Actuator for camera, camera module and imaging apparatus

Abstract

The present disclosure provides a high thrust actuator for camera without increasing size of magnets and coils used in VCM. An actuator for camera includes: a fixing part; a movable part having an optical member; a plurality of magnets supported on one of the fixing part and the movable part; and a coil supported on the other of the fixing part and the movable part to oppose the plurality of magnets. The plurality of magnets are magnetized at a predetermined angle relative to a direction perpendicular to a surface facing the coil.

Description

ACTUATOR FOR CAMERA, CAMERA MODULE AND IMAGING APPARATUSTECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates to an actuator for a camera, and more particularly to an actuator for driving a camera module, an optical system or an imaging sensor for use in an autofocus function or an optical image stabilization function, and the camera module and an imaging apparatus having the actuator.BACKGROUND

[0002] In recent years, imaging sensors and lenses have become larger in many of camera modules installed in portable devices such as smartphones and tablet PCs, or in other cameras. Accordingly, weight of optical members to be driven for autofocus and optical image stabilization is increasing. High power is desirable for the actuator to drive the weighted optical members.

[0003] As an actuator for autofocus and optical image stabilization, a voice coil motor (VCM) is widely used. The VCM is mainly composed of a magnet, a coil and a yoke. It is a single-phase motor that uses a magnetic field generated by flowing direct current (DC) to perform positioning. The VCM is characterized by light weight and fast response speed. However, in order to make the VCM high power, it is necessary to increase size of the magnet or coil, and as a result, size of a camera module will increase. Therefore, it is desirable to have an actuator capable of higher output without increasing the size of the actuator.SUMMARY

[0004] It is an object of the present invention to provide a high thrust actuator for camera without increasing size of a magnet or a coil used in a VCM.

[0005] According to the first aspect of the present disclosure, there is provided an actuator for camera, comprising:

[0006] a fixing part;

[0007] a movable part having an optical member;

[0008] a plurality of magnets supported on one of the fixing part and the movable part; and

[0009] a coil supported on the other of the fixing part and the movable part to oppose the plurality of magnets,

[0010] wherein the plurality of magnets are magnetized at a predetermined angle relative to a direction perpendicular to a surface facing the coil.

[0011] According to this aspect, it is possible to miniaturize an actuator because a higher thrust than in the conventional actuator can be generated without enlarging the magnet or coil. In addition, if the size of the magnet or coil is the same as in the conventional one, it can be driven even at low currents, which makes it possible to reduce the power consumption of the actuator.

[0012] According to a possible implementation of a first aspect, the plurality of magnets comprises a pair of adjacent magnets having different polarities of a surface facing the coil, and wherein the pair of adjacent magnets is magnetized at an angle such that a magnetization direction expands relative to a direction perpendicular to the surface facing the coil.

[0013] According to this implementation, a magnetic circuit in the direction from the magnet toward the coil can be larger compared to the conventional magnetization in the direction perpendicular to the surface opposite to the coil. As a result, the component of magnetic flux passing through the coil becomes larger.

[0014] According to a possible implementation of the first aspect, the plurality of magnets has a pair of adjacent magnets having the same polarity of a surface facing the coil.

[0015] According to this implementation, spread of the magnetic field generated from pairs of adjacent magnets having the same polarity can be increased.

[0016] According to a possible implementation of the first aspect, the pair of adjacent magnets having the same polarity of the surface facing the coil is magnetized at an angle such that the magnetization direction becomes narrower with respect to a direction perpendicular to the surface facing the coil.

[0017] According to this implementation, the spread of the magnetic field generated from pairs of adjacent magnets having the same polarity can be increased.

[0018] According to a possible implementation of the first aspect, a magnetic substance is provided on a surface of the plurality of magnets opposite to the surface facing the coil.

[0019] According to this implementation, the magnet can be strongly secured to a support member. Also, when inserting two or more non-adjacent magnets having different polarities opposite to the coil into the support member, the magnet is attracted to the magnetic substance such that it can be easily inserted.

