CN103076707A - 摄像头模组镜筒步进运动的实现方法、模组及便携设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了摄像头模组镜筒步进运动的实现方法、模组及便携设备，模组包括弹性体(4)、镜筒(6)、线圈(5)和永磁体(3)，方法包括：a.弹性体夹持着镜筒，弹性体的径向形变为镜筒施加径向正压力，通过正压力在弹性体与镜筒的接触面上产生轴向摩擦力，摩擦力帮助镜筒相对模组保持静止状态；b.在动圈模式下，线圈与镜筒连接，永磁体固定在模组中；在动磁模式下，永磁体与镜筒连接，线圈固定在模组中，在两种模式下，给线圈通入电流，镜筒都将受到沿光轴方向的电磁力，作为镜筒沿光轴方向做直线运动的驱动力，通过改变线圈中的电流，从而改变驱动力，使模组镜筒实现步进运动，重复上述步进过程，使所述镜筒实现伸缩和/或对焦功能。

Description

摄像头模组镜筒步进运动的实现方法、模组及便携设备

技术领域

本发明涉及一种微型可伸缩摄像头模组镜筒步进运动的实现方法，并涉及基于这种方法的摄像头模组，所述摄像头模组可以通过所述步进运动实现镜筒的伸缩和/或对焦功能

背景技术

微型摄像头模组(CCM，compact camera module)由摄像头芯片和成像镜片组组成，成像镜片组置于模组的镜筒中，镜筒位置和感光芯片的有机配合才能获取高品质的图像或视频。现代的手持设备，一方面为了美观的需要被设计得越来越薄，微型摄像头模组的高度也随之越来越低，对应镜片组总高度降低；另一方面为了图像品质的需要，感光芯片的感光面对角线尺寸越来越大，两方面的因素都会导致对应的模组中的镜片组主入射角变大，使图像品质降低。如何保障镜片组的主入射角不变，加大感光芯片尺寸，并满足更薄机身的手持设备外观设计要求一直是手持设备设计行业研究的问题。数码相机尤其是超薄的数码相机采用伸缩镜片组来解决这个问题。数码相机的伸缩镜片组是通过旋转方式驱动，采用了结构相对庞大的诸如螺纹/螺母结构、齿轮传输结构、或是涡轮涡杆结构等机械传动结构，这样的结构无法放置在像手机、笔记本电脑、Pad等更薄的设备中。而现有轻薄型设备中普遍使用的音圈电机，其镜筒无法伸出模组外，只能用做自动聚焦，工作时不能实现镜片组伸缩的功能，因而无法解决上述摄像头模组高度越来越低而带来的问题。

可见，轻薄型电子设备需要有一种新的微型摄像头模组来解决上述矛盾，而采用这种方法做成的微型摄像头模组要求结构简单，微型摄像头模组在不拍照时高度满足设备高度要求。微型摄像头模组在拍照时伸出镜头，伸出镜片组的附加的高度能保证镜片组的主入射角不变，从而保证拍照的图像品质；而且微型摄像头模组还需要能够提供微米量级的步进运动来实现对焦功能。

发明内容

可见，现有技术受结构限制不能解决轻薄型电子设备的外观与图像品质之间的矛盾。

针对上述技术的缺点，本发明提供了一种新的微型摄像头模组结构及其驱动镜筒步进运动的实现方法。这种方法的特点包括：

(1)微型摄像头模组采用直线驱动，在任何时候镜片组沿光轴方向只受通电线圈在磁场中的安培力，镜筒与接触件间的摩擦力和镜筒重力沿运动方向的分力；

(2)微型摄像头模组不工作时镜片组在模组内，模组高度低；在工作时镜片组伸出模组，提供额外的高度，保证了镜片组的主入射角不变；

(3)通过测量模组中线圈在磁场中运动时产生的感应电势的方向和大小，计算出与该线圈相连接的镜片组的运动参数，如镜片组的速度，镜片组运动的方向等；

(4)通过在模组线圈中施加一定大小和方向的电流来得到控制镜片组运动的安培力；

(5)镜片组只在光轴的径向有支撑，在轴向没有支撑；

(6)当需要镜片组伸出时，镜片组被安培力驱动，镜片组与接触件间产生相对滑动，镜片组到达目标位置，镜片组依赖这种相对滑动实现伸出和缩回来改变镜片组的高度；

(7)当模组接近对焦位置时，镜片组在外界的激励下发生了一定的振动，通过控制施加在模组线圈上的电流，得到与镜片组振动同相位的安培力，导致镜片组与弹性体间在所需要的运动方向上发生相对滑动。

