CN102798959A - 一种可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，音圈马达结构包括用于固定安装镜头的镜头座、对焦线圈、偏转线圈和磁石，对焦线圈和偏转线圈分别固定套装在镜头座外侧，磁石排布在对焦线圈和偏转线圈四周，使得对焦线圈能够与磁石相互作用，使对焦线圈带动镜头座前后运动，实现镜头对焦，偏转线圈能够与磁石相互作用，使偏转线圈带动镜头座做倾斜运动，实现镜头的移轴。本发明可同时实现镜头的对焦与可控倾斜角度。本发明的三线圈结构保持了体积小型化等重要优点，同时易于量产，线圈的阻抗易于与马达驱动电路相匹配，可广泛应用于目前的智能手机中，使其具有与中高端数码相机同样的拍照功能。

Description

一种可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构
 
技术领域
    本发明公开一种控制镜头倾斜的音圈马达，特别是一种可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构。
背景技术
    随着手机生产技术的不断提高，尤其是智能手机的出现以后，手机的功能越来越多，手机的摄像与拍照功能几乎已经成为每个手机的必备功能，随着5M、8M、12M等高像素摄像头在智能手机中的日益普及，使得手机拍照的素质越来越接近数码相机。但是，现有技术中的高像素手机摄像头却通常不含有数码相机的一些光学和机械部件，这种硬件上的缺失，无疑会让拍照手机的拍照效果比数码相机差很多。目前的拍照手机通常最多只有一个自动对焦马达来实现近焦、远焦的转换功能，其对镜头的控制至多是单维度的令镜头靠近或远离图像传感器。而高级的数码相机中，则同时是通过更加复杂的机械装置控制镜头相对于图像传感器进行多维度的运动，例如利用镜头平移来实现光学防抖动（OIS）,以及利用镜头适度倾斜来实现移轴摄影等。
为了使具有拍照功能的手机的摄像效果进一步向数码相机靠拢，不少国际知名的手机对焦马达厂商都开始研发三轴对焦马达，如TDK，Mistumi,富士康等厂商已经开发了基于镜头平移的光学防抖对焦马达。但是这些马达的结构非常复杂，体积和功耗较大，因此一直未能在智能手机市场上推广开来。
爱佩仪光电技术有限公司也为此开发了一款能令镜头产生可控倾斜的对焦马达，实现了自动对焦加光学防抖动的功能，并实现了器件的小型化突破，使得三轴马达的体积第一次做到跟传统单轴马达一样小，功耗也得到了良好控制，真正为三轴马达在手机中的应用铺平了道路。爱佩仪的这款马达设计利用了分布在镜头周边的若干个（大于等于3个）相同致动器，分别独立推动镜头在大致平行于光轴的方向上运动，通过控制每个致动器的移动量来实现镜头的对焦和可控倾斜角度，而镜头的倾斜的同时又能产生镜头的等效平移，从而可结合陀螺仪传感控制实现光学防抖的拍摄效果。然而，该款马达具有量产难度相对较大，不易与马达驱动电路相匹配等缺点，因而也未在智能手机中大量推广。
爱佩仪光电技术有限公司目前的对焦马达通常是采用四个相同的致动器共同推动镜头运动，其中每一个致动器对镜头的对焦和偏转都有贡献，所以需要四个致动器协同配合才能精确控制镜头的姿态。镜头运动时需要将马达对焦位置、X方向偏转角度和Y方向偏转角度这三个控制参量经过复杂的换算，转换成为驱动四个致动器的四个电流参量，才能实现所需要的控制。因此，控制芯片需要植入复杂的转换算法。此种对焦马达中，每个致动器的线圈阻抗偏小（< 10Ω），不利于与驱动电路匹配，且需要四个相同的驱动电路，用以控制四个相互独立的致动器。每个驱动电路都承担了控制马达对焦位置和偏转角度的任务，驱动电流为控制对焦的电流与控制偏转的电流的叠加。由于每个驱动电路的电流输出动态范围的限制，对焦电流的大小变化将影响偏转电流的动态范围，因此对焦运动和偏转运动两种运动容易互相牵制。
发明内容