[0020] According to a possible implementation of the first aspect, the optical member is an optical system, an imaging sensor, or a camera module.

[0021] According to the second aspect of the present disclosure, there is provided a camera module having the actuator for camera as described above.

[0022] According to the third aspect of the present disclosure, there is provided an imaging device having the actuator for camera as described above.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0023] To describe the technical solutions in the embodiments more clearly, the following briefly describes the accompanying drawings required for describing the present embodiments. Apparently, the accompanying drawings in the following description depict merely some of the possible embodiments, and a person of ordinary  skill in the art may still derive other drawings, without creative efforts, from these accompanying drawings, in which:

[0024] FIG. 1 illustrates a basic configuration of a camera module to which an actuator according to an embodiment is applied;

[0025] FIG. 2 illustrates an exploded perspective view of an actuator according to an embodiment;

[0026] FIG. 3 illustrates a side cross-sectional view of an actuator according to an embodiment;

[0027] FIG. 4A illustrates an arrangement of magnets in a fixing part of an actuator;

[0028] FIG. 4B illustrates a cross-sectional view of an exemplary actuator;

[0029] FIG. 4C illustrates a cross-sectional view of an exemplary actuator;

[0030] FIG. 4D illustrates a cross-sectional view of an exemplary actuator;

[0031] FIG. 5 illustrates a diagram illustrating magnetic field lines of force formed by magnets of an actuator, in which (a) is a magnetic field lines of force formed by a magnet of the conventional actuator using VCM, and (b) is a magnetic field lines formed by a magnet of an actuator according to an embodiment;

[0032] FIG. 6 illustrates an exploded perspective view of an actuator in accordance with an embodiment;

[0033] FIG. 7 illustrates a side cross-sectional view of an actuator according to an embodiment;

[0034] FIG. 8 illustrates arrangement of magnets in a fixing part of an actuator;

[0035] FIG. 9 is a diagram illustrating magnetic lines of force formed by magnets of an actuator according to an embodiment; and

[0036] FIG. 10 is a diagram illustrating a method of inserting magnets into a fixing part of an actuator according to an embodiment.

[0037] DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0038] To make persons skilled in the art understand the technical solutions in the present disclosure better, the following clearly and completely describes the technical solutions in the embodiments of the present disclosure with reference to the accompanying drawings in the modes of the present disclosure. Apparently, the described embodiments are merely a part rather than all of the embodiments of the present disclosure. All other embodiments obtained by persons of ordinary skill in the art based on the embodiments of the present disclosure without creative efforts shall fall within the protection scope of the present disclosure.

[0039] FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of a camera module to which an actuator according to an embodiment of the present disclosure is applied. Although the following describes a module tilt-OIS system that moves or rotates a camera module, the present disclosure is also applicable to a lens shift system that moves a lens and a sensor shift system that moves an imaging sensor.

[0040] A camera module 100 is mounted on an imaging apparatus that includes a portable device, such as a smartphone or tablet PC, or other camera.

[0041] The camera module 100 is movably supported relative to the body of the imaging apparatus. The camera module 100 is independently movable in the X-axis direction (a direction perpendicular to a paper surface) and the Y-axis direction (a longitudinal direction of the drawing) , respectively.

[0042] The camera module 100 includes a lens 102, an image sensor 110, an actuator 104, a control unit 106, a position detector 108, an analog front end (AFE) 112, and a motion sensor 120.

[0043] The lens 102 is provided on an incident light path of the image sensor 110 to direct a subject light to the image sensor 110. The lens 102 is retained by a lens holder 103. The lens holder 103 is movably configured in the Z-axis direction (optical axis direction) .

[0044] The image sensor 110 is composed of an imaging sensor that photoelectrically  converts the subject light to output a signal pertaining to the captured image. For example, the image sensor 110 may be a Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) sensor. The AFE 112 converts an analog signal output from the image sensor 110 into a digital signal and outputs it to the control unit 106. The actuator 104 is a VCM actuator that is configured to move the camera module 100 and the lens holder 103. As described above, the camera module 100 is independently movable in the X-axis and Y-axis directions, and thus the actuator 104 is configured to independently move the camera module 100 in the X-axis and Y-axis directions to perform optical image stabilization. The actuator 104 is also configured to move the lens 102 in the Z-axis direction for autofocus.

