CN109959999B - 确定sma线的驱动功率和使用sma线驱动活动部件运动的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了确定SMA线的驱动功率的方法和使用SMA线驱动镜头运动的方法。根据一个实施方式，确定SMA线的驱动功率的方法包括：根据SMA线的状态判断环境温度；以及根据判断出的环境温度，确定用于使所述SMA线将所述镜头保持稳定状态所需的驱动功率。

Description

确定SMA线的驱动功率和使用SMA线驱动活动部件运动的方法

技术领域

本申请涉及确定SMA线的驱动功率和使用SMA线驱动活动部件运动的方法。

背景技术

形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简称SMA)是一种在加热升温后能消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料，即拥有“记忆"效应的合金。SMA线可用来在摄像模组中代替马达驱动镜头运动，从而实现例如对焦等光学功能。SMA线相对于传统的马达而言具有更小的体积，能够有效降低模组的整体尺寸，利于模组的小型化发展。

使用SMA线驱动镜头运动，是通过SMA线在较高温度下的收缩作用而实现的。SMA线需要在升温状态下才能够进行收缩，进而带动镜头进行运动，当SMA线到达稳定状态，并控制镜头处于一个相对稳定的状态时，镜头才能够进行自动对焦。但是在SMA线控制镜头进行自动对焦时，SMA线会受到环境温度的影响，当环境温度低于SMA线的温度时，SMA会产生电能损耗，导致剩余的电能不足以控制SMA线处于稳定状态，会使SMA线产生轻微的振动，进而导致镜头难以维持在原本相对稳定的状态下进行对焦，并偏离理想的预设位置。此时，控制系统会根据镜头所在位置信息的反馈来确定需要补充给SMA的功率，这个过程需要一定的反馈时间及反应时间，使SMA线重新控制镜头到达预设的位置存在一定的时间延迟，影响SMA的响应效率，进而影响模组的对焦效率及用户体验感。

发明内容

本申请旨在提供一种确定SMA线的驱动功率和使用SMA线驱动活动部件运动的方法，能够使SMA线和镜头模块较佳地保持在稳定状态。

根据本申请的一个方面，提供了一种确定SMA线的驱动功率的方法，包括：根据SMA线的状态判断环境温度；以及根据判断出的环境温度，确定用于使SMA线将活动部件保持稳定状态所需的驱动功率。

在一个实施方式中，根据SMA线的状态判断环境温度包括：根据SMA线在预定功率下在预定时间内的行程，确定SMA线的反应时间或反应速率；以及利用包括SMA线的反应时间或反应速率与环境温度之间的对应关系的数学模型，根据所确定的反应时间或反应速率判断对应的环境温度。

在一个实施方式中，根据判断出的环境温度确定用于使SMA线将活动部件保持稳定状态所需的驱动功率包括：根据判断出的环境温度，确定用于使SMA线将活动部件保持稳定状态所需的维持功率和环境温度造成的功率损耗；以及将维持功率和功率损耗相加得到驱动功率。

在一个实施方式中，根据SMA线的状态判断环境温度包括：利用包括SMA线的电阻与环境温度之间的对应关系的数学模型，根据SMA线的电阻判断对应的环境温度。

在一个实施方式中，确定SMA线的驱动功率的方法还包括：通过预先收集的数据，建立数学模型。

在一个实施方式中，确定SMA线的驱动功率的方法还包括：根据当前的数据，对数学模型所使用的数据库中的数据进行更新。

在一个实施方式中，活动部件是镜头或者是承载镜头的载体部件。

根据本申请的另一方面，提供了一种使用SMA线驱动活动部件运动的方法，包括：根据SMA线的状态判断环境温度；根据判断出的环境温度，确定用于使SMA线将活动部件保持稳定状态所需的驱动功率；以及将驱动功率提供至SMA线，以使SMA线在驱动功率和环境温度下驱动活动部件运动。

在一个实施方式中，根据SMA线的状态判断环境温度包括：根据SMA线在预定功率下在预定时间内的行程，确定SMA线的反应时间或反应速率；以及利用包括SMA线的反应时间或反应速率与环境温度之间的对应关系的数学模型，根据所确定的反应时间或反应速率判断对应的环境温度。

在一个实施方式中，根据判断出的环境温度确定用于使SMA线将活动部件保持稳定状态所需的驱动功率包括：根据判断出的环境温度，确定用于使SMA线将活动部件保持稳定状态所需的维持功率和环境温度造成的功率损耗；以及将维持功率和功率损耗相加得到驱动功率。

