专利名称：小型成像装置的制作方法
技术领域：
在此披露的本发明涉及一个小尺寸的成像装置。
背景技术：
许多便携式电子装置，如手机和/或个人数字助理(PDA)，都包括一个小型照相机模块。这种模块可以包括一个图像感应器、一个成像透镜组件、和/或一个致动器以调整成像透镜组件关于图像感应器的位置。当设计者倾向于推出更薄、更小型和/或更轻便的便携式电子装置时，小型照相机模块制造商就面对这样的挑战:需要提供更小型相机模块去配合装置中有限的空间。
参照以下描述，将描述非限制和非详尽的实施例，其中在整个说明书里相同参照码表示相同部件，除非特别说明。图1是本发明一个实施例的小型成像模块的组件分解示意图；图2是本发明一个实施例的一个小型成像模块的裝配图；图3是本发明一个实施例的一个弹簧的示意图；图4是本发明一个实施例的一个弹簧的俯视图；图5是本发明一个实施例的一个线圈的示意图；图6是本发明一个实施例的一个线圈的俯视图；图7是本发明一个实施例的一个线圈-弹簧组件的俯视图；图8是本发明另一个实施例的小型成像模块的组件分解示意图；图9是本发明一个实施例的一个小型成像模块的侧视图；图10是本发明一个实施例的一个启动的致动器的局部放大示意图；图11是本发明一个实施例的一个非启动的致动器的局部放大示意图；图12是本发明另一个实施例的一个小型成像模块的侧视图；图13是本发明一个实施例的一个启动的致动器的局部放大示意图；图14是本发明一个实施例的一个非启动的致动器的局部放大示意图；图15是本发明一个实施例的小型成像模块的组件分解示意图；图16是本发明另一个实施例的小型成像模块的组件分解示意图；图17是本发明另一个实施例的小型成像模块的组件分解示意图；图18是本发明另一个实施例的小型成像模块的组件分解示意图。发明详述在以下的详细描述里，阐述了众多具体细节以便能够完整地理解本发明。但是，本领域技术人员将会理解，不需要这些具体细节也可以实施本发明。另外，为了不混淆本发明，本领域技术人员所熟知的方法、装置或系统不会被详细描述。在说明书里，“一个实施例”是指包含在本发明至少一个实施例内的与一个特别实施例有关而描述的特别特征、结构或特性。因此，在说明书里不同地方出现的“在一个实施例里”不一定是指同一实施例或描述的任一特定实施例，此外，将会理解，在一个或多个实施例里可以以各种方法合并所述的特别特征、结构或特性。通常，当然，这样的或那样的问题可能会随着特定使用的上下文的不同而不同。所以，上下文的具体描述和这些术语的使用能够有助于理解有关从上下文引申出来的推论。同样，在此使用的“和”、“和/或”和“或”可以包括众多涵义，其同样至少部分依赖于使用这些术语的上下文。通常，如果“或”和“和/或”被用来关联一个列表，如A、B或C，其可以是包含意义，意在是指A、B和C,也可以是排他涵义，是指A、B或C。另外，在此使用的“一个或多个”可被用来描述任何单个特征、结构或特性，或可被用来描述特征、结构或特性的一些组合。尽管应该注意到这仅仅是一个描述例子，而权利要求主题并不受限于此例子。在此描述的实施例包括一个小型成像模块，其提供一个装置和/或允许一个方法过程来调整在成像透镜和图像感应器之间的距离，其中小型模块的覆盖区域(footprint)可以与图像感应器的覆盖区域几乎相同。换句话说，小型成像模块的俯视面积接近或少于图像感应器的俯视面积。这样的小型成像模块可以为设计者们提供一点优势:将这样的模块整合入愈加薄型、小型、和/或轻便的电子装置内，例如小型相机。当被用来描述这些实施例时，术语“在…上”、“在…下”和“在…侧”描述相对这种小型成像模块的光轴的位置。特别地，“在…上”和“在…下”是指沿着光轴的位置，其中“在…上”是指一个元件的一侧，而“在…下”是指元件的另一侧。相对“在…上”和“在…下”，“在…侧”是指一个元件的侧面，其偏离光轴，如透镜的外围。在一个特别实施例里，这种覆盖区域(footprint)可以通过安置一个致动器在透镜组件上方和/或下方来实现，而不是安置一个致动器在透镜组件的侧旁。例如，在一个特别实施例里，一个小型成像模块的结构，如小型照相机模块，可以提供自动对焦和/或其它成像功能，其中致动器被安装在成像透镜的上方和/或下方。这个致动器的俯视面积接近或少于这个小型照相机模块的图像感应器的俯视面积。相比较而言，例如，将小型照相机模块的致动器置于成像透镜的一侧就会导致一个相对较大的成像模块尺寸。这种较大的外观尺寸会使小型照相机模 块的覆盖区域明显大于其图像感应器的覆盖区。