。

在该结构中，可以始终保持移动主体和固定主体之间的适当距离，并且通过这些球体的旋转运动以及这些球体的点接触使摩擦最小化，从而AF托架可以更灵活且更精确地在光轴方向上移动。

在现有技术中，使用具有相同尺寸(直径)d1至d6的多个球体b1至b6，或者使用具有相同尺寸的球体但是将具有较大尺寸的四个球体布置在外侧，使得这四个球体提供支承。在这种情况下，理论上，所有球体(或四个球体)同时进行点接触，从而在操作中保持AF托架的水平方向。然而，实际上，球体不同时进行点接触，因而在AF托架的水平倾斜处产生缺陷。

具体地，首先，球体的尺寸在物理上无法完全相同，因而，无法实现理想的相同性。因而，由于在该结构中由多个物体而不是单个物体进行复杂接触，因此可能产生物理间隙，这产生了倾斜缺陷的结果。

另外，由于AF托架并不总是固定的，而是反复地在光轴方向上移动和停止，因此产生了不同强度的静摩擦和动摩擦，并且这些不同的摩擦导致间隙。因而，对于所有球体来说实际上不可能同时进行点接触，因而，产生了AF托架的倾斜缺陷。

另外，即便由于AF托架的磁体和设置在固定主体处的轭之间产生的吸引力而使球体粘附至AF托架的一侧，但是在比粘附至球体一侧更远的区域处(即，随着延伸程度的增加)，在水平方向上延伸的AF托架受重力的影响更大。这也使得所有球体不可能同时进行点接触。因此，上述因素综合应用而产生AF托架的倾斜缺陷。

在现有技术中，简单地布置多个球体而没有考虑到上述问题。因而，由于上述问题，在现有设备中，当AF托架500在光轴方向上移动时，与AF托架进行点接触的球体频繁改变，并且进行点接触的球体的这种频繁改变结果使得AF托架500的平衡瓦解，由此导致AF托架500的倾斜缺陷θ1和θ2。

这些倾斜误差使得经由透镜引入图像传感器600中的光的路径产生多达最大分离角(θ＝θ1+θ2)的变形，这导致聚焦调节产生同样大的误差，因而导致在产生清晰图像时出现问题。

近来，用较轻和纤细的设计来实现装载在智能电话等中的相机模块。在这种纤细的设计中，AF托架的厚度与宽度的比变得更大，因而上述AF托架的倾斜问题变得严重。

技术实现要素：

技术问题

设计本公开是为了解决现有技术的问题，因此本公开致力于将用于AF操作的移动主体和固定主体构造成通过三个球体由彼此物理地支承，以从根本上防止接触点改变、偏离或分离，由此实现具有更高可靠性的自动对焦装置。

本公开的其它目的和优点将从如下描述来理解，并且通过本公开的实施方式将变得更加清楚。另外，能够容易地理解，本公开的这些目的和优点能够通过在权利要求或它们的组合中限定的部件来实现。

技术方案

在本公平的一个方面中，提供了一种具有三位置支承结构的自动对焦装置，该具有三位置支承结构的自动对焦装置包括：第一框架，所述第一框架具有磁体；第二框架，所述第二框架具有自动对焦AF线圈，所述第二框架被构造成在光轴方向上移动所述第一框架；以及多个球体，所述多个球体位于所述第一框架和所述第二框架之间，以保持所述第一框架和所述第二框架之间的间隔状态，在所述多个球体当中，三个球体具有比其它球体大的尺寸。这里，具有比其它球体大的尺寸的所述三个球体可以具有相同的尺寸。

另外，本公开的多个球体可以包括：第一球体组，所述第一球体组由沿着所述光轴方向布置在一起的n个球体组成(n为3或更大的自然数)；以及第二球体组，所述第二球体组由设置在与所述第一球体组不同的位置处并沿着所述光轴方向布置在一起的m个球体组成(m为3或更大的自然数)，属于所述第一球体组和所述第二球体组中的任一球体组的两个球体具有比包含在对应的球体组中的其它球体大的尺寸，并且属于另一球体组的一个球体具有比包含在对应的球体组中的其它球体大的尺寸。

