用于照相机镜头和电子成像器的外部调节机构

摘要

本发明涉及一种新颖的数字照相机模块，其包括：图像捕获装置(301)；透镜单元(214)；壳体(212)，其用于容纳透镜单元(214)和相对图像捕获装置(301)定位透镜单元；和聚焦机构(311，312)，其设置在壳体(212)外侧，并且当透镜单元(214)绕轴旋转时，用于沿轴线移动透镜单元(214)。

说明书

技术领域

本发明总体涉及电子器件，更具体地说，涉及数字照相机模块。更具体地说，本发明涉及用于聚焦数字照相机模块的系统，这种系统防止聚焦过程产生的碎屑和颗粒性物质污染图像捕获装置的传感器阵列。

背景技术

数字照相机模块目前装入各种电子器件中。这种照相机主机器件包括但不限于移动电话、个人数字助理(PDA)和计算机。随着照相机模块装入主机器件的性能扩展，对数字照相机模块的需求不断地增长。因此，数字照相机模块的一个设计目标是使它们尽可能地小，使得它们安装到电子器件中基本上不增加器件的整体尺寸。而且，理想的是，制造这种数字照相机模块尽可能有效和耐用。当然，实现这些设计目标的方法必须保持照相机模块拍摄的图像质量。

图1图示现有技术的数字照相机模块100的基本部件。数字照相机模块100包括其中含有透镜103的透镜单元102、壳体104、基底106、和图像捕获装置108。基底106一般是包括电路和照相机模块100的接点(未示出)的印刷电路板(PCB)。图像捕获装置108安装在PCB 106上并且与PCB 106电子连接，壳体104安装在图像波获器件108上的基底106上。透镜单元102通过将透镜单元102上螺纹装置110与壳体104中的互补螺纹装置112啮合可调节地安装到壳体104上，从而图像通过透镜单元102可以聚焦到图像捕获装置108上。

透镜单元102的聚焦调节通过螺纹装置110和112来实施。例如，在工厂聚焦操作过程中，聚焦设备相对壳体104旋转透镜单元102，调节透镜103和图像捕获装置108之间的距离。当透镜单元102合适地聚焦时，透镜单元102用粘接、热焊等相对壳体104固定位置。

尽管经过螺纹装置聚焦的照相机模块提供相当精确的聚焦调节，它们存在严重缺陷。例如，螺纹在小的光学部件上相当难加工并且加工成本高。此外，小而精细的螺纹使得将透镜拧入壳体中要仔细操作。而且，在透镜模块102的螺纹110和壳体104的螺纹112之间的滑动摩擦产生颗粒性碎屑，污染照相机模块102的图像传感器108或其它成像部件(例如，红外滤光片、保护盖、其它透镜等)。这种颗粒性碎屑明显降低所拍摄图像的质量。因为数字照相机模块不容易拆卸和清洁，特别不希望颗粒物质在模块内。还应该注意，尽管在此螺纹部件用作实例，位于壳体104内的其它类型的聚焦部件同样会产生颗粒性碎屑，降低所拍摄图像质量。

在努力使加工带螺纹的照相机模块的加工成本最低时，已经研制代替的聚焦特征。例如，颁布给Due等的美国专利No.6,426,839公开了一种直接在位于照相机模块内部的静止透镜上形成的多个斜面的照相机模块。可旋转透镜管座(具有分离透镜)包括与镜头透镜的斜面接合的多条腿。旋转透镜管座使得透镜管座的腿沿透镜的斜面上下移动，从而根据旋转方向将第二透镜移到靠近静止透镜或更远离静止透镜。尽管美国专利No.6,426,839有助于降低加工成本，聚焦装置仍然位于照相机模块内部。因为透镜管座的腿在静止透镜的斜面上滑动，颗粒性碎屑仍然会产生并且聚集在照相机模块的成像部件上。

因此，需要照相机模块能够便宜加工。需要照相机模块容易组装。需要照相机模块使在组装和聚焦过程中光学元件的污染最小。

发明内容

本发明通过提供包括设置在照相机模块外侧的聚焦机构的数字照相机模块来克服与现有技术相关的问题。本发明能够使数字照相机模块聚焦，在照相机模块里面不产生颗粒性碎屑。另外，就时间、成本、质量和产量来说，本发明能够使照相机模块加工和组装更有效。

