一种基于滚柱的两轴光学致动模块及摄像模组

技术领域

本发明涉及摄像模组技术领域，具体而言，特别是涉及一种基于滚柱的两轴光学致动模块及摄像模组。

背景技术

传统的致动模块存在组装成本高、运动独立性差等问题。如美国专利US11513308B2（公开日2022年11月29日）所揭示的，导向结构呈现为一字型，依赖于两个平行的V形槽夹持滚珠来工作。这种设计需要双层滚珠结构才能实现XY两个方向的运动，因此至少需要三个部件：一个固定部以及两个可动部，需组装的部件较多，组装成本高。而通过世界知识产权组织申请的PCT申请WO2023274421A1（公开日2023年1月5日）中，导向结构则改进为十字型，仅通过两个正交的V形槽夹持滚珠来实现XY方向的运动，采用了单层滚珠架构，从而减少了部件数量，仅需一个固定部和一个可动部。然而，这种设计存在明显的缺陷：滚珠与V形槽的接触面积较小，这可能导致塑胶件出现凹坑，运动独立性较差，且运动时容易产生Z轴旋转的问题，进而影响产品品质。因此，亟待改进以克服这些缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于滚柱的两轴光学致动模块，采用了单层架构设计，大大简化了模块的结构，不仅减少了部件数量，降低了制造成本。条形引导槽呈V形设计，与矩形引导槽相配合，共同约束滚柱的运动，使得滚柱在X轴和Y轴两个方向上的导向限位更加稳定可靠，且具有良好的抗Z轴旋转特性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于滚柱的两轴光学致动模块，包括：静态部件，其包括一支撑座，所述支撑座具有第一表面；动态部件，其包括一框架和一载体，所述载体用于搭载光学组件，所述光学组件包括透镜或者感光芯片；所述载体具有平行于所述第一表面的第二表面，所述支撑座与所述载体上下叠置，并且所述第一表面面对所述第二表面；以及驱动元件，其用于提供驱动力以带动所述动态部件相对于所述静态部件移动；其中，所述第一表面和所述第二表面之间设置至少一个两轴引导结构；所述两轴引导结构包括位于所述第一表面的矩形引导槽、位于所述第二表面的条形引导槽和滚柱；所述滚柱可相对于矩形引导槽移动，所述滚柱可相对于条形引导槽移动，所述滚柱相对于矩形引导槽的移动方向和所述滚柱相对于条形引导槽的移动方向是正交的，所述滚柱与所述矩形引导槽为面接触，所述滚柱与条形引导槽亦为面接触。

采用了单层架构设计，大大简化了模块的结构，不仅减少了部件数量，降低了制造成本，还使得整个模块更加紧凑，便于集成到各种光学系统中。同时，由于部件数量的减少，模块的组装和维护也变得更加简单方便，提高了生产效率。条形引导槽呈V形设计，与矩形引导槽相配合，共同约束滚柱的运动。这种设计使得滚柱在X轴和Y轴两个方向上的导向限位更加稳定可靠。同时，由于槽与滚柱之间为线接触，相比现有技术的点接触，接触面积更大，能够分散应力，减小对滚柱和槽的磨损，从而提高了模块的可靠性和使用寿命。此外，线接触的引导槽与滚柱配合结构在抗Z轴旋转方面展现出了卓越的特性，具备优秀的独立运动性。得益于这种设计，当模块在X轴与Y轴两个方向上进行位置变化时，能够有效杜绝Z轴旋转的异常现象。这不仅保证了模块的运动平稳性，更使得其定位精度达到了一个新的高度。因此，无论是在需要精细调整光路的光学设备中，还是在对运动稳定性有极高要求的场景中，这种两轴光学致动模块都能发挥出其出色的性能，为光学系统的稳定运行提供了强有力的支持。

