WO2023039776A1 - Device with integrated autofocusing and variable aperture - Google Patents

Abstract

A device with integrated autofocusing and variable aperture having an autofocusing (AF) mechanism and a variable aperture (VA) mechanism within a single housing. The autofocusing mechanism is configured to implement autofocusing functions by moving a lens unit in the direction of a lens optical axis. The variable aperture mechanism comprises a plurality of blades arranged around an opening and is configured to change a size of the aperture by moving the plurality of blades. Driving units of the autofocusing mechanism are provided on two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture, and driving units of the variable aperture mechanism are provided on the other two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture.

Description

DEVICE WITH INTEGRATED AUTOFOCUSING AND VARIABLE APERTURETECHNICAL FIELD

The present disclosure relates generally to camera module components and more specifically to a device with integrated autofocusing and variable aperture.

BACKGROUND

Today, many devices including mobile or portable devices are equipped with camera modules. As used herein, camera modules may refer to camera modules in dedicated mobile cameras as well as camera modules in mobile devices such as smartphones, tablet computers, laptop computers or the like. Small camera modules mounted in mobile devices tend to have an increased F-number.

Camera modules typically provide auto focusing functions. Autofocusing is achieved by automatically moving a lens unit to change its distance to an image sensor. Some camera modules may have a lens unit accompanied by an aperture unit to adjust its aperture, i.e., adjust the amount of light that enters or passes through the lens.

With some small camera modules, however, the F-number of a lens, more specifically its aperture size, is fixed, and cannot be changed according to user preference.

According to a first possible implementation of a camera module, the camera module has a variable aperture disposed on a lens barrel. The variable aperture may include two wing parts. Each of the wing parts may have holes having different sizes, forming an aperture in a shape of, for example, a roly poly or a snowman. The wing holes partially overlap each other to form a central aperture hole area. The camera module also includes an aperture driving module including a magnet member disposed in a support coupled to a lever configured to move the variable aperture; and an aperture coil configured to move the magnet. When the wing parts are moved in a direction in which they become closer to each other (or a direction in which an overlapping range of the wing parts becomes larger) , the aperture hole area may increase, and when the wing parts are moved in a direction in which they become far away from each other, the aperture hole area may decrease.

According to a second possible implementation of a camera module, the camera module includes an aperture module configured to be mounted on a lens module, the aperture module including a plurality of blades and being further configured to form various-sized aperture holes with the plurality of blades; and an aperture driving portion including a moving portion and a driving coil, the moving portion including a driving magnet opposing the driving coil, the moving portion being directly or indirectly connected to the plurality of blades to enable the moving portion to move the plurality of blades. The moving portion is configured to move in response to power being supplied to the driving coil, which results in moving of the plurality of blades. In an embodiment, when power is removed from the driving coil, the position of the moving portion is fixed to maintain the diameter of the aperture hole. As a result, since it is unnecessary to continuously supply power to the driving coil to maintain the diameter of the aperture hole, power consumption is significantly reduced. According to this possible implementation, the plurality of blades move when the moving portion moves in response to power being supplied to the driving coil outside of the moving portion.

According to this kind of camera module, a rotor to which aperture blades are connected is driven by an actuator constructed with a driving magnet and a coil. When a driving portion moves in the horizontal direction, the rotor will rotate to achieve opening or closing of the blades (i.e., increasing or decreasing the size of an aperture formed by the blades) .

A cam mechanism is used for coupling between the aperture blades and the rotor, with each blade having a cam hole and the rotor having cam pins.

According to a third possible implementation of a camera module, a variable aperture device for camera lenses comprises a plurality of fins rotatably arranged around a lens, wherein each of the plurality of fins has a movable end disposed toward a center of the lens and a gear formed on the outside of the fin away from the center of the lens; a gear ring surrounding the plurality of fins, wherein the gear ring has a gear on the inside engaged with each gear of the plurality of fins; and a motor to rotationally drive the gear ring. By rotating the gear ring, the fins move via the gear, and the size of the aperture formed by the fins can be changed. The gear ring is rotationally driven by a planar-facing type voice coil motor composed of a planar mover and a planar stator.

According to one variant of the third possible implementation of a camera module, the camera module may include a sensor (e.g., a Hall sensor) . Rotational positions of the mover (to which the gear ring is fixed) with respect to the stator are detected by the sensor. A control device servo-controls rotation of the gear ring. The control device detects rotational positions of the mover with the sensor and controls driving of the motor based on detection results to rotate the gear ring,  which is fixed to the mover. Thereby, the variable aperture formed by the fins can be opened and closed to any size.

With the camera module according to the first possible implementation, a more widely changeable range of the aperture with a better aperture shape is desired. Since the aperture size is varied according to an overlap of "snowman" -like openings in two wing parts, providing a large or small through-hole, its range of variability is limited. Even if intermediate positions of the wing parts are used, the resulting aperture would have a distorted shape, which may affect imaging.

These concerns may be solved according to the second possible implementation of a camera module. However, since the driving mechanism is concentrated on one side of the unit, the size on that side may become large. A cam mechanism used for the aperture blades and the rotor may cause a mechanical rattle.

There is also scope for improvement regarding the camera module of the third possible implementation.

1) Because of coupling and rotation by the gear, accuracy of aperture depends on fitting accuracy (backlash) of the gear.

2) Care should be taken to achieve precise alignment without tilt when mounting the variable aperture device on a lens unit.

3) Since a voice coil motor (VCM) is implemented in the variable aperture unit, a load weight which needs to be moved by the lens actuator for autofocusing is increased. It requires a more powerful and thus potentially larger lens actuator as compared with a lens unit without variable aperture.

