用于数字摄影机的电磁致动器的制造方法
用于数字摄影机的电磁致动器的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请设及2013年11月6日提交的具有相同标题的美国临时专利申请号61 /900， 442，其被全文合并在此W作参考。
技术领域
[0003] 运里所公开的实施例总体上设及具有铁磁性构件和导电线圈的电磁化M)致动器， 更具体来说设及使用在小型摄影机中的EM致动器。
【背景技术】
[0004] 在其基本形式中，比如数字静止摄影机或者嵌入在移动(蜂窝）电话或平板计算机 中的摄影机之类的电子摄影机包括两个组件：（1)包括由一个或更多塑料或玻璃透镜元件 构成的集合的透镜模块，其被使用来产生所观看的场景的光学图像；W及（2)图像传感器 (例如CMOS或CCD)，其把光学图像转换到电子域，其中图像可W在电子域内被处理和存储。 存在通过应用(例如常规化R、摄影机电话、汽车、保安和医疗似及通过功能(例如具有或不 具有自动聚焦)来划分范围的不同类型的电子(或数字)摄影机。最简单的摄影机是其中透 镜模块关于图像传感器处于固定位置的摄影机。运些摄影机常常被称作固定聚焦摄影机， 其中摄影机被聚焦到预先确定的距离。落在摄影机的场深度之内的对象可W被清晰地捕 获，并且落在场深度之外的对象将会模糊。在更加先进的摄影机中，可W通过致动器来改变 透镜模块(或者透镜模块中的至少一个透镜元件)的位置，并且可W根据所捕获的对象或场 景来改变聚焦距离。在运些摄影机中，有可能从非常短的距离(例如IOcnO到无限远捕获对 象。一些先进的摄影机设计可W包括能够关于彼此移动并且从而改变摄影机的有效焦距的 不同透镜群组，从而得到光学变焦能力。数字静止摄影机中的趋势是提高变焦能力(例如提 高到5倍、10倍或更多），W及在蜂窝电话摄影机中减小像素尺寸并且增加像素计数。运些趋 势导致对于手抖化and-shake)的更高敏感性，或者导致需要更长的曝光时间。运样就产生 了对于光学图像稳定(OIS)的需求，其现在出现在先进的摄影机中。在具有OIS功能的摄影 机中，透镜或摄影机模块可W通过更快的方式改变其横向位置或倾斜角度，从而抵消图像 捕获期间的手抖。
[0005] 在紧凑型(小型)摄影机模块中，最普遍的致动器形式是音圈电动机(VCM)，其包括 线圈（缠绕在圆筒上的电线）、固定磁体(或者"永磁体"或"硬磁体"）W及弹黃。当电流被驱 动经过线圈时，施加电磁化^0力，并且透镜模块改变位置。虽然VCM被视为成熟的技术，但是 其成本高昂，尺寸较大，使用稀±磁体，操作缓慢，并且消耗高功率。因此，需要并且有利的 将是具有能够克服VCM和有关技术的缺点的技术进步。
【发明内容】
[0006] 运里所公开的实施例教导了用于小型摄影机(作为示例是在智能电话中）自动聚 焦(AF)和OISW及可W通过倾斜或移动摄影机模块或其中的元件而获得的任何其他功能的 EM致动器。所述致动力是磁性的，并且使用铁磁性材料。运里所公开的致动器结构包括至少 一个铁磁性框架，所述铁磁性框架具有框架臂状物和至少一个铁磁性构件，所述臂状物和 构件具有操作表面，所述操作表面跨过气隙朝向彼此。在一些实施例中，所述一个或多个框 架是静止的，所述一个或多个构件则是可移动的。因此，在(多个)铁磁性框架与（多个)铁磁 性构件之间发生相对移动，其中机械地禪合到所述一个或多个构件的光学元件相对于（多 个)静止框架移动。应当提到的是，虽然后面的描述总体上专注于其中（多个)铁磁性框架是 静止的并且（多个)构件是移动的实施例，但是其他实施例可W具有移动的框架(并且其禪 合到光学元件)和静止的（多个)构件。其他实施例可W具有移动/静止框架和构件部分的各 种组合。
[0007]每一个致动器结构在包括所有框架部分的磁性回路中包括至少一个大气隙。每一 个大气隙通过在操作期间产生的磁场被臂状物与构件之间的较小气隙绕过或桥接。所述致 动器结构被设计成减小致动器的磁阻，并且从而提供较大的EM力。通常来说，磁阻随着第一 ("力/致动"）方向上的移动显著改变，而在与第一方向共面并且正交的第二（"无差异 (indifferent)")方向上，磁阻则随着移动几乎不改变或者不发生改变。
[000引在一些实施例中，提供了被用来移动光学元件的电磁致动器，其包括:铁磁性第一 框架，其包括部分地由第一导电线圈围绕的核忍、第一臂状物和第二臂状物，每一个臂状物 具有操作表面和末端表面，第一和第二臂状物在其间通过第一大气隙分隔开；W及铁磁性 第一构件，其具有对应的操作表面并且朝向第一臂状物，第一构件和第一臂状物被布置成 使得在其对应的操作表面之间形成第一小气隙和重叠，其中第一小气隙小于第一大气隙， 其中第一构件和第一框架在通过线圈中的电流生成磁力时在其间经历相对移动，并且其中 所述移动可W转换成光学元件从第一位置到第二位置的位移。
[0009] 在一个实施例中，所述框架可W具有G形形状，第一构件可W具有两个操作表面并 且可W被嵌套在两个臂状物之间，每一个第一构件操作表面朝向跨过对应的小气隙的臂状 物的对应的操作表面。
[0010] 在一个实施例中，所述致动器还可W包括刚性地禪合到第一构件的铁磁性第二构 件，第二构件具有对应的操作表面并且朝向第二臂状物，第二构件和第二臂状物被布置成 使得在其对应的操作表面之间形成第二小气隙和重叠，其中第二小气隙小于第一大气隙。
[0011] 在一个实施例中，所述致动器还可W包括铁磁性第二框架，其包括部分地由第二 导电线圈围绕的第二框架核忍，第二框架具有在其间通过第二大气隙分隔开的第一和第二 框架臂状物，每一个第二框架臂状物具有至少一个操作表面和末端表面，其中第一构件朝 向由第一框架臂状物和第二框架臂状物形成的第一对臂状物，其中第二构件朝向由第一框 架臂状物和第二框架臂状物形成的第二对臂状物，第一和第二构件当中的每一个及其所朝 向的对应的第一和第二对臂状物被布置成使得在其对应的操作表面之间形成小气隙和重 叠，其中每一个小气隙小于第一或第二气隙，并且其中每一个构件及其对应的臂状物对在 通过第一和第二线圈当中的每一个线圈中的电流生成磁力时在其间经历相对移动，所述移 动可W转换成光学元件从第一位置到第二位置的位移。第一和第二框架的规格可W被确定 成提供可W容纳光学元件的内部开放空间。
【附图说明】
[0012]运里将仅通过举例的方式参照附图来描述一些非限制性实施例，其中：
[OOK]图IA示出了运里所公开的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态下 的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0014] 图IB示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的(a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0015] 图2示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0016] 图3示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0017] 图4示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0018] 图5示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0019] 图6示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0020] 图7示出了运里所公开的具有倾斜操作表面的致动器的一个实施例的（a)等距 视图、（b)弛豫状态下的剖面X广拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0021] 图8示出了运里所公开的具有倾斜操作表面的EM致动器的另一个实施例的（a)等 距视图、（b)弛豫状态下的剖面X广拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0022] 图9示出了运里所公开的具有倾斜操作表面的EM致动器的另一个实施例的（a)等 距视图、（b)弛豫状态下的剖面X广拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0023] 图10示出了运里所公开的用于OIS的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、（b) 弛豫状态下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0024] 图11示出了运里所公开的用于OIS的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、 (b)弛豫状态下的剖面X广拉^及山)操作状态下 的剖面Xi-拉；
