潜望式摄像模组及多摄模组转让专利
申请号 : CN201910266469.2
文献号 : CN111787190B
文献日 : 2021-11-19
发明人 : 姚立锋 , 陈振宇
申请人 : 宁波舜宇光电信息有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.潜望式摄像模组,包括:
光路折转元件,具有反射构件,用于将沿第一光轴传播的入射光折转到沿第二光轴传播,其中,所述第一光轴和所述第二光轴成角度;
光学镜头组件,其沿所述第二光轴布置以接收被所述光路折转元件折转的入射光;
感光组件,其沿所述第二光轴布置并接收通过所述光学镜头组件的入射光,从而通过所述光学镜头组件的入射光在所述感光组件上成像;
其特征在于,所述光路折转元件还具有防抖致动机构,所述防抖致动机构包括垂直梳状驱动结构,所述垂直梳状驱动结构包括上梳状指状物和下梳状指状物;
所述光路折转元件还包括支承框架,所述反射构件与所述支承框架连接,在所述上梳状指状物与所述下梳状指状物之间的静电力的驱动下,使所述反射构件相对于所述支承框架围绕所述反射构件的横向和/或纵向方向的中心轴转动,以补偿所述入射光在所述感光组件上成像时由于抖动而发生的位置变化。
2.根据权利要求1所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述反射构件为平面反射镜。
3.根据权利要求1所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述防抖致动机构为MEMS驱动机构。
4.根据权利要求1所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述第一光轴和所述第二光轴垂直。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述潜望式摄像模组还包括:
传感器,用于检测所述潜望式摄像模组由于抖动而产生的位移;
处理器,用于根据所述传感器的检测结果确定出用于补偿所述位移的补偿量;
其中,所述防抖致动机构根据所述补偿量驱动所述反射构件转动,以补偿所述入射光在所述感光组件上成像时由于抖动而发生的位置变化。
6.根据权利要求5所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计中的至少之一。
7.根据权利要求5所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述潜望式摄像模组由于受到抖动而使得入射光在所述感光组件上所成的像产生偏移量,所述防抖致动机构响应于所述补偿量驱动所述反射构件绕至少一个轴转动,以补偿所述入射光在所述感光组件上产生的偏移量。
8.根据权利要求7所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述至少一个轴包括第一轴和与所述第一轴垂直的第二轴。
9.根据权利要求5所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述光路折转元件还包括基底,所述防抖致动机构与所述反射构件形成在所述基底上。
10.根据权利要求9所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述基底包括依次层叠的第一硅层、氧化硅层和第二硅层。
11.根据权利要求10所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述反射构件通过蚀刻所述第一硅层并在其表面涂覆光学反射涂层制成;以及其中,通过蚀刻所述第一硅层形成所述上梳状指状物并通过蚀刻所述第二硅层形成所述下梳状指状物。
12.根据权利要求11所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述反射构件通过铰链结构与所述支承框架连接,在所述上梳状指状物与所述下梳状指状物之间的静电力的驱动下,使所述反射构件相对于所述支承框架围绕第一轴转动。
13.根据权利要求11所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述反射构件通过铰链结构与所述支承框架连接,在所述上梳状指状物与所述下梳状指状物之间的静电力的驱动下,所述反射构件在所述支承框架的带动下围绕第二轴转动。
14.根据权利要求11所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述光路折转元件还包括与所述上梳状指状物连接的第一电极和与所述下梳状指状物连接的第二电极。