在一个实施里，这个致动器可以包括磁铁和线圈而赋予磁力在透镜组件上。这个磁铁可以是平坦或平面形状，如平面圆盘的形状。磁铁可以是永磁铁或电磁场产生器，如线圈。这种线圈可以是线绕线圈、印刷线圈、和/或一个基板上的电镀线圈。小型成像模块可以包括一个弹簧而提供回复力给透镜组件。在其它实施例里，小型成像模块可以包括一个致动器，其有一个线圈，当线圈被充电时与透镜组件一起移动。在另一个结构里，小型成像模块可以包括一个致动器，其有一个线圈和一个磁铁，其中当线圈被充电时磁铁可以与透镜组件一起移动。在一个特别实施里，这个致动器可以包括四个磁铁，其可以被安置在一个平面上。在另一个特别实施里，这个致动器可以包括四个线圈，其可以被安置在一个平面上。这四个线圈的电连接是串联，或至少其中两个线圈的电连接是并联。在另一个特别实施里，这四个线圈可以被安置在小型成像模块的透镜组件上。在另一个实施例里，小型成像模块可以包括一个致动器，其包括至少两组线圈以产生电磁力，其中每组线圈位于两个平行平面上。在一个特别实施里，可以安排这两组线圈的磁极方向是平行于小型成像模块透镜组件的光轴。在另一个特别实施里，当两组线圈被充电时，其中一组线圈可以与透镜组件一起移动。当然，小型成像模块的这些细节仅仅是例子，本发明的权利要求主题并不受此限制。在一个实施例里，将包括一个或多个透镜的透镜组件安装到致动器的一部分、并安置图像感应器以接受来自透镜组件的光，而得到一个小型成像模块，其中致动器可以包括一个片弹簧(leaf spring),其位于图像感应器和透镜组件之间。在一个实施里,这个小型成像模块可以包括一个透镜组件、至少一个致动器以调整透镜组件的位置、和一个图像感应器，其中至少一部分致动器可被安置在透镜组件和图像感应器之间。例如，致动器可以包括一个片弹簧，其被安置在透镜组件和图像感应器之间。在一个特别实施里，这个致动器可以包括一个磁铁和一个线圈，它们也被安置在透镜组件和图像感应器之间。例如，这个致动器可以被安装在图像感应器上和/或透镜组件可被安装在致动器上。在另一个特别实施里，这个致动器可以包括一个磁铁和一个线圈，其被安置在透镜组件的上方，而片弹簧被安置在透镜组件的下方。在任一个实施里，这个致动器可以纵向地驱动透镜组件而调整透镜组件相对图像感应器的位置。如在此使用的，“纵向地”是指一个几乎平行于小型成像模块光轴的方向，而“横向地”是指一个几乎与小型成像模块光轴垂直的方向。当然，小型成像模块的这些细节仅仅是范例，而本发明的权利要求主题并不受此限制。致动器能够比较精确地控制透镜组件的运动，从而各种成像功能，诸如对焦，可以改善图像质量。这种小型模块的优点是其覆盖区域可以几乎等于或小于图像感应器的覆盖区域。此外，这种包括一个适当设计的致动器的小型模块，可以适用于批量制造过程。而批量过程可以发生在晶圆级过程上。这种过程可以产生一个相对较高的制造效率，由于小型模块提供变焦功能，从而降低照相机的制造成本。图1是本发明一个实施例的一个小型成像模块的组件分解示意图。这个成像模块包括一个图像感应器110,其有球状网格阵列界面115 (ball grid array interface),尽管这个成像模块可以包括许多不同类型的电连接。图像感应器110可以包括一个有效成像区域117，其包括诸如一个像素电荷耦合器件(CXD)和/或一个或多个互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，这仅仅是两个例子。在一个实施例里，成像模块100还包括一个透镜组件160，其可以包括一个或多个透镜而提供一个图像到图像感应器110的有效成像区域117上。这个图像不但可以包括可视波长，也可以包括红外线和/或紫外线波长。从而，这个图像被聚焦到有效成像区域117上，致动器135可以调整透镜组件160相对图像感应器110的位置。在一个特别实施里，致动器135可以调整至少一部分透镜组件160相对图像感应器110的纵向位置。如上所述，这个透镜组件可以包括一个或多个透镜，从而一个或多个透镜的纵向位置可以作为一组来调整。在一个特别实施里，致动器135可以包括一个磁铁130、一个片弹簧140、和/或一个线圈150。成像模块100还可以包括一个置于致动器135和图像感应器110之间的垫片120。尽管在本实施例里致动器135被描述为其所有元件都被安置在透镜组件160下方，但在另一个实施例里，如以下的详细描述，致动器的元件可以被安置在透镜组件的上方和/或下方。