[0025] 图12示意性地示出了包括禪合到透镜载体的致动器套件的摄影机模块的一个实 施例：（a)示出了禪合到透镜载体的两个弹黃集合的细节，W及(b)示出了用于致动器套件 和透镜载体的支撑结构的细节。
[0026] 图13示意性地示出了包括禪合到透镜载体并且被用于OIS的致动器套件的摄影机 模块的另一个实施例：（a)示出了两个弹黃集合的细节，W及(b)示出了用于致动器套件和 透镜载体的支撑结构的细节。
【具体实施方式】
[0027] 图IA示出了运里所公开的被编号成100的EM致动器的一个实施例的(a)等距视图、 (b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及(C)操作状态下的剖面Xi-拉。图IA中所示出的X-Y-Z坐标系 对于后面描述的所有其他附图都成立。致动器100包括两个U形铁磁性框架(其在后文中被 简称作"框架"），即第一框架102和第二框架104。所述两个框架基本上在"双If配置中被设 置成共面(作为示例是X-Z平面）。因此，该致动器（W及后面的图2-10的致动器)具有中屯、开 放空间（"孔桐"），其在运里被标记成105。所述孔桐被设计成允许插入透镜载体。框架102和 104是固定的（例如被刚性地约束到支撑结构(参见图12(b)中的1212))。每一个框架包括至 少部分地被线圈（分别是110和112)围绕的细长基础构件(核忍）（分别是106和108)，W及两 个臂状物(分别是对应于构件102的114a和114bW及对应于构件104的116a、116b)。两个框 架的相对臂状物（即114a和116a，W及114b和116b)跨过大气隙（分别是气隙118a和118b)朝 向彼此。致动器100还包括基本上平行于框架臂状物的两个移动的细长铁磁性构件(其也被 简称作"移动构件"）120a和12化。在该实施例和后面的实施例中，所述移动构件可W刚性地 彼此连接(通过未示出的结构）W便相对于框架统一移动。透镜载体(例如参见图12中的载 体1204)将机械地禪合到移动构件。构件120a平行于臂状物114a和116a，并且通过小气隙 122a与其分隔开。构件12化平行于臂状物114b和11化，并且通过另一个小气隙12化与其分 隔开。每一个移动构件120a和12化具有操作表面，其跨过对应的第二气隙朝向相对的固定 臂状物的对应的操作表面。因此，构件120a具有操作表面124曰，其分别朝向臂状物114a和 116a的操作表面126a和128a。构件12化具有操作表面124b，其分别朝向臂状物114b和116b 的操作表面12化和128b。
[00%]图IB示出了运里所公开的被编号成100'的EM致动器的另一个实施例的(a)等距视 图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及(C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器110'与致动器100 的类似之处在于其可W包括相同的元件，不同之处在于其包括单个移动细长铁磁性构件 120'（而不是两个移动构件120a和120b)。作为示例，致动器100'中的任何未编号的元件可 W被视为与致动器100中的对应元件完全相同。与致动器100中一样，构件120'基本上平行 于框架臂状物的一个集合(例如图中所示的114b'和116b'）。运样的单个移动构件配置可W 具有较低磁阻方面的优点，也就是说相对于相同输入功率的更大输出力。
[0029] 在后面的所有实施例中，大气隙被标记成具有宽度di，小气隙则被标记成具有宽 度d2。作为示例，致动器100或100'的规格可W是大约IOmm X IOmm X 2mm。作为示例，铁磁 性臂状物和构件可W具有大约Ix Imm2的剖面。作为示例，大气隙具有相同的宽度山。在例如 前面的致动器100或100'W及后面的类似致动器中，di可W大约是0.5mm。在后面的其他致 动器中，山可W处于大约0.5到几 mm之间。作为示例，小气隙具有相同的宽度cb。在所有实施 例中，Cb远小于山。举例来说，Cb可W比山小一或两个数量级。作为示例，在一些实施例中，Cb 可W是大约30皿。在其他实施例中，Cb可W示例性地处在10-30皿的范围内。
[0030] 在操作中，当电流经过线圈时，场在由U形框架臂状物和移动构件形成的闭合环 路中产生。由于第一气隙和小气隙的尺寸差异，场线传播经过小气隙而不经过大气隙。换句 话说，在图1的致动器（W及图2、3和6-10的致动器）的操作期间，磁通量主要经过（多个)小 气隙，并且绕过(多个)大气隙。所得到的磁力F在由箭头130表明的方向Y上移动所述移动构 件，其平行于操作表面并且垂直于X-Z平面。F与S(IxN)^(B+d)近似成比例，其中I是电流，N 是线圈应数，B是由致动器的特定结构决定的常数，并且d是气隙宽度(Cb)。大致上，运种配 置中的EM力实质上仅取决于电流(即与位置无关）。操作表面W发生在Y方向上的位移Ay相 对于彼此滑动。作为示例，Ay可W在0到1000 wii之间变化。所述位移提供重叠面积S Ay,其 中S是重叠的长度。所述重叠面积在弛豫状态下（图化)是最小的，并且在操作状态下增大到 最大重叠（图Ic),其代表"闭合状态"。应当提到的是，移动方向在图1-9的所有实施例中都 是相同的。
[0031] 有利的是，臂状物与移动构件之间的长重叠 W及臂状物的操作表面与移动构件的 操作表面之间的小气隙会增大致动器力/功率比值。通过线圈应数的增加可W进一步增大 该比值。正如前面所提到的那样，移动构件刚性地互连，从而使得垂直于线性移动方向的侧 力(X-Z平面中）抵消。或者，每一个移动构件可W具有两个相对的操作表面，从而使得侧力 抵消（如在图4和11中）。应当提到的是，在该实施例和任何后面的实施例中，朝向彼此的操 作表面可W是直的（平行于Y)或者倾斜的跨过气隙，或者是非平坦的（也就是弯曲的）。运样 的特征可W控制和/或定形移动期间的磁阻改变，并且得到根据移动构件的位置来定形EM 力行为的能力。
[0032] 图2示出了运里所公开的被编号成200的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视 图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及（C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器200包括基本上被 设置在X-Z平面中的两个L形框架202和204，并且相应地被称作"双L"配置。所述L形框架是 固定的（例如被机械地约束到另一个结构，未示出）。每一个L形框架包括至少部分地被线圈 (分别是210和212)围绕的角落铁磁性构件(分别是206和208)。每一个框架还包括联合固定 到(或者在结构上与之集成)对应的角落构件的两个臂状物(分别是对应于角落构件206的 214a和214b W及对应于角落构件208的216a和21化）。在致动器200中，每一个L形框架的两 个臂状物彼此垂直，并且与对应的角落构件形成45°角。应当提到的是，其他"近似L形"几何 结构也是可能的，其中臂状物并不彼此垂直，并且与角落构件形成不同于45°的角度。臂状 物214b和216a的自由末端跨过大气隙218a朝向彼此。臂状物214a和21化的自由末端跨过大 气隙218b朝向彼此。应当提到的是，大气隙218a和218b在形成于框架202和204的臂状物的 末端之间的内部角落处是最窄的（其具有宽度山）。致动器200还包括两个L形铁磁性移动构 件220a和22化。运些构件被"嵌套"在框架202和204的内部或外部。在致动器200中，L形构件 被嵌套在L形框架的内部，从而使得构件220a的臂状物222a和构件22化的臂状物224b平行 于框架202的臂状物214a和214b，并且使得构件220a的臂状物222b和构件220b的臂状物 224a平行于框架204的臂状物216a和21化。L框架和L形构件的平行臂状物通过小气隙分隔 开。因此，臂状物214a和222a通过空隙226a分隔开(其示例性地具有宽度d2)，216a和224a通 过空隙226b分隔开(其示例性地也具有宽度cb)。类似地，214b和224b通过空隙228a分隔开， 并且216b和22化通过空隙228b分隔开。L形构件220a和22化可W彼此刚性连接W便统一移 动。每一个臂状物具有操作表面，其跨过对应的第二气隙朝向相对的臂状物的对应的操作 表面。所述操作表面可W是平滑的并且是平面状的，或者是平滑的并且是结构化的，例如具 有波浪形式。
[0033] 在一个实施例中，大气隙具有相同的宽度山，并且小气隙具有不同于山的相同的宽 度Cbndi远大于(例如大一个数量级)cb。致动器200的操作和移动类似于致动器100的操作和 移动。具体来说，在操作期间，大多数磁通量经过小气隙并且绕过大气隙。