本发明的一种数字照相机模块包括具有平顶面的图像捕获装置、透镜单元、和相对图像捕获装置固定的壳体。壳体限定开口，以容纳透镜单元和相对图像捕获装置定位透镜单元。聚焦结构设置在壳体中的开口外侧，并且当透镜单元绕基本上垂直于图像捕获装置的平顶面的轴线旋转时，可用于沿该轴移动透镜单元。在所示的示例性中，壳体限定围绕图像捕获装置的底座、和从底座向上延伸的圆筒壁。开口由圆筒壁限定。

在具体实施例中，聚焦机构包括设置在壳体和透镜单元中的一个上的至少一个斜面，和设置在壳体和透镜单元的另一个上的斜面接合结构(例如，互补斜面、腿、杆等)。作为一个实例，壳体限定至少三个斜面，透镜单元限定至少三个互补斜面。任选地，斜面可以设置在圆筒壁上的顶面或设置在圆筒壁上的外表面。

在可替换实施例中，圆筒壁和透镜单元中的一个限定导槽，圆筒壁和透镜单元的另一个限定接合导槽的导向件。任选地，导槽和导向件可以在圆筒壁和透镜单元的斜面中形成。导向件接合导槽，以保证透镜单元保持以圆筒壁为中心，从而防止透镜单元与圆筒壁的内表面之间的接触。

在另一具体的实施例中，透镜单元限定凸缘，当透镜的相对图像捕获装置定位时，至少部分围绕圆筒壁中的开口。任选地，凸缘朝下延伸，以形成围绕圆筒壁的外表面的套管，从而消除圆筒壁的上部表面与透镜单元之间的接触。在这种情况下，套管包括部分聚焦机构。例如，在套管上包括的聚焦机构包括但不限于斜面、螺纹装置、凹槽、导向销、凸轮/滑块、或其任何组合。这些机构提供一种方法，在壳体中的开口外侧的一个或多个点，可聚焦地将所述透镜单元安装到所述壳体上。

本发明的照相机模块可以用于与各种照相机主机器件组合，包括但不限于移动电话、手提电子管理器、计算机、有线或无线照相机、和其它类型的便携式电子器件。

附图说明

参照附图描述本发明，其中相同的附图标记实质上表示相同的元件：

图1是现有技术照相机模块的分解透视图；

图2是根据本发明一个实施例的照相机模块与外部聚焦装置的透视图；

图3是图2的照相机模块的局部分解透视图；

图4是更详细地表示部分图2的照相机模块的侧视图；

图5a是根据本发明另一实施例、具有外部聚焦装置的照相机模块的局部透视图；

图5b是根据本发明另一替换实施例、具有外部聚焦装置的照相机模块的局部透视图；和

图5c是根据本发明另一替换实施例、具有外部聚焦装置的照相机模块的局部透视图。

具体实施方式

本发明通过提供用于聚焦数字照相机模块的系统和方法克服与现有技术相关的问题，这种照相机模块生产费用低并且聚焦机构位于安装照相机模块的成像部件的壳体外侧，使得颗粒性碎屑不容易污染成像部件和降低所拍摄图像的质量。在下面的说明书中，阐述许多具体细节(例如，具体实例的聚焦机构、基底类型和附件等)，以便提供本发明的完整理解。然而，本领域的普通技术人员认识到本发明脱离这些具体细节可以实施。在其它情况下，已知照相机模块加工实际操作(例如，自动聚焦过程、材料选择、模制工艺等)和部件(例如，电路、器件界面等)被省略，从而必定使本发明难以理解。

图2是根据本发明一个实施例的照相机模块200的透视图。示出照相机模块200安装在表示照相机主机器件的PCB的部分印刷电路板(PCB)202上，经过多个电子路径204与主机器件的其它部件电连接。器件206表示可以直接安装在基底202上的电子部件(例如，无源器件等)。本领域的普通技术人员公认PCB 202的具体设计取决于具体应用，与本发明不是特别相关。因此，基底202、路径204、器件206仅仅是代表性特征。