优选的，所述矩形引导槽具有四个封闭的端面，并且其面向所述第二表面的一侧开口；所述条形引导槽具有两个封闭的端面，并且其面向所述第一表面的一侧开口。

矩形引导槽和条形引导槽的封闭端面设计，确保了滚柱在移动过程中的稳定性和可靠性。这种设计有效防止了滚柱在运动中脱离引导槽，从而避免了因位置偏移导致的运动不精确或系统失效的风险。同时，开口设计使得滚柱能够轻松进入和退出引导槽，确保了模块在组装和维护时的便捷性。

优选的，所述第一表面设置有至少两个矩形引导槽，所述第二表面具有至少一个x轴滚柱引导槽和至少一个y轴滚柱引导槽；所述第一表面的一个矩形引导槽与所述第二表面的一个所述x轴滚柱引导槽构造成一个所述的两轴引导结构，滚柱沿x轴方向放置于其中；所述第一表面的另一个矩形引导槽与所述第二表面的一个所述y轴滚柱引导槽构造成另一个所述的两轴引导结构，滚柱沿y轴方向放置于其中；x轴和y轴是两个互相垂直的坐标轴，且所述x轴和所述y轴均平行于所述第一表面。

多组引导结构的配置进一步提升了模块的定位精度和稳定性。通过至少两个矩形引导槽与x轴滚柱引导槽和y轴滚柱引导槽的组合，模块能够在X轴和Y轴两个方向上实现精确的位置控制。这种设计使得光学组件能够按照预定的轨迹进行移动，从而保证了光学系统的稳定性和性能。

优选的，所述第一表面和所述第二表面之间还设置至少一个滚柱容纳结构，所述滚柱容纳结构中放置滚柱并容许该滚柱在xoy平面内移动；所述第一表面和所述第二表面之间，所述的两轴引导结构和所述的滚柱容纳结构的总数至少为三个。

滚柱容纳结构的设置进一步增强了模块的可靠性和耐用性。这些容纳结构不仅为滚柱提供了额外的支撑和保护，还允许滚柱在XOY平面内自由移动。这种设计既确保了滚柱的运动灵活性，又避免了因外部因素导致的滚柱损坏或失效。同时，多个滚柱容纳结构与引导结构的结合使用，使得模块在承受外部负载时具有更好的稳定性和承载能力。

优选的，所述第一表面和所述第二表面之间设置至少三个所述的两轴引导结构，每个所述两轴引导结构中设置单个或多个所述的滚柱。

通过设置至少三个两轴引导结构，每个引导结构中配置单个或多个滚柱，模块的运动稳定性和精度得到了显著增强。这种设计有效地分散了模块在移动过程中的受力，减少了因单点受力过大而导致的磨损和变形。同时，多个引导结构协同工作，确保了滚柱在X轴和Y轴方向上的精确导向，进一步提高了模块的定位精度。

优选的，所述第一表面和所述第二表面之间设置四个所述的两轴引导结构；在俯视角度下，所述支撑座和所述载体的外轮廓呈矩形，四个所述的两轴引导结构分别设置在所述支撑座和所述载体的四角区域。

当第一表面和第二表面之间设置四个两轴引导结构时，模块的稳定性和承载能力得到了进一步的提升。在俯视角度下，支撑座和载体的外轮廓呈矩形，四个引导结构分别设置在四角区域，这种布局方式使得模块在受到外部负载时能够均匀受力，有效避免了因受力不均而导致的变形或损坏。同时，四个引导结构也为滚柱提供了更多的支撑点，进一步增强了滚柱在移动过程中的稳定性。

优选的，在俯视角度下，所述支撑座具有第一边和位于其另一侧的第二边，位于所述第一边的两个角落区域的两个所述滚柱分别朝x轴方向放置和y轴方向放置；位于所述第二边的两个角落区域的两个所述滚柱亦分别朝x轴方向放置和y轴方向放置。

通过在支撑座的不同边设置朝不同方向放置的滚柱，模块的运动灵活性得到了显著提升。在俯视角度下，支撑座的第一边和第二边分别设置了朝X轴和Y轴方向放置的滚柱。这种设计使得模块能够在两个互相垂直的坐标轴上进行独立且精确的运动，满足了复杂光学系统中对多方向位置调整的需求。

