CN101726827B - 伸缩型镜头装置的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伸缩型镜头的驱动方法，其采用了对镜头面直接施加变化的作用力的方法，通过改变其中至少一个镜头组一端的气压使作用在该镜头组两端的气压产生变化的压差而形成变化的驱动力，从而推动该镜头组向气压较小的方向运动，以实现镜头可在大行程范围内伸缩的功能，同时在伸缩过程中达到高精度定位，实现镜头的光学变焦和自动聚焦。

Description

伸缩型镜头装置的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种用于伸缩型镜头装置的驱动方法，尤其是指一种利用可变气压对伸缩型镜头装置的驱动方法。

背景技术

随着通讯技术的快速发展，对手机摄像头的技术要求也越来越高，例如，不仅其像素要求越来越高，而且还要求手机摄像头具备光学变焦和自动对焦的功能。近些年来，全球的手机产业对这方面的研发投入了无数的研发费用，对镜头的伸缩驱动提出了很多方法。例如，采用音圈马达来驱动，这种方法的特点是技术成熟，结构简单，但主要依靠电磁力保持镜头的位置，使用时会发热，而且相比其他方式，其耐冲击性较差。其次，有使用步进电机+连杆+齿轮的驱动方法，这种方法可以不依靠电磁力来保持镜头伸缩的位置，但该结构的尺寸比较大，结构复杂，有机械损失，而且价格较贵。另外，还有采用压电马达作镜头伸缩的驱动方法，这是以压电陶瓷为激励元件的新型马达。它利用压电陶瓷的逆压电效应产生高频机械振动，通过定子和转子间的摩擦力来直接驱动镜头伸缩。这种方法具有结构简单，响应迅速，定位精确，能量密度大，低速大扭矩等优点。但是，所述的压电马达在使用中通常需施加一路或几路超声频率下的正弦或方波电压信号进行驱动，因此需要专用的驱动电源配套使用，直接导致产品的成本大幅上涨，这在成本日益压缩的手机行业不受青睐，应用价值较低。上述所有这些驱动方法，其共同点都是将驱动力作用在固定镜头的镜筒上。此外，这些镜头的驱动方法还存在一个致命的弱点，那就是镜头伸缩的行程范围受到相应驱动结构本身尺寸的限制。

如何研究出行程不受限制，成本低廉，功耗小，又能抗震的镜头的驱动方法是近年来国际手机行业一直探索的难题。所以，又提出了以下这种用于伸缩型镜头的驱动方法，该方法将驱动力直接作用在要伸缩的镜头的透镜面上，通过改变伸缩镜头一端的气压，使镜头两端产生压差，从而形成驱动镜头伸缩的驱动力，并推动镜头向气压较小的方向运动，由此实现镜头的伸缩功能。这种驱动方法的结构简单，适用于镜头等要求伸缩镜头结构短小，轻薄且成本廉价的民用产品。但是，由于本方法中施加在伸缩镜头一端的是一个恒定的气压值，即所产生的使镜头伸缩的驱动力也是一个恒定值，所以无法对镜头在伸缩过程中做到精确的控制和定位，在实现镜头的光学变焦和自动对焦功能时，存在不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于伸缩型镜头的驱动方法，不仅其驱动装置简单小巧，成本低廉，并且在镜头的伸缩过程中达到位置和精度可控，精确实现镜头的光学变焦和自动聚焦功能。