在一个实施方式中，根据SMA线的状态判断环境温度包括：利用包括SMA线的电阻与环境温度之间的对应关系的数学模型，根据SMA线的电阻判断对应的环境温度。

在一个实施方式中，使用SMA线驱动活动部件运动的方法还包括：通过预先收集的数据，建立数学模型。

在一个实施方式中，确定SMA线的驱动功率的方法还包括：根据当前的数据，对数学模型所使用的数据库中的数据进行更新。

在一个实施方式中，活动部件是镜头或者是承载镜头的载体部件。

根据本申请的实施方式提供的方法，在SMA线驱动活动部件运动时，在不同的温度下均能提供适当的驱动功率，从而避免了温度变化时驱动功率的二次调整。

附图说明

在参考附图中示出示例性实施例。本文中公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。

图1示出了一个示例性的摄像模组中使用SMA线驱动镜头组件的俯视图；以及

图2示出了根据本申请示例性实施方式使用SMA线驱动镜头运动的方法。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一主体也可被称作第二主体。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1示出了一个示例性的光学组件中使用SMA线驱动镜头模块的俯视图。

尽管在以下描述中以SMA线直接驱动镜头模块的实施方式为例对本申请的技术方案进行描述，但是应当理解，在不同的实施方式中，SMA线也可不直接驱动镜头模块，而是驱动承载镜头模块的载体部件，进而由载体部件带动镜头模块共同运动。在SMA线直接驱动镜头模块运动的实施方式中，可将镜头模块视为与载体部件一体形成。

如图1所示，光学组件10的镜头模块11在每个侧面均设置有SMA线。在图1中，将垂直于镜头模块11的光轴的平面用直角坐标系xy表示。参见图1，示出了该直角坐标系中的x和y轴。基于图1所示的坐标系，可将垂直于xy平面的方向视为z轴，垂直于该平面向上的方向为z+方向，垂直于该平面向下的方向为z-方向。

在图1示出的结构中，处于相对的两个侧面的SMA线为一组，也就是，SMA线1和3为一组，SMA线2和4为一组。每根SMA线的两端为固定端，固定于固定装置30。每根SMA线还具有大致位于中间位置的活动端，活动端缠绕或固定在从镜头模块11延伸出的支承部12上。在SMA线被通电加热时，SMA线可发生收缩。由于SMA线的两个固定端是固定的，因此SMA线的收缩会使得SMA线的活动端对支承部施加拉力，从而带动镜头模块运动。

进一步地，SMA线两端的固定端也可分别固定于活动部件11延伸出的支承部12和固定装置30。当其中SMA线受热收缩时，固定固定装置30的一端固定不动，固定于支承部12的固定端会受到来自SMA线的拉力，从而带动镜头模块运动。从图1的结构可以看出，当需要驱动镜头模块11向x+方向运动时，需要使SMA线3收缩，此时SMA线1被拉伸；反之，当需要驱动镜头模块11向x-方向运动时，需要使SMA线1收缩，此时SMA线3被拉伸。类似地，当需要驱动镜头模块11向y+方向运动时，需要使SMA线4收缩，此时SMA线2被拉伸；反之，当需要驱动镜头模块11向y-方向运动时，需要使SMA线2收缩，此时SMA线4被拉伸。

由于SMA线是在升温至较高温度(例如，100摄氏度)后才产生收缩，而环境温度通常远低于SMA线的温度，因此，SMA线的温度和环境温度之间具有较大的温差。SMA线在被提供一定量的驱动功率时，产生期望的收缩量，从而带动镜头移动期望的距离。通常，上述驱动功率的确定没有考虑环境温度的变化，而是基于某一特定的环境温度，例如，初始测量的环境温度。而在SMA线和环境温度之间的温差发生变化时，保持SMA线的与初始环境温度对应的驱动功率将会使SMA线和镜头不能恰当地保持在稳定位置。例如，当环境温度降低而使温差加大的情况下，SMA线和环境温度之间加大的温差将使SMA线的温度降低，并产生相应的能量损耗，由此使得SMA线和镜头不能维持在期望的稳定位置。为了补偿由于与环境温度的温差而产生的能量损耗及其带来的负面影响，往往需要在检测到SMA线和镜头失去稳定后对驱动功率进行调整。

例如，当环境温度为T1时，使SMA线达到稳定状态所需要的维持功率为P1、时间为t1；但是当环境温度下降为T2时，使SMA线驱动镜头稳定地维持在预设的目标位置所需要的维持功率为P2，由于环境温度下降会导致一定的能量损耗，因此需要提供更高的功率来弥补因为环境温度所导致的能量损耗，从而保证有足够的功率能够使SMA线驱动镜头稳定地维持在预设位置，因此P2＞P1。在上述示例中，当采用现有的方法对SMA线进行驱动时，在环境温度变化后需要对驱动功率进行从P1到P2的二次调整，由此使镜头达到稳定状态的时间变长，从而对镜头在SMA驱动下的对焦速率带来不利的影响。

