CN109155178A - 双阶段致动器 - Google Patents
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Abstract
电磁致动器包括双阶段动作，其中致动器包括两个铁磁元件之间的电磁元件。通过电磁元件驱动的电流使得电磁元件的磁场与两个铁磁元件的磁场相互作用。
Description
背景
数码相机通常包括透镜和传感器，用于通过收集光并将其转换成电信号来捕捉图像。诸如智能电话之类的移动电子设备通常配备有成像装置，例如，相机。移动电子设备的成像质量可通过光学图像稳定或自动对焦来改善。目前移动电子设备设计的一个趋势是以薄设备为目标，其中该形状因子得益于要被容纳在移动电子设备内部的薄成像装置。
概述
提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的概念的选集。本概述并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
电磁致动器包括双阶段动作，其中致动器包括两个铁磁元件之间的电磁元件。通过电磁元件驱动的电流使得电磁元件的磁场与两个铁磁元件的磁场相互作用。在电磁元件和两个铁磁元件之间的滑块元件，例如线性轴承，允许致动器的移动。复位移动可通过相反方向的电流实现，使磁场的磁极反转，磁场以相反的方式相互作用，并且致动器返回到原始位置。在一个实施例中，返回动作通过复位弹簧实现。双阶段结构允许扁平电磁致动器设计。该结构还允许具有更好光学特性的成像装置例如在非常薄的设备中被实现。具有各种其他形状因子的设备可能会受益于更小的成像装置，因为有更多的空间来实现设备的其他特征。
许多附带特征将随着参考下面的详细描述并结合附图进行理解而得到更好的认识。以下描述的各实施例不限于解决已知集成在手持设备中的成像装置的缺点中的任何缺点或全部缺点的实现。
附图描述
根据附图阅读以下详细描述将更好地理解本说明书，在附图中：
图1示出了结合了成像装置的电子设备的一个实施例；
图2是解说致动器结构的一个实施例的简化视图；
图3示意性地解说了该结构中的磁场；
图4示出了电磁元件的实施例；以及
图5示出了一个实施例的简化视图。
在各个附图中使用相同的附图标记来指代相同的部件。
详细描述
下面结合附图提供的详细描述旨在作为本发明实施例的描述，并不旨在表示可以构建或使用本发明实施例的仅有形式。然而，可以通过不同的实施例来实现相同或等效的功能和序列。
虽然在本文中将本发明的各实施例描述并例示为在智能电话中实现，但是所描述的设备只是作为示例而非限制来提供的。如本领域技术人员将领会的，本发明的实施例适于应用在各种各样不同类型的移动装备和/或手持装备中，诸如用于平板、数码相机或游戏控制台。
图1示出了合并成像装置的电子设备的一个示例的前侧，其中该电子设备的一个实施例是智能电话。电子设备包括包含显示器100、扬声器120、麦克风130和键140的主体100。该电子设备在一侧上包括成像装置150，相机。该电子设备可以包括一个或更多个相机，例如前侧上的前相机150和另一成像装置，后侧上的后相机160。相机硬件可以包括以下的至少一个：处理器，控制器，存储器，或诸如陀螺仪的传感器。诸如柔性电缆的布线可将成像装置连接到电子设备。
图2是示出致动器结构的一个实施例的简化视图。第一铁磁元件201被配置为耦合到设备主体230或支撑结构230，致动器可以附接到该支撑结构230。第一铁磁元件201从致动器的第一侧耦合到设备230。第一铁磁元件201可以用壳体覆盖，以使其能够固定到设备主体230。在一个实施例中，第一铁磁元件201包括永磁体，其具有对准以产生第一磁场的磁极并且被配置为在致动器的第一侧上连接到设备主体。电磁元件205通过第一滑块元件211被耦合到第一铁磁元件201。第一滑块元件211实现电磁元件205的受引导地垂直移动。在一个实施例中，电磁元件205包括由诸如电线的电导体制成的线圈。电磁元件在横向于电线的横截面视图中被可视化。电流可以经由电导体或可以在致动器结构中实现的任何可控导体被馈送到电磁元件。电磁元件205包括对准的磁极，以响应于通过电磁元件205的电流而产生第二磁场。第二磁场被配置为与第一磁场相互作用，使得力被施加在电磁元件205上并进一步使其沿第一滑块元件211移动。