4) A small size of the variable aperture unit limits a radius of rotation, thus a torque provided by the VCM to turn the gear ring to change the aperture.

SUMMARY

This invention provides an autofocusing lens actuator equipped with a variable aperture in one device.

According to a first aspect of the present application, a device with integrated autofocusing and variable aperture having an autofocusing (AF) mechanism and a variable aperture (VA) mechanism within a single housing is provided. According to a first implementation of the first aspect of the present application, the autofocusing mechanism is configured to implement autofocusing functions by moving a lens unit in the direction of a lens optical axis, and the variable aperture mechanism comprises a plurality of blades arranged around an opening and is configured  to change a size of the aperture by moving the plurality of blades. Driving units of the autofocusing mechanism are provided on two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture, and driving units of the variable aperture mechanism are provided on the other two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture.

Such a device with integrated autofocusing and variable aperture having an autofocusing (AF) mechanism and a variable aperture (VA) mechanism within a single housing improves space efficiency compared with a device comprising a separate variable aperture device mounted on top of a lens unit of an autofocusing actuator. The arrangement in which driving units of the autofocusing mechanism are provided on two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture, and driving units of the variable aperture mechanism are provided on the other two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture provides a particularly advantageous embodiment in terms of space efficiency.

According to a second implementation of the first aspect of the present application based on the first implementation of the first aspect, the variable aperture mechanism comprises a variable aperture frame, wherein the plurality of blades are configured to be moved simultaneously by rotating the variable aperture frame.

By providing a variable aperture frame, wherein the plurality of blades are configured to be moved simultaneously by rotating the variable aperture frame, a simple and efficient mechanism is achieved to synchronously move the plurality of blades to change the size of the opening of the aperture unit.

According to a third implementation of the first aspect of the present application based on the second implementation of the first aspect, the autofocusing mechanism and the variable aperture mechanism share at least one component.

By sharing at least one component by the autofocusing mechanism and the variable aperture mechanism, integration of autofocusing and variable aperture is achieved.

According to a fourth implementation of the first aspect of the present application based on the first implementation of the first aspect, the variable aperture frame of the variable aperture mechanism is configured to rotate on a lens holder of the lens unit.

By configuring the variable aperture frame of the variable aperture mechanism to rotate on a lens holder of the lens unit, the lens holder serves as a base on which the variable aperture frame rotates. This provides one way to share at least one component by the autofocusing mechanism and the variable aperture mechanism.

According to a fifth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the second to fourth implementations of the first aspect, bearing groove (s) provided on an exterior surface of a lens holder of the lens unit and bearing groove (s) provided on the bottom of the variable aperture frame, together with bearing ball (s) placed in-between, form a ball bearing.

By forming a ball bearing with bearing groove (s) provided on an exterior surface of a lens holder of the lens unit, bearing groove (s) provided on the bottom of the variable aperture frame, and bearing ball (s) placed in-between, the integration of autofocusing and variable aperture is furthered. Moreover, this allows alignment of the variable aperture frame and the lens holder. In other words, the position of the variable aperture frame relative to the lens holder can be uniquely determined (allowing for rotation) by the bearing balls. This facilitates assembly of the device with integrated autofocusing and variable aperture.

According to a sixth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the second to fifth implementations of the first aspect, the variable aperture frame is arranged to cover a lens holder of the lens unit, and VA drive magnets attached to the variable aperture frame are arranged on the periphery of the lens holder.

According to a seventh implementation of the first aspect of the present application based on any one of the second to fifth implementations of the first aspect, a diameter of those portions of the variable aperture mechanism that are above a lens holder of the lens unit and that include the plurality of blades is 1.5 times or less than a diameter of a protruding tip of the lens holder.

According to an eighth implementation of the first aspect of the present application based on the second to seventh implementations of the first aspect, in the variable aperture frame, a distance from the lens optical axis of a portion that produces a torque to rotate the variable aperture frame is 1.5 times or more than those portions of the variable aperture mechanism that are above a lens holder of the lens unit and that include the plurality of blades.

By placing VA drive magnets attached to the variable aperture frame outside those portions of the variable aperture mechanism that are above a lens holder of the lens unit, a low profile of the device with integrated autofocusing and variable aperture is facilitated.

By placing VA drive magnets attached to the variable aperture frame relatively far from the center, a relatively large torque is exerted on the aperture blades included in those portions of the variable aperture mechanism that are above a lens holder of the lens unit.

According to a ninth implementation of the first aspect of the present application based on the second to eighth implementations of the first aspect, a torque to rotate the variable aperture frame is produced by an interaction between VA drive magnet (s) attached to the variable aperture  frame and VA drive coil (s) attached to an insert base.

An interaction between VA drive magnet (s) attached to the variable aperture frame and VA drive coil (s) attached to an insert base provides a convenient way to produce a torque to rotate the variable aperture frame.

According to a tenth implementation of the first aspect of the present application based on the second to ninth implementations of the first aspect, each blade of the plurality of blades of the variable aperture mechanism comprises a first pin and a second pin, wherein the first pin is inserted into a first pin receptacle on a top surface of a lens holder of the lens unit, so that the first pin can slide and rotate in the first pin receptacle. The second pin is inserted into a second pin receptacle, so that the plurality of blades are simultaneously moved by rotating the variable aperture frame.

Providing a first pin (also referred to as a fixing-side pin or a fixing pin) and a second pin (also referred to as a moving-side pin or a moving pin) on each blade in this way provides a convenient way to simultaneously move the plurality of blades by rotating the variable aperture frame.

