阅读说明：本技术 折叠式相机模块 (Folding camera module ) 是由 G·艾维维 G·沙布岱 E·戈登堡 于 2016-06-07 设计创作，主要内容包括：折叠式相机模块,其中相机模块的高度由折叠式镜头模块的直径以及镜头模块在垂直于镜头光轴的方向上的移动来确定,并且双光圈相机包括这种折叠式相机模块。折叠式相机模块包括尺寸小于相机模块的高度的OIS和AF致动器,因此不增加相机模块的高度。(A folded camera module, wherein the height of the camera module is determined by the diameter of the folded lens module and the movement of the lens module in a direction perpendicular to the optical axis of the lens, and a dual aperture camera comprising such a folded camera module. The folded camera module includes OIS and AF actuators that are smaller in size than the height of the camera module, and therefore do not increase the height of the camera module.)

折叠式相机模块

本申请为申请号201680023087.1(PCT申请号为PCT/IB2016/053335)、申请日2016年06月07日、发明名称“折叠式镜头相机的低剖面三轴致动器”的分案申请。

相关技术的交叉引用

本申请要求于2015年6月24日提交的美国临时专利申请号62/183974的优先权，其全部内容通过引用明确地并入本文。

技术领域

本文中所公开的示例性实施例一般涉及数字相机，具体涉及单光圈和/或双光圈(“双光模块”)数字相机中的光学图像稳定(OIS)和自动对焦(AF)。

背景技术

近年来，诸如手机(特别是智能手机)、平板电脑和笔记本电脑之类的移动设备变得无所不在。许多这些设备包括一个或两个紧凑型相机，该紧凑型相机包括例如后置主相机(即，在设备后侧的相机，其远离用户并且经常用于休闲摄影)和前置辅相机(即，位于设备前侧并且经常用于视频会议的相机)。

尽管在本质上相对紧凑，但这些相机中的大多数相机的设计非常类似于传统结构的数字静物相机，即，其包括放置在图像传感器顶部上的光学部件(或者一连串几个光学元件和主光圈)。光学部件(还被称为“光学器件”)折射入射光线并且将其弯曲以在传感器上创建场景图像。这些相机的尺寸在很大程度上取决于传感器的大小和光学器件的高度。这些通常通过镜头的焦距(“f”)及其视场(FOV)结合在一起，其中，必须在一定尺寸传感器上对一定的FOV进行成像的镜头具有特定的焦距。为了保持FOV恒定，传感器尺寸越大(例如，在X-Y平面中)，焦距和光学器件高度就越大。

除了光学器件和传感器之外，现代相机通常进一步包括机械运动(致动)机构，主要用于以下两个目的：传感器上的图像对焦以及光学图像稳定(OIS)。对于对焦，在更高级的相机中，可以借助致动器改变镜头模块(或者镜头模块中的至少一个镜头元件)的位置，并且可以根据所捕获的对象或场景改变对焦距离。在这些相机中，可以捕获从非常短的距离(例如，10cm)到无限远的对象。数字静物相机的趋势是提高变焦能力(例如，提高至5x、10x或更多)，而在手机(特别是智能手机)相机中，则是减少像素大小并且提高像素计数。这些趋势导致更强的手抖灵敏度或更长的曝光时间。需要采用OIS机制来满足这些趋势中的需求。

在支持OIS的相机中，可以快速改变镜头或相机模块的横向位置或倾斜角度，以在图像捕获期间抵消手抖。手抖会将相机模块移动6个自由度，即，三个自由度的线性移动(X，Y和Z)，俯仰(围绕X轴倾斜)，偏摆(围绕Y轴倾斜)和滚动(围绕Z轴倾斜)。图1示出了单光圈相机模块100中的具有四个杆式弹簧(102a-d)的示例性典型OIS结构。四个杆式弹簧刚性地连接到上框架104，该上框架104通常容纳AF致动器(未示出)，该AF致动器移动镜头模块106。这种结构在X-Y平面中实现了所需的移动模式(平移)(图1a)，而且还实现了围绕Z轴的不想要的旋转(扭转)模式(图1b)。后者可能是由于诸如由线圈或用户(或电话)移动施加的不对称力、杆式弹簧的缺陷以及四弹簧杆式弹簧+框架结构的高旋转顺应性之类的几个原因的组合。