在这种情况下，具有比包含在对应的球体组中的其它球体大的尺寸的所述两个球体以及具有比包含在对应的球体组中的其它球体大的尺寸的所述一个球体可以具有相同的尺寸。

为了实现更优选的实施方式，本公开的所述第一框架可以具有沿着所述光轴方向延伸的第一引导槽和第二引导槽，并且所述第二框架可以具有形成为分别面向所述第一引导槽和所述第二引导槽的第一容纳槽和第二容纳槽。在这种情况下，所述第一球体组可以位于所述第一引导槽和所述第一容纳槽之间，并且所述第二球体组可以位于所述第二引导槽和所述第二容纳槽之间。

另外，本公开的所述第一球体组和所述第二球体组可以包括奇数个球体。而且，具有比包含在对应的球体组中的其它球体大的尺寸的所述两个球体可以是属于该对应的球体组的球体当中的位于两端处的球体，并且具有比包含在对应的球体组中的其它球体大的尺寸的所述一个球体可以是属于该对应的球体组的球体当中的不位于两端处的球体。

另外，所述第一引导槽和所述第二引导槽可以具有不同的截面形状。在这种情况想，所述第一引导槽和所述第二引导槽中的任一个可以具有V形截面，所述第一引导槽和所述第二引导槽中的另一个可以具有U形截面。这里，具有比包含在对应的球体组中的其它球体大的尺寸的所述两个球体可以被设置在所述第一引导槽和所述第二引导槽当中的具有V形截面的引导槽处。

有益效果

根据本公开的优选实施方式，由于AF的框架(AF托架)被构造成只在三个球体处进行点接触而使得完美地保持框架的点接触，由此从根本上防止AF托架(框架)的倾斜缺陷。

另外，根据本公开的实施方式，即使AF框架(AF托架等)反复在光轴方向上移动和停止以进行自动对焦，AF框架也可以总是保持其水平状态而不会从球体隔开或分开，由此更可靠地实现对焦功能。

另外，本公开可以提供对于近来的产品和技术趋势来说更优化的效果，所述近来的产品和技术趋势由于更纤细的部件和更高的像素质量而对AF托架的轻微倾斜变化更加敏感。

附图说明

图1是示出用于现有AF操作的结构的图；

图2是示意性示出在现有AF操作中发生的倾斜故障的图；

图3是示出了根据本公开的优选实施方式的具有三位置支承结构的自动对焦装置的分解图；

图4是示出了图3中描绘的本公开的第一框架和第二框架的详细构造的图；以及

图5是示出了本公开的球体的优选实施方式的图。

具体实施方式

本实用新型的其它目的、特征和优点将从参照附图对实施方式的如下描述而变得清楚，根据这些描述，认为本领域技术人员能够容易地实践本实用新型的技术精神。而且，如果认为涉及本实用新型的已知的现有技术的任何说明会致使本实用新型的主题模糊不清，则可以省略这些说明。在下文中，将参照附图详细描述本实用新型的优选实施方式。

根据本公开的具有三位置支承结构的自动对焦装置100(在下文中，还称为“自动对焦装置”)通过在如图所示的线圈和磁体之间产生的电磁力在光轴方向(Z轴方向)上向前或向后线性移动具有透镜的AF托架以精确地协调到对象的焦距从而产生对象的清晰图像。根据实施方式，本公开可以既在仅具有诸如AF功能的设备中实现，又可以在集成地应用了AF功能和OIS功能的设备中实现。

图3是根据本公开的优选实施方式的自动对焦装置100的分解图。

如图3所示，根据本公开的优选实施方式的自动对焦装置100可以包括第一框架110、第二框架120和多个球体130。

第一框架110可以进一步包括磁体111，并且可以将后轭(未示出)进一步安装在磁体111的后侧以集中磁力。第一框架110对应于用于AF操作的移动主体，并且上述AF托架可以用作第一框架110。

在仅实现AF功能的设备中，透镜(未示出)装载在第一框架110处以与第一框架110一起物理移动。因而，随着第一框架110在光轴方向上移动，透镜也在光轴方向上移动，并且通过该移动来调节到图像传感器的距离以实现自动对焦。

在集成AF功能和OIS功能的实施方式中，用于OIS操作的OIS框架(托架)可以进一步设置在第一框架110处，以在垂直于光轴方向(Z)的X轴方向上和Y轴方向上移动。

在一个实施方式中，如果透镜(或透镜组件)被装载在OIS框架(未示出)处，并且第一框架110在光轴方向上移动，则OIS框架一起在光轴方向上移动，因而透镜也在光轴方向上移动。如果为了光学图像稳定而执行OIS操作，则OIS框架在第一框架上方在垂直于光轴方向的方向上移动，以补偿由于手颤抖引起的移动。