针对上述提到的现有技术中智能手机中镜头驱动马达功能简单，或者结构复杂、难于量产等缺点，本发明提供一种新的可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，其通过多个与光轴相对垂直，且彼此间互相平行的线圈组成，其中一个线圈独立控制镜头在垂直于图像传感器的方向上运动，实现镜头的对焦；其余的线圈各自控制镜头分别对于两个垂直于光轴且相互正交的转轴进行可控偏转。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，音圈马达结构包括用于固定安装镜头的镜头座、对焦线圈、偏转线圈和磁石，对焦线圈和偏转线圈分别固定套装在镜头座外侧，磁石排布在对焦线圈和偏转线圈四周，使得对焦线圈能够与磁石相互作用，使对焦线圈带动镜头座前后运动，实现镜头对焦，偏转线圈能够与磁石相互作用，使偏转线圈带动镜头座做倾斜运动，实现镜头的移轴。
本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
所述的对焦线圈设有一个，偏转线圈设有两个，分别为第一偏转线圈和第二偏转线圈，两个偏转线圈分别设置在对焦线圈两侧，对焦线圈和偏转线圈相互平行，且对焦线圈和偏转线圈分别垂直于镜头座内的镜头的光轴设置。
所述的磁石设有四个，其中第一磁石和第二磁石为一组，第一磁石和第二磁石相对设置，其产生的磁场主要作用于第一偏转线圈和对焦线圈；第三磁石和第四磁石为一组，第三磁石和第四磁石相对设置，其产生的磁场主要作用于第二偏转线圈和对焦线圈。
所述的第二磁石对应于对焦线圈部分的内侧磁极极性与第一磁石内侧磁极极性相同，第二磁石对应于第一偏转线圈部分的内侧磁极极性与第一磁石内侧磁极极性相反；第四磁石对应于对焦线圈部分的内侧磁极极性与第三磁石内侧磁极极性相同，第四磁石对应于第二偏转线圈部分的内侧磁极极性与第三磁石内侧磁极极性相反。
所述的镜头座外侧罩装有用于屏蔽内外磁场的金属磁轭，磁石固定安装在金属磁轭内部。
所述的镜头座上端设有顶弹簧片，镜头座下端设有底弹簧片，镜头座通过顶弹簧片和底弹簧片悬挂在金属磁轭内。
所述的顶弹簧片上下两侧分别绝缘垫圈。
所述的第二磁石和/或第四磁石采用平面两级注磁工艺在同一块磁石上实现同一侧相反的两个磁极极化方向，或分别用两个磁极极化方向相反的磁石拼接而成。
本发明的有益效果是：本发明利用三个与光轴相对垂直，彼此互相平行的线圈对镜头进行控制，马达结构与常规技术中的完全不同，其可同时实现镜头的对焦与可控倾斜角度。本发明的三线圈结构保持了体积小型化等重要优点，同时易于量产，线圈的阻抗易于与马达驱动电路相匹配，可广泛应用于目前的智能手机中，使其具有与中高端数码相机同样的拍照功能。本发明中，马达对焦位置、X方向偏转角度和Y方向偏转角度这三个控制参量可直接用来控制三个致动器，不需要复杂算法转换，且每个线圈阻抗正合适(约为15Ω)，可与驱动电路很好配合。本发明中，只需采用三个驱动电路即可完成工作，电路结构简化。每个驱动电路分别独立控制三种不同的运动，使得对焦与偏转都有各自独立的动态范围，不会互相牵制。
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图。
图2为本发明俯视结构示意图。
图3为图2的A-A剖面结构示意图。
图4为图2的B-B剖面结构示意图。
图5为本发明的分解状态结构示意图。
图中，1-金属磁轭，2-第一绝缘垫圈，3-顶弹簧片，4-第二绝缘垫圈，5-第一偏转线圈，6-对焦线圈，7-第二偏转线圈，8-第一磁石，9-第二磁石，10-第三磁石，11-第四磁石，12-镜头座，13-底弹簧片，14-底壳。
具体实施方式
本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。
请参看附图1至附图5，本发明的核心部件是三个互相平行，且大致垂直于光轴（光轴即镜头中成像镜片所确定的光路的中心轴）方向的大致为矩形的线圈，以及在线圈四周精心排布的若干个磁石的组合。本实施例中，线圈设置有三个，其为可实现本发明目的的最简结构，具体实施时，也可以根据实际需要具体设置线圈数量。本实施例中的三个线圈中一个为对焦线圈6，另外两个线圈为偏转线圈，分别为第一偏转线圈5和第二偏转线圈7，其中，对焦线圈6设置在中间，两个偏转线圈分别设置在两侧。