[0034] 图3在等距视图中示出了运里所公开的被编号成300的EM致动器的另一个实施例 的(a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi -XsW及(C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器300类 似于致动器200,其不同之处在于L形框架和构件被半圆形框架和构件所取代。因此，可W从 前面关于致动器200的描述推断出设计和操作的各个方面，并且对于致动器300不作详细描 述。致动器300包括基本上被设置在相同的平面中的两个固定的半圆形框架302和304,每一 个框架包括至少部分地被线圈（分别是310和312)围绕的核忍部分(分别是306和308)，W及 两个弯曲的臂状物部分(分别是对应于框架302的314a和314bW及对应于框架304的316a和 31化）。弯曲臂状物部分的自由末端跨过大气隙（其具有宽度di)朝向相对的弯曲臂状物部 分的相应的自由末端。致动器300还包括两个半圆形构件320a和32化，其可W被放置在框架 内部或外部。构件320a和32化可W具有与弯曲臂状物部分相同的曲率，并且通过小气隙（其 具有宽度Cb)与其分隔开。所述弯曲臂状物部分和半圆形构件具有跨过对应的小气隙朝向 彼此的操作表面。所述大气隙和小气隙的规格被确定成使得当电流经过线圈时，场存在 于所述弯曲臂状物部分和半圆形构件中。所得到的EM力F在平行于操作表面并且垂直于X-Z 平面的方向Y上移动半圆形构件，从而提供Y方向上的平行于操作表面的线性移动。
[0035] 应当提到的是，所描述的"半圆形"形状是示例性的，并且对于框架和铁磁性构件 全部二者可W使用例如半楠圆形、半卵圆形之类的其他弯曲形状，只要形成在其间的小气 隙确保在电流经过线圈时所形成的EM力在平行于操作表面的方向上移动铁磁性构件即可。
[0036] 图4在等距视图中示出了运里所公开的被编号成400的EM致动器的另一个实施例 的（a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及（C)操作状态下的剖面X1-X2。类似于致动 器100,致动器400包括基本上设置在相同的(X-Z)平面中但是相对于彼此存在偏移的两个U 形框架402和404，从而形成"双U交织"配置。致动器400还包括两个细长移动构件420a和 420b。框架402和404 W及移动构件420a和42化基本上分别类似于图1中的框架102和104 W 及构件120a和12化。但是由于框架的X偏移和Z偏移，移动构件420a和42化现在位于U形框架 的臂状物之间。因此，构件420a位于框架402的臂状物414a与框架404的臂状物416a之间，并 且与之平行。构件42化位于框架402的臂状物414b与框架404的臂状物416b之间，并且与之 平行。移动构件420a和42化分别具有两个操作表面(对应于构件420a的424a和424b，W及对 应于构件420b的426a和42化），其跨过对应的气隙（对应于构件420a的430a、bW及对应于构 件42化的430c、d)朝向相邻的框架臂状物的操作表面。该实施例的一个重要优点在于，两个 框架臂状物与移动构件之间的重叠面积相比于实施例100加倍，从而固有地抵消了（X-Z平 面中的)侧力。
[0037] 其操作和移动类似于致动器100-300的操作和移动。但是应当提到的是，在本例 中，大气隙（山)处在各对最靠近的框架臂状物之间。所述致动设及磁场通过两个框架的臂 状物和小气隙(Cb)桥接大的直接空隙。
[0038] 图5示出了运里所公开的被编号成500的另一种EM致动器的一个实施例的(a)等距 视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及(C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器500包括固定的U 形框架502和移动的U形框架504。框架502包括至少部分地被线圈508围绕的细长基础构件 506W及通过大的"直接"空隙（其具有宽度山)分隔开的两个臂状物514a和514b。框架504包 括细长基础构件512W及两个臂状物516a和516b。框架504被嵌套在框架502内部，从而使得 各对臂状物514a和516aW及514b和516b的操作表面跨过宽度为Cb的小气隙朝向彼此。显而 易见的是，山远大于cb(例如大一个数量级）。与致动器400中一样，所述致动设及磁场通过两 个框架的臂状物和小气隙桥接大的直接空隙。
[0039] 图6在等距视图中示出了运里所公开的被编号成600的EM致动器的另一个实施例 的(a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及(C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器600类 似于致动器100,不同之处在于其两个固定的U形框架602和604不是同平面(共面)的。相反， 两个框架具有对应的臂状物614a、614b(对应于框架602)，W及与XZ平面成角度0(通常小于 5°)倾斜的616a和61化(对应于框架604)。相同的倾斜对于在Y方向上移动的移动细长铁磁 性构件620a和62化同样存在。所述倾斜允许随着移动增大操作表面的重叠方面的更多灵活 性。与先前的实施例中一样，"山"标记大气隙，并且"cb"标记小气隙。
[0040] 图7示出了运里所公开的被编号成700的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、 (b)第一操作状态下的剖面Xi-XsW及(C)第二操作状态下的剖面Xi-拉。致动器700基本上类 似于致动器100,不同之处在于臂状物714a、714b、716a和716b具有(相对于Y-Z平面)倾斜的 操作表面(分别是726a、726b、728a和728b)。两个移动细长铁磁性构件720a和720b具有（相 对于Y-Z平面)无倾斜操作表面724a和724b。倾斜角度聲通常是1-2°，并且最大是大约5°。因 此形成在朝向彼此的操作表面之间的小气隙(Cb)在移动方向上是非均匀的。非均匀空隙的 有利之处在于，其允许在(Y方向上的)移动期间对力进行更好的操控。
[0041] 图8示出了运里所公开的被编号成800的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、 (b)第一操作状态下的剖面Xi-XsW及(C)第二操作状态下的剖面Xi-拉。致动器800基本上类 似于致动器100,运是在于臂状物814a、814b、816a和81化具有无倾斜操作表面（分别是 826a、826b、828a和828b)。但是两个移动细长铁磁性构件820a和820b具有倾斜的（相对于Y-Z平面成角度Cp)操作表面824a和824b。
[0042] 图9示出了运里所公开的被编号成900的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、 (b)第一操作状态下的剖面Xi-XsW及(C)第二操作状态下的剖面Xi-拉。致动器900基本上类 似于致动器100,不同之处在于臂状物914a、914b、916a和91化W及移动细长铁磁性构件 920a和920b具有倾斜的（相对于Y-Z平面成角度巧)操作表面。因此，臂状物914a、914b、916a 和91化具有倾斜的操作表面(分别是926a、926b、928a和928b)，同时构件920a和92化具有倾 斜的操作表面924a和924b。
[0043] 虽然致动器700-900的设计遵循致动器100的设计，但是在运些实施例中所公开的 倾斜操作表面可W同样被实施在致动器200至化00当中的任一个当中。此外，在其中移动构 件的操作表面朝向两个臂状物当中的每一个的操作表面的设计中，其中一个臂状物可W具 有倾斜的操作表面，另一个可W具有无倾斜的操作表面。
[0044] 前面的所有致动器实施例都可W被用于透镜的线性移动(例如用于聚焦）。在图13 中公开的致动器套件实施例(与后面的图10中一样包括4个致动器)可W被用于0IS。
[0045] 图10示出了运里所公开的用于OIS并且被编号成1000的EM致动器的一个实施例的 (a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面X1-X2 W及（C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器1000包 括第一(例如固定)框架1002和第二(例如移动)框架1004。框架1002包括至少部分地被线圈 1008围绕的细长核忍1006, W及两个臂状物IOlOa和1010b。臂状物IOlOa和IOlOb跨过大气 隙山朝向彼此。移动框架1004具有中空矩形形状，其具有两个基础构件1012a和1012bW及 两个臂状物1014a和1014b。臂状物1014a和1014b在X-Z平面中被嵌套在框架100 2内部。各对 臂状物IOHa和IOlOaW及1014b和IOlOb基本上是平行的，并且沿着长度维度通过小气隙Cb 分隔开。每一个臂状物具有邻接小气隙的操作表面。因此，臂状物IOlOa具有操作表面 1018a，臂状物IOlOb具有操作表面1018b，臂状物1014a具有操作表面1020a，并且臂状物 1014b具有操作表面1020b。