本公开的第二框架120是第一框架110的配对部件。这里，从相对观点来说，如果第一框架110是用于AF操作的移动主体，则第二框架120对应于固定主体。

第二框架120可以包括AF线圈121、FPCB 123、驱动芯片125和霍尔传感器127。AF线圈121产生与从外部施加的电力的强度和方向对应的电磁力，使得具有磁体111的第一框架110在光轴方向上移动。

霍尔传感器127通过霍尔效应感测磁体111的位置(第一框架的位置，即，透镜的位置)，并且将对应的信号发送至本公开的驱动芯片125，驱动芯片125通过使用霍尔传感器的信号来控制向AF线圈121施加适当强度和方向的电力。通过以这种方式基于光轴方向反馈透镜的精确位置，实现自动对焦功能。AF线圈121、驱动芯片125和霍尔传感器127装载在连接至外部模块、电源和设备等的FPCB 123上。

第二框架120可以分为如图3所示的第二子框架120-1和第二主框架120-2，或者也可以实现为单个整体对象。

如图3所示，多个球体130位于第一框架110和第二框架120(第二子框架120-1)之间，并且通过多个球体130，第一框架110和第二框架120保持彼此间隔开与球体直径一样的距离。为了使第一框架110和第二框架120通过这些球体而保持间隔开，可以在第二框架120处进一步设置轭以产生对第一框架110的磁体111的吸引力。

如上所述，即使多个球体130被设计成与第一框架110和第二框架120二者进行点接触，除非是理想情况，这些球体也不可能在四个或更多个点处同时进行点接触。而且，在三个位置可变地进行点接触，这使得接触点频繁改变，并且这种频繁改变的接触点导致第一框架110的倾斜缺陷。

本公开基于对该问题的认识并且旨在解决该问题。在本公开中，多个球体130被布置在第一框架110与第二框架120之间，并且在多个球体130当中，只有三个球体被构造成具有比其它球体大的尺寸。

如果如上所述三个球体具有比其它球体大的尺寸(直径)，则可以始终保持由这三个球体进行的点接触，因而可以从根本上解决进行点接触的球体频繁改变而由于间隙或间隔导致倾斜的问题。

相对较大的三个球体和其它球体可以根据其实施方式而具有各种尺寸。然而，如果具有相对较大尺寸(直径)的三个球体与其它球体相比太大，则球体之间的接触可能干扰这些球体的旋转。因而，可以利用不会干扰这些球体旋转的各种尺寸来形成这些球体。在这方面，具有较大尺寸的球体可以具有较小球体的尺寸的105％到120％的范围内的尺寸。另外，可以根据设备的尺寸等不同地选择球体的绝对尺寸。

如果第一框架110与具有比其它球体更大尺寸的三个球体(在下文中，称为“大直径球体”)接触的部分被修改成具有与单独的大直径球体的尺寸和位置对应的形状、形式、台阶等，则第一框架110可以被构造成具有水平性。因而，即便不要求所有大直径球体都具有相同尺寸，但是理想的也是这些大直径球体具有相同尺寸以便实现起来更简单和更精确。

在这方面，也不要求具有比大直径球体更小尺寸的其它球体(在下文中，称为小直径球体)具有相同尺寸，但是考虑到球体旋转和与相邻球体的接触，理想的是小直径球体具有相同尺寸以便更有效地实现操作特征。

图4是示出了根据本公开的第一框架110和第二框架120的详细构造的图。

如上所述，本公开的第一框架110沿着光轴方向向前和向后移动。因而，为了有效地在光轴方向上引导这种运动，如图3和图4所示，可以沿着光轴方向(Z轴方向)布置本公开的多个球体130。

另外，可以将多个球体130分类成：第一球体组130-1，该第一球体组130-1由沿着光轴方向布置在一起的n个球体组成；和第二球体组130-2，该第二球体组130-2被设置在与第一球体组130-1不同的位置处并且由沿着光轴方向布置在一起的m个球体组成，从而第一框架110可以通过点接触而被更稳定地物理支承。n和m为3或更大的自然数，并且n和m可以是彼此相同或彼此不同的数字。

在这种情况下，属于第一球体组130-1的两个球体具有比属于第一球体组130-1的其它球体大的尺寸，属于第二球体组130-2的一个球体具有比属于第二球体组130-2的其它球体大的尺寸，由此实现三位置支承。