图2是本发明一个实施例的一个小型成像模块200的裝配图，这个模块可以包括图1所示的小型成像模块100。例如，小型成像模块200可以包括一个外壳220以罩住小型成像模块100的元件。这个外壳可以被安装在图像感应器110上，其可以包括球状网格阵列210，从而在小型成像模块200和一个或多个系统元件(图中未显示)如控制电路等之间进行电连接。图3是本发明一个实施例的弹簧300的示意图，而图4是弹簧300的俯视图。这个弹簧可以是一个片弹簧，如图1所示的片弹簧140。在一个实施里，弹簧300可以包括一个中央部分330和一个臂部分320，作为一个弹簧适应性地移动或弯曲。例如，如果中央部分330和臂部分320偏移平衡位置时，中央部分330和臂部分320就可以提供一个回复力。固定部分310可以包括弹簧300的外围部分，其被固定安装到小型成像模块的一个或多个元件上。例如，中央部分330和臂部分320可以像弹簧一样弯曲，而固定部分310则保持在一个相对固定的位置。弹簧300还可以包括一个孔340，以允许光沿着光轴穿过弹簧300。当然，弹簧300的这些细节仅是示例，本发明并不受此限制。图5是本发明一个实施例的线圈500的示意图，而图6是线圈500的俯视图。这个线圈可以包括图1所示的线圈150。在一个实施里，透镜组件，如图1所示的透镜组件160，可以被安装到线圈500上，线圈500包括安装在基板510上的电导体520。电导体520可以是基板510的一层或多层上的多个线环。流经电导体圆环520的电流可以产生一个磁场，而产生一个作用力在磁铁上，如图1所示的磁铁130。在此情况下，弹簧140可以提供一个回复力以抵消这个磁作用力，由此提供一个机制来调整透镜组件160关于图像感应器110的纵向位置。线圈500还可以包括一个孔530，以允许光沿着光轴穿过线圈500。当然，线圈500的这些细节仅是示例，而本发明并不受此限制。在一个实施例里，弹簧和线圈可以合并为一个元件，图7是这种线圈-弹簧元件700例子的俯视图。这个合并元件的弹簧部分可以提供电流到线圈部分。例如，这个合并元件可以包括一个线圈710和一个电极720，其弹簧元件也可以是一个片弹簧，以从外部电源(图中未显示)传导电流到线圈710。部分730和740显示连接区域，其中电流可从电导体720传导到线圈710，反之亦然。图8是本发明一个实施例的包括线圈-弹簧元件700的一个小型成像模块800的组件分解示意图。这个成像模块可以包括一个图像感应器810，其可以类似于图1所示的图像感应器110。成像模块800还可以包括一个透镜组件860，其可以包括一个或多个透镜单元以提供图像到图像感应器810的有效成像区域上(图中未显示)。这个图像不但可以包括可视波长，也可以包括红外线和/或紫外线波长。从而，这个图像被聚焦到图像感应器810上，致动器835可以调整透镜组件860关于图像感应器810的纵向位置。以另一种方式描述，致动器835可以调整透镜组件860和图像感应器810之间的距离来调整焦距。这个透镜组件可包括一个或多个透镜，从而一个或多个这种透镜的纵向位置可以调整。在一个特别实施里，致动器835可以包括磁铁830、弹簧-电导体840、和/或线圈850。如上所述，弹簧-电导体840和线圈850可以是单个元件，如图7所示的线圈-弹簧元件700。在此单个元件里，弹簧-电导体840可以提供电流到线圈850。成像模块800还可以包括一个置于致动器835和图像感应器810之间的垫片820。线圈850被安置到透镜组件860。如果通电，由流经线圈850的电流产生的磁场和安置在线圈850之下的磁铁830相互作用，可以提供一个作用力使透镜组件860和线圈850沿着光轴移动。在另一个结构里，磁铁830可以被安置在线圈850上方。当然，小型成像模块的这些细节仅是示例，而本发明并不受此限制。