15.根据权利要求1所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述潜望式摄像模组还包括数据处理模块,其用于检测所述感光组件输出的图像的抖动,计算并向所述防抖致动机构输出用于补偿所述图像的抖动的控制信号;
所述防抖致动机构根据所述控制信号驱动所述光路折转元件的移动,以便在成像过程中一并补偿所述光路折转元件的抖动和所述光学镜头组件的抖动。
16.根据权利要求15所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述图像的抖动包括x轴平移分量、y轴平移分量、z轴平移分量、x轴旋转分量、y轴旋转分量和/或z轴旋转分量,其中x轴和y轴构成成像面所在平面的直角坐标系。
17.根据权利要求1所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述垂直梳状驱动结构包括多组梳状指状物,所述多组梳状指状物分布在所述反射构件的四周。
18.根据权利要求1所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述垂直梳状驱动结构包括多组梳状指状物,所述多组梳状指状物分布在所述反射构件的两侧。
19.根据权利要求2所述的潜望式摄像模组,其特征在于,所述平面反射镜由多个子反射镜拼接组合而成。
20.潜望式多摄模组,其特征在于,所述潜望式多摄模组中至少包括一个如权利要求1‑
19中任一项所述的潜望式摄像模组。
21.根据权利要求20所述的潜望式多摄模组,其特征在于,所述光学镜头组件为长焦镜头组件。
说明书 :
潜望式摄像模组及多摄模组
技术领域
背景技术
器单像素尺寸的减小导致拍摄需要更长的曝光时间,从而使得成像对摄像模组的抖动更加
敏感,需要OIS(Optical Image Stabilization;光学图像稳定)机构来减轻这种影响。在本
文中,OIS,也可以称为光学防抖。
由度,包括在X‑Y‑Z坐标系中的线性移动,围绕X轴的倾斜(或称为转动)、围绕Z轴的倾斜(或
称为偏摆)和围绕Y轴的倾斜(或称为俯仰)。在具体实现上,现有的OIS防抖装置大多采用磁
石+线圈的组合来实现对相机中镜头的驱动,但随着镜头的增大磁石+线圈的组合越来越难
以满足应用要求。一方面,随着镜头的增大,磁石+线圈的结构已不能完全支撑镜头的驱动
行为,另一方面磁石+线圈的防抖装置成本居高不下,此外,对焦和防抖用的两套磁石线圈
结构不可避免地占用摄像模组的空间,导致摄像模组在垂直于光轴的方向上的尺寸难以缩
小,不利于摄像模组的小型化。
晰,更要求在不增加模组高度的前提下能够实现光学变焦,在此大背景下潜望式的双摄像
头模组便应运而生。
射,因此可以将竖直光线转变为水平光线入射到模组内部,从而可以将长焦镜头的模组横
放,降低模组高度。当然,潜望式摄像模组也可以作为单摄模组使用,以避开终端设备厚度
对模组z轴尺寸的限制。这里z轴指与光轴方向一致的坐标轴。
镜或反射镜来折转入射光线,导致棱镜或反射镜也需要考虑防抖问题。目前的解决方案是
针对棱镜或反射镜增加一套OIS防抖装置。换句话说,目前的潜望式模组在光线转折元件
(例如棱镜或反射镜)和镜头端各设置一套OIS机构,以便实现光学防抖。然而这种设计成本
高昂、组装难度大、生产效率及良品率均面临考验。
发明内容
所述第二光轴成角度;光学镜头组件,其沿所述第二光轴布置以接收被所述光路折转元件
折转的入射光;感光组件,其沿所述第二光轴布置并接收通过所述光学镜头组件的入射光,
从而通过所述光学镜头组件的入射光在所述感光组件上成像;其中,所述光路折转元件还
具有防抖致动机构,所述防抖致动机构通过静电力驱动所述反射构件转动,以补偿所述入
射光在所述感光组件上成像时由于抖动而发生的位置变化。
所述位移的补偿量;其中,所述防抖致动机构根据所述补偿量驱动所述反射构件转动,以补
偿所述入射光在所述感光组件上成像时由于抖动而发生的位置变化。
少一个轴转动,以补偿所述入射光在所述感光组件上产生的偏移量。
面涂覆光学反射涂层制成;以及其中,通过蚀刻所述第一硅层形成所述上梳状指状物并通
过蚀刻所述第二硅层形成所述下梳状指状物。
下,使所述反射镜相对于所述支承框架围绕第一轴转动。
下,所述反射镜在所述支承框架的带动下围绕第二轴转动。
控制信号;所述防抖致动机构根据所述控制信号驱动所述光路折转元件的移动,以便在成
像过程中一并补偿所述光路折转元件的抖动和所述光学镜头组件的抖动。
角坐标系。
附图说明
具体实施方式
的范围。在说明书全文中,相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所
列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
第一层也可被称作第二层。
附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外,当诸如