(8)镜片组的振动和每次的相对滑动都被控制小于100微米量级，这种受控的振动加滑动使微型模组实现了一定精度的可重复的步进运动，从而实现对焦功能。

根据本发明的一个方面，提供了一种驱动摄像头模组镜筒步进运动的实现方法，所述模组包括弹性体、镜筒、线圈和永磁体，

所述模组镜筒步进运动的实现方法包括：

a.所述弹性体夹持着所述镜筒，所述弹性体的径向形变为所述镜筒施加径向正压力，通过所述正压力在所述弹性体与所述镜筒的接触面上产生轴向摩擦力，所述摩擦力可以帮助所述镜筒相对所述模组保持静止状态；

b.在动圈模式下，所述线圈与所述镜筒连接，所述永磁体固定在所述模组中；在动磁模式下，所述永磁体与所述镜筒连接，所述线圈固定在所述模组中，在所述两种模式下，给所述线圈通入电流，所述镜筒都将受到沿光轴方向的电磁力，作为所述镜筒沿光轴方向做直线运动的驱动力，通过改变所述线圈中的电流，从而改变所述驱动力，使所述模组实现步进运动。

在本发明的该方面中，采用摩擦力来固定镜筒，消除了对轴向弹簧和弹片的需求，也就消除了轴向弹簧和弹片对镜筒的行程的约束，允许镜筒伸出摄像头模组。由于模组镜筒是步进运动，而判断合焦需要一定处理时间，提高了对焦的准确性。

根据一个优选的实施方式，通过改变所述线圈中的电流从而改变驱动所述镜筒的电磁力，使所述弹性体轴向上的形变发生变化，并使所述镜筒和所述弹性体在当前位置附近沿所述镜筒的轴向上发生振动。

在本实施方式中，由于判断合焦需要对合焦前后多处的图像进行分析，振动正好能够为合焦分析提供振动原点前后多处的图像，加快了合焦分析的速度，提高了对焦的速度。

根据一个优选的实施方式，检测所述线圈中因所述镜筒运动所产生的感应电势，根据所述感应电势的大小和方向，计算出所述镜筒的运动速度和运动方向。

该实施方式还进一步计算该镜筒的运动方向和速度。

根据一个优选的实施方式，根据所述镜筒的运动方向，在所述线圈中通上相应的电流，使驱动所述镜筒的电磁力与所述镜筒运动方向一致，电磁力做正功，电能将转化为所述弹性体的弹性势能、所述镜筒的动能，所述弹性体在振动中的轴向振幅将逐渐增大。

该实施方式提供了使镜筒发生振动的具体实现方式。

根据一个优选的实施方式，对应所述弹性体对所述镜筒的某一径向压力以及所述弹性体与所述镜筒接触面的条件，所述弹性体的轴向形变量不能超过某一最大数值，由于有电磁力做正功，当所述弹性体的轴向形变量达到了所述最大数值，而所述镜筒的速度不为零，还在向所述弹性体的轴向形变加大的方向运动时，所述镜筒将相对所述弹性体的接触面滑动，然后在摩擦力作用下停止在某一位置，即所述镜筒实现一次步进。

该实施方式提供了使镜筒在振动中往前移动的具体实现方式。

根据一个优选的实施方式，所述镜筒的一次步进，即所述镜筒相对所述弹性体的接触面滑动一定距离，该距离由所述弹性体的径向弹力、轴向刚度、电磁力、所述镜筒与所述弹性体之间的摩擦系数等因素决定，每一次步进的距离不大于100微米，且具备可重复性，所以重复上述步进过程，就能够控制所述镜筒的位置，实现所述模组的伸缩和/或对焦功能。

进一步优选地，在所述镜筒的步进过程中，所述镜筒由振动变为与模组相对静止的过程中，通过电磁驱动力的控制，使每次的一次步进，即所述镜筒相对所述弹性体的接触面滑动一定距离。