[0046] 由于该致动器被用于OIS，因此其不需要具有容纳透镜载体的大孔桐。因此，其宽 度维度(X方向）可W远小于致动器100-900中的情况，例如3- 4mm(而不是10mm)。运样就提供 了非常紧凑的致动器，从而降低了对于致动器高度和空间的要求。
[0047] 在操作中，经过线圈1008的电流包括经过磁性回路的磁场。大间隙di被移动框架 1004桥接并且通过小气隙。所述结构的对称性确保(X-Z平面中的）侧力被固有地抵消。框架 1004的移动基本上是在Y方向中。Z方向上的移动未被阻止。图13中示出的四个运样的致动 器的组合动作被用来提供0IS。
[004引图11在等距视图中示出了运里所公开的用于OIS并且被编号成1100的EM致动器的 另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及（C)操作状态下的剖面Xi-拉。致动器1100包括形状像大写字母"G"的固定铁磁性元件1102,其在后文中被称作"G形框 架"，W及移动细长铁磁性构件1104dG形框架1102包括S个基本上平行的细长部分1106、 1108a和1108b。部分1106充当核忍，并且至少部分地被线圈1110围绕。有利的是，线圈1110 可W具有较大体积(大量线圈绕组）。部分1108a和1108b通过大气隙di分隔开。移动铁磁性 构件704被插入在部分1108a与1108b之间，并且通过对应的小气隙Cb与运些部分分隔开。部 分1108a和IlOSbW及构件1104具有跨过小气隙朝向彼此的操作表面。其操作和移动类似于 致动器1000。有利的是，G形形状允许部分1108a和1108b与构件1104之间的较长磁性重叠， 并且确保(X-Z平面中的）侧力被固有地抵消。致动器1100的示例性宽度维度类似于致动器 1000,即3-4mm。
[0049] 图12示意性地示出了摄影机模块1200的一个实施例，其包括禪合到透镜载体1204 的致动器套件1202。作为示例，摄影机模块的维度可W是IOmm X IOOmm X 6-7mm。致动器套 件包括两个致动器1206a和1206b，其可W是前面的任何致动器100-900。所有运样的致动器 都具有内部孔桐，其允许在其中插入和移动透镜载体支架W及相关联的所安放的透镜块 (未示出）。图12(a)示出了摄影机模块的细节，并且特别示出了顶部弹黃集合1208和底部弹 黃集合1210。图12(b)示出了支撑结构1212,全部两个弹黃集合W及致动器的固定框架都与 之刚性禪合。全部两个弹黃集合都刚性禪合到透镜载体1204。由于透镜载体与致动器的移 动部件一起移动，因此弹黃充当针对移动方向Y上的磁力的反作用力。因此，透镜载体（W及 与之附着的透镜)可W通过两个力之间的平衡被定位在任意位置处。
[0050] 图13示出了被用于OIS的摄影机模块1300。图13(a)提供了示出具有四个致动器和 两个弹黃集合的致动器套件结构的细节，图13(b)提供了示出用于致动器套件和透镜载体 的支撑结构的细节。类似于致动器1000的四个致动器被标记成1300a-d，其被放置在矩形结 构中，其中固定框架刚性地附着到底座结构1302的四个侧面。致动器1300a和1300c的固定 框架基本上位于Y-X平面中，致动器1300b和1300d的固定框架则基本上位于Y-Z平面中。致 动器1300a和1300c的移动框架可W沿着Z轴移动，致动器1300b和1300d的移动框架可W沿 着X轴移动。所有四个致动器的移动框架都机械禪合到顶部柔性框架1304,其又可W禪合到 并且容纳透镜载体1306。因此，通过四个致动器使得两轴移动成为可能。透镜的XZ移动可W 补偿整个摄影机的倾斜移动。
[0051] 虽然前面通过特定实施例和总体上相关联的方法描述了本公开内容，但是本领域 技术人员将会想到所述实施例和方法的改动和置换。本公开内容应当被理解成不受限于运 里所描述的具体实施例，而是仅由所附权利要求书的范围限制。
【主权项】
1. 一种被用来提供光学元件的移动的电磁致动器，其包括： a) 铁磁性第一框架，其包括部分地由第一导电线圈围绕的核芯、第一臂状物和第二臂 状物，每一个臂状物具有操作表面和末端表面，第一和第二臂状物在其间通过第一大气隙 分隔开；以及 b) 铁磁性第一构件，其具有对应的操作表面并且朝向第一臂状物，第一构件和第一臂 状物被布置成使得在其对应的操作表面之间形成第一小气隙和重叠，其中第一小气隙小于 第一大气隙，其中第一构件和第一框架在通过线圈中的电流生成磁力时在其间经历相对移 动，并且其中所述移动可以转换成光学元件从第一位置到第二位置的位移。2. 权利要求1的致动器，其中，所述光学元件机械耦合到第一构件。3. 权利要求1的致动器，其中，所述框架具有G形形状，第一构件具有两个操作表面并且 被嵌套在两个臂状物之间，每一个第一构件操作表面朝向跨过对应的小气隙的臂状物的对 应的操作表面。4. 权利要求1的致动器，其还包括： c) 刚性地耦合到第一构件的铁磁性第二构件，第二构件具有对应的操作表面并且朝向 第二臂状物，第二构件和第二臂状物被布置成使得在其对应的操作表面之间形成第二小气 隙和重叠，其中第二小气隙小于第一大气隙。5. 权利要求4的致动器，其中，第一和第二构件形成嵌套在第一框架内部的铁磁性环。6. 权利要求4的致动器，其还包括： d) 铁磁性第二框架，其包括部分地由第二导电线圈围绕的第二框架核芯，第二框架具 有在其间通过第二大气隙分隔开的第一和第二框架臂状物，每一个第二框架臂状物具有至 少一个操作表面和末端表面，其中第一构件朝向由第一框架臂状物和第二框架臂状物形成 的第一对臂状物，其中第二构件朝向由第一框架臂状物和第二框架臂状物形成的第二对臂 状物，第一和第二构件当中的每一个及其所朝向的对应的臂状物对被布置成使得在其对应 的操作表面之间形成小气隙和重叠，其中每一个小气隙小于第一或第二气隙，并且其中每 一个构件及其对应的臂状物对在通过第一和第二线圈当中的每一个线圈中的电流生成磁 力时在其间经历相对移动，所述移动可以转换成光学元件从第一位置到第二位置的位移。7. 权利要求6的致动器，其中，第一和第二框架的规格被确定成提供可以容纳光学元件 的内部开放空间。8. 权利要求6的致动器，其中，第一和第二框架以及第一和第二构件是弯曲的。9. 权利要求6的致动器，其中，每一个框架的臂状物基本上彼此垂直，其中第一和第二 大气隙被形成在第一框架臂状物与第二框架臂状物的末端表面之间，并且其中第一和第二 构件呈L形。10. 权利要求6的致动器，其中，第一和第二框架臂状物是同平面的。11. 权利要求6的致动器，其中，第一和第二核芯以及线圈是同平面的，并且其中第一框 架臂状物和第二框架臂状物与对应的第一和第二核芯的表面形成角度Θ。12. 权利要求11的致动器，其中，角度Θ处于0到5°之间。13. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，跨过小气隙朝向彼此的操作表面平行 于彼此并且平行于移动方向。14. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，跨过小气隙朝向彼此的操作表面平行 于彼此并且与移动方向形成角度φ。15. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，跨过小气隙朝向彼此的操作表面不平 行并且形成角度φ。16. 权利要求14的致动器，其中，角度Φ处于O到5°之间。17. 权利要求15的致动器，其中，角度φ处于O到5°之间。18. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，所述位移的范围处于O到近似ΙΟΟΟμπι 之间。19. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，所述光学元件是透镜套件。20. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，所述致动器被包括在数字摄影机中。21. 权利要求20的致动器，其中，所述数字摄影机被包括在移动电话中。
【专利摘要】被用来提供例如透镜载体之类的光学元件的位移的电磁致动器包括与大气隙相关联的至少一个铁磁性框架，以及与框架的细长部分平行并且通过小气隙与之分隔开的至少一个铁磁性构件。致动使得磁性回路出现在所述至少一个框架、至少一个构件以及小气隙中，并且绕过或桥接大气隙。在一些实施例中，所得到的磁力移动所述至少一个构件，并且导致与之附着的光学元件的位移。在一些实施例中，至少一个框架和至少一个构件被设置成提供中心孔洞，并且其规格被确定成允许将透镜载体插入在孔洞中。在一些实施例中，所述位移是用于自动聚焦或者用于光学图像稳定。
【IPC分类】G02B7/04, G03B3/10
【公开号】CN105492954
【申请号】CN201480046197
【发明人】G·艾薇薇, E·戈登堡, J·纳瑟尔, G·巴查尔, G·沙布岱
【申请人】核心光电有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月3日