“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时,修饰整个所列特征,而不是修饰
列表中的单独元件。此外,当描述本申请的实施方式时,使用“可以”表示“本申请的一个或
多个实施方式”。并且,用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
中的固有偏差。
典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义,并且
将不被以理想化或过度正式意义解释,除非本文中明确如此限定。
组,其可包括光学镜头组件和感光组件(未示出)。光路折转元件1具有用于将沿第一光轴
(如,竖直方向)传播的入射光L折转到沿第二光轴(如,水平方向)传播的反射构件(在下文
中将详细描述),其中第一光轴和第二光轴成角度。在示例性实施方式中,第一光轴和第二
光轴大致垂直,即第一光轴和第二光轴大致成90°。光学镜头组件沿第二光轴布置以接收被
光路折转元件1折转的入射光L。感光组件沿第二光轴布置并被布置成接收通过光学镜头组
件的入射光L。通过光学镜头组件的入射光L在感光组件上成像,以生成用于输出的成像数
据。光路折转元件1还具有防抖致动机构(在下文中将详细描述),该防抖致动机构通过静电
力驱动反射构件转动,以补偿入射光在感光组件上成像时由于抖动而发生的位置变化。防
抖致动机构可以是MEMS驱动机构,MEMS驱动机构结合于光路折转元件并通过驱动反射构件
移动(至少包含转动)来在成像过程中补偿摄像模组的抖动。
OIS机构可以被取消,从而有助于摄像模组的小型化。同等成像品质要求下,由于上述实施
例的潜望式摄像模组可以取消摄像模组中用于防抖的OIS机构,所以该潜望式摄像模组的
尺寸可以做到更小,从而帮助缩小终端设备的尺寸,例如缩小手机或其它消费电子终端设
备的例如厚度方向上的尺寸。
述摄像模组的抖动。
结果确定出用于补偿所述位移的补偿量。进一步地,防抖致动机构根据所述补偿量驱动所
述反射构件转动,以补偿所述入射光L在所述感光组件上成像时由于抖动而发生的位置变
化。
望式摄像模组由于抖动而产生的位移的传感器。在本申请的其他实施方式中,传感器还可
以是姿势传感器、磁性传感器、MEMS加速度计、MEMS陀螺仪,等等。
的移动,其中,所述x轴和所述y轴构成成像面所在平面的直角坐标系,x、y轴垂直于与光轴
方向平行的z轴。进一步地,所述防抖致动机构响应于所述补偿量驱动所述反射构件旋转,
当所述反射构件围绕a轴和/或b轴旋转时,可补偿所述x、y、z向的平移和/或旋转倾斜。
致动机构输出用于补偿所述图像的抖动的控制信号。所述防抖致动机构根据所述控制信号
驱动所述光路折转元件的移动,以便在成像过程中一并补偿所述光路折转元件的抖动和所
述光学镜头组件的抖动。其中,所述图像的抖动可以包括x轴平移分量、y轴平移分量、z轴平
移分量、x轴旋转分量、z轴旋转分量和/或y轴旋转分量,其中x轴和y轴构成成像面所在平面
的直角坐标系。所述z轴垂直于所述x轴和所述y轴,且所述z轴平行于光学镜头组件的光轴。
偿像在x、y、z方向的位移,而像在围绕x、y、z方向的旋转倾斜,又可以分别分解为y和z、x和
z、以及x和y方向的平移,所以可以通过反射镜围绕a、b轴的旋转和/或光学镜头组件的对焦
机构的对焦,补偿像在x、y、z方向的旋转倾斜,具体如下:
水平面H入射反射构件21(例如,反射镜)的情况下,假设反射镜21的倾斜角度为θ(即,反射
镜21与水平面H之间的夹角为θ),入射光线I与法线N的夹角为a(即,入射角为a)。法线N是垂
直于反射镜21的线,在由反射镜21、法线N的反向延长线以及水平面H构成的三角形ABC中,
∠BAC=θ;由入射光线I、法线N的反向延长线以及水平面H构成的三角形BDC中,由对角相
等,可知∠DBC=a。在直角三角形ABD中,∠ADB=90°,则∠ABD=90°‑θ。在直角三角形ABC
中,∠ABC=90°,则∠ABD+∠DBC=90°,即90°‑θ+a=90°,则a=θ,即入射角a等于反射镜21
的倾斜角度θ。
转至法线N2(第二位置),逆时针旋转角度为θ1,即法线N1与法线N2之间的夹角为θ1。入射光
线I经过反射镜最开始的反射镜21(第一位置)后,形成出射光线R1,假设入射光线I的入射
角为θ,即法线N1与入射光线I之间的夹角为θ,则入射光线I和反射镜21’之间形成的锐角为
90°‑θ‑θ1。由入射角等于反射角,法线N1与出射光线R1之间的夹角为θ,则法线N2与出射光
线R1之间的夹角为θ‑θ1,出射光线R2与反射镜21’之间形成的锐角也为90°‑θ‑θ1,假设出射
光线R1和出射光线R2的夹角为θ2,则由法线N2垂直反射镜21’可知,90°‑θ‑θ1+θ2+θ‑θ1=