根据本发明的第二个方面，还提供了一种摄像头模组，所述模组包括弹性体、镜筒、线圈和永磁体，其中，

-所述弹性体夹持着所述镜筒，所述弹性体的径向形变为所述镜筒施加径向正压力，通过所述正压力在所述弹性体与所述镜筒的接触面上产生轴向摩擦力，所述摩擦力帮助所述镜筒相对所述模组保持静止状态；

-在动圈模式下，所述线圈与所述镜筒连接，所述永磁体固定在所述模组中；在动磁模式下，所述永磁体与所述镜筒连接，所述线圈固定在所述模组中，在所述两种模式下，所述线圈被通入电流，所述镜筒都将受到沿光轴方向的电磁力，作为所述镜筒沿光轴方向做直线运动的驱动力，所述线圈中的电流被改变，从而改变所述驱动力，使所述模组实现步进运动。

根据本发明的第三个方面，还提供了一种具有摄像功能的便携设备，包括本发明的第二个方面所述的摄像头模组。该便携设备例如是手机、PDA、平板电脑等等。

本发明的其它优点将在下文中描述，或者通过下文的说明而由本领域的技术人员所理解。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1是根据本发明的一种实施例的摄像头模组的分解示意图；

图2是根据本发明的一种替代实施例的摄像头模组的分解示意图；

图3是根据本发明的另一种替代实施例的摄像头模组的分解示意图；

图4是根据本发明的又一种替代实施例的摄像头模组的分解示意图；

图5是根据本发明的方法的实施方式驱动摄像头模组镜筒步进运动的方法流程。

具体实施方式

下面首先参照图1至4，对根据本发明的实施方式的摄像头模组的结构进行说明。

如图1至4所示，模组包括弹性体4、镜筒6、线圈5和永磁体3，以及优选地还包括用于引导镜筒6的导筒1，以及定子2。

具体地，在第一个实现方式中，如图1所示，定子2包括内壁和外壁，永磁体3位于内壁和外壁之间。导筒1位于定子2的内壁内侧。并且，弹性体4被固定在定子2的内侧与镜筒接触。该弹性体4可以是弹性的金属片或塑料片。

在第二个实施方式中，如图2所示，具有类似的结构，区别在于弹性体4并不是单独的部件，而是整体形成于定子2的内部，且导筒1上具有开口以将弹性体4露出于导筒1的内侧，从而与镜筒6接触。弹性体4具有与镜筒6相接触的轴向延伸部分，以及可在轴向上弯曲形变的U型的部分。

在第三个实施方式中，如图3所示，与图2的结构类似。弹性体4整体形成于定子2的内部，且导筒1上具有开口以将弹性体4露出于导筒1的内侧，从而与镜筒6接触。弹性体4具有与镜筒6相接触的轴向延伸部分，以及可在轴向上弯曲形变的U型的部分。

在第四个实施方式中，如图4所示，弹性体4并不是单独的部件，而是作为导筒1的一部分，导筒1的侧壁与镜筒6接触并产生摩擦力，该侧壁与导筒1的基部之间由U型的弹性部件连接，该U型的弹性部件可以在轴向上形变。

在描述了摄像头模组的结构后，下面将详述驱动摄像头模组步进运动的实现方法。

如图5所示，弹性体4夹持着镜筒6，弹性体4的径向形变为镜筒施加径向正压力，通过正压力在弹性体4与镜筒6的接触面上产生轴向摩擦力，该摩擦力帮助镜筒6相对模组保持静止状态。可以理解，弹性体4可以稍向内伸出，镜筒6插入定子内部后，与弹性体4接触并将其向外顶，从而使弹性体4在径向上向外形变，并对镜筒施加径向上的向内的正压力。

在动圈模式下，线圈与镜筒连接，永磁体固定在模组中；在动磁模式下，永磁体与镜筒连接，线圈固定在模组中，在两种模式下，控制器控制驱动电路给线圈通入电流，镜筒都将受到沿光轴方向的电磁力，作为镜筒沿光轴方向做直线运动的驱动力，通过改变线圈中的电流，从而改变驱动力，使模组实现步进运动。

在一个实施方式中，通过改变线圈中的电流从而改变驱动镜筒的电磁力，使弹性体轴向上的形变发生变化，并使镜筒和弹性体在当前位置附近沿镜筒的轴向上发生振动。

更加具体地，如图5所示，在镜筒运动过程中，检测线圈中因镜筒运动所产生的感应电势，根据感应电势的大小和方向，计算出镜筒的运动速度和运动方向。检测感应电势的方法和电路是本领域的一般技术人员所熟知的，这里不再赘述。