优选的，所述矩形引导槽的形状呈正方形，其边长与滚柱长度相匹配。

矩形引导槽的形状呈正方形，并且其边长与滚柱长度相匹配，不仅确保了滚柱在引导槽内能够稳定地滑动，而且使得滚柱与引导槽之间的接触更加均匀，从而提高了整个模块的精度和可靠性。

优选的，所述驱动元件包括磁体、第一线圈和第二线圈，所述磁体安装于所述框架的侧壁，所述第一线圈安装于所述载体，所述第二线圈安装于所述第二表面。

驱动元件采用磁体和线圈的组合，为模块提供了高效且精确的动力来源。磁体安装于框架的侧壁，第一线圈安装于载体，第二线圈安装于第二表面。当电流通过线圈时，会产生磁场，进而与磁体产生相互作用，从而驱动载体相对于支撑座进行移动。

一种摄像模组，包括：镜头组件，其包括光学镜头；芯片组合体，其包括感光芯片；以及所述的两轴光学致动模块，所述芯片组合体安装于所述两轴光学致动模块的所述载体，所述第一表面平行于所述感光芯片的感光面。

两轴光学致动模块大大简化了模块的结构，减少了部件数量，降低了制造成本，模块的组装和维护也变得更加简单方便，提高了生产效率，且能够实现高精度的位置调整。通过滚柱在矩形引导槽和条形引导槽中的移动，镜头组件能够在X轴和Y轴方向上实现细微而精确的位置变化，且能够有效避免发生Z轴旋转的异常发生，从而实现对拍摄目标的精确对焦和定位，使得摄像模组在拍摄过程中能够捕捉到更加清晰、准确的图像，提高了摄像模组的整体性能。

本发明相较于现有技术的有益效果是：

本发明的基于滚柱的两轴光学致动模块，采用了单层架构设计，大大简化了模块的结构，不仅减少了部件数量，降低了制造成本，还使得整个模块更加紧凑，便于集成到各种光学系统中。同时，由于部件数量的减少，模块的组装和维护也变得更加简单方便，提高了生产效率。条形引导槽呈V形设计，与矩形引导槽相配合，共同约束滚柱的运动。这种设计使得滚柱在X轴和Y轴两个方向上的导向限位更加稳定可靠。同时，由于槽与滚柱之间为线接触，相比现有技术的点接触，接触面积更大，能够分散应力，减小对滚柱和槽的磨损，从而提高了模块的可靠性和使用寿命。此外，线接触的引导槽与滚柱配合结构在抗Z轴旋转方面展现出了卓越的特性，具备优秀的独立运动性。得益于这种设计，当模块在X轴与Y轴两个方向上进行位置变化时，能够有效杜绝Z轴旋转的异常现象。这不仅保证了模块的运动平稳性，更使得其定位精度达到了一个新的高度。因此，无论是在需要精细调整光路的光学设备中，还是在对运动稳定性有极高要求的场景中，这种两轴光学致动模块都能发挥出其出色的性能，为光学系统的稳定运行提供了强有力的支持。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例摄像模组的爆炸图。

图2为本发明一实施例基于滚柱的两轴光学致动模块的结构图。

图3为本发明一实施例基于滚柱的两轴光学致动模块另一视角的结构图。

图4为本发明一实施例摄像模组的局部结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

本实施例提供一种摄像模组，包括：镜头组件，其包括光学镜头610；芯片组合体，其包括感光芯片；以及两轴光学致动模块，芯片组合体安装于两轴光学致动模块的载体200，第一表面110平行于感光芯片的感光面。