90°,θ2=2θ1。
况下,假设出射光线R2垂直射在像面IMG,出射光线R2从反射镜21’出射位置至像面IMG之间
的垂直距离为d,则有以下公式成立,y/d=tan(θ2)=tan(2θ1),即y=d·tan(2θ1),即当反
射镜21围绕b轴旋转一定角度时,就会在y方向产生一定的位移,所以可以通过绕b轴的旋
转,来实现y向的补偿。
tan(θ2+β)·d‑tan(β)·d=tan(θ2+90°‑2θ‑2θ1)·d‑tan(90°‑2θ‑2θ1)·d,同样,反射镜
21围绕b轴的旋转可引起y向的位移。
机构进行对焦操作来实现补偿。
射反射构件的普遍情况而言,MEMS反射镜均能够具有相应的补偿能力。
位置)逆时针旋转至反射镜21’(第二位置)时,逆时针旋转的角度为w,出射光线由出射光线
R1(第一位置)变换至出射光线R2(第二位置)。当出射光线R1垂直入射至像面IMG时,出射光
线R1和出射光线R2之间的夹角为w,假设出射光线R1在反射镜21的出射点至像面IMG的垂直
距离为d,则以下公式成立:d/x=tan(w),其中x表示在反射镜由反射镜21(第一位置)旋转
至反射镜21’(第二位置)时,出射光学在像面IMG的x方向上移动的距离。由此可知,当反射
镜21围绕a轴旋转一角度时,可以补偿x方向的位移。
移量也可以进行补偿。
小垂直于光轴(指光学镜头组件的光轴)方向的尺寸。同时,还可以降低潜望式摄像模组的
成本;降低组装难度,进而提升实际批量生产的良率。
动器。图2示出了根据本申请的一个实施方式的光路折转元件。为便于描述,将位于光路折
转元件的纵向方向的中心轴线标记为a轴(第一轴),并将位于光路折转元件的横向方向的
中心轴线标记为b轴(第二轴)。a轴与b轴大致垂直。
刻出反射镜和上梳状指状物(在下文中将详细描述),第二层硅用于蚀刻出下梳状指状物
(在下文中将详细描述),梳状指之间的空气间隙较小,指状高度较高,从而在较低动作下获
得更大的镜面转动角度,氧化硅主要用来电隔离两导电硅层,在蚀刻过程中,氧化硅层能够
起到硅DRIE蚀刻的停止作用,防止进一步的蚀刻到第二层硅。
承框架60连接,其中,铰链61可枢转地连接到支承框架60。这样的设置使得反射构件21可以
相对于支承框架60绕a轴转动。支承框架60通过铰链63与电极16a实现机械和电连接。因此,
电极16a可通过铰链63、支承框架60、铰链61、延伸臂80与下梳状指状物76和下梳状指状物
77电连接。
梳状指状物75的电路和机械支撑结构。硅连接区域70还通过硅铰链62电连接到固定电极
19a或20a。因此,固定电极19a可通过硅铰链62、硅连接区域70与第一上梳状指状物74电连
接,固定电极20a可通过硅铰链62、硅连接区域70与第二上梳状指状物75电连接。
域70电隔离,即,将硅连接区域70与反射构件21以及设置在反射构件21上的梳状指状物76
和77实现电隔离。
结构。电极17a和18a可与支承框架60通过蚀刻形成在同一基材上。可选地,电极17a和18a还
可以通过蚀刻单独的材料制得。
下,支承框架60将带动反射构件21绕b轴顺时针转动。
下,支承框架60将带动反射构件21绕b轴逆时针转动。
76之间将产生静电力。在该静电力的作用下,反射构件21将绕a轴顺时针转动。
77之间将产生静电力。在该静电力的作用下,反射构件21将绕a轴逆时针转动。
轴线标记为b轴(第二轴)。a轴与b轴大致垂直。
170和178、可动梳状指状物173、174、177和179、电极162、163和164由导电单晶硅的上层制
成。其中,柔性铰链166可枢转地连接到支承框架169。这样的设置使得反射构件168可以相
对于支承框架169绕b轴转动。可以在反射构件168的顶表面上沉积光学反射薄膜。反射构件
168和支承框架169之间留有一定的空腔,以提供反射构件168转动用的空间。
架169、柔性铰链166、可动梳状指状物支撑臂170和178、以及可动梳状指状物174和179绕a
轴顺时针转动。
架169、柔性铰链166、可动梳状指状物支撑臂170和178、以及可动梳状指状物174和179绕a
轴逆时针转动。
状指状物支撑臂178以及可动梳状指状物174和179绕b轴顺时针转动。
指状物支撑臂178以及可动梳状指状物174和179绕b轴逆时针转动。
片组合而成,其中,由两片、三片或者四片镜片对应的MEMS致动结构可以同时实现相同方向
的运动。这样有助于减轻MEMS的承载力。
术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进
行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似
功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。