第二铁磁元件202通过第二滑块元件212被耦合到电磁元件205。第二滑块元件212提供第二铁磁元件202相对于电磁元件205的受引导的垂直移动。第二铁磁元件202可被封闭在壳体中，以使其能够固定到诸如光学元件的物体上。在一个实施例中，第二铁磁元件202包括永磁体，其具有对准以产生第三磁场的磁极并且被配置为在致动器的第二侧上连接到该物体。第二铁磁元件202包括对准以产生第三磁场的磁极。第三磁场被配置为与第二磁场相互作用，使得力被施加在第二铁磁元件202上并进一步使其沿第二滑块元件212移动。
电磁元件205中的电流使电磁元件205沿第一滑块元件211移动，而第二铁磁元件202沿第二滑块元件212移动。当电磁元件205形成磁场以与它们相互作用时，铁磁元件201、202的磁场的磁极被对准以使力被沿相同方向施加。当电流流过电磁元件205时，电磁元件205和第二铁磁元件202同时向相同方向移动，从而引起致动器的双阶段动作或伸缩动作。该结构可以允许电磁致动器的经扩展的操作范围，同时还能够实现扁平设计。在一个实施例中，致动器结构的高度在缩回位置为在3mm至5mm之间，使其适用于移动应用。
图3示意性地示出了结构中的磁场。第一磁场301被配置为与第二磁场302相互作用，从而引起提升电磁元件205的力。第三磁场303还被配置为使第二铁磁元件作为对相邻磁场的响应而升高，其中相似的磁极彼此排斥并且不同的磁极彼此吸引。
在一个实施例中，致动器包括复位弹簧310，复位弹簧310被配置成施加抵抗第二铁磁元件202的移动或电磁元件205的移动的力。致动器可被用于致动各极端之间的位置，例如通过将施加到电磁元件的电流限制到抵消由复位弹簧施加的力的水平。在一个实施例中，通过快速交替施加到电磁元件205的电流来控制致动器的位置，其中可以通过从设备获得的反馈系统来监视各极端之间的位置，例如从从图像处理系统检测到的光学元件的位置。在一个实施例中，光学系统的聚焦由致动器控制，并且可以从图像对比度变化获得反馈的正确聚焦。
图4示出了电磁元件205的实施例，其具有用于控制第一磁场和第三磁场之间的干涉的薄片208。电磁元件205包括第一电磁部分206和第二电磁部分207。两个部分都包括由电线制成的线圈。由铁磁金属制成的薄片208被布置在第一电磁部分206和第二电磁部分208之间，从而塑造第一磁场与第一电磁部分206相互作用以及第三磁场与第二电磁部分207相互作用的效果。
在一个实施例中，第一滑块元件211和/或第二滑块元件212包括线性运动轴承，该线性运动轴承被配置以在一个方向上提供自由引导的运动。第一滑块元件211和第二滑块元件212不限于类似，在一个实施例中，滑块元件211、212包括不同的结构。滑块件元件211、212可包括具有球213和壳体214的滚珠轴承，如图中所示。在一个实施例中，第一滑块元件211和/或第二滑块元件212包括挠性轴承，例如，滑块元件211、212的一部分可以由至少一个被配置以相应地弯曲的薄片金属悬挂。
在一个实施例中，致动器包括两个以上被配置来移动的阶段。第二电磁元件可以跟随在第二电磁元件之后的第三铁磁元件耦合到第二铁磁元件202的另一侧。功能可以被连接。电磁元件内的薄片可以减少在连接布置中的磁干扰的影响。
所公开的致动器可以用于受益于扁平结构的若干应用中。致动器允许成像装置，设备或系统被设计成扁平形状。具有多个滑块元件的多个阶段为电磁致动器提供了改进的操作范围。
图5示出了一个实施例的简化视图，其中致动器被配置为沿着光轴510移动透镜组500。该设备可以是成像装置，例如相机。成像装置包括图像传感器540和诸如至少一个处理器和存储器的硬件520，以实现数字成像。在一个实施例中，致动器被配置成操作突出的相机镜头或镜头组500。在一个实施例中，致动器被配置成操作变焦或自动对焦功能。在一个实施例中，致动器在一设备内形成系统。在一个实施例中，致动器和成像装置在一设备内形成系统。在一个实施例中，该设备包括形成系统的多个组件。