在居中单光圈相机模块的情况下，围绕Z轴的旋转(根据图1所示的示例性坐标系)不会严重影响图像质量，因为镜头是轴对称的。然而，这确实影响双相机模块中的OIS(图2A)。图2A示出了(a)围绕双光圈相机200的两个相机模块204和206之间大致居中的轴202(在附图中，平行于Z轴)的旋转模式。由于旋转轴202的位置，旋转可能导致图像质量的显着劣化。旋转使得每个镜头以不可预测的方式在不期望的方向上移开(如图2A(b)中的箭头所示)。结果是图像的运动模糊和两个镜头在相反的Y方向上的偏移，该偏移导致由每个相机模块接收的图像之间的离心，因此可能对融合算法结果造成灾难性影响。

在诸如图2B所示的相机250之类的折叠式光学器件变焦双光圈相机中还可能出现另一问题。在共同拥有的国际专利申请PCT/IB2016/052179中详细描述了这种相机。相机250包括具有第一光轴270的“折叠式”相机模块252以及具有垂直于轴270的第二光轴272的直立(非折叠式)相机模块254。平行于轴272的光路到平行于轴270的光路的90度折叠由光路折叠元件(OPFE)274执行。OPFE可以示例性地是棱镜或反射镜。在其他部件中，折叠式相机模块252包括用于在X-Y平面中移动镜头模块256(以及其中的镜头，其以下被称为“折叠式镜头”)的镜头致动子组件。该镜头致动子组件包括具有四个柔性悬挂构件258a-d(即，上文所引用的“杆式弹簧”)的悬挂结构，该柔性悬挂构件258a-d将镜头模块256悬挂在基座260上。在一些示例性实施例中，悬挂构件256a-d可以采用四条线的形式，并且被称为“线弹簧”或“极”。悬挂结构允许本领域已知的平面内运动并且在共同拥有的美国专利申请号14/373490中进行示例性地描述。示例性地，镜头的第一移动方向262用于实现AF，而第二移动方向264用于实现OIS。如上文所描述的，第三运动是镜头围绕平行于Z轴的轴的不想要的旋转266，实际上导致镜头的动态倾斜的不想要的影响(由于该旋转，镜头的光轴可能不与传感器的表面垂直)，并且可能导致在一侧上通常是清晰的并且在另一侧上模糊的图像。这种相机中的致动器通常是音圈磁铁(VCM)致动器。提供(X，Y)方向OIS移动和Z方向AF移动的已知VCM的主要问题是VCM沿着X和Y轴比移动后的镜头模块更大。

具有AF和OIS机构的折叠式相机模块可能是有利的，其中这些机构和能力的结合应当遵循标准制造过程，并且不应导致相机高度惩罚。具有包括这种折叠式相机模块的折叠式镜头双光圈相机可能更有利。

发明内容

在各种示例性实施例中，提供了具有相应折叠式相机模块高度的折叠式相机模块，每个折叠式相机模块包括镜头模块，其携带具有第一光轴的镜头；图像传感器，其位于折叠式相机模块的第一端处；第一致动器，其位于相机模块的一侧并且可操作以在平行于第一光轴的第一(“对焦”)方向上提供镜头模块的第一移动；第二致动器，其位于相机模块的第二端处并且可操作以在垂直于第一方向的第二(“高度”)方向上提供镜头模块的第二移动，其中折叠式相机模块高度由镜头模块的直径和第二移动的范围限定；以及第三致动器，其位于相机模块的第二端处并且可操作以在垂直于第一和第二方向的第三(“宽度”)方向上提供镜头模块的第三移动。