[0045] The motion sensor 120 is configured to detect motion of the camera module 100. For example, the motion sensor 120 may be a gyro sensor. The motion sensor 120 outputs a motion signal that indicates motion of the detected camera module 100.

[0046] The position detector 108 is for positioning the camera module 100. The position detection unit 108 may employ a magnetic detection element such as a Hall sensor, for example. In this case, the magnetic detection element outputs a position detection signal indicating a displacement of the camera module 100.

[0047] The control unit 106 has an actuator driver 114, an image processing circuit 116, and an encoder 118. The actuator driver 114 controls the actuator 104 to move an optical member. The optical member to be moved may include the camera module 100, lens holder 103, image sensor 110, and the like.

[0048] The actuator driver 114 sends a signal to the actuator 104 to perform optical image stabilization. The actuator driver 114 controls motion of the camera module 100 based on the motion signal from the motion sensor 120. For example, when a gyro sensor is used as the motion sensor 120, the motion signal indicates an angular velocity in the yaw direction (X-axis direction) and an angular velocity in the pitch direction (Y-axis direction) . The actuator driver 114 calculates the displacement of the  angle by integrating the motion signals for the yaw direction and the pitch direction, respectively. The actuator driver 114 then displaces the camera module 100 in response to the calculated angular displacement.

[0049] Also, in autofocus, the actuator driver 114 may control movement of the lens 102 in response to the contrast of the image output from the image processing circuit 116. For example, the actuator driver 114 controls the actuator 104 to move the lens 102 in the optical axis direction (Z-axis direction) to maximize the contrast of the image output from the image processing circuit 116.

[0050] The image processing circuit 116 performs a predetermined process on the signal output by the AFE 112 to output an image signal in digital format. The encoder converts the output image data in digital format into output image data in analog format. The output image data is transmitted to a display 122. The display 122 displays an image based on an image signal received from the encoder 118, and it may be a liquid crystal display (LCD) , for example.

[0051] In the present embodiment, an optical image stabilization system is applied to the camera module 100 as shown in FIG. 1, but the camera module 100 may be adaptively designed depending on the object to be corrected. For example, if a lens-shifting optical image stabilization system that moves the lens is applied to the camera module 100, the lens 102 is movably supported in the X direction and the Y direction. The position detector 108 detects the position of the lens 102 and the motion sensor 120 detects the movement of the lens 102. In addition, when a sensor-shift optical image stabization system that moves the image sensor is applied to the camera module 100, the image sensor 110 is movably supported in the X direction and the Y direction. The position detection unit 108 detects the position of the image sensor 110, and the motion sensor 120 detects the motion of the image sensor 110.

[0052] (First Embodiment)

[0053] Referring now to FIGS. 2 and 3, the configuration of the actuator 104  according to the first embodiment of the present disclosure will be described.

[0054] FIG. 2 is an exploded perspective view of the actuator 104, and FIG. 3 is a side cross-sectional view of the actuator 104. The actuator 104 includes a fixing part 205, a magnetic substance 206, magnets 204a, 204b, a coil 203, and a movable part 202. The fixing part 205 is a support member that supports the magnets 204a, 204b. The fixing part 205 consists of a resin such as super-engineering plastic or liquid crystal polymer, and is formed in a plate shape. The fixing part 205 has an opening 208 in the center, into which the magnets 204a, 204b fit. The movable part 202 consists of a resin such as super-engineering plastic or liquid crystal polymer, and is formed in a plate shape. The coil 203 is secured at the bottom of the movable part 202.

[0055] The magnetic substance 206 is embedded in the fixing part 205. The magnetic substance 206 consists of iron or the like and is exposed at the opening 208.