【公告号】US20160209618, WO2015068056A1
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请设及2013年11月6日提交的具有相同标题的美国临时专利申请号61 /900， 442，其被全文合并在此W作参考。
技术领域
[0003] 运里所公开的实施例总体上设及具有铁磁性构件和导电线圈的电磁化M)致动器， 更具体来说设及使用在小型摄影机中的EM致动器。
【背景技术】
[0004] 在其基本形式中，比如数字静止摄影机或者嵌入在移动(蜂窝）电话或平板计算机 中的摄影机之类的电子摄影机包括两个组件：（1)包括由一个或更多塑料或玻璃透镜元件 构成的集合的透镜模块，其被使用来产生所观看的场景的光学图像；W及（2)图像传感器 (例如CMOS或CCD)，其把光学图像转换到电子域，其中图像可W在电子域内被处理和存储。 存在通过应用(例如常规化R、摄影机电话、汽车、保安和医疗似及通过功能(例如具有或不 具有自动聚焦)来划分范围的不同类型的电子(或数字)摄影机。最简单的摄影机是其中透 镜模块关于图像传感器处于固定位置的摄影机。运些摄影机常常被称作固定聚焦摄影机， 其中摄影机被聚焦到预先确定的距离。落在摄影机的场深度之内的对象可W被清晰地捕 获，并且落在场深度之外的对象将会模糊。在更加先进的摄影机中，可W通过致动器来改变 透镜模块(或者透镜模块中的至少一个透镜元件)的位置，并且可W根据所捕获的对象或场 景来改变聚焦距离。在运些摄影机中，有可能从非常短的距离(例如IOcnO到无限远捕获对 象。一些先进的摄影机设计可W包括能够关于彼此移动并且从而改变摄影机的有效焦距的 不同透镜群组，从而得到光学变焦能力。数字静止摄影机中的趋势是提高变焦能力(例如提 高到5倍、10倍或更多），W及在蜂窝电话摄影机中减小像素尺寸并且增加像素计数。运些趋 势导致对于手抖化and-shake)的更高敏感性，或者导致需要更长的曝光时间。运样就产生 了对于光学图像稳定(OIS)的需求，其现在出现在先进的摄影机中。在具有OIS功能的摄影 机中，透镜或摄影机模块可W通过更快的方式改变其横向位置或倾斜角度，从而抵消图像 捕获期间的手抖。
[0005] 在紧凑型(小型)摄影机模块中，最普遍的致动器形式是音圈电动机(VCM)，其包括 线圈（缠绕在圆筒上的电线）、固定磁体(或者"永磁体"或"硬磁体"）W及弹黃。当电流被驱 动经过线圈时，施加电磁化^0力，并且透镜模块改变位置。虽然VCM被视为成熟的技术，但是 其成本高昂，尺寸较大，使用稀±磁体，操作缓慢，并且消耗高功率。因此，需要并且有利的 将是具有能够克服VCM和有关技术的缺点的技术进步。
【发明内容】
[0006] 运里所公开的实施例教导了用于小型摄影机(作为示例是在智能电话中）自动聚 焦(AF)和OISW及可W通过倾斜或移动摄影机模块或其中的元件而获得的任何其他功能的 EM致动器。所述致动力是磁性的，并且使用铁磁性材料。运里所公开的致动器结构包括至少 一个铁磁性框架，所述铁磁性框架具有框架臂状物和至少一个铁磁性构件，所述臂状物和 构件具有操作表面，所述操作表面跨过气隙朝向彼此。在一些实施例中，所述一个或多个框 架是静止的，所述一个或多个构件则是可移动的。因此，在(多个)铁磁性框架与（多个)铁磁 性构件之间发生相对移动，其中机械地禪合到所述一个或多个构件的光学元件相对于（多 个)静止框架移动。应当提到的是，虽然后面的描述总体上专注于其中（多个)铁磁性框架是 静止的并且（多个)构件是移动的实施例，但是其他实施例可W具有移动的框架(并且其禪 合到光学元件)和静止的（多个)构件。其他实施例可W具有移动/静止框架和构件部分的各 种组合。
[0007]每一个致动器结构在包括所有框架部分的磁性回路中包括至少一个大气隙。每一 个大气隙通过在操作期间产生的磁场被臂状物与构件之间的较小气隙绕过或桥接。所述致 动器结构被设计成减小致动器的磁阻，并且从而提供较大的EM力。通常来说，磁阻随着第一 ("力/致动"）方向上的移动显著改变，而在与第一方向共面并且正交的第二（"无差异 (indifferent)")方向上，磁阻则随着移动几乎不改变或者不发生改变。
[000引在一些实施例中，提供了被用来移动光学元件的电磁致动器，其包括:铁磁性第一 框架，其包括部分地由第一导电线圈围绕的核忍、第一臂状物和第二臂状物，每一个臂状物 具有操作表面和末端表面，第一和第二臂状物在其间通过第一大气隙分隔开；W及铁磁性 第一构件，其具有对应的操作表面并且朝向第一臂状物，第一构件和第一臂状物被布置成 使得在其对应的操作表面之间形成第一小气隙和重叠，其中第一小气隙小于第一大气隙， 其中第一构件和第一框架在通过线圈中的电流生成磁力时在其间经历相对移动，并且其中 所述移动可W转换成光学元件从第一位置到第二位置的位移。
[0009] 在一个实施例中，所述框架可W具有G形形状，第一构件可W具有两个操作表面并 且可W被嵌套在两个臂状物之间，每一个第一构件操作表面朝向跨过对应的小气隙的臂状 物的对应的操作表面。
[0010] 在一个实施例中，所述致动器还可W包括刚性地禪合到第一构件的铁磁性第二构 件，第二构件具有对应的操作表面并且朝向第二臂状物，第二构件和第二臂状物被布置成 使得在其对应的操作表面之间形成第二小气隙和重叠，其中第二小气隙小于第一大气隙。
[0011] 在一个实施例中，所述致动器还可W包括铁磁性第二框架，其包括部分地由第二 导电线圈围绕的第二框架核忍，第二框架具有在其间通过第二大气隙分隔开的第一和第二 框架臂状物，每一个第二框架臂状物具有至少一个操作表面和末端表面，其中第一构件朝 向由第一框架臂状物和第二框架臂状物形成的第一对臂状物，其中第二构件朝向由第一框 架臂状物和第二框架臂状物形成的第二对臂状物，第一和第二构件当中的每一个及其所朝 向的对应的第一和第二对臂状物被布置成使得在其对应的操作表面之间形成小气隙和重 叠，其中每一个小气隙小于第一或第二气隙，并且其中每一个构件及其对应的臂状物对在 通过第一和第二线圈当中的每一个线圈中的电流生成磁力时在其间经历相对移动，所述移 动可W转换成光学元件从第一位置到第二位置的位移。第一和第二框架的规格可W被确定 成提供可W容纳光学元件的内部开放空间。
【附图说明】
[0012]运里将仅通过举例的方式参照附图来描述一些非限制性实施例，其中：
[OOK]图IA示出了运里所公开的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态下 的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0014] 图IB示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的(a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0015] 图2示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0016] 图3示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0017] 图4示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0018] 图5示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0019] 图6示出了运里所公开的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态 下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0020] 图7示出了运里所公开的具有倾斜操作表面的致动器的一个实施例的（a)等距 视图、（b)弛豫状态下的剖面X广拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0021] 图8示出了运里所公开的具有倾斜操作表面的EM致动器的另一个实施例的（a)等 距视图、（b)弛豫状态下的剖面X广拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0022] 图9示出了运里所公开的具有倾斜操作表面的EM致动器的另一个实施例的（a)等 距视图、（b)弛豫状态下的剖面X广拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0023] 图10示出了运里所公开的用于OIS的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、（b) 弛豫状态下的剖面Xi-拉^及山)操作状态下的剖面Xi-拉；
[0024] 图11示出了运里所公开的用于OIS的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视图、 (b)弛豫状态下的剖面X广拉^及山)操作状态下 的剖面Xi-拉；