为达上述目的，本发明提供一种适用于伸缩型镜头的驱动方法，该方法包含以下步骤：

步骤1、将驱动装置中的至少一个气压改变装置的输出端连接至所述的伸缩型镜头装置内，使得该驱动装置产生的驱动力直接作用在所述镜头装置中的至少一个镜头面上；

步骤2、该气压改变装置在一时间段内形成一个可变气压源，从而改变与其连接的该镜头面一侧的气压，由此在该镜头装置的两端产生可变压力；

步骤3、该步骤2中形成的可变压力在所述的时间段内推动或吸引该镜头装置向气体压强小的方向运动，实现镜头装置的伸出或缩进。

其中，所述的镜头装置是指由至少一个镜头组，至少一个可伸缩的镜筒，一个镜头底座，一颗芯片，和印刷电路板组成。

在本发明的驱动方法中，所述的步骤1还包括：在所述的镜头装置内至少设置一个空腔，该空腔通过一气体通道与所述的气压改变装置连接。进一步，所述的空腔由一个镜头组的透镜面和镜筒底面及相邻镜筒壁围成。该空腔也可以由镜头装置中相邻两个镜头组的透镜面及相邻镜筒壁围成。

在本发明的驱动方法中，步骤2中所述的由气压改变装置输出的可变气压由一个恒定气压和一个交变的气压叠加组成。

所述的气压改变装置包含一个气泵以及一个控制电路，该控制电路控制气泵在步骤2所述的时间段内输出所述的可变气压。

在本发明的驱动方法的步骤3中，当所述镜头装置在所述时间段内完成伸出或缩进后，气泵停止工作，通过相邻镜筒间的静摩擦力来保持当前镜头的位置。

本发明所提供的伸缩型镜头的驱动方法，具有以下有益技术效果：

本发明方法采用了对镜头装置中的镜头面上直接施加可变压力的方法，通过改变其中至少一个镜头面一端的气压使作用在该镜头装置两端的气压产生可变压差而形成驱动力，从而推动该镜头向气压较小的方向运动，以实现镜头可在大行程范围内伸缩的功能，并且结构简单，制造成本低廉。

进一步，由于本发明方法中施加在镜头面一端的是一个可变气压信号，尤其优选的是一个交变气压信号，其使得在该端镜头面附近产生稳定的振动气流，从而使得镜头在伸缩过程中更稳定，一方面可以实现镜头的伸缩功能，也就是实现镜头自动光学变焦功能，另一方面可实现对镜头伸缩驱动的定位控制，其具体的控制精度取决于该交变气压信号的振动振幅，振动周期和振动波形，从而可实现镜头自动聚焦功能，且保证镜头对焦后所获取的图像清晰。

另外，本发明方法中是利用相邻镜筒之间的静摩擦力，来实现镜头伸出或缩进后的摩擦制动定位，保持当前镜头的位置，使得镜头在定位锁定后，气压改变装置可以暂停工作，降低功耗。且该气压改变装置可以采用手机本身配备的标准电源，而无需另外使用专门匹配的驱动电源。

附图说明

图1是本发明的伸缩型镜头的驱动方法的流程图；

图2是使用本发明方法的伸缩型镜头和驱动装置的实施例一的结构示意图；

图3是使用本发明方法的伸缩型镜头和驱动装置的实施例二的结构示意图；

图4是使用本发明方法的伸缩型镜头和驱动装置的实施例三的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1～图4，详细说明本发明的若干较佳实施例。

实施例1

如图2所示，为伸缩型镜头以及驱动装置的一种具体实施例。该镜头装置包括可伸缩镜筒210，该镜筒210内设置有至少两组(或者更多组)相对运动符合变焦镜头规律的可伸缩的镜头组110和镜头组111，另外，该图2中未示出镜头装置中的芯片和印刷电路板。其中，镜头组110内的若干透镜之间(即属于该镜头组110的透镜之间)的相对运动也符合变焦镜头的规律。其中，所述的镜筒210，可伸缩的镜头组110和镜头组111之间的接触面为具有一定摩擦系数的表面，能使可伸缩镜头组在完成伸出或缩进后利用摩擦力进行定位固定。进一步，在可伸缩镜头组111的透镜面与所述镜筒210的底座之间形成一空腔440，该空腔440的侧壁上设置有一通孔430(也可以在筒壁间开孔，图中没有示出)，通过通孔430将空腔440和驱动装置中的气泵510连接，该驱动装置还包含依次设置在通孔430和气泵510之间的第一阀门410和第二阀门420，设置在气泵510内且与内壁相匹配的可相对移动的磁铁520，缠绕设置在气泵510外的通电线圈530，以及连接在该通电线圈530两端的控制电路610。