[0056] In the present embodiment, the member to which the magnet is attached is a fixed part, and the member to which the coil is attached is a movable part. On the contrary, the member to which the magnet is attached may be the movable part, and the member to which the coil is attached may be the fixed part.

[0057] FIG. 4A shows the arrangement of the magnets 204a, 204b in the fixing part 205. The adjacent magnets 204a, 204b, whose surfaces opposite to the coil 203 have different polarities, are magnetized at an angle such that the magnetization direction expands in the direction from the magnets 204a, 204b to the coil 203. As shown by arrows in FIG. 4A, the magnetizing direction of the magnet 204a is toward the upper left and is tilted at an angle θ relative to a direction perpendicular to the surface facing the coil 203. The magnetizing direction of the magnet 204b is toward the lower right and is tilted at an angle θ with respect to a direction perpendicular to the surface facing the coil 203.

[0058] The magnetization angle θ is preferably magnetized at an angle of 10 to 40 degrees with respect to the vertical direction of the opposed surface of the magnet  facing the coil 203. In some embodiments, the angles θ of the magnetization directions of the magnets 204a, 204b may be different from each other.

[0059] Some example implementations of the actuator will now be described with reference to FIGS 4B to 4D.

[0060] FIG. 4B is a cross-sectional view of an example actuator implementing an optical image stabilization function. The camera module 100 is secured to the movable part 202 such that the direction from the magnets 204a, 204b toward the coil 203 is parallel to the direction of the optical axis of the lens 102. In some embodiments, a housing of the camera module 100 may be formed integrally with the movable part 202. The movable part 202 is held in the body of the imaging apparatus such that it can move parallel to the surface of the coil 203. The position detector 108 may be disposed, for example, inside the coil 203. The position detection unit 108 detects the position of the camera module 100 and outputs it to the actuator driver 114.

[0061] The actuator driver 114 is a control part configured to move the movable part 202 relative to the fixed part 205 by supplying power to the coil 203. The actuator driver 114 controls the current flowing to the coil 203 based on the motion signal from the motion sensor 120 and the position signal of the camera module 100 output from the position detector 108. When the current flows into the coil 203 and the coil 203 generates a magnetic field, the coil 203 exerts a force between the oppositely placed magnets 204a, 204b. This force causes the movable part 202 to move in a plane parallel to the fixed part 205.

[0062] FIG. 4C is a cross-sectional view of an example actuator implementing an autofocus function. The lens holder 103 is secured to the movable part 202 such that the direction from the magnets 204a, 204b to the coil 203 is perpendicular to the optical axis direction of the lens 102. In some embodiments, the lens holder 103 may be formed integrally with the movable part 202. Upon receiving the image signal output from the image processing circuit 116, the actuator driver 114 generates an amount of  movement of the lens 102 according to the contrast of the generated image. Further, the actuator driver 114 controls the current flowing to the coil 203 based on the amount of movement of the lens 102 and the position signal of the lens 102 output from the position detector 108.

[0063] FIG. 4D is a cross-sectional view of another example actuator implementing the optical image stabilization function. The image sensor 110 is secured to the movable part 202 such that the direction from the magnets 204a, 204b to the coil 203 is perpendicular to the light-receiving surface of the image sensor 110. The position detection unit 108 detects the position of the image sensor 110 and outputs it to the actuator driver 114. The actuator driver 114 controls the current flowing to the coil 203 based on the motion signal from the motion sensor 120 and the position signal of the image sensor 110 output from the position detector 108.

[0064] Referring now to FIG. 5, operation of the actuator according to the present embodiment will be described. FIG. 5 (a) shows the magnetic field lines of force formed by magnets of the conventional actuator using VCM. The magnets 504a, 504b arranged opposite to the coil 503 are magnetized perpendicular to the opposing surface. The magnetic lines of force are indicated by an arrow from the top surface of the magnet 504a to the magnet 504b via a dashed line L3.

[0065] In order to obtain higher power using VCM, it is necessary to enlarge the magnet or coil, and the entire device becomes larger. It is also conceivable to increase the driving current without changing the magnet or coil size. In this case, however, the power consumption of the device will be high.