照相机模块200包括图像捕获装置208(在图2的视图中看不见)、电路基底210、壳体212、和透镜单元214。基底210经过在基底210底部的电接点(在图2中看不见)安装在PCB 202上。图像捕获装置208安装在壳体212下面的基底210上。壳体212包括底座216和圆筒壁218。底座216的形状基本上与基底210相同，与基底210一起将图像捕获装置208围绕在照相机模块200内。圆筒壁218从底座216向上延伸并且限定容纳和支撑透镜单元214的开口。

透镜单元214设置在圆筒壁218的顶部开口内，并且经过外部聚焦机构220可调节地安装在其中。在这个具体实施例中，聚焦机构220包括在圆筒壁218上形成的多个斜面222和在透镜单元214上形成的多个互补斜面224。

图3是照相机模块200的局部分解图，表示在图2的视图中看不见的一些其它细节。应该注意，照相机模块200的部件沿光轴300对齐。具体地说，透镜单元214和壳体212的圆筒壁218与光轴300共轴。此外，图像捕获装置208的成像表面基本上以光轴300为中心并且垂直于光轴300。透镜单元214与成像器208的正确光学对准便于照相机模块200所拍摄图像的正确聚焦和的横向对准。

图像捕获装置208包括平顶面301，在其上图像被聚焦并转换成电数据，电数据被成像器208和/或主机器件的处理电路处理。图像捕获装置208还包括多个芯片焊盘302，每个焊盘通过丝焊电连接电路基底210上的多个接点304的单独一个。芯片焊盘302和焊接接点304经过PCB 202便于图像捕获装置208的成像电路与主机器件之间的图像数据的电连接。

在本实施例中，图像捕获装置208用非导电粘接剂(例如，环氧树脂)直接安装到电路基底210上。在安装过程中，图像捕获装置208利用高精度芯片连接设备定位于电路基底210上，使得成像表面301的光学中心位于光轴300上。本领域的普通技术人员熟知这种芯片安置设备。另外，利用粘接剂将图像捕获装置208安装到电路基底210上，将图像捕获装置208与电路基底210的平面关系保持在+/-半度内，使得表面301基本上垂直于光轴300。粘接剂厚度的变化可以通过透镜单元210的焦距调节来校正。另外，图像捕获装置210可以通过一些其它方法安装到基底210上，这些方法包括但不限于芯片倒装焊接。

壳体212安装到基底210上，以便与光轴300保持正确对准。电路基底210包括多个(在这个实例中是四个)定位的孔306，以将壳体212与图像捕获装置208正确对准。壳体212包括设置成与基底210的孔306接合的多个互补销柱308(在图3中只可看见4个中的2个)。为了使壳体212固接到电路基底210上，销柱308安装在电路基底210的孔306内并且通过合适的方法固接，诸如粘接、热焊等。为了便于照相机模块200在PCB 202上的表面安装(图2)，理想的是，销柱208不延伸到电路基底210的底面之外。另外，销柱308可以延伸到电路基底210的底面之外，同样的多个孔可以设置在PCB 202上，用于容纳销柱308和将照相机模块200对准在PCB 202上。作为另一种选择，壳体底座216可以利用粘接剂直接安装在电路基底210上，不用销柱308和孔。通常，壳体212安装到电路基底210上用自动连接机来完成。

图3还更详细地表示可调节地将透镜单元214安装到壳体212上的外部聚焦机构220。圆筒壁218限定容纳透镜单元214的孔310。孔310从圆筒壁的敞开顶部通到底座216，从而有图像捕获装置208的敞亮光路。在孔310圆筒外侧的壁218的上部表面311上形成斜面222。在从光学单元214径向延伸的凸缘314的下部表面312上形成互补斜面224。