According to an eleventh implementation of the first aspect of the present application based on the tenth implementation of the first aspect, each blade of the plurality of blades of the variable aperture mechanism is always preloaded to a predetermined direction by a preload spring that exerts a force between the first pin of the blade and the second pin receptacle of the variable aperture frame into which the second pin is inserted.

Preloading the blade to a predetermined direction by a preload spring in this way may prevent a mechanical rattle between the first pin and the wall of the first pin receptacle.

According to a twelfth implementation of the first aspect of the present application based on the tenth or eleventh implementation of the first aspect, the variable aperture frame is always given a rotational torque to a predetermined direction by a preload spring that exerts a force between the first pins of the plurality of blades of the variable aperture mechanism and the second pin receptacles of the variable aperture frame into which the second pins are inserted, wherein the rotational torque is to force the variable aperture frame to be at a position corresponding to a maximum or minimum size of an opening of the variable aperture when the variable aperture mechanism is not energized.

By always giving a rotational torque to a predetermined direction by a preload spring in this way, the variable aperture frame may be placed at a position corresponding to a maximum or minimum size of an opening of the variable aperture when the variable aperture mechanism is not energized.

According to a thirteenth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the second to twelfth implementations of the first aspect, the device with integrated autofocusing and variable aperture further comprises a metal piece to attract a drive magnet attached to the variable aperture frame to a predetermined position.

Magnetic attraction between the drive magnet and the metal piece provides another means to preload the variable aperture frame to a predetermined position.

According to a fourteenth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to tenth implementations of the first aspect, the plurality of blades of the variable aperture mechanism are always preloaded to a predetermined direction.

According to a fifteenth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to fifteenth implementations of the first aspect, each blade of the plurality of blades is always preloaded to a predetermined direction by a preload spring.

According to a sixteenth implementation of the first aspect of the present application based on the eleventh, twelfth, or fifteenth implementation of the first aspect, the preload spring is a torsion spring.

According to a seventeenth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to sixteenth implementations of the first aspect, the variable aperture mechanism is configured to provide a maximum opening of the variable aperture when not energized, or the variable aperture mechanism is configured to provide a minimum opening of the variable aperture when not energized.

According to an eighteenth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to seventeenth implementations of the first aspect, each blade of the plurality of blades of the variable aperture mechanism comprises a thin plate portion and a base portion.

According to a nineteenth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to twelfth implementations of the first aspect, each blade of the plurality of blades of the variable aperture mechanism comprises a thin plate portion and a base portion, and wherein the first pin and the second pin are provided on the bottom of the base portion.

According to a twentieth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to nineteenth implementations of the first aspect, the variable aperture mechanism comprises a cover, and a top surface of the cover is flat.

Forming the blade with a thin plate portion and a base portion in this way makes it possible to make the aperture blade thinner than a conventional integrally molded blade, which could not be made thinner due to molding restrictions.

Moreover, providing the first pin and the second pin on the bottom of the base portion can eliminate the need of pins penetrating holes in the blade, and thus avoid protrusion above the blade, which in turn allows a top surface of the cover to be flat. This facilitates a low profile of the device with integrated autofocusing and variable aperture.

According to a twenty-first implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to twentieth implementations of the first aspect, the driving units of the autofocusing mechanism comprise two voice coil motors (VCMs) provided on two opposing sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture.

VCM is a convenient way to implement the driving units.

According to a twenty-second implementation of the first aspect of the present application based on the twenty-first implementation of the first aspect, each of the two VCMs of the driving units of the autofocusing mechanism comprises an AF drive magnet attached to an insert base and an AF drive coil attached to a lens holder of the lens unit.

Providing an AF drive coil attached to the movable lens holder reduces the load to be moved for AF as compared with an embodiment in which an AF drive magnet is attached to the movable lens holder.

According to a twenty-third implementation of the first aspect of the present application based on the twenty-second implementation of the first aspect, each of the two VCMs of the driving units of the autofocusing mechanism further comprises a yoke.

Providing a yoke helps prevent magnetic flux leakage.

According to a twenty-fourth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to twenty-third implementations of the first aspect, the driving units of the variable aperture mechanism comprise two voice coil motors (VCMs) provided on the other two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture.

VCM is a convenient way to implement the driving units.

According to a twenty-fifth implementation of the first aspect of the present application based on the twenty-fourth implementation of the first aspect, each of the two VCMs of the driving units of the variable aperture mechanism comprises a VA drive magnet attached to the variable aperture frame and a VA drive coil attached to an insert base.

According to a twenty-sixth implementation of the first aspect of the present application based on the twenty-fifth implementation of the first aspect, each of the two VCMs of the driving units of the variable aperture mechanism further comprises a yoke.

Providing a yoke helps prevent magnetic flux leakage.

According to a twenty-seventh implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to sixteenth implementations of the first aspect, the device with integrated autofocusing and variable aperture further comprises a detection mechanism for variable aperture frame position configured to detect a position of a member involved in determining a size of the opening of the variable aperture.

According to a twenty-eighth implementation of the first aspect of the present application based on the twenty-seventh implementation of the first aspect, the detection mechanism for variable aperture frame position is configured to detect a position of a VA drive magnet attached to the variable aperture frame.

According to a twenty-ninth implementation of the first aspect of the present application based on the twenty-seventh or twenty-eighth implementation of the first aspect, the detection mechanism for variable aperture frame position is a detection sensor, for instance, a Hall sensor.