一方面公开了一种致动器，包括：第一铁磁元件，其具有对准以产生第一磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第一侧上的设备主体；电磁元件，其具有对准以作为对通过电磁元件的电流的响应产生第二磁场的磁极，其中第二磁场被配置为与所述第一磁场相互作用；配置在第一铁磁元件和所述电磁元件之间的第一滑块元件；第二铁磁元件，其具有对准以产生第三磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第二侧上的光学元件，其中第三磁场被配置为与所述第二磁场相互作用；以及配置在第二铁磁元件和所述电磁元件之间的第二滑块元件，具有与所述第一滑块元件对齐的移动；其中所述电磁元件中的电流使所述电磁元件沿第一滑块元件移动且所述第二铁磁元件沿第二滑块元件移动。在一个实施例中，所述致动器包括复位弹簧，所述复位弹簧被配置以施加抵抗所述第二铁磁元件的移动的力。在一个实施例中，所述致动器包括复位弹簧，所述复位弹簧被配置以将所述致动器返回到起始位置。在一个实施例中，所述致动器包括第一电磁部分、第二电磁部分和在所述第一电磁部分和所述第二电磁部分之间由铁磁金属制成的薄片。在一个实施例中，所述滑块元件包括线性运动轴承。在一个实施例中，所述滑块元件包括挠曲轴承。
替换地或附加地，一方面公开了一种成像装置，其包括主体；耦合到所述主体的致动器，所述致动器包括：第一铁磁元件，其具有对准以产生第一磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第一侧上的设备主体；电磁元件，其具有对准以作为对通过电磁元件的电流的响应产生第二磁场的磁极，其中第二磁场被配置为与所述第一磁场相互作用；配置在第一铁磁元件和所述电磁元件之间的第一滑块元件；第二铁磁元件，其具有对准以产生第三磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第二侧上的光学元件，其中第三磁场被配置为与所述第二磁场相互作用；以及配置在第二铁磁元件和所述电磁元件之间的第二滑块元件，具有与所述第一滑块元件对齐的移动；其中所述电磁元件中的电流使所述电磁元件沿第一滑块元件移动且所述第二铁磁元件沿第二滑块元件移动。在一个实施例中，所述成像装置包括复位弹簧，所述复位弹簧被配置以施加抵抗所述第二铁磁元件的移动的力。在一个实施例中，所述成像装置包括复位弹簧，所述复位弹簧被配置以将所述致动器返回到起始位置。在一个实施例中，所述电磁元件包括第一电磁部分、第二电磁部分和在所述第一电磁部分和所述第二电磁部分之间由铁磁金属制成的薄片。在一个实施例中，所述成像装置包括线性运动轴承。在一个实施例中，所述滑块元件包括挠曲轴承。在一个实施例中，所述致动器被配置以沿光轴移动透镜组。
替换地或附加地，一方面公开了一种系统，其包括成像装置；主体；耦合到所述主体的致动器，所述致动器包括：第一铁磁元件，其具有对准以产生第一磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第一侧上的设备主体；电磁元件，其具有对准以作为对通过电磁元件的电流的响应产生第二磁场的磁极，其中第二磁场被配置为与所述第一磁场相互作用；配置在第一铁磁元件和所述电磁元件之间的第一滑块元件；第二铁磁元件，其具有对准以产生第三磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第二侧上的光学元件，其中第三磁场被配置为与所述第二磁场相互作用；以及配置在第二铁磁元件和所述电磁元件之间的第二滑块元件，具有与所述第一滑块元件对齐的移动；其中所述电磁元件中的电流使所述电磁元件沿第一滑块元件移动且所述第二铁磁元件沿第二滑块元件移动。在一个实施例中，所述系统包括复位弹簧，该复位弹簧被配置以施加抵抗所述第二铁磁元件的移动的力。在一个实施例中，所述系统包括复位弹簧，所述复位弹簧被配置以将所述致动器返回到起始位置。在一个实施例中，所述电磁元件包括第一电磁部分、第二电磁部分和在所述第一电磁部分和所述第二电磁部分之间由铁磁金属制成的薄片。在一个实施例中，所述滑块元件包括线性运动轴承。在一个实施例中，所述滑块元件包括挠曲轴承。在一个实施例中，所述致动器被配置以沿光轴移动透镜组。
上文所描述的装备或系统的示例是包括一个或多个处理器的基于计算的设备，该一个或多个处理器可以是微处理器、控制器或任何其他合适类型的处理器，以用于处理计算机可执行指令来控制设备的操作以便控制一个或多个传感器、接收传感器数据并使用传感器数据。可以在基于计算的设备中提供包括操作系统或任何其他合适的平台软件的平台软件以允许应用软件能够在该设备上被执行。