[0025] 图12示意性地示出了包括禪合到透镜载体的致动器套件的摄影机模块的一个实 施例：（a)示出了禪合到透镜载体的两个弹黃集合的细节，W及(b)示出了用于致动器套件 和透镜载体的支撑结构的细节。
[0026] 图13示意性地示出了包括禪合到透镜载体并且被用于OIS的致动器套件的摄影机 模块的另一个实施例：（a)示出了两个弹黃集合的细节，W及(b)示出了用于致动器套件和 透镜载体的支撑结构的细节。
【具体实施方式】
[0027] 图IA示出了运里所公开的被编号成100的EM致动器的一个实施例的(a)等距视图、 (b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及(C)操作状态下的剖面Xi-拉。图IA中所示出的X-Y-Z坐标系 对于后面描述的所有其他附图都成立。致动器100包括两个U形铁磁性框架(其在后文中被 简称作"框架"），即第一框架102和第二框架104。所述两个框架基本上在"双If配置中被设 置成共面(作为示例是X-Z平面）。因此，该致动器（W及后面的图2-10的致动器)具有中屯、开 放空间（"孔桐"），其在运里被标记成105。所述孔桐被设计成允许插入透镜载体。框架102和 104是固定的（例如被刚性地约束到支撑结构(参见图12(b)中的1212))。每一个框架包括至 少部分地被线圈（分别是110和112)围绕的细长基础构件(核忍）（分别是106和108)，W及两 个臂状物(分别是对应于构件102的114a和114bW及对应于构件104的116a、116b)。两个框 架的相对臂状物（即114a和116a，W及114b和116b)跨过大气隙（分别是气隙118a和118b)朝 向彼此。致动器100还包括基本上平行于框架臂状物的两个移动的细长铁磁性构件(其也被 简称作"移动构件"）120a和12化。在该实施例和后面的实施例中，所述移动构件可W刚性地 彼此连接(通过未示出的结构）W便相对于框架统一移动。透镜载体(例如参见图12中的载 体1204)将机械地禪合到移动构件。构件120a平行于臂状物114a和116a，并且通过小气隙 122a与其分隔开。构件12化平行于臂状物114b和11化，并且通过另一个小气隙12化与其分 隔开。每一个移动构件120a和12化具有操作表面，其跨过对应的第二气隙朝向相对的固定 臂状物的对应的操作表面。因此，构件120a具有操作表面124曰，其分别朝向臂状物114a和 116a的操作表面126a和128a。构件12化具有操作表面124b，其分别朝向臂状物114b和116b 的操作表面12化和128b。
[00%]图IB示出了运里所公开的被编号成100'的EM致动器的另一个实施例的(a)等距视 图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及(C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器110'与致动器100 的类似之处在于其可W包括相同的元件，不同之处在于其包括单个移动细长铁磁性构件 120'（而不是两个移动构件120a和120b)。作为示例，致动器100'中的任何未编号的元件可 W被视为与致动器100中的对应元件完全相同。与致动器100中一样，构件120'基本上平行 于框架臂状物的一个集合(例如图中所示的114b'和116b'）。运样的单个移动构件配置可W 具有较低磁阻方面的优点，也就是说相对于相同输入功率的更大输出力。
[0029] 在后面的所有实施例中，大气隙被标记成具有宽度di，小气隙则被标记成具有宽 度d2。作为示例，致动器100或100'的规格可W是大约IOmm X IOmm X 2mm。作为示例，铁磁 性臂状物和构件可W具有大约Ix Imm2的剖面。作为示例，大气隙具有相同的宽度山。在例如 前面的致动器100或100'W及后面的类似致动器中，di可W大约是0.5mm。在后面的其他致 动器中，山可W处于大约0.5到几 mm之间。作为示例，小气隙具有相同的宽度cb。在所有实施 例中，Cb远小于山。举例来说，Cb可W比山小一或两个数量级。作为示例，在一些实施例中，Cb 可W是大约30皿。在其他实施例中，Cb可W示例性地处在10-30皿的范围内。
[0030] 在操作中，当电流经过线圈时，场在由U形框架臂状物和移动构件形成的闭合环 路中产生。由于第一气隙和小气隙的尺寸差异，场线传播经过小气隙而不经过大气隙。换句 话说，在图1的致动器（W及图2、3和6-10的致动器）的操作期间，磁通量主要经过（多个)小 气隙，并且绕过(多个)大气隙。所得到的磁力F在由箭头130表明的方向Y上移动所述移动构 件，其平行于操作表面并且垂直于X-Z平面。F与S(IxN)^(B+d)近似成比例，其中I是电流，N 是线圈应数，B是由致动器的特定结构决定的常数，并且d是气隙宽度(Cb)。大致上，运种配 置中的EM力实质上仅取决于电流(即与位置无关）。操作表面W发生在Y方向上的位移Ay相 对于彼此滑动。作为示例，Ay可W在0到1000 wii之间变化。所述位移提供重叠面积S Ay,其 中S是重叠的长度。所述重叠面积在弛豫状态下（图化)是最小的，并且在操作状态下增大到 最大重叠（图Ic),其代表"闭合状态"。应当提到的是，移动方向在图1-9的所有实施例中都 是相同的。
[0031] 有利的是，臂状物与移动构件之间的长重叠 W及臂状物的操作表面与移动构件的 操作表面之间的小气隙会增大致动器力/功率比值。通过线圈应数的增加可W进一步增大 该比值。正如前面所提到的那样，移动构件刚性地互连，从而使得垂直于线性移动方向的侧 力(X-Z平面中）抵消。或者，每一个移动构件可W具有两个相对的操作表面，从而使得侧力 抵消（如在图4和11中）。应当提到的是，在该实施例和任何后面的实施例中，朝向彼此的操 作表面可W是直的（平行于Y)或者倾斜的跨过气隙，或者是非平坦的（也就是弯曲的）。运样 的特征可W控制和/或定形移动期间的磁阻改变，并且得到根据移动构件的位置来定形EM 力行为的能力。
[0032] 图2示出了运里所公开的被编号成200的EM致动器的另一个实施例的（a)等距视 图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及（C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器200包括基本上被 设置在X-Z平面中的两个L形框架202和204，并且相应地被称作"双L"配置。所述L形框架是 固定的（例如被机械地约束到另一个结构，未示出）。每一个L形框架包括至少部分地被线圈 (分别是210和212)围绕的角落铁磁性构件(分别是206和208)。每一个框架还包括联合固定 到(或者在结构上与之集成)对应的角落构件的两个臂状物(分别是对应于角落构件206的 214a和214b W及对应于角落构件208的216a和21化）。在致动器200中，每一个L形框架的两 个臂状物彼此垂直，并且与对应的角落构件形成45°角。应当提到的是，其他"近似L形"几何 结构也是可能的，其中臂状物并不彼此垂直，并且与角落构件形成不同于45°的角度。臂状 物214b和216a的自由末端跨过大气隙218a朝向彼此。臂状物214a和21化的自由末端跨过大 气隙218b朝向彼此。应当提到的是，大气隙218a和218b在形成于框架202和204的臂状物的 末端之间的内部角落处是最窄的（其具有宽度山）。致动器200还包括两个L形铁磁性移动构 件220a和22化。运些构件被"嵌套"在框架202和204的内部或外部。在致动器200中，L形构件 被嵌套在L形框架的内部，从而使得构件220a的臂状物222a和构件22化的臂状物224b平行 于框架202的臂状物214a和214b，并且使得构件220a的臂状物222b和构件220b的臂状物 224a平行于框架204的臂状物216a和21化。L框架和L形构件的平行臂状物通过小气隙分隔 开。因此，臂状物214a和222a通过空隙226a分隔开(其示例性地具有宽度d2)，216a和224a通 过空隙226b分隔开(其示例性地也具有宽度cb)。类似地，214b和224b通过空隙228a分隔开， 并且216b和22化通过空隙228b分隔开。L形构件220a和22化可W彼此刚性连接W便统一移 动。每一个臂状物具有操作表面，其跨过对应的第二气隙朝向相对的臂状物的对应的操作 表面。所述操作表面可W是平滑的并且是平面状的，或者是平滑的并且是结构化的，例如具 有波浪形式。
[0033] 在一个实施例中，大气隙具有相同的宽度山，并且小气隙具有不同于山的相同的宽 度Cbndi远大于(例如大一个数量级)cb。致动器200的操作和移动类似于致动器100的操作和 移动。具体来说，在操作期间，大多数磁通量经过小气隙并且绕过大气隙。
