相机模组及相机模组的使用方法与流程

1.本发明涉及针对或涉及相机模组和这种相机模组的使用方法的改进。
2.此外，本公开尤其涉及一种相机模组，该相机模组包括用于相对于光轴沿与光轴垂直的至少一个平移方向移动透镜的透镜平移模块。


背景技术：

3.在相机中，例如移动电话的相机，通常会提供光学稳像以补偿相机操作者的非期望运动，从而减少图片的模糊。
4.例如在jp2011065140对这种光学稳像进行描述。在jp2011065140中描述了相对于光轴沿与光轴垂直的平移方向移动透镜，以补偿非期望运动来减少模糊。为了平移透镜，jp2011065140描述了对线圈和磁体的组合的使用。
5.然而，这种磁体线圈组合通常会具有以下缺点：受制于共振频率；并且难以允许进行相对小的运动，在光学稳像领域中、特别是在诸如移动电话之类的小型相机中经常需要这样的运动。


技术实现要素：

6.因此，本发明提供一种改进的相机模组。
7.根据本公开，提供一种相机模组，相机模组包括用于相对于光轴沿至少一个平移方向移动透镜的透镜平移模块，平移方向垂直于光轴，其中，透镜平移模组包括用于沿至少一个平移方向移动透镜的至少一个压电致动器。
8.这种压电致动器包括压电元件，所述压电元件因施加在压电元件上的电压膨胀或收缩，这是现有技术中公知的。
9.已经发现，通过提供这种压电致动器，相机模组受共振频率制约更小。
10.此外，已经发现，通过使用这种压电致动器，能够以相对高的精确度获得透镜的相对小的运动。
11.进一步地，这种压电致动器允许相对高的响应频率，相对耐摔和相对小的功耗。
12.进一步地，通过使用压电驱动元件，可以获得相对大的移动，有时候称之为行程。
13.进一步地，根据本发明的相机模组是可靠的并提供更好的噪声补偿率特性。
14.根据本发明的优选实施例，透镜平移模组被设置用于沿与光轴垂直的至少两个平移方向，即第一平移方向和第二平移方向，移动透镜，透镜平移模组包括用于沿第一平移方向移动透镜的第一压电致动器和用于沿第二平移方向移动透镜的第二压电致动器。
15.通过能够沿着至少两个平移方向移动透镜，透镜获得高度移动性，从而能够实现改进的光学稳像。通常，两个平移方向足矣，因为进一步的平移可以是这两个平移方向的组合。
16.更优选地，第一和第二平移方向相互垂直，从而能够更加简便地移动透镜。
17.根据优选实施例，透镜平移模组包括一组彼此上下布置的堆叠基座，每个基座被
提供为相对于对其进行支撑的基座沿平移方向移动。优选地，每个基座被提供为在其支撑基座上沿不同平移方向移动。已经发现，如此配置相对容易构建且允许所需的平移移动。优选地，各驱动装置被设置在堆叠基座之间，以相对于各自的支撑基座移动基座。各驱动装置优选具有形成压电致动器一部分的对应的压电致动器。
18.已经发现，如此配置在制作相对简单的同时能够获得需要的精确度、和/或运动幅度、和/或响应频率。
19.根据优选实施例，透镜平移模组包括第一和第二基座。第二基座被堆叠在所述第一基座上，以使得第二基座能够在第一基座上沿第一平移方向被移动。透镜平移模组包括用于在第一基座上沿至少一个方向移动第二基座的驱动装置。驱动装置使第一和第二基座相互连接，且第一压电致动器为驱动装置的组成部分。
20.根据进一步优选实施例，透镜平移模组包括堆叠在第二基座上的第三基座，以致第三基座能够在第二基座上沿第二平移方向被移动。透镜平移模组还包括用于在第二基座上沿第二平移方向移动第三基座的第二驱动装置。所述第二驱动装置使第二基座和第三基座相互连接，且第二压电致动器为第二驱动装置的组成部分。在这种情况下，连接第一和第二基座的驱动装置被称为第一驱动装置。作为第一驱动装置的构成部分的至少一个压电致动器被称为第一压电致动器。
21.根据进一步优选实施例，相机模组包括至少一个球，该球位于各自的堆叠基座之间，支撑较高基座且在较低基座上滚动。这种球提供较高基座相对于较低基座的低阻力平移运动。