According to a thirtieth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the twenty-seventh to twenty-ninth implementations of the first aspect, the detection mechanism for variable aperture frame position is attached to an insert base.

According to a thirty-first implementation of the first aspect of the present application based on any one of the twenty-seventh to thirtieth implementations of the first aspect, movement of the variable aperture frame for changing the size of the opening of the variable aperture is servo-controlled by a control unit according to detection signals from the detection mechanism for variable aperture frame position.

Servo-control of the movement of the variable aperture frame for changing the size of the opening of the variable aperture according to detection signals from the detection mechanism for variable aperture frame position helps accurately achieve the desired size of the opening of the variable aperture.

According to a thirty-second implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to thirty-first implementations of the first aspect, the device with integrated autofocusing and variable aperture further comprises a detection mechanism for autofocusing lens unit position configured to detect a position along the lens optical axis of the lens unit movable along the direction of the lens optical axis for autofocusing.

According to a thirty-third implementation of the first aspect of the present application based on the thirty-second implementation of the first aspect, the detection mechanism for autofocusing lens unit position is configured to detect a position of a detection magnet attached to a lens holder of the lens unit.

According to a thirty-fourth implementation of the first aspect of the present application  based on the thirty-second or thirty-third implementation of the first aspect, the detection mechanism for autofocusing lens unit position is a detection sensor, for instance, a Hall sensor.

According to a thirty-fifth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the thirty-second to thirty-fourth implementations of the first aspect, the detection mechanism for autofocusing lens unit position is attached to an insert base.

According to a thirty-sixth implementation of the first aspect of the present application based on any one of the thirty-second to thirty-fifth implementations of the first aspect, movement of the lens unit for autofocusing is servo-controlled by a control unit according to detection signals from the detection mechanism for autofocusing lens unit position.

Servo-control of the movement of the lens unit for autofocusing according to detection signals from the detection mechanism for autofocusing lens unit position helps accurately achieve the desired position (e.g., the desired distance from the image sensor) of the lens unit.

According to a thirty-seventh implementation of the first aspect of the present application based on any one of the first to thirty-sixth implementations of the first aspect, the device with integrated autofocusing and variable aperture further comprises an insert base, wherein the lens unit movable along the lens optical axis of the autofocusing mechanism is movably supported by the insert base via one or more elastic members.

According to a second aspect of the present application, a camera module is provided. The camera module comprises the device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of the first to thirty-seventh implementations of the first aspect; a control unit; and an image sensor.

The camera module according to this aspect may have technical advantages corresponding to those of the device with integrated autofocusing and variable aperture of the first aspect, which are not repeated here for brevity's sake.

According to a third aspect of the present application, an electronic device comprising the camera module according to the second aspect is provided.

The electronic device according to this aspect may have technical advantages corresponding to those of the device with integrated autofocusing and variable aperture of the first aspect, which are not repeated here for brevity's sake.

BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

FIG. 1 illustrates components of a device with integrated autofocusing and variable aperture according to an embodiment of the present application;

FIG. 2 illustrates a perspective view of a device with integrated autofocusing and variable aperture according to an embodiment of the present application;

FIG. 3 illustrates an arrangement of drive magnets and drive coils for autofocusing and variable aperture according to an embodiment of the present application;

FIG. 4 illustrates details of aperture blades and their mounting according to an embodiment of the present application;

FIG. 5 illustrates a lens holder according to an embodiment of the present application;

FIG. 6 illustrates a cross section of a device with integrated autofocusing and variable aperture according to an embodiment of the present application;

FIG. 7 illustrates details of aperture blades and their mounting with torsion springs according to an embodiment of the present application;

FIG. 8 illustrates opening and closing operations of aperture blades in a device with integrated autofocusing and variable aperture according to an embodiment of the present application; and

FIG. 9 illustrates mounting of aperture blades having pins according to an embodiment of the present application, in comparison with mounting of aperture blades having holes.

DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Today, many devices including mobile or portable devices are equipped with camera modules. As used herein, camera modules may refer to camera modules in dedicated mobile cameras as well as camera modules in mobile devices such as smartphones, tablet computers, laptop computers or the like. Small camera modules mounted in mobile devices tend to have an increased F-number.

A camera module may include a lens unit, an imaging device (image sensor) , and a control unit. The lens unit may include a lens holder that holds a lens system that typically includes multiple lenses. The lens holder may hold a lens barrel that holds the lens system. Light entering the lens unit is focused on the image sensor by the lens system, and the image sensor detects the light and produces corresponding electric signals, which are stored in a storage unit. The control unit controls these operations.

Camera modules typically provide auto focusing functions. Autofocusing (AF) involves moving a lens unit in the direction of the optical axis, thereby adjusting the focus by changing the distance between the lens and the imaging device (sensor) . Some camera modules may have a lens unit accompanied by an aperture unit to adjust its aperture, i.e., adjust the amount of light that enters  the lens and/or that is transmitted through the lens. The aperture unit may be located in front of the lens unit, but any suitable placement of the aperture unit with respect to the lens unit is allowed. (As used herein, "in front of the lens unit" refers to the side from which light enters the lens unit. ) By adjusting the aperture, it is possible to take an aesthetically pleasing or otherwise appropriate picture regardless of the brightness of the environment.

The aperture unit per se is known to a person skilled in the art. Mechanical apertures are generally employed in conventional aperture units, whereby one or more physical members may stop part of light from entering the lens, and those physical members are moved to adjust the amount of light that enters the lens.