[0034] 图3在等距视图中示出了运里所公开的被编号成300的EM致动器的另一个实施例 的(a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi -XsW及(C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器300类 似于致动器200,其不同之处在于L形框架和构件被半圆形框架和构件所取代。因此，可W从 前面关于致动器200的描述推断出设计和操作的各个方面，并且对于致动器300不作详细描 述。致动器300包括基本上被设置在相同的平面中的两个固定的半圆形框架302和304,每一 个框架包括至少部分地被线圈（分别是310和312)围绕的核忍部分(分别是306和308)，W及 两个弯曲的臂状物部分(分别是对应于框架302的314a和314bW及对应于框架304的316a和 31化）。弯曲臂状物部分的自由末端跨过大气隙（其具有宽度di)朝向相对的弯曲臂状物部 分的相应的自由末端。致动器300还包括两个半圆形构件320a和32化，其可W被放置在框架 内部或外部。构件320a和32化可W具有与弯曲臂状物部分相同的曲率，并且通过小气隙（其 具有宽度Cb)与其分隔开。所述弯曲臂状物部分和半圆形构件具有跨过对应的小气隙朝向 彼此的操作表面。所述大气隙和小气隙的规格被确定成使得当电流经过线圈时，场存在 于所述弯曲臂状物部分和半圆形构件中。所得到的EM力F在平行于操作表面并且垂直于X-Z 平面的方向Y上移动半圆形构件，从而提供Y方向上的平行于操作表面的线性移动。
[0035] 应当提到的是，所描述的"半圆形"形状是示例性的，并且对于框架和铁磁性构件 全部二者可W使用例如半楠圆形、半卵圆形之类的其他弯曲形状，只要形成在其间的小气 隙确保在电流经过线圈时所形成的EM力在平行于操作表面的方向上移动铁磁性构件即可。
[0036] 图4在等距视图中示出了运里所公开的被编号成400的EM致动器的另一个实施例 的（a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及（C)操作状态下的剖面X1-X2。类似于致动 器100,致动器400包括基本上设置在相同的(X-Z)平面中但是相对于彼此存在偏移的两个U 形框架402和404，从而形成"双U交织"配置。致动器400还包括两个细长移动构件420a和 420b。框架402和404 W及移动构件420a和42化基本上分别类似于图1中的框架102和104 W 及构件120a和12化。但是由于框架的X偏移和Z偏移，移动构件420a和42化现在位于U形框架 的臂状物之间。因此，构件420a位于框架402的臂状物414a与框架404的臂状物416a之间，并 且与之平行。构件42化位于框架402的臂状物414b与框架404的臂状物416b之间，并且与之 平行。移动构件420a和42化分别具有两个操作表面(对应于构件420a的424a和424b，W及对 应于构件420b的426a和42化），其跨过对应的气隙（对应于构件420a的430a、bW及对应于构 件42化的430c、d)朝向相邻的框架臂状物的操作表面。该实施例的一个重要优点在于，两个 框架臂状物与移动构件之间的重叠面积相比于实施例100加倍，从而固有地抵消了（X-Z平 面中的)侧力。
[0037] 其操作和移动类似于致动器100-300的操作和移动。但是应当提到的是，在本例 中，大气隙（山)处在各对最靠近的框架臂状物之间。所述致动设及磁场通过两个框架的臂 状物和小气隙(Cb)桥接大的直接空隙。
[0038] 图5示出了运里所公开的被编号成500的另一种EM致动器的一个实施例的(a)等距 视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及(C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器500包括固定的U 形框架502和移动的U形框架504。框架502包括至少部分地被线圈508围绕的细长基础构件 506W及通过大的"直接"空隙（其具有宽度山)分隔开的两个臂状物514a和514b。框架504包 括细长基础构件512W及两个臂状物516a和516b。框架504被嵌套在框架502内部，从而使得 各对臂状物514a和516aW及514b和516b的操作表面跨过宽度为Cb的小气隙朝向彼此。显而 易见的是，山远大于cb(例如大一个数量级）。与致动器400中一样，所述致动设及磁场通过两 个框架的臂状物和小气隙桥接大的直接空隙。
[0039] 图6在等距视图中示出了运里所公开的被编号成600的EM致动器的另一个实施例 的(a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及(C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器600类 似于致动器100,不同之处在于其两个固定的U形框架602和604不是同平面(共面)的。相反， 两个框架具有对应的臂状物614a、614b(对应于框架602)，W及与XZ平面成角度0(通常小于 5°)倾斜的616a和61化(对应于框架604)。相同的倾斜对于在Y方向上移动的移动细长铁磁 性构件620a和62化同样存在。所述倾斜允许随着移动增大操作表面的重叠方面的更多灵活 性。与先前的实施例中一样，"山"标记大气隙，并且"cb"标记小气隙。
[0040] 图7示出了运里所公开的被编号成700的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、 (b)第一操作状态下的剖面Xi-XsW及(C)第二操作状态下的剖面Xi-拉。致动器700基本上类 似于致动器100,不同之处在于臂状物714a、714b、716a和716b具有(相对于Y-Z平面)倾斜的 操作表面(分别是726a、726b、728a和728b)。两个移动细长铁磁性构件720a和720b具有（相 对于Y-Z平面)无倾斜操作表面724a和724b。倾斜角度聲通常是1-2°，并且最大是大约5°。因 此形成在朝向彼此的操作表面之间的小气隙(Cb)在移动方向上是非均匀的。非均匀空隙的 有利之处在于，其允许在(Y方向上的)移动期间对力进行更好的操控。
[0041] 图8示出了运里所公开的被编号成800的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、 (b)第一操作状态下的剖面Xi-XsW及(C)第二操作状态下的剖面Xi-拉。致动器800基本上类 似于致动器100,运是在于臂状物814a、814b、816a和81化具有无倾斜操作表面（分别是 826a、826b、828a和828b)。但是两个移动细长铁磁性构件820a和820b具有倾斜的（相对于Y-Z平面成角度Cp)操作表面824a和824b。
[0042] 图9示出了运里所公开的被编号成900的EM致动器的一个实施例的（a)等距视图、 (b)第一操作状态下的剖面Xi-XsW及(C)第二操作状态下的剖面Xi-拉。致动器900基本上类 似于致动器100,不同之处在于臂状物914a、914b、916a和91化W及移动细长铁磁性构件 920a和920b具有倾斜的（相对于Y-Z平面成角度巧)操作表面。因此，臂状物914a、914b、916a 和91化具有倾斜的操作表面(分别是926a、926b、928a和928b)，同时构件920a和92化具有倾 斜的操作表面924a和924b。
[0043] 虽然致动器700-900的设计遵循致动器100的设计，但是在运些实施例中所公开的 倾斜操作表面可W同样被实施在致动器200至化00当中的任一个当中。此外，在其中移动构 件的操作表面朝向两个臂状物当中的每一个的操作表面的设计中，其中一个臂状物可W具 有倾斜的操作表面，另一个可W具有无倾斜的操作表面。
[0044] 前面的所有致动器实施例都可W被用于透镜的线性移动(例如用于聚焦）。在图13 中公开的致动器套件实施例(与后面的图10中一样包括4个致动器)可W被用于0IS。
[0045] 图10示出了运里所公开的用于OIS并且被编号成1000的EM致动器的一个实施例的 (a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面X1-X2 W及（C)操作状态下的剖面X1-X2。致动器1000包 括第一(例如固定)框架1002和第二(例如移动)框架1004。框架1002包括至少部分地被线圈 1008围绕的细长核忍1006, W及两个臂状物IOlOa和1010b。臂状物IOlOa和IOlOb跨过大气 隙山朝向彼此。移动框架1004具有中空矩形形状，其具有两个基础构件1012a和1012bW及 两个臂状物1014a和1014b。臂状物1014a和1014b在X-Z平面中被嵌套在框架100 2内部。各对 臂状物IOHa和IOlOaW及1014b和IOlOb基本上是平行的，并且沿着长度维度通过小气隙Cb 分隔开。每一个臂状物具有邻接小气隙的操作表面。因此，臂状物IOlOa具有操作表面 1018a，臂状物IOlOb具有操作表面1018b，臂状物1014a具有操作表面1020a，并且臂状物 1014b具有操作表面1020b。