22.根据进一步优选实施例，所述相机模组包括用于使堆叠基座相互磁吸的至少一个磁体。已经发现，如此配置将不同堆叠基座保持在各自的期望位置。
23.根据进一步优选实施例，至少一个压电致动器包括在两个堆叠基座之间延伸的纵向双压电晶片。一个纵向端附接在堆叠基座中的较低基座上，另一个纵向端附接在对接基座中的较高基座上，优选地使两个基座相互连接。双压电晶片被设置为沿一个平移方向相对于较低基座移动较高基座。在这种配置中，双压电晶片被设置在其延伸的两个基座之间朝相反方向弯曲，且其一端附接在较低基座上，另一端附接在较高基座上。这种弯曲导致的结果是三个基座中较高基座相对于较低基座的平移运动。
24.这种纵向双压电晶片优选地沿两个基座中的较高基座延伸。优选地，纵向双压电晶片沿与平移方向大体垂直的方向延伸，以允许高效的平移运动。
25.根据进一步实施例，压电致动器包括位于纵向双压电晶片的一个纵向端处的至少一个压电元件。已经发现，这种配置允许进一步控制平移运动。
26.根据进一步实施例，压电致动器包括位于纵向双压电晶片的一个纵向端处的至少两个压电元件，压电元件关于纵向双压电晶片的一个纵向端相对设置。优选地，压电元件被配置为两个压电元件中的第一压电元件在第二压电元件膨胀时收缩。已经发现，这种配置允许进一步控制平移运动。尤其发现，这种配置允许修正假色和/或莫阿效应。
27.根据本发明的优选实施例，堆叠基座的第一基座，例如较低基座，包括：延至少一个平移方向的纵向驱动轴。堆叠基座的第二基座，例如较高基座包括滑动元件，该滑动元件与堆叠基座的第二基座、例如堆叠基座中的较高基座连接并且可滑动地卡接在纵向驱动轴上。压电致动器包括压电元件，该压电元件位于驱动轴和较低基座之间用于沿至少一个平
移方向移动驱动轴。在这种配置中，压电元件被设置为通过将压电元件的快速收缩或膨胀与压电元件的缓慢收缩或膨胀相结合，沿纵向驱动轴移动移动滑动元件。压电元件的快速收缩或膨胀是由压电元件上电压的快速改变引起的；压电元件的缓慢收缩或膨胀是由压电元件上较慢的电压改变引起的。这种配置使得通过快速改变压电元件上的电压，膨胀或收缩使得驱动轴沿滑动元件滑动，而不大幅改变滑动元件的位置。然而，通过更慢地改变压电元件上的电压，膨胀或收缩使得驱动轴与滑动元件一同移动，并因此同样改变滑动元件的位置。由于滑动元件连接到堆叠基座的第二基座上且驱动轴连接到堆叠基座的第一基座上，两个基座能够相对于彼此移动。
28.根据优选实施例，这种配置中的压电元件可以通过使用被弹性电极层分隔的两个压电元件来建立。
29.根据优选实施例，相机模组的压电致动器包括位于滑动元件上沿驱动轴设置的至少一个压电元件。
30.根据更优选实施例，压电致动器包括在滑动元件处、位于驱动轴的相对侧的至少两个压电元件。优选地，这两个压电元件中的第一压电元件在这两个压电元件中的第二压电元件膨胀时收缩。已经发现，如此配置能够进一步控制平移运动。尤其已经发现，这种配置能够修正假色和/或莫阿效应。
31.根据本发明的优选实施例，相机模组包括用于引导沿至少一个平移方向的镜头运动的平移导向装置。这种平移导向装置能够被构建，以使得透镜仅在期望的平移方向上移动，而不存在其它非期望的移动。
32.更优选地，平移导向装置包括纵向导向元件，纵向导向元件设置在堆叠基座的第一基座上，例如堆叠基座中的较低基座上，且沿至少一个平移方向延伸。堆叠基座的第二个基座，例如堆叠基座中的较高基座，包括连接在堆叠基座的第二基座上、且沿导向元件可移动安装的跟随元件。这种导向装置的构建是相对简单的。
33.根据优选实施例，纵向导向元件包括导向轴，并且跟随元件包括沿导向元件可滑动安装的滑动元件。根据替选实施例，纵向导向元件包括槽，并且跟随元件包括设置为沿槽运动的球。针对纵向导向元件和跟随元件的不同实施例可以在不同的堆叠基座间结合，和/或甚至在同一对堆叠基座间结合。
34.根据优选实施例，相机模组包括设置用于容置透镜和聚焦透镜的聚焦模组，透镜平移模组设置为采用至少一个压电致动器以相对光轴沿至少一个平移方向移动聚焦模组。
