[发明专利]用于双孔径数字照相机中的光学图像稳定和自动对焦的双向刚度

说明书

用于在数字照相机中在至少一个方向上提供光学图像稳定以及自动对焦的机构包括机械耦合到至少携带数字照相机的透镜的透镜模块的多个弹簧，其中所述多个弹簧提供对于透镜在彼此正交的两个，即第一和第二方向上的运动的整体低刚度，并且提供对于透镜模块的扭转的高刚度。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年5月28日提交的编号为62/167,571的美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请显式地通过引用全部合并于此。

技术领域

本文公开的实施例总体上涉及数字照相机，特别是涉及单孔径和/或双孔径(“双光学模块”)数字照相机中的光学图像稳定(OIS)和自动对焦(AF)。

背景技术

近年来，诸如蜂窝电话(尤其是智能电话)、平板计算机和膝上型计算机之类的移动设备已经变得无处不在。这些设备中的大多数包括一个或两个紧凑型照相机：主要的后置照相机(即设备背侧背对用户并且经常用于休闲摄影的照相机)和辅助的前置照相机(即位于设备的前侧并且经常用于视频会议的照相机)。

虽然本质上相对紧凑，但是这些照相机中的大多数的设计非常类似于数字静态照相机的传统结构，即它们包括置于图像传感器之上的光学部件(或者一系列若干光学元件和主要孔径)。该光学部件(也称为“光学器件”)折射进来的光线，并且弯曲它们以便在传感器上创建场景的图像。这些照相机的维度大体由传感器的尺寸和光学器件的高度确定。它们通常通过透镜的焦距(“f”)及其视场(FOV)联系在一起——必须将某个FOV成像到一定尺寸的传感器上的透镜具有特定的焦距。保持FOV恒定，传感器维度(例如在X-Y平面内)越大，那么焦距和光学器件高度越大。

除了光学器件和传感器之外，现代照相机通常进一步包括用于两个主要目的地机械运动(致动)机构：将图像聚焦在传感器上以及光学图像稳定(OIS)。为了聚焦，在更高级的照相机中，透镜模块(或者透镜模块中的至少一个透镜元件)的位置可以借助于致动器改变，并且焦点距离可以依照捕获的对象或者场景改变。在这些照相机中，有可能捕获从非常短的距离(例如10cm)到无穷远的对象。数字静态照相机的趋势是增加变焦能力(例如至5x、10x或者更大)，以及在蜂窝电话(尤其是智能电话)照相机中，减小像素尺寸并且增加像素计数。这些趋势导致对握手更敏感或者需要更长的曝光时间。需要一种OIS机制回应这些趋势中的需求。

在启用OIS的照相机中，透镜或者照相机模块可以在图像捕获期间以快速的方式改变其横向位置或者倾斜角度以便取消握手。握手使照相机模块在6个自由度下运动，即三个自由度(X、Y和Z)下的线性运动、俯仰(围绕X轴的倾斜)、偏航(围绕Y轴的倾斜)和滚动(围绕Z轴的倾斜)。图1示出了单孔径照相机模块100中的一种示例性经典四杆-弹簧(102a-d)OIS结构。四杆-弹簧刚性连接到上面的框架104，该框架通常容纳使透镜模块106运动的AF致动器(未示出)。该结构允许X-Y平面内的希望的运动模式(平移)，参见图1a，但是也允许围绕Z轴的不需要的旋转模式(也称为“θ-旋转”或者“扭转”)，参见图1b。后者可能归因于诸如通过线圈或者通过用户(或者电话)运动施加的非对称力、杆-弹簧的不完美以及所述四弹簧杆弹簧+框架结构的高旋转顺应性之类的若干原因的组合。

在居中的单孔径照相机模块的情况下，该旋转不严重影响图像质量，因为透镜是轴对称的。然而，这确实影响双照相机模块中的OIS，参见图2a和图2b。图2a示出了围绕轴202的一种旋转模式，轴202大体居中位于双孔径照相机200的两个照相机模块204和206之间。由于旋转轴202的位置的原因，所述旋转可能造成图像质量的显著恶化。所述旋转使得每个透镜在不希望的方向上移开(图2b中箭头所示)，而没有任何能力预测何时以及是否可能发生这种情况。结果是图像的运动模糊以及不需要的旋转造成的两个透镜在相反Y方向上的移动，其导致每个照相机模块接收的图像之间的偏心以及因而潜在地导致对融合算法结果的灾难性影响。