图9是本发明一个实施例的一个小型成像模块900的侧视图。此成像模块可以包括一个图像感应器910，其可以类似于图1所示的图像感应器110。成像模块900还可以包括一个透镜组件960，其可以包括一个或多个透镜单元970以提供一个图像到图像感应器910的有效成像区域(图中未显示)。如上所述，此图像不但可以包括可视波长，也可以包括红外线和/或紫外线波长。从而，此图象被聚焦到图像感应器910上，致动器可以调整透镜组件960关于图像感应器910的位置。此方位如箭头980所示。这个致动器，被安置在透镜组件960之下，可以包括磁铁930、片弹簧940和线圈950。这个透镜组件可以包括一个或多个透镜，如以下的详细描述，从而，一个或多个透镜的纵向位置可以被调整。在一个特别实施里，小型成像模块900还包括一个置于在磁铁930和图像感应器910之间的垫片920。图像感应器910可以包括球状网格阵列912，以便能够电连接到一个或多个外部元件(图中未显不)O部分990描述小型成像模块900的一个部位，其对应致动器操作可能在构造上发生变化。部分990的示例结构如图10和11详细所示。为清晰地进行描述，垫片920未在图10和11内显示。如图10所示，当电流流经线圈950时，可以启动此致动器。此电流可以产生一个磁场而产生一个相对磁铁930的排斥力。所以，安装在线圈950上的透镜组件960可以移动并离开磁铁930，沿着由箭头980所示的方向增加透镜组件960和图像感应器910之间的距离。同时，片弹簧940可以安置到线圈950上而施加一个回复力到线圈950。在图11里，当没有电流经过线圈950时，此致动器未启动。没有电流，就没有磁场来产生相对磁铁930的排斥力。所以，安装在线圈950上的透镜组件960仍然靠近磁铁930而保持透镜组件960和图像感应器910之间的一个距离。此示例只限于启动的或未启动的致动器。或者，至少部分基于线圈95里的电流变化幅度，致动器的启动程度也是变化的。不同的启动程度变化可以改变透镜组件960和图像感应器910之间的距离，从而准确地控制光到图像感应器910上的聚焦。例如，透镜组件960和图像感应器910之间的距离可以至少部分地取决于磁场，其中沿着透镜组件的光轴可以测量此距离。当然，小型成像模块的这些细节仅仅是示例，而本发明并不受此限制。图12是本发明一个实施例的小型成像模块905的侧视图。此成像模块可以包括一个图像感应器915，其可以类似于图9所示的图像感应器910。成像模块905还可以包括一个透镜组件965，其可以包括一个或多个透镜单元975而提供图像到图像感应器915的有效成像区域(图中未显示)。在一个特别实施里，透镜组件965可以包括至少一个透镜977，透镜组件965可延伸超出任何致动器元件如磁铁935和线圈955的位置。磁铁935可以由一个磁铁支撑单元936来支撑。从而，此图像被聚焦到图像感应器915上，致动器可以调整透镜组件965关于图像感应器915的位置。方位由箭头985表示。安置在透镜组件965之下的这一部分致动器可以包括一个片弹簧945，而安置在至少一部分透镜组件965之上的另一部分致动器可以包括磁铁935和线圈955。透镜组件可以包括一个或多个透镜，并且一个或多个透镜的纵向位置可以被致动器作为一组来调整。在一个特别实施里，小型成像模块905还可以包括一个垫片925，其被安置在片弹簧945和图像感应器915之间。图像感应器915可以包括球状网格阵列914，以便能够电连接到一个或多个外部元件(图中未显示)。部分995描述小型成像模块905的一个部位，其对应致动器运作可能在构造上发生变化。部分995的示例结构在图13和14内被详细显示。在一个特别实施里，当电流行进穿过线圈955时，可以启动致动器。此电流可以导致一个磁场而产生一个相对磁铁935的排斥力。所以，安装在线圈955之下的透镜组件965可以移动并离开磁铁935，沿着由箭头988指示的方向减小透镜组件965和图像感应器915之间的距离。同时，片弹簧945安置到透镜组件965的底部，而产生一个向上的回复力到透镜组件965上。在另一个特别实施里，致动器可以由流经线圈955的电流启动，而产生对磁铁935的一个吸引力。所以，安装在线圈955之下的透镜组件965可以朝磁铁935移动，沿着箭头988指示的方向减小透镜组件965和图像感应器915之间的距离。在另一个特别实施里，当没有电流流经线圈955时，致动器尚未启动。当没有电流时，线圈955不会产生相对磁铁930的任何排斥力或吸引力。所以，安装在线圈955之下的透镜组件965仍然靠近磁铁935而保持透镜组件965和图像感应器915之间的一个距离。此示例仅限于启动的或未启动的致动器。或者,基于至少部分线圈955内流动电流的变化幅度，致动器的启动可以有不同的变化程度。这种启动变化程度可以改变透镜组件965和图像感应器915之间的距离，从而准确地控制光在图像感应器915上的聚焦。当然，小型成像模块的这些细节仅是示例，本发明并不受此限制。图15是本发明一个实施例的一个小型成像模块170的组件分解示意图。