在示例性实施例中，每个致动器在相机高度方向上的致动器尺寸小于相机高度。

在示例性实施例中，折叠式相机模块还包括OPFE，其被配置成朝向第一方向折叠平行于第一方向的光路。

在示例性实施例中，第一移动通过接合在形成在附接到镜头模块的构件中的多个凹槽中多个滚珠启用。

在示例性实施例中，通过附接到镜头模块的多个板簧启用第一移动。

在示例性实施例中，通过附接到位于OPFE和图像传感器之间的折叠式相机模块的静态部分的板簧来实现第二和第三移动。

在示例性实施例中，多个滚珠和多个凹槽的尺寸被设计成不增加折叠式相机模块高度。

在示例性实施例中，多个板簧的尺寸被设计成不增加折叠式相机模块高度。

在示例性实施例中，折叠式相机模块还包括第四致动器，其位于相机模块的第二端处并且可操作以提供第四移动，以避免围绕第一光轴滚动，第四致动器在相机高度方向上的致动器尺寸小于相机高度。

在一些示例性实施例中，OPFE是棱镜。在一些这样的实施例中，镜头模块刚性地附接到棱镜，从而形成镜头-棱镜单元。

在一些示例性实施例中，折叠式相机模块在双光圈相机中包括第二相机模块。第二相机模块可以是具有平行于第二方向的第二光轴的直立相机模块。

附图说明

下文参照附图对该段落之后所列出的本文中所公开的实施例的非限制性示例进行描述。附图和描述意在阐明和澄清本文中所公开的实施例，并且不应被视为以任何方式限制。不同附图中的相同元件可以用相同数字指示。

图1示出了具有示例性典型四线弹簧OIS结构的相机模块：(a)想要的X-Y平移的模式以及(b)围绕Z轴的不想要的旋转模式；

图2A示出了(a)围绕在两个相机模块之间大致居中的轴的旋转模式下以及(b)每个镜头在不期望的方向上移动的双光圈相机；

图2B示出了具有折叠式光学相机模块的双相机模块；

图3A示意性地示出了本文中所公开的折叠式相机模块的第一示例性实施例的等距视图；

图3B示意性地示出了图3A的折叠式相机模块的第一分解等距视图；

图3C示意性地示出了图3A的折叠式相机模块的第二分解等距视图；

图4A示意性地示出了本文中所公开的折叠式相机模块的第二示例性实施例的等距视图；

图4B示意性地示出了图4A的折叠式相机模块的两个分解等距视图；

图4C示意性地示出了由于镜头模块X轴移动引起的总相机高度的微小改变；

图5A示意性地示出了本文中所公开的折叠式相机模块的第三示例性实施例的等距视图；以及

图5B示意性地示出了图5A的折叠式相机模块的分解等距视图。

具体实施方式

在下文的描述中，示例性地选择以下X-Y-Z坐标系，仅用于解释：Z轴平行于下文所描述的折叠式相机模块的镜头模块的光轴(被称为“第一”光轴)，而X轴和Y轴垂直于Z轴并且彼此垂直，以及形成平行于折叠式相机图像传感器的平面的平面，例如，参见图3。X轴还平行于图2B中的“第二”光轴，如轴272。