35.根据更优选实施例，聚焦模组位于堆叠基座的顶部基座上，例如，如果存在第三基座则位于第三基座上，并且光轴穿过不同基座。在这种配置中，堆叠基座包括沿光轴的开口，以致光线可以通过并达到沿光轴设置的图像传感器。图像传感器可以位于堆叠基座的较低基座之下或者位于堆叠基座的较低基座之上。
36.本发明还涉及一种电子设备，包括：本发明的相机模组。
37.本发明还涉及一种光学稳像方法，用于具有本发明提供的相机模组的相机中，其通过相对于相机中的图像传感器移动安装在具有相机模组的相机中的透镜来实现。
附图说明
38.为了更好地理解本公开，在此将以示例的方式参考附图，在附图中：
39.图1所示为根据本发明的相机模组的第一实施例的俯视示意图。
40.图2所示为图1的细节。
41.图3所示为图2的进一步细节，其中为了理解忽略了一些细节。
42.图4所示为图1的细节的工作原理示意图。
43.图5所示为根据本发明的相机模组的第二实施例的俯视示意图。
44.图6所示为根据本发明的相机模组的第三实施例的俯视示意图。
45.图7所示为根据本发明的相机模组的第四实施例的俯视示意图。
46.图8所示为本发明与图1所示实施例相似的另一实施例。
具体实施方式
47.本公开将针对特别的实施例并参照特定的附图进行描述，但是本公开不限于此。所描述的附图仅是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明的目的，一些元件的尺寸可以被夸大，而不是按照比例绘制的。
48.图1所示为本发明的第一实施例的俯视示意图。
49.图1所示为相机模组1。所示相机模组1优选为相机的一部分，例如移动电话的相机的一部分。相机模组1具有透镜2。透镜2用于将光线聚焦到附图中未示出的图像传感器上。
50.相机模组1具有平移模块3。平移模块3被设置用于相对于光轴4沿第一平移方向5和第二平移方向6移动透镜2。光轴4由于沿观察方向设置而呈现为点。第一和第二平移方向5，6均垂直于光轴4且相互垂直。
51.透镜平移模组3包括用于沿至少一个平移方向移动透镜2的至少一个压电制动器7、8。在图1所示的实施例中，透镜平移模组3包括两个压电致动器：第一压电致动器7和第二压电致动器8。第一压电致动器7被设置用于沿第一平移方向5移动透镜2，且第二压电致动器8被设置用于沿第二平移方向6移动透镜2。
52.如图所示，透镜平移模块3包括第一基座9和第二基座10，第二基座10被堆叠在第一基座9上，如此第二基座10能够在第一基座9上沿第一平移方向5被移动。透镜平移模组3包括用于在第一基座9上沿第一平移方向5移动第二基座10的第一驱动装置12。第一驱动装置12将第一基座9和第二基座10相互连接，且第一压电致动器7构成第一驱动装置12的组成部分。
53.进一步地，图1显示透镜平移模块3包括堆叠在第二基座10上的第三基座11，如此第三基座11能够在第二基座10上沿第二平移方向6被移动。透镜平移模组3包括用于驱动第三基座11在第二基座10上沿第二平移方向6移动的第二驱动装置13，第二驱动装置13将第二基座10和第三基座11相互连接，且第二压电致动器8构成第二驱动装置13的一部分。根据图1，基座9、10、11采用堆叠层的方式。
54.至少顶部基座，在本例中为顶部两层，包括：供光线穿过透镜且达到图像传感器的开口。图像传感器能够位于最低基座之下或之上，在本例中位于第一基座9之下或之上。在图像传感器位于最低基座9之下的情况下，第一基座也包括允许光线穿过并到达图像传感器上的开口。
55.在图1中，第一压电致动器7和第二压电致动器8均包括在两个堆叠基座之间延伸的纵向双压电晶片14、17。
56.举例来说，所述纵向双压电晶片14具有大约6.5mm的长度。
57.根据图1所示的实施例，第一纵向双压电晶片14在第一基座9和第二基座10之间延伸，一个纵向端15被附接在堆叠基座中的较低基座9上，即本例中的第一基座9，且另一个纵向端16被附接在堆叠基座中的较高基座10上，即本例中的第二基座10。双压电晶片14被设置用于相对于第一基座9沿第一平移方向5移动第二基座10。