进一步地，控制器根据感应电势的方向，即根据镜筒的运动方向，在线圈中通上相应流向的电流，使驱动镜筒的电磁力与镜筒运动方向一致，电磁力做正功，电能将转化为弹性体的弹性势能、镜筒的动能，从而逐渐积累弹性体的弹性势能与镜筒的振动能量，弹性体的轴向形变量将逐渐增大。

对应某一弹性体对镜筒的径向压力以及弹性体与镜筒接触面的条件下，弹性体的轴向形变量不超过某一最大数值，由于有电磁力做正功，当弹性体的轴向形变量达到了最大数值，而镜筒的速度不为零，还在向弹性体的轴向形变加大的方向运动时，镜筒将克服两者之间的静摩擦力而相对弹性体的接触面滑动，然后在动摩擦力作用下停止在某一位置，即镜筒实现一次步进。更加具体地，设弹性体的轴向形变量不超过50微米，在振动过程中，由于电磁力做正功，使得振动幅度不断加大，当镜筒振动至50微米位置且镜筒还带有速度时，镜筒将克服静摩擦力并相对弹性体的接触面滑动前进。在滑动一段距离后，由于镜筒与弹性体之间的动摩擦力作用，镜筒将再次相对于弹性体的接触面静止，而后继续随着弹性体的振动，如此往复。

优选地，镜筒的一次步进，即镜筒相对弹性体的接触面滑动一定距离，该距离由弹性体的径向弹力，轴向刚度、电磁力、摩擦系数等因素决定，每一次步进的距离不大于100微米，且具备可重复性，所以重复上述步进过程，就能够控制镜筒的位置，实现模组的伸缩和/或对焦功能。

在镜筒的步进过程中，镜筒由振动变为与模组相对静止的过程中，通过电磁驱动力的控制，使每次的一次步进，即镜筒相对弹性体的接触面滑动一定距离。

尽管在附图和前述的描述中详细阐明和描述了本发明，应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本发明不限于上述实施方式。

那些本技术领域的一般技术人员能够通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在本发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种驱动摄像头模组镜筒步进运动的实现方法，所述模组包括弹性体(4)、镜筒(6)、线圈(5)和永磁体(3)，

所述模组镜筒步进运动的实现方法包括：

a.所述弹性体夹持着所述镜筒，所述弹性体的径向形变为所述镜筒施加径向正压力，通过所述正压力在所述弹性体与所述镜筒的接触面上产生轴向摩擦力，所述摩擦力帮助所述镜筒相对所述模组保持静止状态；

b.在动圈模式下，所述线圈与所述镜筒连接，所述永磁体固定在所述模组中；在动磁模式下，所述永磁体与所述镜筒连接，所述线圈固定在所述模组中，在所述两种模式下，给所述线圈通入电流，所述镜筒都将受到沿光轴方向的电磁力，作为所述镜筒沿光轴方向做直线运动的驱动力，通过改变所述线圈中的电流，从而改变所述驱动力，使所述模组实现步进运动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过改变所述线圈中的电流从而改变驱动所述镜筒的电磁力，使所述弹性体轴向上的形变发生变化，并使所述镜筒和所述弹性体在当前位置附近沿所述镜筒的轴向上发生振动。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：检测所述线圈中因所述镜筒运动所产生的感应电势，根据所述感应电势的大小和方向，计算出所述镜筒的运动速度和运动方向。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：根据所述镜筒的运动方向，在所述线圈中通上相应的电流，使驱动所述镜筒的电磁力与所述镜筒运动方向一致，电磁力做正功，电能将转化为所述弹性体的弹性势能、所述镜筒的动能，所述弹性体在振动中的轴向振幅将逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：对应所述弹性体对所述镜筒的某一径向压力以及所述弹性体与所述镜筒接触面的条件，所述弹性体的轴向形变量不能超过某一最大数值，由于有电磁力做正功，当所述弹性体的轴向形变量达到了所述最大数值，而所述镜筒的速度不为零，还在向所述弹性体的轴向形变加大的方向运动时，所述镜筒将相对所述弹性体的接触面滑动，然后在摩擦力作用下停止在某一位置，即所述镜筒实现一次步进。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述镜筒的一次步进，即所述镜筒相对所述弹性体的接触面滑动一定距离，该距离由所述弹性体的径向弹力、轴向刚度、电磁力、所述镜筒与所述弹性体之间的摩擦系数等因素决定，改变其中一个或多个参数，可以改变步进步距，最优的应用中每一次步进的距离不大于100微米，且具备可重复性，所以重复上述步进过程，就能够控制所述镜筒的位置，实现所述模组的伸缩和/或对焦功能。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在所述镜筒的步进过程中，所述镜筒由振动变为与模组相对静止的过程中，通过控制所述线圈中电流的大小和方向，产生相对应的驱动力，使所述镜筒停止在所述镜筒振动时的平衡位置的固定一侧，提高所述镜筒的步进距离的重复精度。