如图1所示，本实施例1所述的伸缩型镜头的驱动方法过程如下：

步骤1、将驱动装置中的气压改变装置，也就是气泵510的输出端通过通孔430连接至所述的伸缩型镜头内的空腔440，使得该驱动装置产生的驱动力直接作用在所述镜头中的镜头组111的镜面上；

步骤2、该气泵510在一时间段内输出一个振动式交变气压信号(其是由一个恒定阶跃信号叠加一个振动交变信号构成的)，来改变与其连接的镜头组111下端的气压，使镜头组111下端的气体压强产生振动式交变，形成稳定的振动气流，从而使该镜头组111的两端产生振动式交变压差；

步骤3、该步骤2中形成的振动式交变压差导致所述的与驱动装置连接的镜头组111下端形成稳定的交变式驱动力，在所述时间段内推动或吸引该镜头组111向气体压强较小的方向运动，实现镜头组111的精确伸出或缩进；并利用镜头组111与镜筒210之间的静摩擦力进行定位固定，将镜头保持在当前所处的位置。从而达到镜头伸缩过程中的位置和精度可控，实现镜头的光学变焦和自动聚焦。

其中，在步骤2中，当气泵510使得与其连接的镜头组111下端的气压在改变后大于该镜头组111另一端的气压，此时在镜头组111两端形成的振动式交变压差使得该镜头组111在步骤3中向气体压强较小的方向伸出。具体镜头伸出过程如下：

先对气泵510进行充气，当磁铁520位于最靠近第一阀门410的位置处，通过控制电路610的控制将第二阀门420打开，第一阀门410闭合，同时控制电路610在通电线圈530上加上使磁铁520朝远离所述第一阀门410的方向运动的电流，磁铁520在通电线圈530的作用下朝远离所述第一阀门410的方向运动，在此过程中，气体通过第二阀门420被吸入气泵510中，直至完成对气泵510的充气并在控制电路610的控制下关闭第二阀门420。

接着，为气泵510的泵气过程，控制电路610将第一阀门410打开，同时其在通电线圈530上加上使磁铁520朝靠近所述第一阀门410的方向运动的交变电流，所述磁铁520在通电线圈530的作用下，朝向第一阀门410方向做振动式交变运动，在这一过程中，气泵510内的气体以振动式交变方式通过第一阀门410以及通孔430被压缩进镜头内的空腔440中，并增大镜头组111下端的气压，使该镜头组111的两端产生振动式交变压差；

上述形成的振动式交变压差导致所述的与驱动装置连接的镜头组111下端形成稳定的交变式驱动力，在所述时间段内推动镜头组111向气体压强较小的方向运动，实现镜头组111的精确伸出；并利用镜头组111与镜筒210之间的静摩擦力进行定位固定，将镜头保持在当前所处的位置。

而当气泵510在步骤2中使得与其连接的镜头组111下端的气压在改变后小于该镜头组111另一端的气压，此时在镜头组111两端形成的振动式交变压差使得该镜头组111在步骤3中向气体压强较小的方向缩进。具体镜头缩进过程如下：

先对气泵510进行排气，当磁铁520位于最远离第一阀门410的位置处，通过控制电路610的控制将第一阀门410闭合，第二阀门420打开，同时控制电路610在通电线圈530上加上使磁铁520朝靠近所述第二阀门420的方向运动的电流，磁铁520在通电线圈530的作用下朝靠近所述第二阀门420的方向运动，在此过程中，气泵510中的气体通过第二阀门420被排入外界，直至完成对气泵510的排气并在控制电路610的控制下关闭第二阀门420。