58.根据图1所示的实施例，第二纵向双压电晶片17在第二基座10和第三基座11之间延伸，一个纵向端18被附接在堆叠基座中的较低基座10上，即本例中的第二基座10，且另一个纵向端19被附接在堆叠基座中的较高基座11上，即本例中的第三基座11。双压电晶片17被设置用于相对于第二基座10沿第二平移方向6移动第三基座11。
59.图4所示为这种纵向双压电晶片14的细节。双压电晶片包括被弹性中心电极6分隔的两个纵向压电元件20、21。这说明通过施加对应的电压，压电晶片14弯曲。
60.双压电晶片14的弯曲例如允许在任意方向移动约350微米的距离。
61.图2和更详细的图3显示第一双压电晶片14的纵向端16的细节。可以看出，第一压电致动器7包括位于附接到堆叠基座10的较高基座上的双压电晶片14的一个纵向端16处的至少一个压电元件23。这个压电元件23进一步允许相对于堆叠基座的较低基座9定位堆叠基座的较高基座。为了进一步加强定位，图2和3显示出压电致动器包括位于纵向双压电晶片14的纵向端16处的至少两个压电元件23、24。压电元件23、24相对于纵向端16彼此相对设置并且是线连的，使得一个压电元件23在另一个压电元件24膨胀时收缩，从而进一步控制基座相对于彼此的运动。图2进一步显示保持元件25，保持元件25将不同元件保持在一起。
62.相对设置的压电元件23、24例如允许在任一方向上约为0.3微米的微小运动且频率约为3千赫兹。
63.图1进一步地示意性显示相机模组1。相机模组1包括位于各堆叠基座之间、支撑较高基座并设置为在较低基座上滚动的至少一个球26、27。
64.更特别地，图2显示出第二基座10由位于第一基座9上的第一球26滚动支撑，且第三基座11由第二球27滚动支撑在第二基座10上。
65.进一步地，图1显示出相机模组1包括用于使堆叠基座相互磁吸的至少一个磁体28、29。更特别地，图2显示出第二基座10通过第一磁体28被磁吸在第一基座9上，且第三基座11通过第二磁体29被磁吸在第二基座10上。这些磁体28、29保持不同层上下布置，且保持第一和第二球26、27位于它们的期望位置。
66.图1进一步显示出相机模组1包括用于引导透镜沿至少一个平移方向移动的平移导向装置30。特别地，根据图1所示实施例，平移导向装置30包括第一纵向导向元件31和第二纵向导向元件32。第一纵向导向装置31位于第一基座9上，且沿第一平移方向5延伸。第二纵向导向装置32位于第二基座10上且沿第二平移方向6延伸。第二基座10包括与第二基座10连接的第一跟随元件33，且第三基座11包括与第三基座11连接的第二跟随元件34。第一和第二跟随元件33、34可移动安装在导向元件31、32上。
67.如图1所示，纵向导向元件31、32包括导向轴35、36，并且跟随元件33、34包括沿导向元件31、32可滑动安装的滑动元件37、38。
68.图1进一步显示出在每个导向轴35、36上提供有两个滑动元件37、38。这对于本发明并不是必要的，并且能够提供更少或更多的滑动元件。
69.图1进一步显示出相机模组1包括被设置用于容置透镜2和聚焦透镜2的聚焦模组39，透镜平移模块3被提供用于至少一个压电致动器7、8相对于光轴4在至少一个平移方向5、6上移动聚焦模组39。
70.图1进一步显示聚焦模组的进一步元件，例如，两个磁轭40、41，两个线圈42、43，用于上下移动透镜2的两个磁体44、45，和促进该运动的两个球46、47。
71.通过根据图1的实施例，例如能够得到小于200mw、甚至小于100mw的典型功耗。典型功耗有可能为大约40mw。
72.通过根据图1的实施例，例如能够得到约为100hz的响应频率。
73.已经发现，例如能够得到超过30db的补偿比。