根据本申请的实施方式，提出了一种确定SMA线的驱动功率和使用SMA线驱动镜头运动的方法，避免了驱动功率的二次调节所造成的时间延迟。在根据本申请的方法中，例如可通过预先收集的数据，建立SMA线的反应时间与环境温度之间的数学模型。建立的数学模型中包含SMA线的反应时间和环境温度之间的对应关系。该数学模型可以是通过多个参数和多个函数而建立的。通过建立的数学模型，可确定SMA线的反应时间与环境温度之间的对应关系，快速准确地确定SMA线的驱动功率。由于在相同的行程下，反应时间和反应速率具有一一对应的关系，因此，SMA线的反应速率也可根据建立的数学模型而确定。根据本申请实施方式的方法包括：基于建立的SMA线的反应时间或反应速率与环境温度之间的数学模型，根据SMA线驱动镜头达到稳定状态的反应时间或反应速率，判断环境温度；以及根据判断出的环境温度，确定用于使SMA线将镜头保持稳定状态所需的驱动功率。环境温度和驱动功率之间的函数关系也可通过数学模型来建立。例如，根据判断出的环境温度，确定用于使SMA线将镜头保持稳定状态所需的维持功率和环境温度造成的功率损耗，将维持功率和功率损耗相加得到驱动功率。进一步地，将得到的驱动功率提供至SMA线，以使SMA线在确定的驱动功率和所处的环境温度下驱动镜头运动。由于驱动功率是根据通过反应时间或反应速率确定的环境温度来确定的，因此确定的驱动功率与当前的环境温度相适应，避免了根据环境温度对驱动功率的二次调整，提高了稳定性，并加快了效率。

图2示出了根据本申请一个示例性实施方式的使用SMA线驱动镜头运动的方法。如图所示，使用SMA线驱动镜头运动的方法100包括如下步骤。在步骤S101，建立SMA线的反应时间或反应速率与环境温度之间的数学模型，该数学模型包括SMA线的反应时间或反应速率与环境温度之间的对应关系。这里的数学模型可以是通过预先收集的数据而建立的。例如，通过实验或模拟收集的数据而建立数据库，根据数据库中的大量数据建立数学模型。由此，可根据建立的数学模型确定反应时间或反应速率和环境温度之间的对应关系，并可在实际工作中根据不断获得的数据对数据库中的数据进行更新，由此具有更高的灵活性，便于实时掌控SMA线的状态。SMA线的反应时间和环境温度之间的对应关系是一一对应的。例如，二者的对应关系可以存储为映射表的形式，并在后续步骤中根据需要在映射表中进行查找。二者的对应关系也可以是函数关系，并由此建立数学模型，在需要时利用建立的数学模型进行运算。

进一步地，在SMA线每一次驱动镜头进行运动时，都可以对数据库内的数据进行更新，以使提供给SMA线的功率能够适应性地对应不同使用时间的SMA线，比如刚刚开始使用的SMA线和已经使用一段时间的SMA线的反应速率可能会有所差异，根据在使用过程中对数据的更新和数据累加，尽量减小SMA线的使用损耗对SMA线驱动镜头进行运动时的影响。

根据一个实施方式，建立对应关系或数学模型的步骤可以不包含在本申请的技术方案内。在该实施方式中，可直接利用已经预先建立或预先存储的对应关系或数学模型进行后续步骤的操作。

在步骤S102，根据SMA线的状态判断环境温度。在一个实施例中，SMA线的状态由SMA线在预定功率下的反应时间或反应速率来表征。例如，利用预先建立或预先存储的包括SMA线在预定功率下的反应时间或反应速率与环境温度之间的对应关系的数学模型，根据SMA线在预定的时间周期(例如，1ms)内在预定功率下的行程来确定SMA线的反应时间或反应速率，并根据所确定的反应时间或反应速率基于建立的数学模型来判断环境温度。在另一个实施例中，SMA线的状态可由SMA线的电阻来表征。由于SMA线的电阻是随温度变化的，因此SMA线的电阻与环境温度之间也具有对应关系。在这种情况下，可预先建立SMA线的电阻与环境温度之间的数学模型，通过检测到的SMA线的电阻基于建立的数学模型来判断环境温度。可选地，上述数学模型可以通过其他传感器(例如，温度传感器、加速度传感器等)来进行修正。