对焦线圈6的四周对应设置有磁石，本实施例中，磁石设有四个，分别为第一磁石8、第二磁石9、第三磁石10和第四磁石11，因此当对焦线圈6内通电时，对焦线圈6对应于各磁石的部分将获得大致平行于光轴方向的相同朝向的作用力，从而使得对焦线圈6带动镜头做前后运动，实现镜头的对焦功能。偏转线圈只在两个相对的方向上有磁石分布，另外两个相对方向无磁石分布，且相对有磁石的两个方向的磁极极性相反，这样，当偏转线圈通电时，两个相对磁石的线圈部分将产生方向相反的力，形成一个力矩，使得镜头产生倾斜运动，两个偏转线圈分别独立控制镜头在两个正交的方向上产生倾斜运动。本实施例中，磁石设有四个，四个磁石分成两组，每组磁石包括两个相对设置的磁石，两组磁石呈正交分布，其中相对的第一磁石8和第二磁石9为一组，其位置偏上，其产生的磁场主要作用于第一偏转线圈5和对焦线圈6；相对的第三磁石10和第四磁石11为一组，其位置偏下，其产生的磁场主要作用于第二偏转线圈7和对焦线圈6。本实施例中，第一磁石8和第二磁石9的磁极设置请参看附图4，其中，第一磁石8靠近内侧一端的磁极为N极，靠近外侧一端的磁极为S极，第二磁石9可以用平面两级注磁工艺在一块磁石上实现相反的两个极化方向，也可以分别用两个极化方向相反的磁石拼接而成，第二磁石9对应于对焦线圈6部分的内侧一端磁极为N极，外侧一端的磁极为S极，第二磁石9对应于第一偏转线圈5部分的内侧一端的磁极为S极，外侧一端的磁极为N极；第三磁石10和第四磁石11的磁极设置请参看附图3，其中，第三磁石10靠近内侧一端的磁极为N极，靠近外侧一端的磁极为S极，第四磁石11可以用平面两级注磁工艺在一块磁石上实现相反的两个极化方向，也可以分别用两个极化方向相反的磁石拼接而成，第四磁石11对应于对焦线圈6部分的内侧一端磁极为N极，外侧一端的磁极为S极，第四磁石11对应于第二偏转线圈7部分的内侧一端的磁极为S极，外侧一端的磁极为N极。具体实施时，所有的磁石的磁极也可以全部反向设置，同时控制流过线圈的电流也反向，则最终马达的运动方向不变。
除了上述核心部件外，本发明中还包括其他外围部件，对焦线圈6和两个偏转线圈固定套装在镜头座12外侧，对焦线圈6和两个偏转线圈的形状与镜头座12的外部形状相吻合，即对焦线圈6和两个偏转线圈包裹镜头座12，镜头（图中未画出）固定设置在镜头座12内，由镜头座12带动镜头一起运动。镜头座12顶部固定设置有顶弹簧片3，镜头座12底部固定设置有底弹簧片13，镜头座12以及对焦线圈6和两个偏转线圈构成本发明的运动部分，运动部分通过顶弹簧片3和底弹簧片13悬挂起来，本实施例中，顶弹簧片3和底弹簧片13由单层或多层片状弹簧形成，通过控制各层弹簧的弹性系数比例，可以精确控制偏转运动的转轴位置，结合线圈电流的控制，可实现镜头的对焦与可控偏转。本实施例中，顶弹簧片3和底弹簧片13的弹性属性要调节到整个悬挂系统既能允许运动部分做上下对焦运动，又能在垂至于光轴的两个正交方向上做偏转运动。线圈外侧固定设有第一绝缘垫圈2和第二绝缘垫圈4，顶弹簧片3设置在第一绝缘垫圈2和第二绝缘垫圈4之间。本发明整体外侧罩装有一个金属磁轭1，金属磁轭1可将磁石用来吸附固定在线圈的周边，同时可用来屏蔽内外磁场，使其不会产生相互干扰。第一绝缘垫圈2和第二绝缘垫圈4用来将顶弹簧片3与金属磁轭1和磁石相固定并实现电绝缘。金属磁轭1底部固定安装有底壳14，底弹簧片13固定安装在底壳14上，底壳14与金属磁轭1相互安装在一起，形成一个容置腔，镜头座12的部件安装在容置腔内。
本发明在使用时，当对焦线圈6通电时，其四周相对的磁极极性相同，因此对焦线圈6可以产生一个大致沿光轴且方向相同的作用力，带动镜头座12做前后运动，从而实现镜头的对焦。当第一偏转线圈5通电时，由于其对应的第一磁石8和第二磁石9磁极相反，因此会产生一个方向相反的作用力，构成一个力矩，带动镜头座12朝第一磁石8或第二磁石9的方向倾斜；当偏转线圈7通电时，其对应的第三磁石10和第四磁石11磁极相反，因此产生一个方向相反的作用力，构成一个力矩，带动镜头座12朝第三磁石10或第四磁石11的方向倾斜。因此通过控制三个线圈的电流，可分别独立控制镜头的对焦运动和沿两个正交转轴的倾斜运动。