[0066] FIG. 5 (b) shows magnetic lines of force formed by magnets of the actuator according to the present embodiment. The magnetizing directions of the magnets 204a, 204b are oriented at a predetermined angle relative to the direction perpendicular to the surface of the magnets 204a, 204b facing the coil 203. Thus, the magnetic field is spreading in the direction of the coil 203. This is shown in FIG. 5 (b) by the magnetic  lines of force from the magnet 204a to the magnet 204b via a dashed line L2. As shown in FIG. 5 (b) , angling in the direction of magnetization increases the magnetic circuit in the direction toward the coil 203 relative to the conventional vertical magnetization. As a result, the vertical component of the magnetic flux passing through the coil 203 becomes larger. Accordingly, the Lorentz force generated by imprinting the current on the coil 203 increases, and the actuator can obtain a high thrust. According to the present embodiment, the higher thrust force can be generated than in the conventional configuration in which the magnet or coil is magnetized perpendicularly to a surface opposite to the coil without enlarging the magnet or coil. Accordingly, it is possible to miniaturize the actuator. In addition, if the size of the magnets and coil are the same as before, they can be driven even at low currents. As a result, it is possible to reduce the power consumption of the actuator.

[0067] (Second Embodiment)

[0068] Referring now to FIGS 6 and 7, a configuration of an actuator according to the second embodiment of the present disclosure will be described.

[0069] FIG. 6 shows an exploded perspective view of an actuator 604 according to the present embodiment. FIG. 7 also shows a side cross-sectional view of the actuator 604. The actuator 604 can be applied to the camera module 100 shown in FIG. 1. The actuator 604 includes a fixing part 605, magnets 614a, 614b, 614c and 614d, the coil 203, and the movable part 202. The non-adjacent magnets 614a, 614d having different polarities are slightly longer in length than the adjacent magnets 614b, 614c having different polarities. Correspondingly, the fixing part 605 is formed in a convex shape such that the parts 609, 610 engages the end of the magnets 614a-614d. The fixing part 605 consists of resin and is formed in a plate shape. The fixing part 605 has an opening 608 in the center into which the magnets 614a, 614b fit. The movable part 202 consists of resin and is formed in a plate shape. The coil 203 is secured at the bottom of the movable part 202.

[0070] In the present embodiment, the member to which the magnet is attached is a fixed part, and the member to which the coil is attached is a movable part. On the contrary, the member to which the magnet is attached may be the movable part, and the member to which the coil is attached may be the fixed part.

[0071] FIG. 8 illustrates the arrangement of the magnets 614a-614d in the in the fixing part 605. The magnets 614a-614d have a pair of adjacent magnets 614a, 614b and a pair of magnets 614c, 614d having the same polarity on surfaces opposite to the coil 203. The pair of magnets 614a, 614b are magnetized at an angle such that the magnetization direction becomes narrower with respect to the direction from the magnets 614a, 614b to the coil 203. The direction of magnetization of the pair of magnets 614c, 614d is similar to the pair of magnets 614a, 614b. Also, the adjacent magnets 614b, 614c having different polarities on surfaces facing the coil 203 are magnetized at an angle such that the magnetization direction expands with respect to the direction from the magnets 614b, 614c to the coil 203.

[0072] The magnetizing direction of the magnet 614b is toward the upper left and is tilted at the angle θ with respect to the direction perpendicular to the surface facing the coil 203. The magnetizing direction of the magnet 614c is toward the lower left and is inclined at the angle θ with respect to a direction perpendicular to a surface facing the coil 203. The magnetizing direction of the magnet 614a is toward the upper right and is angled θ with respect to the direction perpendicular to the surface facing the coil 203. The magnetizing direction of the magnet 614d is toward the lower right, and the angle θof the surface of the magnet 614d is inclined with respect to the direction perpendicular to the surface facing the coil 203.

[0073] In some embodiments, the angle of the direction of magnetization of at least one of the magnets 614a-614d may be different from other magnets.