两轴光学致动模块大大简化了模块的结构，减少了部件数量，降低了制造成本，模块的组装和维护也变得更加简单方便，提高了生产效率，且能够实现高精度的位置调整。通过滚柱330在矩形引导槽310和条形引导槽320中的移动，镜头组件能够在X轴和Y轴方向上实现细微而精确的位置变化，且能够有效避免发生Z轴旋转的异常发生，从而实现对拍摄目标的精确对焦和定位，使得摄像模组在拍摄过程中能够捕捉到更加清晰、准确的图像，提高了摄像模组的整体性能。

一种基于滚柱的两轴光学致动模块，包括：静态部件，其包括一支撑座100，支撑座100具有第一表面110；动态部件，其包括一框架500和一载体200，载体200用于搭载光学组件，光学组件包括透镜或者感光芯片；载体200具有平行于第一表面110的第二表面210，支撑座100与载体200上下叠置，并且第一表面110面对第二表面210；以及驱动元件400，其用于提供驱动力以带动动态部件相对于静态部件移动；其中，第一表面110和第二表面210之间设置至少一个两轴引导结构300；两轴引导结构300包括位于第一表面110的矩形引导槽310、位于第二表面210的条形引导槽320和滚柱330。滚柱330可相对于矩形引导槽310移动，滚柱330可相对于条形引导槽320移动，滚柱330相对于矩形引导槽310的移动方向和滚柱330相对于条形引导槽320的移动方向是正交的，滚柱330与矩形引导槽310为面接触，滚柱330与条形引导槽320亦为面接触。载体200通过上弹片620和下弹片630连接于框架500，框架500外是铁壳640。

采用了单层架构设计，大大简化了模块的结构，不仅减少了部件数量，降低了制造成本，还使得整个模块更加紧凑，便于集成到各种光学系统中。同时，由于部件数量的减少，模块的组装和维护也变得更加简单方便，提高了生产效率。条形引导槽320呈V形设计，与矩形引导槽310相配合，共同约束滚柱330的运动。这种设计使得滚柱330在X轴和Y轴两个方向上的导向限位更加稳定可靠。同时，由于槽与滚柱330之间为线接触，相比现有技术的点接触，接触面积更大，能够分散应力，减小对滚柱330和槽的磨损，从而提高了模块的可靠性和使用寿命。此外，线接触的引导槽与滚柱330配合结构在抗Z轴旋转方面展现出了卓越的特性，具备优秀的独立运动性。得益于这种设计，当模块在X轴与Y轴两个方向上进行位置变化时，能够有效杜绝Z轴旋转的异常现象。这不仅保证了模块的运动平稳性，更使得其定位精度达到了一个新的高度。因此，无论是在需要精细调整光路的光学设备中，还是在对运动稳定性有极高要求的场景中，这种两轴光学致动模块都能发挥出其出色的性能，为光学系统的稳定运行提供了强有力的支持。

在本实施例中，矩形引导槽310具有四个封闭的端面，并且其面向第二表面210的一侧开口；条形引导槽320具有两个封闭的端面，并且其面向第一表面110的一侧开口。

矩形引导槽310和条形引导槽320的封闭端面设计，确保了滚柱330在移动过程中的稳定性和可靠性。这种设计有效防止了滚柱330在运动中脱离引导槽，从而避免了因位置偏移导致的运动不精确或系统失效的风险。同时，开口设计使得滚柱330能够轻松进入和退出引导槽，确保了模块在组装和维护时的便捷性。

在本实施例中，第一表面110放置有至少两个矩形引导槽310，第二表面210具有至少一个x轴滚柱引导槽211和至少一个y轴滚柱引导槽212；第一表面110的一个矩形引导槽310与第二表面210的一个x轴滚柱引导槽211构造成一个两轴引导结构300，滚柱330沿x轴方向放置于其中；第一表面110的另一个矩形引导槽310与第二表面210的一个y轴滚柱引导槽212构造成另一个两轴引导结构300，滚柱330沿y轴方向放置于其中；x轴和y轴是两个互相垂直的坐标轴，且x轴和y轴均平行于第一表面110。