当互补斜面224与壳体212的斜面222接合时，斜面222和互补斜面224形成聚焦机构，其便于通过透镜单元214相对壳体212的位移沿轴线300调节透镜214。具体地说，沿逆时针方向旋转透镜单元214，透镜单元214相对壳体212升高，从而增加透镜单元214与图像捕获装置208之间的距离。沿顺时针方向旋转透镜单元214，透镜单元214相对壳体212降低，从而减小透镜单元214与图像捕获装置208之间的距离。因此，通过透镜单元214聚焦的图像可以正确地调节到图像捕获装置208的焦平面上。另外，因为斜面222和互补斜面224位于孔310的圆筒外侧，通过聚焦透镜单元214产生的颗粒性碎屑不太可能落入壳体212中和/或图像捕获装置208的污染成像表面301。

尽管本实施例示出四个斜面222和四个互补斜面224，应该理解不脱离本发明的范围可以改变斜面222和224的数量。例如，发明者发现利用三个斜面获得良好稳定的聚焦结构，期望利用两个斜面获得满足要求的聚焦机构。或者，聚焦结构可以包括多于四个斜面222和224。

透镜单元214还包括容纳透镜组件(未示出)的镜筒316。透镜组件的具体部件没有示出，因为它们与本发明不是特别相关。本领域的普通技术人员应该理解，已知的透镜组件可以包括一个或多个透镜、红外滤光片、抗反射涂层等。具体部件取决于具体的照相机类型、质量等。

然而，本发明的一个方面(尽管不是必要要素)是使透镜单元214与圆筒壁218的内表面318的接触最少。镜筒316的外径稍小于孔310的直径，使得镜筒316能够在孔310内旋转，不会对圆筒壁218的内表面318产生过度的摩擦。防止镜筒316与内表面318之间的接触，在聚焦过程中进一步减少在壳体212内产生污染颗粒的机会。

图4表示组装的照相机模块200的侧视图，包括部分对中机构的放大图，对中机构有助于防止镜筒316与圆筒壁218的内表面318之间的接触。在组合镜筒316和孔310的相对直径时，对中机构防止不需要的接触。在这个具体实施例中，圆筒壁218的上部表面311限定导向件402(在这个实例中是隆脊)，其接合在透镜单元210的下部表面312中形成的互补导槽404。当它旋转时，导向件402和导槽404引导透镜单元214，消除镜筒316与圆筒壁218的内表面318之间的水平移动。应该注意，导向件402接合孔310圆筒外侧的导槽404，进一步减小产生的颗粒性物质落入孔310的可能性。

在聚焦过程中，透镜单元214绕光轴300旋转(如双头箭头所示)，直到它在合适的焦距。然后，用涂抹在圆筒壁218的上部表面311与透镜单元214的下部表面312之间的粘接剂406固定位置。应该理解，透镜单元214可以通过任何合适的替换方法(例如，热焊、紧固件等)相对壳体212固定位置。

图4还表示孔310形成为贯穿壳体212的圆筒壁218和底座216，以在透镜单元214和图像捕获装置208之间提供敞亮的光路。底座216基本上是中空的并且朝外伸出，以便能够容纳各种尺寸的图像捕获装置。最后，当壳体212安装到基底210上时，透镜单元214固定到壳体212中，图像捕获装置208基本上围绕在照相机模块200里面。

图5A表示照相机模块500A的局部分解透视图，其包括根据本发明另一方面的替换聚焦结构。照相机模块500A包括替换的透镜单元502、壳体504、电路基底520、和安装在基底520上并且位于壳体504内的图像捕获装置(未示出)。除了下述替换的聚焦机构之外，照相机模块500A的部件基本上与照相机模块200的各个部件类似。

透镜单元502包括具有向下延伸套筒506的法兰518，其包括至少一个斜面508。壳体504包括具有容纳透镜单元502的镜筒510的内部514，具有与透镜单元502的斜面508互补斜面516的外部512。当照相机模块500A组装时，镜筒510安装在圆筒壁内部514里面，套管506在内部514上滑动，使得透镜单元502的斜面508滑动地接合外部512的互补斜面516。当斜面508与互补斜面516接合时，绕光轴300旋转透镜单元502使得透镜单元502沿光轴300移动，以便于聚焦。