74.图5所示为本发明的第二实施例。图5的实施例与图1的实施例非常相似。清楚起见，图5仅指出所述的技术特征。图5的实施例不同于图1的实施例之处在于，第一和第二纵向导向元件31、32包括第一和第二槽48、49。根据所示实施例，跟随元件33、34包括被设置为沿各自槽48、49滚动的球50、51。
75.图5进一步显示出球50、51被设置在槽48、49上。这对于本发明并不是必要的，并且能够提供更少或更多的球以跟随槽的运动。
76.图6所示为与图1的实施例相似的实施例。清楚起见，图6中仅指示所讨论的技术特征。图6的实施例相对于图1的实施例的区别在于，第一基座9包括沿第一平移方向5的第一纵向驱动轴52。第二基座10包括连接到第二基座10上、且可滑动地卡接在第一纵向驱动轴52上的第一滑动元件54。第一滑动元件54和第一纵向驱动轴52为第一压电致动器7的组成部分。在这种实施例中，第一压电制动器7包括位于第一驱动轴52和第一基座9之间用于沿第一平移方向5移动第一驱动轴52的第一压电元件56。进一步地，第二基座10包括沿第二平移方向6的第二纵向驱动轴53。第三基座11包括连接到第三基座11上、且可滑动地卡接在第二纵向驱动轴53上的第二滑动元件55。第二滑动元件55和第二驱动轴53为第二压电致动器8的组成部分。这种实施例中的第二压电制动器8包括位于第二驱动轴53和第二基座10之间用于沿第二平移方向6移动第二驱动轴的第二压电元件57。优选地，第一和第二压电元件56、57分别通过各自的第一和第二质量块58、59附接到第一和第二基座9、10上，以更有效地分别移动第一和第二驱动轴。第一和第二滑动元件54、55通过第一和第二弹簧元件60、61分别卡接在第一和第二驱动轴上。
77.例如，纵向驱动轴具有6.5mm的长度和0.7mm的直径。
78.如上所述，第一和第二压电元件56、57被设置用于通过将压电元件56、57的快速收缩或膨胀和压电元件的缓慢收缩或膨胀相结合，沿纵向驱动轴52、53移动滑动元件54、55。压电元件的快速收缩或膨胀是由压电元件56、57上的电压的快速改变引起的，压电元件的缓慢收缩或膨胀是由压电元件上的电压的缓慢改变引起的。这种配置使得通过快速改变压电元件56、57上的电压，膨胀或收缩是如此以至于驱动轴52、53沿滑动元件54、55滑动，而不大幅改变滑动元件54、55的位置。然而通过更慢地改变压电元件56、57上的电压，膨胀或收缩是如此以至于驱动轴52、53与滑动元件54、55一同移动，并因此改变滑动元件54、55的位置。
79.通过根据图6的实施例，例如能够得到大约40mw的功耗。
80.通过根据图6的实施例，例如能够得到大约27khz的响应频率。
81.已经发现，例如能够得到超过30db的补偿比。
82.通过根据图6的实施例，例如能够得到滑动元件54、55在每个方向上为大约200微米、步长为大约0.03微米、以及大约270khz的频率的总移动。
83.进一步可以看出，本实施例的相机模组1包括在各堆叠基座之间的球26、27，该球支撑较高基座且被设置为在较低基座上滚动。由于堆叠层相对于彼此的运动大体上是由传动轴的来回运动提供的，因此独立的平移引导装置可以被省略。
84.图7所示为根据本发明的相机模组的第四实施例，其余图6的实施例相似。清楚起见，图7仅指示所讨论的技术特征。然而，驱动轴52、53的位置略微不同于聚焦模组39。
85.图8所示为与图1的实施例相似的实施例。清楚起见，图8仅指示所讨论的技术特征。然而，在图8中，设置有第三压电致动器62和第四压电致动器63。第三压电致动器62为第一驱动装置12的一部分。第四压电致动器63为第二驱动装置13的一部分。
86.在图1中，第三压电致动器62和第四压电致动器63均包括在两个堆叠基座之间延伸的纵向双压电晶体64、65。