接着，为气泵510的抽气过程，控制电路610将第一阀门410打开，同时其在通电线圈530上加上使磁铁520朝远离所述第一阀门410的方向运动的交变电流，所述磁铁520在通电线圈530的作用下，朝远离第一阀门410的方向做振动式交变运动，在这一过程中，镜头内的空腔440中的气体以振动式交变方式通过第一阀门410以及通孔430被抽入气泵510内，并缩小镜头组111下端的气压，使该镜头组111的两端产生振动式交变压差；

上述形成的振动式交变压差导致所述的与驱动装置连接的镜头组111下端形成稳定的交变式驱动力，在所述时间段内推动镜头组111向气体压强较小的方向运动，实现镜头组111的精确缩进；并利用镜头组111与镜筒210之间的静摩擦力进行定位固定，将镜头保持在当前所处的位置。

本实施例中，通过改变在镜头组一端的气压，使得空腔内的气压产生振动，在该端镜头组附近产生稳定的振动气流，从而实现对镜头伸缩驱动的定位控制，其具体的控制精度取决于该交变气压的振动振幅，振动周期和振动波形，从而可实现镜头的光学变焦功能和自动聚焦功能，且保证镜头对焦后所获取的图像清晰。

实施例2

如图3所示，为伸缩型镜头以及驱动装置的另一种具体实施例。本实施例2与上述实施例1的结构基本相同，唯一的区别在于本实施例中镜头内的空腔440设置在镜头组110与镜头组111的相邻透镜面之间，且其通过通孔430与驱动装置的气泵510连接。根据本实施例中的空腔440的设置位置，可实现镜头组110的精确伸出和缩进，从而达到镜头伸缩过程中的位置和精度可控，实现镜头的光学变焦和自动聚焦。

本发明方法还具有另一优选实施例，其可结合上述的实施例1和实施例2，可以同时在镜头内设置2个空腔，一个空腔如实施例1中所设，另一个空腔如实施例2中所设，且该2个空腔分别连接2个用于改变气压的气泵，利用振动式交变信号实现对2个镜头组的伸缩驱动，达到光学变焦和自动聚焦的功能。

实施例3

如图4所示，为伸缩型镜头以及驱动装置的又一种具体实施例。本实施例3与上述实施例2的结构基本相同，唯一的区别在于本实施例中的驱动装置在通孔430和第一阀门410之间还设置有一个气体存储装置710，该气体存储装置710用于存储一定量的高压气体，可以是一个气罐，其还包含一个设置在通孔430和气体存储装置710之间的阀门(图中未示)。

当气泵510中的磁铁520在控制电路610的控制下向靠近第一阀门410，也就是向靠近所述的气体存储装置710方向做振动式交变运动时，该控制电路610同时控制所述气体存储装置710的阀门打开，由于气体存储装置710内的气压大于通过通孔430连通的空腔440内的气压，故该气体存储装置710内的气体被压入空腔440内。此时，又由于气泵510中的气体对该气体存储装置710内存储的高压气体形成一振动式交变的推动力，从而使得该气体存储装置710内的气体以振动式交变方式被压入空腔440中，并增大镜头组111下端的气压，使该镜头组111的两端产生振动式交变压差；

上述形成的振动式交变压差导致所述的与驱动装置连接的镜头组111下端形成稳定的交变式驱动力，在所述时间段内推动镜头组111向气体压强较小的方向运动，实现镜头组111的精确伸出；并利用镜头组111与镜筒210之间的静摩擦力进行定位固定。

本实施例中，利用一个预先存储了高压气体的气体存储装置710，使得镜头在上述所述的伸出过程中可加快伸出速度。同时也与上述的其他实施例一致，通过改变在镜头组一端的气压，使得空腔内的气压产生振动，在该端镜头组附近产生稳定的振动气流，从而实现对镜头伸缩驱动的定位控制，其具体的控制精度取决于该交变气压的振动振幅，振动周期和振动波形，从而可实现镜头的光学变焦功能和自动聚焦功能，且保证镜头对焦后所获取的图像清晰。