透镜单元502和壳体504的结构进一步防止颗粒性碎屑落入壳体504中。例如，因为斜面508和516位于圆筒壁514的外侧，斜面508和516之间摩擦产生的任何颗粒性碎屑不能落入壳体504中。另外，应该注意，圆筒壁内部514延伸的高度不足以接触法兰518，从而防止内部514的顶部与法兰518之间的摩擦接触。此外，内部514的外表面邻接套管506的内表面，共同起对中机构的作用，以防止内部514与镜筒510之间的摩擦接触。这些特征基本上减少颗粒性碎屑进入壳体500的情况。

作为滑动地邻接圆筒壁内部514的套管506的替换方案，如上所述，参照图4，斜面508和516包括导向和导槽结构。此外，应该理解，为了正确地起作用，套管506不必是完整的筒。例如，透镜单元502可选择包括从法兰518向下延伸的多个销柱或其它结构，以便接合斜面516。

图5B是照相机模块500B的局部分解透视图，其包括根据本发明另一方面的另一替换聚焦机构。照相机模块500B与照相机模块500A类似，除了照相机模块500B包括经过替换聚焦机构连接的替换透镜单元502B和替换壳体504B之外。具体地说，透镜单元502B包括穿过套管506形成的凹槽530。壳体504B与壳体504A类似，除了壳体504B包括单厚度圆筒壁532和凹槽滑块534之外。在本实施例中，凹槽滑块534是通过凹槽530并固定在圆筒壁532上的销子。当透镜单元502B绕光轴300旋转时，透镜单元502B沿光轴300移动，从而便于透镜单元502B相对图像捕获装置的聚焦。应该注意，尽管在图5B中只能看见一个凹槽530和一个销子534，在照相机模块500B中可以包括多个重复的凹槽530和销子534。

凹槽滑块534与凹槽530的接合存在多种方法。例如，在透镜单元502B插入壳体504B之后，凹槽滑块534可以通过凹槽530插入并插入圆筒壁532中。作为另一实例，凹槽滑块534可以永久固定在壳体504B上，凹槽530可以延伸到套管506的底部，使得凹槽滑块534可以插入凹槽530。作为另一实例，凹槽530可以在圆筒壁532的外表面形成(但不完全穿透)，凹槽滑块534可以在套管506B中形成(例如，在套管506的内表面522上的弹簧销子、凸块)。这些和其它变化对本公开的技术领域的普通技术人员来说是显而易见的。

最后，应该注意，凹槽530和凹槽滑块534在壳体504B的外侧，从而凹槽530和凹槽滑块534之间的摩擦接触产生的碎屑不会进入壳体504B。此外，凹槽530和凹槽滑块534比现有技术照相机模块100的螺纹更耐用、更便宜。

图5C表示另一替换的照相机模块500C的局部分解透视图。其包括另一替换的聚焦结构。照相机模块500C与照相机模块500B类似，除了凹槽530和销子534分别用螺纹装置540和互补螺纹装置542代替之外。在替换的透镜单元502C中，在套管506的内表面522上形成螺纹装置540。在替换的壳体504C的圆筒壁544的外表面上形成螺纹装置542。当螺纹装置540和互补螺纹装置542接合时，透镜单元502C与壳体504C的旋转使得透镜单元502C从沿光轴300纵向移动，从而便于聚焦操作。

如上所述，从加工和组装方面来看，螺纹用作聚焦结构被认为是更不理想的。然而，在一些特定的应用中，螺纹可以提供想要的优点(例如，更精确的聚焦等)。在螺纹聚焦机构是理想的应用中，本发明还具有超过现有技术的器件的优点。具体地说，因为螺纹装置540和互补螺纹装置542在圆筒壁544的外侧，在聚焦操作过程中，图像捕获装置不会遭受螺纹装置540与542之间的摩擦接触产生的碎屑。

现在完成了本发明的具体实施例的描述。在不脱离本发明的范围下，可以替换、改变或省略许多所述特征。例如，替换的外部聚焦结构可以代替上述那些结构。作为另一实例，用于将电路基底安装到模块壳体上的替换方法可以代替安装所述的销柱。作为另一实例，电路基底210和PCB 202之间电连接的替换类型(例如，插座、边缘连接器等)和定位(例如，侧面接点等)。特别是根据上述公开，与具体实施例的这些和其它差异对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。