可以使用可由基于计算的设备访问的任何计算机可读介质来提供计算机可执行指令。计算机可读介质可包括例如诸如存储器之类的计算机存储介质和通信介质。诸如存储器之类的计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于，RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或者可被用来储存信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。相比而言，通信介质可以以诸如载波或其它传输机制之类的已调数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块等。如本文所定义的，计算机存储介质不包括通信介质。因此，计算机存储介质本身不应当被理解成是传播信号。虽然在基于计算的设备中示出了计算机存储介质，但是应当领会，该存储可以是分布式的或者位于远程且经由网络或其他通信链路(例如，通过使用通信接口)来访问。
基于计算的设备可包括被布置成向显示设备输出显示信息的输入/输出控制器，该显示设备可与基于计算的设备分离或集成。显示信息可提供图形用户界面例如以显示由该设备使用传感器输入来跟踪的手部姿势或用于其他显示目的。输入/输出控制器还被布置成接收并处理来自一个或多个设备的输入，诸如用户输入设备(例如，鼠标、键盘、相机、话筒或其他传感器)。在一些实施例中，用户输入设备可检测语音输入、用户姿势或其他用户动作，并且可提供自然用户界面(NUI)。该用户输入可用于诸如通过接收关于特定用户的骨骼长度的信息来配置该用户的设备。在一实施例中，如果显示设备是触敏显示设备，则其也可充当用户输入设备。输入/输出控制器还可向除显示设备之外的设备输出数据，例如，本地连接的打印设备。
本文中所使用的术语“计算机”或“基于计算的设备”是指带有处理能力以便其可执行指令的任何设备。本领域技术人员将认识到，这样的处理能力被结合到许多不同设备中，并且因此术语“计算机”和“基于计算的设备”各自包括个人计算机、服务器、移动电话(包括智能电话)、平板计算机、机顶盒、媒体播放器、游戏控制台、个人数字助理和许多其他设备。
本文中所给出的任何范围或设备值可被扩展或更改而不丢失所寻求的效果。
虽然已用结构特征和/或动作专用的语言描述了本主题，但应当理解，所附权利要求书中限定的主题不必限于以上所描述的具体特征或动作。相反，以上所描述的具体特征和动作是作为实现权利要求书的示例而公开的，并且其他等价特征和动作旨在处于权利要求书的范围内。
可以理解，上文所描述的优点可以涉及一个实施例或可以涉及多个实施例，或其组合。各实施例并不限于解决所阐述的问题中的任何或全部问题的那些实施例、或者具有所阐述的益处和优点中的任何或全部益处和优点的那些实施例。将进一步理解，对“一个”项目的提及是指那些项目中的一个或多个。
在上述描述中，“被配置为”以特定方式操作或执行特定操作或在使用时执行此类操作的一些组件、设备、模块、单元或元件指的是包括或其自身用作以此方式操作或执行这些操作的“装置”的组件、设备、模块、单元或元件。
例如，具有对准以产生第一磁场的磁极并且被配置为连接到设备主体的第一铁磁元件包括，或用作用于，将铁磁元件连接到设备主体的装置。作为另一示例，被配置为与第一磁场相互作用的第二磁场包括，或用作，由第一铁磁元件和电磁元件相互作用产生的磁场的装置，其中相互作用的磁场的影响导致磁性元件和铁磁元件之间的力以及随后在致动器中的移动。
本文中使用术语“包括”以意指包括所标识的方法的框或元件，但是这样的框或元件不包括排它性列表，并且方法或装置可包含附加的框或元件。
可以理解，上面的描述只是作为示例给出并且本领域的技术人员可以做出各种修改。以上说明、示例和数据提供了对各示例性实施例的结构和使用的全面描述。虽然上文以一定的详细度或参考一个或多个单独实施例描述了各个实施例，但是，在不偏离本说明书的精神或范围的情况下，本领域技术人员可以对所公开的实施例作很多改变或组合。
Claims (15)
1.一种致动器，包括：
第一铁磁元件，所述第一铁磁元件具有对准以产生第一磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第一侧上的设备主体；
电磁元件，所述电磁元件具有对准以作为对通过所述电磁元件的电流的响应产生第二磁场的磁极，其中所述第二磁场被配置为与所述第一磁场相互作用；
配置在所述第一铁磁元件和所述电磁元件之间的第一滑块元件；
第二铁磁元件，所述第二铁磁元件具有对准以产生第三磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第二侧上的光学元件，其中所述第三磁场被配置为与所述第二磁场相互作用；以及