在步骤S103，根据判断出的环境温度，确定用于使SMA线将镜头保持稳定状态所需的驱动功率。如上文所述，在不同的环境温度下，驱动SMA线收缩至期望位置需要的功率不同。也就是说，环境温度与使SMA线收缩至期望位置并达到稳定状态所需的驱动功率具有对应关系。根据本申请的实施方式，根据从反应时间或反应速率判断出的环境温度，来确定所需的驱动功率。

根据本申请的示例性实施方式，所需的驱动功率大致等于用于使SMA线将镜头保持稳定状态所需的维持功率和环境温度造成的功率损耗。

在步骤S104，将确定的驱动功率提供至SMA线，以使SMA线在该驱动功率下产生预定的收缩以驱动镜头运动至稳定位置，并在所处的环境温度下保持稳定。

由此，在SMA线驱动镜头运动的过程中，每次对焦都是根据当前的反应时间来确定环境温度，并进一步使用与环境温度对应的驱动功率对SMA线进行驱动，由此，避免了因环境温度变化而进行驱动功率的二次调整。

以上描述了根据本申请一个示例性实施方式的使用SMA线驱动镜头运动的方法，应当理解，本申请也公开了确定SMA线的驱动功率的方法。在确定SMA线的驱动功率的方法的基础上，使用SMA线驱动镜头运动的方法进一步包括将确定的驱动功率提供至SMA线，以使SMA线在该驱动功率下产生预定的收缩以驱动镜头运动至稳定位置，并在所处的环境温度下保持稳定的步骤

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种确定SMA线的驱动功率的方法，包括：

根据SMA线的状态，判断环境温度；以及

根据判断出的环境温度，确定用于使所述SMA线将活动部件保持稳定状态所需的驱动功率，

其中，根据SMA线的状态判断环境温度包括：

根据所述SMA线在预定功率下在预定时间内的行程，确定所述SMA线的反应时间或反应速率；以及

利用包括所述SMA线的反应时间或反应速率与环境温度之间的对应关系的数学模型，根据确定的反应时间或反应速率判断对应的环境温度。

2.如权利要求1所述的方法，其中，根据判断出的环境温度确定用于使所述SMA线将所述活动部件保持稳定状态所需的驱动功率包括：

根据判断出的环境温度，确定用于使所述SMA线将所述活动部件保持稳定状态所需的维持功率和所述环境温度造成的功率损耗；以及

将所述维持功率和所述功率损耗相加得到所述驱动功率。

3.如权利要求1所述的方法，其中，根据SMA线的状态判断环境温度包括：

利用包括所述SMA线的电阻与环境温度之间的对应关系的数学模型，根据所述SMA线的电阻判断对应的环境温度。

4.如权利要求1或3所述的方法，还包括：

通过预先收集的数据，建立所述数学模型。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：

根据当前的数据，对所述数学模型所使用的数据库中的数据进行更新。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述活动部件是镜头或者是承载所述镜头的载体部件。

7.一种使用SMA线驱动活动部件运动的方法，包括：

根据SMA线的状态，判断环境温度；

根据判断出的环境温度，确定用于使所述SMA线将所述活动部件保持稳定状态所需的驱动功率；以及

将所述驱动功率提供至所述SMA线，以使所述SMA线在所述驱动功率和所述环境温度下驱动所述活动部件运动，

其中，根据SMA线的状态判断环境温度包括：

根据所述SMA线在预定功率下在预定时间内的行程，确定所述SMA线的反应时间或反应速率；以及

利用包括所述SMA线的反应时间或反应速率与环境温度之间的对应关系的数学模型，根据确定的反应时间或反应速率判断对应的环境温度。

8.如权利要求7所述的方法，其中，根据判断出的环境温度确定用于使所述SMA线将所述活动部件保持稳定状态所需的驱动功率包括：

根据判断出的环境温度，确定用于使所述SMA线将所述活动部件保持稳定状态所需的维持功率和所述环境温度造成的功率损耗；以及

将所述维持功率和所述功率损耗相加得到所述驱动功率。

9.如权利要求7所述的方法，其中，根据SMA线的状态判断环境温度包括：

利用包括所述SMA线的电阻与环境温度之间的对应关系的数学模型，根据所述SMA线的电阻判断对应的环境温度。

10.如权利要求8或9所述的方法，还包括：

通过预先收集的数据，建立所述数学模型。

11.如权利要求10所述的方法，还包括：

根据当前的数据，对所述数学模型所使用的数据库中的数据进行更新。

12.如权利要求7所述的方法，其中，所述活动部件是镜头或者是承载所述镜头的载体部件。

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