图3A示意性地示出了根据本文中所公开的示例的标号为300的折叠式相机模块的第一实施例的等距视图。图3B示意性地示出了折叠式相机模块300的第一分解等距视图，而图3C示意性地示出了折叠式相机模块300的第二分解等距视图。如上述相机模块100一样，相机模块100可以被示例性地包括(并入)在折叠式镜头双光圈相机(如相机250或在共同拥有的美国专利申请号20160044247中描述的其他相机)。相机模块300包括图像传感器302，其位于相机模块300的第一端303处并且在X-Y平面中具有成像表面；镜头模块304，其具有平行于Z轴的第一光轴306；以及棱镜308形式的OPFE，其具有反射平面310，其与图像传感器表面成45度的法线倾斜，使得从X方向到达的光通过棱镜向Z方向倾斜。OPFE以下被概括地称为“棱镜”，其理解是它还可以是反射镜或任何其他反射元件。镜头模块304刚性地耦合到棱镜，并且两个元件形成单个“镜头-棱镜单元”324(使得镜头和棱镜一起移动)。与相机模块100相反，相机模块300包括用于在三个方向X-Y-Z上移动镜头-棱镜单元324的组合镜头和棱镜致动组件(还被称为镜头-棱镜致动组件)。镜头-棱镜致动组件包括悬挂结构316，其包括四个柔性悬挂构件316a-d，该柔性悬挂构件316a-d将镜头镜筒单元悬挂在刚性地耦合到基座318和移动支撑结构330的垂直段312a或312b之间。构件316a-d可以采用四条线的形式，并且可以被称为“线弹簧”或“极”。悬挂结构316允许如本领域已知的X-Y运动。支撑结构330示例性地被示为具有U形，其具有两个侧构件320a和320b以及后框架322。后面板位于折叠式相机模块的第二端321处，该第二端321沿着第一光轴与第一端相对。悬挂构件316a-d在垂直段312a和312b与侧构件320a和320b之间延伸。

注意，如本文中所使用的，术语“第一端”和“第二端”不一定限于折叠式相机模块的物理端，而相反涉及沿着光路的位置：第一端在棱镜和/或折叠式镜头模块之前的光路中，本文中如图3A至图3C所示，而第二端在折叠式镜头模块和/或附加棱镜(后者例如如图3所示的共同拥有的美国专利申请号20160044247的折叠式相机模块中一样)之后的光路中。

在相机模块3 0 0中，镜头-棱镜致动组件包括四个致动器(例如，音圈马达或“VCM”)，每个致动器包括相应的磁铁和线圈。因此，第一致动器包括磁铁326a和线圈328a，第二致动器包括磁铁326b和线圈328b，第三致动器包括磁铁326c和线圈328c，第四致动器包括磁铁326d和线圈328d。第一、第二和第三致动器可操作以在X-Y平面中对镜头棱镜单元施加基本上相对于基座318的平面内运动，例如，用于OIS。这些致动器还可操作以避免围绕Z轴的镜头-棱镜单元旋转(倾斜)运动。第四致动器是“侧”致动器，其可操作以沿着Z轴向镜头棱镜单元施加运动用于对焦(即，用于自动对焦)。如图3B的分解视图所示，磁铁326a，326b和326c位于平行于后框架322的后面板332上，而磁铁326d位于刚性地附接到镜头的侧面板340上。线圈328a，328b和328c位于后板332上，面对后面板332上的相应的磁铁326a，326b和326c，而线圈328d位于刚性地附接到侧构件320b的侧板334上。第一、第二和第三致动器也被称为“后致动器”，而第四致动器也被称为“侧致动器”。为每个磁铁线圈对提供位置传感器(例如，霍尔杆位置传感器)336。例如，霍尔杆传感器336a位于磁铁326a附近，霍尔杆传感器336b位于磁铁326b附近，霍尔杆传感器336c位于磁铁326c附近，霍尔杆传感器336d位于磁铁326d附近。通过侧致动器致动的用于对焦的沿着Z轴的移动通过两组滚珠350a和350b来启用，这两组滚珠350a和350b被布置成接合并且定位在侧板334中的两个凹槽352a和352b之间以及侧面板340中的两个凹槽354a和354b之间，如本领域所已知的。