The aperture unit may be mounted on the lens unit so that the aperture unit may move with the lens unit when the latter is driven for autofocusing. However, mounting a separate aperture unit on top of a lens unit may increase the size and weight of the overall assembly. An increased weight of the lens unit means greater power to move the lens unit for autofocusing. Thus, an integrated device for autofocusing and variable aperture is desired.

FIG. 1 illustrates components of a device with integrated autofocusing and variable aperture (also referred to as a variable-aperture-integrated autofocusing device) according to an embodiment of the present application. The device may be viewed as an autofocusing (AF) lens actuator integrated with a variable aperture (VA) mechanism.

The autofocusing lens actuator as used herein refers to those portions in the device with integrated autofocusing and variable aperture that serve for autofocusing functions. Autofocusing involves moving a lens unit along an optical axis of the lens, wherein the lens unit includes a lens holder (14) (also referred to as a barrel holder or a lens barrel holder) , which may hold a lens barrel in which a lens system is mounted (as can be seen in Fig. 6) . The lens holder (14) may be movably attached to an insert base (19) via a front spring (F-spring) (13) and a back spring (B-spring) (18) . The front spring and the back spring are attached to the insert base (19) and may be, but are not limited to, leaf springs.

The lens unit is driven by voice coil motors for AF. A voice coil motor (VCM; also referred to as a voice coil actuator) is formed by an AF drive magnet (12) , an AF drive coil (16) , and an AF yoke (11) . The yoke may be made of a ferromagnetic material such as iron, and prevents magnetic flux leakage.

Energizing the AF drive coils results in movement of the lens unit along the direction of the optical axis via magnetic interaction between the AF drive coils and the AF drive magnets.

In some embodiments of the present application, the AF drive coils are attached to the lens holder, while the AF drive magnets are attached to the insert base. This is advantageous in that  the AF drive coils on the movable lens holder are typically lighter in weight than the AF drive magnets, but an alternative structure with the AF drive magnets attached to the lens holder and the AF drive coils attached to the insert base is not excluded.

The variable aperture mechanism includes multiple VA blades (2) . The blades are pivotably attached to a variable aperture frame (8) via a pin, so that by rotating the variable aperture frame (8) , the multiple blades (2) can be moved at the same time to change the size of an aperture formed by the multiple blades (as can be seen in Fig. 8) . Operations of the blades are described in more detail in conjunction with Fig. 4 and Fig. 7 below.

The variable aperture frame (8) is rotatably arranged to cover the lens holder (14) . Rotatably arranging the variable aperture frame on the lens holder rather than mounting a separate variable aperture device including a base on which a variable aperture frame rotates improves space efficiency. Thus, the lens holder moved for autofocusing is also a part of the variable aperture mechanism. In this sense, the variable aperture mechanism and the autofocusing lens actuator may be said to share a component.

The variable aperture frame (8) is driven by voice coil motors for VA. A voice coil motor for VA is formed by a VA drive magnet (6) attached to the variable aperture frame (8) , a VA drive coil (10) attached to the insert base (19) , and a VA yoke (7) . Unlike the AF yoke (11) , the VA yoke (7) may be made of a nonmagnetic metal, though embodiments are not limited in this regard.

Energizing the VA drive coil results in rotational movement of the variable aperture frame via magnetic interaction between the VA drive coil attached to the variable aperture frame and the VA drive coil attached to the insert base. The variable aperture frame (8) , the VA drive coils (10) , the VA drive magnets (6) , and the yoke (7) may be collectively referred to as a variable aperture drive unit or a variable aperture drive portion. (A skilled person would understand that the term "unit" as used herein is a functional appellation, and does not mean these elements (6, 7, 8, 10) have to be physically integral. )

According to this embodiment, the VA drive coils attached to the insert base do not move with the variable aperture frame. Thus, the load for the VCM for AF (i.e., the weight that has to be moved for autofocusing) is reduced compared with a structure in which a separate variable aperture device including a whole VCM is mounted on the lens holder to be moved with the lens unit.

Fig. 1 also illustrates a cover 10, which has an opening at the center, on top of the variable aperture mechanism.

Fig. 2 illustrates an embodiment of the present application, in which the device with integrated autofocusing and variable aperture may include in its housing a position detection unit  for AF (22) for detecting the position of the lens unit, movable for autofocusing (AF) , in the direction of the lens optical axis as well as a position detection unit for VA (21) for detecting the rotational position of the variable aperture frame of the variable aperture (VA) mechanism.

In some embodiments of the present application, the position detection unit for AF (22) may be a sensor (e.g., a Hall sensor) and may be configured to detect the position of a detection magnet (D-magnet (15) ) attached to the lens holder. The sensor may be attached to the insert base. In an embodiment as illustrated in Fig. 1, a flexible printed circuit (FPC) may be attached to the insert base, and the sensor may be mounted on the FPC. While Fig. 1 illustrates a pair of D-magnets, the one shown on the left may be detected by the sensor mounted on the FPC in this illustrated embodiment, while the one shown on the right may not be used, or may even be a dummy simply provided to balance the weight.

In some embodiments of the present application, the position detection unit for VA (21) may be a sensor (e.g., a Hall sensor) and may be configured to detect the position of the drive magnet of the variable aperture drive unit. Again, the sensor may be attached to the insert base. In an embodiment as illustrated in Fig. 1, the sensor may be mounted on the FPC attached to the insert base.

Detection signals from these sensors are sent to the control unit of the camera module. The control unit uses the detection signals for servo-controlling the rotation of the VA aperture and the movement of the lens unit for AF. This allows precise control of the rotation of the VA aperture and the movement of the lens unit for AF, and may improve the functionalities of VA and AF.