本发明利用三个与光轴相对垂直，彼此互相平行的线圈对镜头进行控制，马达结构与常规技术中的完全不同，其可同时实现镜头的对焦与可控倾斜角度。本发明的三线圈结构保持了体积小型化等重要优点，同时易于量产，线圈的阻抗易于与马达驱动电路相匹配，可广泛应用于目前的智能手机中，使其具有与中高端数码相机同样的拍照功能。本发明中，马达对焦位置、X方向偏转角度和Y方向偏转角度这三个控制参量可直接用来控制三个致动器，不需要复杂算法转换，且每个线圈阻抗正合适(约为15Ω)，可与驱动电路很好配合。本发明中，只需采用三个驱动电路即可完成工作，电路结构简化。每个驱动电路分别独立控制三种不同的运动，使得对焦与偏转都有各自独立的动态范围，不会互相牵制。

Claims (8)

1.一种可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，其特征是：所述的音圈马达结构包括用于固定安装镜头的镜头座、对焦线圈、偏转线圈和磁石，对焦线圈和偏转线圈分别固定套装在镜头座外侧，磁石排布在对焦线圈和偏转线圈四周，使得对焦线圈能够与磁石相互作用，使对焦线圈带动镜头座前后运动，实现镜头对焦，偏转线圈能够与磁石相互作用，使偏转线圈带动镜头座做倾斜运动，实现镜头的移轴。
2.根据权利要求1所述的可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，其特征是：所述的对焦线圈设有一个，偏转线圈设有两个，分别为第一偏转线圈和第二偏转线圈，两个偏转线圈分别设置在对焦线圈两侧，对焦线圈和偏转线圈相互平行，且对焦线圈和偏转线圈分别垂直于镜头座内的镜头的光轴设置。
3.根据权利要求2所述的可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，其特征是：所述的磁石设有四个，其中第一磁石和第二磁石为一组，第一磁石和第二磁石相对设置，其产生的磁场主要作用于第一偏转线圈和对焦线圈；第三磁石和第四磁石为一组，第三磁石和第四磁石相对设置，其产生的磁场主要作用于第二偏转线圈和对焦线圈。
4.根据权利要求3所述的可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，其特征是：所述的第二磁石对应于对焦线圈部分的内侧磁极极性与第一磁石内侧磁极极性相同，第二磁石对应于第一偏转线圈部分的内侧磁极极性与第一磁石内侧磁极极性相反；第四磁石对应于对焦线圈部分的内侧磁极极性与第三磁石内侧磁极极性相同，第四磁石对应于第二偏转线圈部分的内侧磁极极性与第三磁石内侧磁极极性相反。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，其特征是：所述的镜头座外侧罩装有用于屏蔽内外磁场的金属磁轭，磁石固定安装在金属磁轭内部。
6.根据权利要求5所述的可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，其特征是：所述的镜头座上端设有顶弹簧片，镜头座下端设有底弹簧片，镜头座通过顶弹簧片和底弹簧片悬挂在金属磁轭内。
7.根据权利要求5所述的可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，其特征是：所述的顶弹簧片上下两侧分别绝缘垫圈。
8.根据权利要求4所述的可实现镜头可控倾斜的音圈马达结构，其特征是：所述的第二磁石和/或第四磁石采用平面两级注磁工艺在同一块磁石上实现同一侧相反的两个磁极极化方向，或分别用两个磁极极化方向相反的磁石拼接而成。
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