有利地，所有四个致动器被定位成不会增加折叠式相机模块的高度。折叠式相机模块高度仅由镜头模块的直径及其在X方向上的移动范围确定(另参见图4)。侧致动器部件(磁铁326d)在侧面板340上的定位以及线圈328d在侧面板334的定位还有利于提供Z方向移动，而不影响相机模块高度。进一步有利地，致动器的定位使得它们不会阻挡或干扰正在被成像的对象与折叠式相机模块图像传感器之间的光路。特定地，棱镜位于用于OIS的致动器和图像传感器之间。又进一步有利的是，使用经验证的技术制造的本文中所公开的相机模块的成本可能会比较低。

在操作中，可以沿着X轴方向对磁铁326a-b施加洛伦兹力，并且沿着Y轴方向对磁铁326c施加洛伦兹力。在三个磁铁上具有这三个力允许在镜头和棱镜的质心运动的三个机械自由度：线性X和Y运动，以及围绕Z轴倾斜的运动。镜头棱镜单元的X-Y运动可以通过耦合到由相应磁铁产生的磁场的相应的霍尔杆来测量。类似地，可以通过磁铁326d沿着Z方向施加洛伦兹力，以允许沿着Z轴的线性运动。关于各种致动器的操作的更多细节可以在共同所有的专利申请号PCT/IB2016/052179中找到。

图4A示意性地示出了根据本文中所公开的示例的标号为400的折叠式相机模块的第二实施例的等距视图。图4B示意性地示出了折叠式相机模块400的两个分解等距视图，而图4C示意性地示出了由于相机模块400中的镜头模块X轴移动而导致的总相机高度的微小改变以及总高度尺寸H的微小改变。一般而言，实施例400包括与实施例300相同的部件，不同之处在于镜头模块与棱镜解耦。镜头可在X-Y平面中移动，而棱镜固定(不移动)。由于镜头是轴对称的并且棱镜是固定的，所以围绕Z的倾斜不会影响在图像传感器处获得的图像的质量。为此，相机模块400可以仅包括四个致动器中的三个，即，只有致动器324b-d，因为X-Y平面内移动不需要致动器324a。从而，位置感测仅需要三个霍尔杆传感器。其中，仅示出326b和326c。由于镜头模块移动所造成的改变(即，镜头模块移动范围)等于两个极限镜头模块位置(被标为402的下部位置和被标为404的上部位置)之间的距离。折叠式相机模块的总高度H由镜头模块直径D加上由于镜头模块移动所造成的改变来确定。

图5A示意性地示出了根据本文中所公开的示例的标号为500的折叠式相机模块的第三实施例的等距视图。图5B示意性地示出了折叠式相机模块500的分解等距视图。与相机模块300和400相比，在相机模块500中，沿着Z轴的对焦移动通过包括四个柔性悬挂构件502a-d的悬挂结构来启用，该柔性悬挂构件502a-d将镜头镜筒悬挂在侧板334上。这就不需要滚珠和凹槽。构件502a-c可以是板簧。构件502a-d通过刚性地附接到镜头模块的面板504机械地耦合到镜头模块304。侧致动器(其中仅示出了磁铁326d)的致动使得构件502a-d在Z方向上挠曲，从而允许镜头模块的Z移动，用于AF。

出于本文中所阐述的所有目的，本申请中所提及的所有专利和专利申请在此通过引用整体并入。要强调的是，本申请中引用或标识任何引用不应被解释为承认此类引用可作为现有技术获得或被承认为现有技术。

虽然已经根据某些实施例和通常相关联的方法对本公开进行了描述，但是对于本领域技术人员而言，实施例和方法的变更和置换将是显而易见的。例如，虽然对在双光圈相机中并入本文中所描述的折叠式相机模块进行了较为详细地描述，但是折叠式相机模块可以并入具有两个以上的相机模块的多光圈相机中。例如，虽然对使用霍尔杆作为示例性位置传感器进行了详细描述，但是其他位置传感器(例如，MEMS类型)可以用于本文中所阐述的目的。本公开要被理解为不受本文中所描述的具体实施例的限制，而仅由所附权利要求的范围限制。