[0074] Referring to FIG. 9, operation of the actuator according to the present embodiment will be described. FIG. 10 illustrates the actuator according to the present  embodiment. The magnetizing directions of the magnets 614a-614d are oriented at a predetermined angle relative to a direction perpendicular to surfaces of the magnets 614a-614 facing the coil 203. The magnets 614a-614d have the pair of adjacent magnets 614a, 614b having the same polarity on the surface facing the coil 203, and the pair of magnets 614c, 614d having the same polarity on the surface facing the coil 203. Thus, compared to the first embodiment, the magnetic field is further spread in the direction of the coil 203. This shown in FIG. 9 by the magnetic field lines of force from the magnets 614a, 614b to the magnets 614c, 614d via a dashed line L1. According to the present embodiment, a higher thrust than in the conventional actuator can be generated without enlarging the magnet or coil. Therefore, it is possible to miniaturize the actuator. In addition, if the size of the magnets and coil are the same as before, they can be driven even at low currents. As a result, it is possible to reduce the power consumption of the actuator.

[0075] As shown in FIG. 6, the fixing part 605 is provided with the opening 608, and the magnetic substance 206 is exposed in the opening 608. Thus, when the magnet 614a-614d is inserted into the opening 608, the magnets 614a-614d are attracted in the direction of arrows. Thus, it can be easily inserted into the magnet 614a-614d. Also, the magnets 614a-614d are strongly fixed to the fixing part 605 by attracting the magnets 614a-614d to the magnetic substance 206.

[0076] Referring now to FIG. 10, a method of inserting the magnets 614a-614d into the fastening part 605 of the actuator 604 will be described. Initially, a pair of distant magnets 614a, 614d are inserted into the fixing part 605 such that the magnets do not affect each other as much as possible. At this time, because the magnets 614a, 614d have different polarities on the surfaces opposite to the coils, a force acts on them in the direction of attracting each other. However, since the magnets 614a, 614d are attracted to the magnetic substance 206, they can be easily inserted into the fixing part 605.

[0077] The embodiments described above can be applied to any camera unit that can  use the optical image stabilization function or the autofocus function. For example, the above-described embodiments can be applied to smartphone built-in cameras, tablet built-in cameras, action cameras, interchangeable lens cameras, surveillance cameras, in-vehicle cameras, aircraft-mounted cameras, and the like.

[0078] The foregoing descriptions are merely specific implementation manners of the present invention, but are not intended to limit the protection scope of the present invention. Any variation or replacement readily figured out by a person skilled in the art within the technical scope disclosed shall fall within the protection scope of the present invention. Therefore, the protection scope of the present invention shall be subject to the protection scope of the claims.

Claims

1.An actuator for camera, comprising:a fixing part;a movable part having an optical member;a plurality of magnets supported on one of the fixing part and the movable part; anda coil supported on the other of the fixing part and the movable part to oppose the plurality of magnets,wherein the plurality of magnets are magnetized at a predetermined angle relative to a direction perpendicular to a surface facing the coil.2.The actuator for camera according to claim 1, wherein the plurality of magnets comprises a pair of adjacent magnets having different polarities of a surface facing the coil, and wherein the pair of adjacent magnets is magnetized at an angle such that a magnetization direction expands relative to a direction perpendicular to the surface facing the coil.3.The actuator for camera according to claim 1, wherein the plurality of magnets has a pair of adjacent magnets having the same polarity of a surface facing the coil.4.The actuator for camera according to claim 3, wherein the pair of adjacent magnets having the same polarity of the surface facing the coil is magnetized at an angle such that the magnetization direction becomes narrower with respect to a direction perpendicular to the surface facing the coil.5.The actuator for camera according to claim 1, wherein a magnetic substance is provided on a surface of the plurality of magnets opposite to the surface facing the coil.6.The actuator for camera according to claim 1, wherein the optical member is an optical system, an imaging sensor, or a camera module.7.A camera module having the actuator for camera according to any one of claims 1 to 5.8.An imaging apparatus having the actuator for camera according to any one of claims 1 to 5.

Images