[0046] 由于该致动器被用于OIS，因此其不需要具有容纳透镜载体的大孔桐。因此，其宽 度维度(X方向）可W远小于致动器100-900中的情况，例如3- 4mm(而不是10mm)。运样就提供 了非常紧凑的致动器，从而降低了对于致动器高度和空间的要求。
[0047] 在操作中，经过线圈1008的电流包括经过磁性回路的磁场。大间隙di被移动框架 1004桥接并且通过小气隙。所述结构的对称性确保(X-Z平面中的）侧力被固有地抵消。框架 1004的移动基本上是在Y方向中。Z方向上的移动未被阻止。图13中示出的四个运样的致动 器的组合动作被用来提供0IS。
[004引图11在等距视图中示出了运里所公开的用于OIS并且被编号成1100的EM致动器的 另一个实施例的（a)等距视图、（b)弛豫状态下的剖面Xi-XsW及（C)操作状态下的剖面Xi-拉。致动器1100包括形状像大写字母"G"的固定铁磁性元件1102,其在后文中被称作"G形框 架"，W及移动细长铁磁性构件1104dG形框架1102包括S个基本上平行的细长部分1106、 1108a和1108b。部分1106充当核忍，并且至少部分地被线圈1110围绕。有利的是，线圈1110 可W具有较大体积(大量线圈绕组）。部分1108a和1108b通过大气隙di分隔开。移动铁磁性 构件704被插入在部分1108a与1108b之间，并且通过对应的小气隙Cb与运些部分分隔开。部 分1108a和IlOSbW及构件1104具有跨过小气隙朝向彼此的操作表面。其操作和移动类似于 致动器1000。有利的是，G形形状允许部分1108a和1108b与构件1104之间的较长磁性重叠， 并且确保(X-Z平面中的）侧力被固有地抵消。致动器1100的示例性宽度维度类似于致动器 1000,即3-4mm。
[0049] 图12示意性地示出了摄影机模块1200的一个实施例，其包括禪合到透镜载体1204 的致动器套件1202。作为示例，摄影机模块的维度可W是IOmm X IOOmm X 6-7mm。致动器套 件包括两个致动器1206a和1206b，其可W是前面的任何致动器100-900。所有运样的致动器 都具有内部孔桐，其允许在其中插入和移动透镜载体支架W及相关联的所安放的透镜块 (未示出）。图12(a)示出了摄影机模块的细节，并且特别示出了顶部弹黃集合1208和底部弹 黃集合1210。图12(b)示出了支撑结构1212,全部两个弹黃集合W及致动器的固定框架都与 之刚性禪合。全部两个弹黃集合都刚性禪合到透镜载体1204。由于透镜载体与致动器的移 动部件一起移动，因此弹黃充当针对移动方向Y上的磁力的反作用力。因此，透镜载体（W及 与之附着的透镜)可W通过两个力之间的平衡被定位在任意位置处。
[0050] 图13示出了被用于OIS的摄影机模块1300。图13(a)提供了示出具有四个致动器和 两个弹黃集合的致动器套件结构的细节，图13(b)提供了示出用于致动器套件和透镜载体 的支撑结构的细节。类似于致动器1000的四个致动器被标记成1300a-d，其被放置在矩形结 构中，其中固定框架刚性地附着到底座结构1302的四个侧面。致动器1300a和1300c的固定 框架基本上位于Y-X平面中，致动器1300b和1300d的固定框架则基本上位于Y-Z平面中。致 动器1300a和1300c的移动框架可W沿着Z轴移动，致动器1300b和1300d的移动框架可W沿 着X轴移动。所有四个致动器的移动框架都机械禪合到顶部柔性框架1304,其又可W禪合到 并且容纳透镜载体1306。因此，通过四个致动器使得两轴移动成为可能。透镜的XZ移动可W 补偿整个摄影机的倾斜移动。
[0051] 虽然前面通过特定实施例和总体上相关联的方法描述了本公开内容，但是本领域 技术人员将会想到所述实施例和方法的改动和置换。本公开内容应当被理解成不受限于运 里所描述的具体实施例，而是仅由所附权利要求书的范围限制。
【主权项】
1. 一种被用来提供光学元件的移动的电磁致动器，其包括： a) 铁磁性第一框架，其包括部分地由第一导电线圈围绕的核芯、第一臂状物和第二臂 状物，每一个臂状物具有操作表面和末端表面，第一和第二臂状物在其间通过第一大气隙 分隔开；以及 b) 铁磁性第一构件，其具有对应的操作表面并且朝向第一臂状物，第一构件和第一臂 状物被布置成使得在其对应的操作表面之间形成第一小气隙和重叠，其中第一小气隙小于 第一大气隙，其中第一构件和第一框架在通过线圈中的电流生成磁力时在其间经历相对移 动，并且其中所述移动可以转换成光学元件从第一位置到第二位置的位移。2. 权利要求1的致动器，其中，所述光学元件机械耦合到第一构件。3. 权利要求1的致动器，其中，所述框架具有G形形状，第一构件具有两个操作表面并且 被嵌套在两个臂状物之间，每一个第一构件操作表面朝向跨过对应的小气隙的臂状物的对 应的操作表面。4. 权利要求1的致动器，其还包括： c) 刚性地耦合到第一构件的铁磁性第二构件，第二构件具有对应的操作表面并且朝向 第二臂状物，第二构件和第二臂状物被布置成使得在其对应的操作表面之间形成第二小气 隙和重叠，其中第二小气隙小于第一大气隙。5. 权利要求4的致动器，其中，第一和第二构件形成嵌套在第一框架内部的铁磁性环。6. 权利要求4的致动器，其还包括： d) 铁磁性第二框架，其包括部分地由第二导电线圈围绕的第二框架核芯，第二框架具 有在其间通过第二大气隙分隔开的第一和第二框架臂状物，每一个第二框架臂状物具有至 少一个操作表面和末端表面，其中第一构件朝向由第一框架臂状物和第二框架臂状物形成 的第一对臂状物，其中第二构件朝向由第一框架臂状物和第二框架臂状物形成的第二对臂 状物，第一和第二构件当中的每一个及其所朝向的对应的臂状物对被布置成使得在其对应 的操作表面之间形成小气隙和重叠，其中每一个小气隙小于第一或第二气隙，并且其中每 一个构件及其对应的臂状物对在通过第一和第二线圈当中的每一个线圈中的电流生成磁 力时在其间经历相对移动，所述移动可以转换成光学元件从第一位置到第二位置的位移。7. 权利要求6的致动器，其中，第一和第二框架的规格被确定成提供可以容纳光学元件 的内部开放空间。8. 权利要求6的致动器，其中，第一和第二框架以及第一和第二构件是弯曲的。9. 权利要求6的致动器，其中，每一个框架的臂状物基本上彼此垂直，其中第一和第二 大气隙被形成在第一框架臂状物与第二框架臂状物的末端表面之间，并且其中第一和第二 构件呈L形。10. 权利要求6的致动器，其中，第一和第二框架臂状物是同平面的。11. 权利要求6的致动器，其中，第一和第二核芯以及线圈是同平面的，并且其中第一框 架臂状物和第二框架臂状物与对应的第一和第二核芯的表面形成角度Θ。12. 权利要求11的致动器，其中，角度Θ处于0到5°之间。13. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，跨过小气隙朝向彼此的操作表面平行 于彼此并且平行于移动方向。14. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，跨过小气隙朝向彼此的操作表面平行 于彼此并且与移动方向形成角度φ。15. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，跨过小气隙朝向彼此的操作表面不平 行并且形成角度φ。16. 权利要求14的致动器，其中，角度Φ处于O到5°之间。17. 权利要求15的致动器，其中，角度φ处于O到5°之间。18. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，所述位移的范围处于O到近似ΙΟΟΟμπι 之间。19. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，所述光学元件是透镜套件。20. 权利要求1-12当中的任一条的致动器，其中，所述致动器被包括在数字摄影机中。21. 权利要求20的致动器，其中，所述数字摄影机被包括在移动电话中。
【专利摘要】被用来提供例如透镜载体之类的光学元件的位移的电磁致动器包括与大气隙相关联的至少一个铁磁性框架，以及与框架的细长部分平行并且通过小气隙与之分隔开的至少一个铁磁性构件。致动使得磁性回路出现在所述至少一个框架、至少一个构件以及小气隙中，并且绕过或桥接大气隙。在一些实施例中，所得到的磁力移动所述至少一个构件，并且导致与之附着的光学元件的位移。在一些实施例中，至少一个框架和至少一个构件被设置成提供中心孔洞，并且其规格被确定成允许将透镜载体插入在孔洞中。在一些实施例中，所述位移是用于自动聚焦或者用于光学图像稳定。
【IPC分类】G02B7/04, G03B3/10
【公开号】CN105492954
【申请号】CN201480046197
【发明人】G·艾薇薇, E·戈登堡, J·纳瑟尔, G·巴查尔, G·沙布岱
【申请人】核心光电有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月3日
【公告号】US20160209618, WO2015068056A1
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