Fig. 3 illustrates an embodiment of the device with integrated autofocusing and variable aperture, in which the AF drive magnets and the AF drive coils are arranged on two opposing sides of the four sides of the (generally square-shaped) housing of the device, while the VA drive magnets and VA drive coils are arranged on the other two opposing sides of the four sides. Such an arrangement serves for space efficiency providing for a compact overall device. The AF yoke (11) is divided into two parts to avoid magnetic interference with the VCM for VA.

Fig. 6 illustrates a cross section of a device with integrated autofocusing and variable aperture according to an embodiment of the present application. (The lens drawings in the lens barrel are simplified for clarity's sake. ) While the variable aperture frame (8) with the multiple blades (2) is arranged to cover the lens holder (14) , the VA drive magnet (6) is arranged along the outer side of the lens holder (14) . This minimizes the size of portions placed on top of the lens holder and helps provide a thin profile.

In some embodiments, the external diameter D_A of those portions of the variable aperture mechanism placed on top of the lens holder (substantially those portions of the variable  aperture mechanism that are most relevant in forming the variable aperture and that include the aperture blades) is 1.5 times or less than the external diameter D_L of a protruding tip (or a top portion) of the lens holder (that is, D_A ≤ D_L*1.5) . This is beneficial for achieving a small size of a protruding part of the overall device.

On the other hand, providing the VA drive magnet far from the center allows a highly efficient VCM that generates a large torque to rotate the variable aperture frame. A higher torque is achieved by a relatively large distance of the VA drive magnets from the center. In some embodiments, the diameter D_B spanning the coil-facing surfaces of the VA drive magnets is 1.5 times or more than the external diameter D_A of those portions (including the blades) of the variable aperture mechanism placed on top of the lens holder (that is, D_B ≥ D_A*1.5) . This produces a large torque on the variable aperture frame, and hence on the aperture blades, produced by the VA driving mechanism.

Fig. 5 illustrates an embodiment of the present application, in which three bearing grooves are provided on the lens holder. There should be at least two such bearing grooves, but it is preferable to provide three or more grooves in consideration of balance. Any suitable number of such grooves may be provided. In the illustrated example, the grooves are provided in the middle of the side of the lens holder. Specifically, the side of the lens holder includes multiple tiers and the grooves are provided on a horizontal surface of one tier. Grooves can be provided at any positions on an external surface of the lens holder provided that corresponding grooves are formed on the variable aperture frame.

The bottom of the variable aperture frame has one or more corresponding grooves. When the variable aperture frame is arranged on the lens holder, bearing balls accommodated between the corresponding grooves allow alignment of the variable aperture frame and the lens holder. In other words, the position of the variable aperture frame relative to the lens holder can be uniquely determined (allowing for rotation) by the bearing balls. It should be noted that the grooves on the lens holder and the grooves on the bottom of the variable aperture frame need not correspond to each other one-to-one. For example, one circular groove spanning 360 degrees provided on the bottom of the VA groove may cover the multiple grooves on the lens holder.

The grooves may be V-shaped (as illustrated in the cross section of Fig. 6) , but grooves with any suitable cross section can be employed.

Fig. 4 illustrates features related to the multiple blades (2) that form a variable aperture. A blade (which may also be referred to as an aperture blade, a fin, a wing, or the like) is a plate piece. While the illustrated embodiment has seven blades, any suitable number of blades may be used.

Each of the blades has a fixing-side pin (also referred to as a fixing pin) and a moving-side pin (also referred to as a moving pin) . The fixing-side pin is inserted into a fixing-side pin receptacle (also referred to as a fixing-side pin hole) on the top surface of the lens holder (also shown in Fig. 5) , and the fixing-side pin can rotate and slide (or translate) in the fixing-side pin receptacle. The moving-side pin is placed in a moving-side pin receptacle of the variable aperture frame (this can also be seen in Fig. 7) and moves with the variable aperture frame. By rotating the variable aperture frame (or the variable aperture drive unit) , the multiple blades (2) can be moved at the same time to change the size of the aperture formed by the blades.

It should be noted that the fixing-side pin can not only rotate but also slide (or translate) in the fixing-side pin receptacle having an elongate shape. Thus, the fixing-side pin is not fixed to the lens holder. The terms "fixing-side pin" and "moving-side pin" are only names for distinction broadly indicating that the fixing-side pin is relatively immovable as compared with the moving-side pin, which moves with the rotating variable aperture frame. The term "fixing-side pin" merely refers to the side at which to (more or less, not completely) fix the blade to the lens holder. The fixing-side pin and the moving-side pin may alternatively be simply called a "first pin" and a "second pin. " Similarly, the fixing-side pin receptacle and the moving-side pin receptacle may alternatively be simply called a "first pin receptacle" and a "second pin receptacle. "

Fig. 7 illustrates some features of the aperture blades according to some embodiments of the present application. Specifically, torsion springs and blade bases are featured in this illustration.

Each blade is associated with a torsion spring (also referred to as a preload spring) for preloading, that is, always pushing the blades in a certain direction (to the wall of a receptacle on the lens holder) to eliminate mechanical rattle between the pins attached to the blade and receptacles that receive the pins. The suppression of rattle allows a stable as well as a clean, almost circular aperture shape during reciprocating motion of the multiple blades (as seen in Fig. 8) .