配置在所述第二铁磁元件和所述电磁元件之间的第二滑块元件，具有与所述第一滑块元件对齐的移动；其中
所述电磁元件中的电流使所述电磁元件沿所述第一滑块元件移动且所述第二铁磁元件沿所述第二滑块元件移动。
2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，包括复位弹簧，所述复位弹簧被配置以施加抵抗所述第二铁磁元件的移动的力。
3.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述电磁元件包括第一电磁部分、第二电磁部分和在所述第一电磁部分和所述第二电磁部分之间由铁磁金属制成的薄片。
4.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述滑块元件包括线性运动轴承。
5.一种成像装置，包括：
主体；
耦合到所述主体的致动器，
所述致动器包括第一铁磁元件，所述第一铁磁元件具有对准以产生第一磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第一侧上的设备主体；
电磁元件，所述电磁元件具有对准以作为对通过所述电磁元件的电流的响应产生第二磁场的磁极，其中所述第二磁场被配置为与所述第一磁场相互作用；
配置在所述第一铁磁元件和所述电磁元件之间的第一滑块元件；
第二铁磁元件，所述第二铁磁元件具有对准以产生第三磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第二侧上的光学元件，其中所述第三磁场被配置为与所述第二磁场相互作用；以及
配置在所述第二铁磁元件和所述电磁元件之间的第二滑块元件，具有与所述第一滑块元件对齐的移动；其中
所述电磁元件中的电流使所述电磁元件沿所述第一滑块元件移动且所述第二铁磁元件沿所述第二滑块元件移动。
6.如权利要求5所述的成像装置，其特征在于，包括复位弹簧，所述复位弹簧被配置以施加抵抗所述第二铁磁元件的移动的力。
7.如权利要求5所述的成像装置，其特征在于，包括复位弹簧，所述复位弹簧被配置以将所述致动器返回到起始位置。
8.如权利要求5所述的成像装置，其特征在于，所述电磁元件包括第一电磁部分、第二电磁部分和在所述第一电磁部分和所述第二电磁部分之间由铁磁金属制成的薄片。
9.如权利要求5所述的成像装置，其特征在于，所述滑块元件包括线性运动轴承。
10.如权利要求5所述的成像装置，其特征在于，所述致动器被配置以沿光轴移动透镜组。
11.一种系统，包括：
成像装置；
主体；
耦合到所述主体的致动器，
所述致动器包括第一铁磁元件，所述第一铁磁元件具有对准以产生第一磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第一侧上的设备主体；
电磁元件，所述电磁元件具有对准以作为对通过所述电磁元件的电流的响应产生第二磁场的磁极，其中所述第二磁场被配置为与所述第一磁场相互作用；
配置在所述第一铁磁元件和所述电磁元件之间的第一滑块元件；
第二铁磁元件，所述第二铁磁元件具有对准以产生第三磁场的磁极并且被配置为被连接到所述致动器的第二侧上的光学元件，其中所述第三磁场被配置为与所述第二磁场相互作用；以及
配置在所述第二铁磁元件和所述电磁元件之间的第二滑块元件，具有与所述第一滑块元件对齐的移动；其中
所述电磁元件中的电流使所述电磁元件沿所述第一滑块元件移动且所述第二铁磁元件沿所述第二滑块元件移动。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，包括复位弹簧，所述复位弹簧被配置以施加抵抗所述第二铁磁元件的移动的力。
13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述电磁元件包括第一电磁部分、第二电磁部分和在所述第一电磁部分和所述第二电磁部分之间由铁磁金属制成的薄片。
14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述滑块元件包括线性运动轴承。
15.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述致动器被配置以沿光轴移动透镜组。
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