多组引导结构的配置进一步提升了模块的定位精度和稳定性。通过至少两个矩形引导槽310与x轴滚柱引导槽211和y轴滚柱引导槽212的组合，模块能够在X轴和Y轴两个方向上实现精确的位置控制。这种设计使得光学组件能够按照预定的轨迹进行移动，从而保证了光学系统的稳定性和性能。

在本实施例中，第一表面110和第二表面210之间还设置至少一个滚柱容纳结构，滚柱容纳结构中放置滚柱330并容许该滚柱330在xoy平面内移动；第一表面110和第二表面210之间，两轴引导结构300和滚柱容纳结构的总数至少为三个。

滚柱容纳结构的设置进一步增强了模块的可靠性和耐用性。这些容纳结构不仅为滚柱330提供了额外的支撑和保护，还允许滚柱330在XOY平面内自由移动。这种设计既确保了滚柱330的运动灵活性，又避免了因外部因素导致的滚柱330损坏或失效。同时，多个滚柱容纳结构与引导结构的结合使用，使得模块在承受外部负载时具有更好的稳定性和承载能力。

在本实施例中，第一表面110和第二表面210之间设置至少三个两轴引导结构300，每个两轴引导结构300中设置单个或多个的滚柱330。

通过设置至少三个两轴引导结构300，每个引导结构中配置单个或多个滚柱330，模块的运动稳定性和精度得到了显著增强。这种设计有效地分散了模块在移动过程中的受力，减少了因单点受力过大而导致的磨损和变形。同时，多个引导结构协同工作，确保了滚柱330在X轴和Y轴方向上的精确导向，进一步提高了模块的定位精度。

在本实施例中，第一表面110和第二表面210之间设置四个两轴引导结构300；在俯视角度下，支撑座100和载体200的外轮廓呈矩形，四个两轴引导结构300分别设置在支撑座100和载体200的四角区域。

当第一表面110和第二表面210之间设置四个两轴引导结构300时，模块的稳定性和承载能力得到了进一步的提升。在俯视角度下，支撑座100和载体200的外轮廓呈矩形，四个引导结构分别设置在四角区域，这种布局方式使得模块在受到外部负载时能够均匀受力，有效避免了因受力不均而导致的变形或损坏。同时，四个引导结构也为滚柱330提供了更多的支撑点，进一步增强了滚柱330在移动过程中的稳定性。

在本实施例中，在俯视角度下，支撑座100具有第一边和位于其另一侧的第二边，位于第一边的两个角落区域的两个滚柱330分别朝x轴方向放置和y轴方向放置；位于第二边的两个角落区域的两个滚柱330亦分别朝x轴方向放置和y轴方向放置。

通过在支撑座100的不同边设置朝不同方向放置的滚柱330，模块的运动灵活性得到了显著提升。在俯视角度下，支撑座100的第一边和第二边分别设置了朝X轴和Y轴方向放置的滚柱330。这种设计使得模块能够在两个互相垂直的坐标轴上进行独立且精确的运动，满足了复杂光学系统中对多方向位置调整的需求。

在本实施例中，矩形引导槽310的形状呈正方形，其边长与滚柱330长度相匹配。

矩形引导槽310的形状呈正方形，并且其边长与滚柱330长度相匹配，不仅确保了滚柱330在引导槽内能够稳定地滑动，而且使得滚柱330与引导槽之间的接触更加均匀，从而提高了整个模块的精度和可靠性。

在本实施例中，驱动元件400包括磁体410、第一线圈420和第二线圈430，磁体410安装于框架500的侧壁，第一线圈420安装于载体200，第二线圈430安装于第二表面210。

驱动元件采用磁体410和线圈的组合，为模块提供了高效且精确的动力来源。磁体410安装于框架500的侧壁，第一线圈420安装于载体，第二线圈430安装于第二表面210。当电流通过线圈时，会产生磁场，进而与磁体410产生相互作用，从而驱动载体200相对于支撑座100进行移动。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。