Moreover, since the variable aperture drive unit (6, 7, 8, 10) always generates a rotational torque in a certain direction due to the action of the torsion spring, the variable aperture drive unit can be returned to the maximum or minimum aperture position by the force of the torsion spring when it is no longer energized. (A mechanical stop is provided to limit the rotation of the variable aperture frame within a certain span. ) When energized, the variable aperture driving unit generates a greater torque than the tension provided by these torsion springs to open or close the aperture. For example, if the torsion springs are arranged to push the variable aperture drive unit (specifically, the variable aperture frame) to a position corresponding to the maximum aperture, energizing the VA drive coil produces a torque that overcomes the tension of the torsion springs to move the variable aperture frame so as to reduce the size of the aperture. On the other hand, if the  torsion springs are arranged to push the variable aperture frame to a position corresponding to the minimum aperture, energizing the VA drive coil works to increase the size of the aperture.

Briefly referring again to Fig. 1, according to some embodiments of the present application, a pair of VA cores (17) (e.g., iron pieces) may be provided on the lens holder. These magnetically attract the VA drive magnets attached to the variable aperture frame. Not only the preload springs but also the magnetic attraction keeps the variable aperture frame at a certain position when not energized.

An aperture blade may include a thin film part (also referred to as a thin plate part) and a base part (also referred to as a blade base) . The fixing-side pin and the moving-side pin of the aperture blade may be provided on the bottom side of the base part (Fig. 4) . This makes it possible to make the aperture blade thinner than a conventional integrally molded blade, which cannot be made thinner due to molding restrictions.

Fig. 9 illustrates how these pins on the bottom side of the blades serve to reduce the height of the device. The left drawing of Fig. 9 illustrates a blade as illustrated in the above-mentioned third possible implementation of a camera module, which is made of a thin film (or thin plate) with holes which pins penetrate. In order to prevent the blades from falling off, the pins need to extend through holes provided on the cover, which adds to the height of the device.

In contrast, a blade of this embodiment has a fixing-side pin and a moving-side pin on the bottom side of the blade, so there is no need to extend the pin to the top surface of the cover. This allows the top surface of the cover to be flat, and still the blades can be prevented from falling off.

Various embodiments of the present application have been described with reference to the drawings. These embodiments may provide one or more of the following advantages.

The device according to embodiments of the present application may provide integrated autofocusing and variable aperture mechanisms in one device (e.g., in a single housing) .

Some embodiments of the device according to the present application may implement driving units for autofocusing and variable aperture (e.g., VCM) with higher space efficiency and may allow a smaller size of the device. Some embodiments of the device according to the present application may generate a higher torque for rotating a member to attain variable aperture.

Since a lens holder for holding the lens system serves as a part of the variable aperture mechanism, a tilt between the lens unit including the lens holder and the variable aperture mechanism does not occur. This eliminates the need to take a special care to prevent such a tilt during assembly.

A torsion spring (also called a preload spring) placed on a top surface of the lens holder provides a preload to the aperture blades all the time to one direction, which reduces a mechanical rattle between moveable portions (e.g., pins attached to the aperture blades) and fixed portions (e.g., pin receptacles on the lens holder) of the variable aperture mechanism. This allows a better aperture shape when the aperture size is changed.

Even when the variable aperture mechanism is not energized, the preload of the torsion spring and the magnetic force exerted on the magnets on the variable aperture frame by a metal piece (also called a VA core) can hold the variable aperture frame in position.

While various embodiments are described above and illustrated in the drawings, the present invention is not limited to the specific embodiment described or illustrated.

The unit division disclosed in embodiments of the present application is not limiting, and embodiments may be configured with other divisions of components.

Where appropriate, some functions may be implemented in a form of a computer program for causing a processor or a computing device to perform one or more functions. For example, various signal processing and control functions may be implemented as a computer program. The computer program may be embodied on a non-transitory computer-readable storage medium. The storage medium may be any medium that can store a computer program and may be a solid-state memory such as a USB drive, a flash drive, a read-only memory (ROM) , and a random-access memory (RAM) ; a magnetic storage medium such as a removable or non-removable hard disk; or an optical storage medium such as an optical disc.

The foregoing descriptions are merely to illustrate various embodiments of the present application, and are not intended to limit the scope of the invention. Any variation that would readily occur to a person skilled in the art in view of the present disclosure shall fall within the scope of this application. For example, measures separately disclosed may be combined in a single embodiment as appropriate, as long as such measures are not mutually exclusive.

Claims (39)

1. A device with integrated autofocusing and variable aperture having an autofocusing (AF) mechanism and a variable aperture (VA) mechanism within a single housing,

   wherein the autofocusing mechanism is configured to implement autofocusing functions by moving a lens unit in the direction of a lens optical axis,

   wherein the variable aperture mechanism comprises a plurality of blades arranged around an opening and is configured to change a size of the aperture by moving the plurality of blades,

   wherein driving units of the autofocusing mechanism are provided on two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture, and