本发明所提供的伸缩型镜头的驱动方法，具有以下有益技术效果：

本发明方法采用了对镜头装置中的镜头面上直接施加可变压力的方法，通过改变其中至少一个镜头面一端的气压使作用在该镜头装置两端的气压产生可变压差而形成驱动力，从而推动该镜头向气压较小的方向运动，以实现镜头可在大行程范围内伸缩的功能，并且结构简单，制造成本低廉。

进一步，由于本发明方法中施加在镜头面一端的是一个可变气压信号，尤其优选的是一个交变气压信号，其使得在该端镜头面附近产生稳定的振动气流，从而使得镜头在伸缩过程中更稳定，一方面可以实现镜头的伸缩功能，也就是实现镜头自动光学变焦功能，另一方面可实现对镜头伸缩驱动的定位控制，其具体的控制精度取决于该交变气压信号的振动振幅，振动周期和振动波形，从而可实现镜头自动聚焦功能，且保证镜头对焦后所获取的图像清晰。

另外，本发明方法中是利用相邻镜筒之间的静摩擦力，来实现镜头伸出或缩进后的摩擦制动定位，保持当前镜头的位置，使得镜头在定位锁定后，气压改变装置可以暂停工作，降低功耗。且该气压改变装置可以采用手机本身配备的标准电源，而无需另外使用专门匹配的驱动电源。

上述说明和附图给出了本发明的具体实施方式及其细节。本领域的普通技术人员将意识到本发明可以在许多其它的具体结构中实施，并且本领域的普通技术人员不需过多实验即可实施这些相关实施方式。本发明的保护范围因而不仅仅受限于上述说明的具体优选实施方式，而是由权利要求来提出。权利要求中等效的方法和范围内的任何所有更改均被视为包括在本发明的精神和范围内。

Claims (6)

1.一种伸缩型镜头装置的驱动方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

步骤1、将驱动装置中的至少一个气压改变装置的输出端连接至所述的伸缩型镜头装置内，使得该驱动装置产生的驱动力直接作用在所述镜头装置中的至少一个镜头面上；

步骤2、该气压改变装置在一时间段内形成一个可变气压源，从而改变与其连接的该镜头面一侧的气压，由此在该镜头装置的两端产生可变压力；

所述的可变气压源由一个恒定气压和一个交变的气压叠加组成；

所述的气压改变装置包含一个气泵，一个控制电路，以及一个设置在所述气泵和镜头装置之间的气体存储装置；在步骤2所述的时间段内，所述的控制电路控制气泵输出所述的交变气压，所述的气体存储装置输出所述的恒定气压；

步骤3、该步骤2中形成的可变压力在所述的时间段内推动或吸引该镜头装置向气体压强小的方向运动，实现镜头装置的伸出或缩进。

2.如权利要求1所述的伸缩型镜头装置的驱动方法，其特征在于，所述的镜头装置是指由至少一个镜头组，至少一个可伸缩的镜筒，一个镜头底座，一颗芯片，和印刷电路板组成。

3.如权利要求1所述的伸缩型镜头装置的驱动方法，其特征在于，所述的步骤1还包括：在所述的镜头装置内至少设置一个空腔，该空腔通过一气体通道与所述的气压改变装置连接。

4.如权利要求3所述的伸缩型镜头装置的驱动方法，其特征在于，所述的空腔由一个镜头组的透镜面和镜筒底面及相邻镜筒壁围成。

5.如权利要求3所述的伸缩型镜头装置的驱动方法，其特征在于，所述的空腔由镜头装置中相邻两个镜头组的透镜面及相邻镜筒壁围成。

6.如权利要求1所述的伸缩型镜头装置的驱动方法，其特征在于：步骤3中，当所述镜头装置在所述时间段内完成伸出或缩进后，气泵停止工作，通过相邻镜筒间的静摩擦力来保持当前镜头的位置。

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