8.一种摄像头模组，所述模组包括弹性体(4)、镜筒(6)、线圈(5)和永磁体(3)，其中，

-所述弹性体夹持着所述镜筒，所述弹性体的径向形变为所述镜筒施加径向正压力，通过所述正压力在所述弹性体与所述镜筒的接触面上产生轴向摩擦力，所述摩擦力帮助所述镜筒相对所述模组保持静止状态；

-在动圈模式下，所述线圈与所述镜筒连接，所述永磁体固定在所述模组中；在动磁模式下，所述永磁体与所述镜筒连接，所述线圈固定在所述模组中，在所述两种模式下，所述线圈被通入电流，所述镜筒都将受到沿光轴方向的电磁力，作为所述镜筒沿光轴方向做直线运动的驱动力，所述线圈中的电流被改变，从而改变所述驱动力，使所述模组实现步进运动。

9.根据权利要求8所述的摄像头模组，其特征在于：所述线圈中的电流被改变从而改变驱动所述镜筒的电磁力，使所述弹性体轴向上的形变发生变化，并使所述镜筒和所述弹性体在当前位置附近沿所述镜筒的轴向上发生振动。

10.根据权利要求9所述的摄像头模组，其特征在于，还包括：

-检测电路，用于检测所述线圈中因所述镜筒运动所产生的感应电势，根据所述感应电势的大小和方向，计算出所述镜筒的运动速度和运动方向。

11.根据权利要求8或9所述的摄像头模组，其特征在于：根据所述镜筒的运动方向，在所述线圈中通上相应的电流，使驱动所述镜筒的电磁力与所述镜筒运动方向一致，电磁力做正功，电能将转化为所述弹性体的弹性势能、所述镜筒的动能，所述弹性体在振动中的轴向振幅将逐渐增大。

12.根据权利要求11所述的摄像头模组，其特征在于：对应所述弹性体对所述镜筒的某一径向压力以及所述弹性体与所述镜筒接触面的条件，所述弹性体的轴向形变量不能超过某一最大数值，由于有电磁力做正功，当所述弹性体的轴向形变量达到了所述最大数值，而所述镜筒的速度不为零，还在向所述弹性体的轴向形变加大的方向运动时，所述镜筒将相对所述弹性体的接触面滑动，然后在摩擦力作用下停止在某一位置，即所述镜筒实现一次步进。

13.根据权利要求12所述的摄像头模组，其特征在于：所述镜筒的一次步进，即所述镜筒相对所述弹性体的接触面滑动一定距离，该距离由所述弹性体的径向弹力、轴向刚度、电磁力、所述镜筒与所述弹性体之间的摩擦系数等因素决定，改变其中一个或多个参数，可以改变步进步距，最优的应用中每一次步进的距离不大于100微米，且具备可重复性，所以重复上述步进过程，就能够控制所述镜筒的位置，实现所述模组的伸缩和/或对焦功能。

14.根据权利要求13所述的摄像头模组，其特征在于：在所述镜筒的步进过程中，所述镜筒由振动变为与模组相对静止的过程中，通过控制所述线圈中电流的大小和方向，产生相对应的驱动力，使所述镜筒停止在所述镜筒振动时的平衡位置的固定一侧，提高所述镜筒的步进距离的重复精度。

15.一种具有摄像功能的便携设备，其特征在于，包括根据权利要求8至14中任一项所述的摄像头模组。

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