以类似方式，如果属于第二球体组130-2的两个球体具有比属于第二球体组130-2的其它球体大的尺寸，则属于第一球体组130-1的一个球体具有比属于第一球体组130-1的其它球体大的尺寸。

换言之，在本公开中，属于第一球体组130-1和第二球体组130-2中的任一球体组的两个球体可以具有比属于对应的球体组的其它球体大的尺寸，并且属于其它球体组的一个球体可以具有比属于其它球体组的其它球体大的尺寸，由此实现三位置支承。

在这种情况下，比属于对应的球体组的其它球体具有更大尺寸的两个球体和比属于对应的球体组的其它球体具有更大尺寸的一个球体可以具有相同尺寸。

另外，沿着光轴方向延伸的引导槽113可以被设置在第一框架110处，以防止多个球体130向外偏离，并在光轴方向上更有效地引导第一框架110的移动。如在图4所示的实施方式中一样，引导槽113可以包括位于图4中的左侧处的第一引导槽113-1和位于右侧处的第二引导槽113-2。

第二框架120包括与第一框架110的引导槽113的结构对应的容纳槽126。这里，容纳槽126可以包括与第一框架110的第一引导槽113-1对应的第一容纳槽126-1和与第一框架110的第二引导槽113-2对应的第二容纳槽126-2，即布置在面向第二引导槽113-2的位置处。

在这种情况下，上述第一球体组130-1可以被设置成部分地容纳在第一引导槽113-1和第一容纳槽126-1之间，并且第二球体组130-2可以被设置成部分地容纳在第二引导槽113-2和第二容纳槽126-2之间。

由于球体130与相邻的另一个球体点接触地旋转，所以第一球体组130-1和第二球体组130-2可以分别包括奇数个球体，从而具有更大直径的球体可以在相同方向上旋转。

另外，更优选地，如图5所示，属于第一球体组130-1并且比属于同一球体组的其它球体具有更大尺寸D1、D3的两个球体B1、B3位于第一球体组130-1的两端，并且属于第二球体组130-2并且比属于同一球体组的其它球体具有更大尺寸D5的一个球体B5位于第二球体组130-2的除了两端以外的位置处(优选地，中心位置处)，以进一步增加用于物理支承的支承区域。

如果分别设置五个球体，则具有比属于同一组的其它球体更大尺寸的两个球体可以被设置在五个球体的任意位置处，但是它们对称地(优选地，距离中心尽可能远地)定位以有效地实现水平支承。

从这个角度来说，具有比属于同一组的其它球体更大尺寸的一个球体可以被设置在对应的球体组中的任意位置处，但是该球体可以优选地位于中心部分以提高水平支承的效率。

另外，第一引导槽113-1和第二引导槽113-2中的任一引导槽可以具有V形截面，另一个引导槽可以具有U形截面。

如果两个引导槽具有如上所述的不同形状，则可以不同地设置与球体接触的部分以及旋转特征，这可以进一步改进在光轴方向上移动的第一框架110的操作特征。

在这种情况下，可以对在第一引导槽113-1和第二引导槽113-2中的具有V形截面的任一引导槽设置第一球体组和第二球体组中的包括具有比属于对应的球体组的其它球体更大尺寸的两个球体的一个球体组，从而将由球体旋转引起的移动抑制到最小，以改进第一框架110的倾斜特征。

另外，如果引导槽具有V形，则球体130在V形引导槽的两个点处进行点接触。这里，如果设置用于防止球体偏离的引导壁而使得引导槽具有平坦底表面，则球体130在三个点处进行点接触。

如果存在用于防止球体偏离的附加构造，则可以将第一框架110和第二框架120的面向球体的部分形成为一个平面，因而，在这种情况下，球体130在一个点处与第一框架110或第二框架120接触。

出于这种考虑，如果第一引导槽113-1和第二引导槽113-2被设置在第一框架110处以防止球体偏离，则可以不在第二框架120处形成容纳槽126。从类似观点来看，如果第二框架120具有第一容纳槽126-1和第二容纳槽126-2，则可以不在第一框架110处形成引导槽113。另外，第一框架110仅具有第一引导槽113-1并且第二框架仅具有第二容纳槽126-2也是可能的。

已经详细地描述了本公开。然而，应该理解，尽管详细描述和具体示例指示了本公开的优选实施方式，但是详细描述和具体示例仅是通过例示的方式给出，这是因为在本公开的精神和范围内的各种改变和修改根据该详细描述对本领域技术人员来说将变得显而易见。