87.根据图8所示的实施例，第三纵向双压电晶体62同样在第一基座9和第二基座10之间延伸，一个纵向端被附在堆叠基座的较低基座9上，在本例中为第一基座9，且另一个纵向端被附在堆叠基座的较高基座10上，在本例中为第二基座10。第三双压电晶体64还被设置用于相对于第一基座9沿第一平移方向移动第二基座10。第三双压电晶体10被设置在第二基座10的一侧，该侧为第二基座10的第一压电晶体16所在侧的相反侧。
88.根据如图8所示的实施例，第四纵向双压电晶体65在第二基座10和第三基座11之间延伸，一个纵向端被附接在堆叠基座的较低基座10上，在本例中为第二基座10，且另一个纵向端被附接在堆叠基座的较高基座11上，在本例中为第三基座11。第四双压电晶体65被设置用于相对于第二基座10在第二平移方向6上移动第三基座11。然而，第四双压电晶体65被设置在第三基座11的一侧，该侧为第二双压电晶体17所在侧的相反侧。优选地，如图8所示，相对的双压电晶体的纵向端被反转，使得双压电晶体的与堆叠基座的较高基座连接的端部与双压电晶体的与堆叠地基座的较低基座连接的端部相对，反之亦然。如此配置允许在相对的双压电晶体均沿相同的平移方向以不同弯曲轴移动透镜时，通过弯曲的双压电双晶片的运动来补偿移动的堆叠层的旋转运动。本例中省略了图1中额外的平移导向装置30。
89.如图8所示，相对的双压电晶体的纵向端位于大体上在光轴4上彼此交叉的线上，因为已经发现这可以改进对透镜2的旋转运动的补偿。
90.进步一步可以看出，本实施例的相机模组1还包括位于各堆叠基座之间的球26、27，球26、27支撑较高基座且被设置为在较低基座上滚动。
91.优选地，由相对的第一和第三双压电晶体引起的净旋转(如果存在)以及由相对的第一和第三双压电晶体引起的净旋转(如果存在)是如此以至于通过将相对的双压电晶体的端部对应设置可以使净旋转之间至少部分抵消。
92.1.相机模组
93.2.透镜
94.3.透镜平移模组
95.4.光轴
96.5.第一平移方向
97.6.第二平移方向
98.7.第一压电致动器
99.8.第二压电致动器
100.9.第一基座
101.10.第二基座
102.11.第三基座
103.12.第一驱动装置
104.13.第二驱动装置
105.14.第一双压电晶体
106.15.第一纵向端第一双压电晶体
107.16.第二纵向端第一双压电晶体
108.17.第二双压电晶体
109.18.第一纵向端第二双压电晶体
110.19.第二纵向端第二双压点晶体
111.20.第一压电元件
112.21.第二压电元件
113.22.弹性中心电极
114.23.压电元件
115.24.压电元件
116.25.保持元件
117.26.第一球
118.27.第二球
119.28.第一磁体
120.29.第二磁体
121.30.平移导向装置
122.31.第一纵向导向元件
123.32.第二纵向导向元件
124.33.第一跟随元件
125.34.第二跟随元件
126.35.第一导向轴
127.36.第二导向轴
128.37.第一滑动元件
129.38.第二滑动元件
130.39.聚焦模组
131.40.第一聚焦磁轭
132.41.第二聚焦磁轭
133.42.第一聚焦线圈
134.43.第二聚焦线圈
135.44.第一聚焦磁体
136.45.第二聚焦磁体
137.46.第一聚焦球
138.47.第二聚焦球
139.48.第一槽
140.49.第二槽
141.50.第一跟随球
142.51.第二跟随球
143.52.第一纵向驱动轴
144.53.第二纵向驱动轴
145.54.第一滑动元件
146.55.第二滑动元件；
147.56.压电元件
148.57.压电元件；
149.58.第一质量块
150.59.第二质量块
151.60.弹簧元件
152.61.弹簧元件
153.62.第三压电致动器
154.63.第四压电致动器
155.64.第三纵向双压电晶体65.第四纵向双压电晶体
156.66.弹性电极
157.尽管已经对本公开实施例的特定实施例进行了描述，但是这些特定实施例仅是示例性的，并且还可能存在其它实施例。