   wherein driving units of the variable aperture mechanism are provided on the other two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture.
2. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 1, wherein the variable aperture mechanism comprises a variable aperture frame, and wherein the plurality of blades are configured to be moved simultaneously by rotating the variable aperture frame.
3. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 2, wherein the autofocusing mechanism and the variable aperture mechanism share at least one component.
4. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 2, wherein the variable aperture frame of the variable aperture mechanism is configured to rotate on a lens holder of the lens unit.
5. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 2 to 4, wherein bearing groove (s) provided on an exterior surface of a lens holder of the lens unit and bearing groove (s) provided on the bottom of the variable aperture frame, together with bearing ball (s) placed in-between, form a ball bearing.
6. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 2 to 5, wherein the variable aperture frame is arranged to cover a lens holder of the lens unit, and VA drive magnets attached to the variable aperture frame are arranged on the periphery of the lens holder.
7. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 2 to 5, wherein a diameter of those portions of the variable aperture mechanism that are above a lens holder of the lens unit and that include the plurality of blades is 1.5 times or less than a  diameter of a protruding tip of the lens holder.
8. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 2 to 7, wherein in the variable aperture frame, a distance from the lens optical axis of a portion that produces a torque to rotate the variable aperture frame is 1.5 times or more than those portions of the variable aperture mechanism that are above a lens holder of the lens unit and that include the plurality of blades.
9. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 2 to 8, wherein a torque to rotate the variable aperture frame is produced by an interaction between VA drive magnet (s) attached to the variable aperture frame and VA drive coil (s) attached to an insert base.
10. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 2 to 9, wherein each blade of the plurality of blades of the variable aperture mechanism comprises a first pin and a second pin, wherein the first pin is inserted into a first pin receptacle on a top surface of a lens holder of the lens unit, so that the first pin can slide and rotate in the first pin receptacle, and

    wherein the second pin is inserted into a second pin receptacle, so that the plurality of blades are simultaneously moved by rotating the variable aperture frame.
11. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 10, wherein each blade of the plurality of blades of the variable aperture mechanism is always preloaded to a predetermined direction by a preload spring that exerts a force between the first pin of the blade and the second pin receptacle of the variable aperture frame into which the second pin is inserted.
12. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 10 or 11, wherein the variable aperture frame is always given a rotational torque to a predetermined direction by a preload spring that exerts a force between the first pins of the plurality of blades of the variable aperture mechanism and the second pin receptacles of the variable aperture frame into which the second pins are inserted, and wherein the rotational torque is to force the variable aperture frame to be at a position corresponding to a maximum or minimum size of an opening of the variable aperture when the variable aperture mechanism is not energized.
13. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 2 to 12, further comprising a metal piece to attract a drive magnet attached to the variable aperture frame to a predetermined position.
14. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 10, wherein the plurality of blades of the variable aperture mechanism are always  preloaded to a predetermined direction.
15. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 15, wherein each blade of the plurality of blades is always preloaded to a predetermined direction by a preload spring.
16. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 11, 12, or 15, wherein the preload spring is a torsion spring.
17. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 16,

    wherein the variable aperture mechanism is configured to provide a maximum opening of the variable aperture when not energized, or

    wherein the variable aperture mechanism is configured to provide a minimum opening of the variable aperture when not energized.
18. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 17, wherein each blade of the plurality of blades of the variable aperture mechanism comprises a thin plate portion and a base portion.
19. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 10 to 12, wherein each blade of the plurality of blades of the variable aperture mechanism comprises a thin plate portion and a base portion, and wherein the first pin and the second pin are provided on the bottom of the base portion.
20. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 19, wherein the variable aperture mechanism comprises a cover, and a top surface of the cover is flat.
21. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 20, wherein the driving units of the autofocusing mechanism comprise two voice coil motors (VCMs) provided on two opposing sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture.
22. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 21, wherein each of the two VCMs of the driving units of the autofocusing mechanism comprises an AF drive magnet attached to an insert base and an AF drive coil attached to a lens holder of the lens unit.
23. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 22, wherein each of the two VCMs of the driving units of the autofocusing mechanism further comprises a yoke.
24. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of  Claims 1 to 23, wherein the driving units of the variable aperture mechanism comprise two voice coil motors (VCMs) provided on the other two opposing sides of the four sides of the device with integrated autofocusing and variable aperture.
25. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 24, wherein each of the two VCMs of the driving units of the variable aperture mechanism comprises a VA drive magnet attached to the variable aperture frame and a VA drive coil attached to an insert base.
26. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 25, wherein each of the two VCMs of the driving units of the variable aperture mechanism further comprises a yoke.
27. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 26, further comprising a detection mechanism for variable aperture frame position configured to detect a position of a member involved in determining a size of the opening of the variable aperture.
28. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 27, wherein the detection mechanism for variable aperture frame position is configured to detect a position of a VA drive magnet attached to the variable aperture frame.
29. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 27 or 28, wherein the detection mechanism for variable aperture frame position is a detection sensor, for instance, a Hall sensor.
30. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 27 to 29, wherein the detection mechanism for variable aperture frame position is attached to an insert base.
31. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 27 to 30, wherein movement of the variable aperture frame for changing the size of the opening of the variable aperture is servo-controlled by a control unit according to detection signals from the detection mechanism for variable aperture frame position.
32. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 31, further comprising a detection mechanism for autofocusing lens unit position configured to detect a position along the lens optical axis of the lens unit movable along the direction of the lens optical axis for autofocusing.
33. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 32, wherein the detection mechanism for autofocusing lens unit position is configured to detect a position of a detection magnet attached to a lens holder of the lens unit.
34. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to Claim 32 or 33, wherein the detection mechanism for autofocusing lens unit position is a detection sensor, for instance, a Hall sensor.
35. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 32 to 34, wherein the detection mechanism for autofocusing lens unit position is attached to an insert base.
36. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 32 to 35, wherein movement of the lens unit for autofocusing is servo-controlled by a control unit according to detection signals from the detection mechanism for autofocusing lens unit position.
37. The device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 36, further comprising an insert base, wherein the lens unit movable along the lens optical axis of the autofocusing mechanism is movably supported by the insert base via one or more elastic members.
38. A camera module comprising:

    the device with integrated autofocusing and variable aperture according to any one of Claims 1 to 37;

    a control unit; and

    an image sensor.
39. An electronic device comprising the camera module according to Claim 38.

Images