线圈部件171可以包括多个单线圈172。在一个特别实施里，线圈部件171可以包括四个线圈172，它们可以安装在单个平板上，四个线圈172的电连接可以是串联或至少两个线圈的电连接是并联。小型成像模块170也可以包括多个单磁铁174。例如，小型成像模块170可以包括四个磁铁，它们一对一对应四个线圈172，尽管本发明并不受此限制。图16是本发明另一个实施例的一个小型成像模块175的组件分解示意图。磁铁177安置在弹簧组件178和透镜组件176之间。另外，一个或多个线圈179被安置在弹簧组件178和图像感应器173之间。例如，这种配置可以与图1所示的实施例比较。磁铁177可以安置到透镜组件176上。当通电时，由流经磁铁177下方的线圈179的电流产生的磁场与磁铁177相互作用，可以产生一个作用力使透镜组件176和磁铁177沿着光轴移动。在另一个构造里，线圈179可以安置在磁铁177上方，尽管本发明并不受此限制。图17是本发明另一个实施例的一个小型成像模块180的组件分解示意图。一个或多个线圈184可以被安装和/或直接覆盖在透镜组件表面182上，尽管本发明并不受此限制。图18是本发明另一个实施例的一个小型成像模块185的组件分解示意图。此模块可以包括线圈187和/或代替磁铁的线圈189，它们可以包含在上述的其它实施例里。本领域技术人员将会认识到，对以上描述作出无数变化是可能的，示例和附图仅是用作描述一个或多个特别实施。尽管已经描述了示范实施例，本领域技术人员将会理解，可以对其做出各种其它修改以及等价物替换，而不会脱离本发明的范围。另外，可以作出许多修改以调制一个特别情况来适应本发明的教义，而没有脱离在此所述的中心概念。所以，本发明不受制于在此披露的特别实施例，但本发明也可能包括属于所附权利要求范围内的所有实施例及其等价物。
权利要求
1.一个小型成像装置，包括: 一个透镜组件，其包括一个或多个透镜； 一个图像感应器，从所述透镜组件接收光；和 一个致动器，用来调整所述透镜组件的位置，所述致动器包括至少一个磁铁和至少一个线圈来产生电磁作用力，其中至少一部分所述致动器被安置在所述透镜组件和所述图像感应器之间，其中所述致动器被安装在所述图像感应器的顶部表面上，其中所述致动器的俯视面积接近或少于所述图像感应器的俯视面积，其中磁铁和线圈分别位于两个平行平面上，两个平行平面垂直于所述透镜组件的光轴，磁铁的磁极方向令磁铁和线圈沿光轴方向移动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括至少一个弹簧。
3.根据权利要求1所述的装置，其中当所述线圈被通电时，所述线圈与所述透镜组件是可一起移动的。
4.根据权利要求1所述的装置，其中当所述线圈被通电时，所述磁铁与所述透镜组件是可一起移动的。
5.根据权利要求1所述的装置，其中磁铁的磁极方向垂直或平行于所述透镜组件的光轴。
6.一种小型成像装置的制作方法，包括: 安装一个包括一个或多个透镜的透镜组件到一部分致动器上，致动器包括至少一个磁铁和至少一个线圈以产生电磁作用力； 固定一个图像感应器以从所述透镜组件接收光；和 安装所述致动器在所述图像感应器的顶部表面上，其中所述致动器的俯视面积接近或少于所述图像感应器的俯视面积，其中磁铁和线圈分别位于两个平行平面上，两个平行平面垂直于所述透镜组件的光轴，磁铁的磁极方向令磁铁和线圈沿光轴方向移动。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括:安装至少一个弹簧在所述图像感应器上。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括:安装至少一个弹簧在所述透镜组件上。
9.根据权利要求6所述的方法，还包括:安置所述线圈到所述透镜组件上。
10.根据权利要求6所述的方法，其中当所述线圈通电时，所述线圈与所述透镜组件可一起移动。
11.根据权利要求6所述的方法，其中磁铁的磁极方向垂直或平行于所述透镜组件的光轴。
全文摘要
在此披露的本发明涉及一个较小尺寸的成像装置。
文档编号H04N5/225GK103207499SQ20131004805
公开日2013年7月17日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者范健明, 关启昌, 郑国星, 林小军 申请人:香港应用科技研究院有限公司