CN111226152B

CN111226152B - 具有极坐标系统的镜头驱动器

Info

Publication number: CN111226152B
Application number: CN201780095701.XA
Authority: CN
Inventors: 宇野胜; 米山厚司
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2037-10-30
Also published as: WO2019084728A1; CN111226152A

Abstract

镜头驱动器包括：用于固定图像传感器(3)的固定基座(1)；可移动地放置在所述固定基座(1)上的活动基座(2)；位于所述活动基座(1)上的AF驱动引擎单元(12)；与所述AF驱动引擎单元(12)一同可移动固持的透镜架(4)；由所述透镜架(4)固持的透镜(6)；第一音圈电机，用于在与所述透镜(6)的光轴垂直的第一方向上相对所述固定基座(1)平移所述活动基座(2)；以及第二音圈电机，用于在不同于所述第一方向并与所述透镜(6)的所述光轴垂直的第二方向上围绕所述AF驱动引擎单元(12)转动所述透镜架(4)。所述AF驱动引擎单元(12)、所述第一音圈电机以及所述第二音圈电机排列在所述透镜架(4)周围，并位于贯穿所述透镜(6)的中心的直线上，所述第一音圈电机和第二音圈电机从所述AF驱动引擎单元(12)跨过所述透镜架(4)。镜头驱动器降低了磁场的影响。

Description

具有极坐标系统的镜头驱动器

技术领域

本发明涉及一种具有极坐标系统(Polar Coordinate System，PCS)的镜头驱动器，特别地，涉及一种用于成像装置、具有光学图像稳定器(Optical Image Stabilizer，OIS)和自动对焦(Auto Focus，AF)功能的镜头驱动器，其中所述OIS使用所述PCS。

背景技术

在相机中，AF功能用于通过移动光轴方向(在该方向上，各透镜的中心位于一条直线上)上的透镜，从而在图像传感器上对焦待拍摄的图像，OIS则在垂直于光轴的方向上移动透镜，从而避免因拍摄时手抖而导致的图像模糊。

OIS系统的使用使得每个人即使在暗处或者手抖的情况下都能拍摄出好看的图片，因此相机模块的OIS系统在智能手机市场中逐渐普及开来。另一方面，双摄像头系统的使用能够实现缩放、3D和AF控制等各种应用，因此双摄像头系统同样在智能手机市场中逐渐普及。因为这两种趋势很有可能会出现，所以在不久的将来将会需要双OIS系统。传统的OIS系统因其磁体系统是移动的而存在磁场泄露问题。这就需要解决该泄露问题的突破性发明。同时需要尺寸缩小技术，还迫切需要降低电流消耗。

传统的OIS系统存在磁场泄露问题。在双摄像头的情况下，必须将与OIS驱动器相邻的驱动器调整为轭型AF驱动器。这种类型的驱动器中，yoke线圈和AF磁体会尽可能地远离OIS系统。在双摄像头的情况下，由于磁场泄露，两个OIS系统会对彼此产生不良影响，因此它们不能并排放置。

发明内容

本发明提供一种降低或消除OIS系统的磁力影响的方案，以及一种与压电元件和音圈电机(Voice Coil Motor，VCM)集成的独特系统。本发明结合冲击压电式AF驱动器和两个VCM OIS系统，其中一个VCM OIS用于一对角线方向(d方向)，另一个VCM OIS通过所述冲击压电式AF驱动器的驱动轴来滚动。

本发明提供一种系统，其具有用于实现AF的压电元件系统，以及用于实现OIS的两个运动系统，其中一个运动系统通过一个VCM用于一对角线方向，另一运动系统通过另一VCM用于与所述对角线方向垂直的方向。本发明涉及VCM技术和压电技术。特别地，驱动器模块包括设于同一基座上的两个OIS驱动器和一个AF驱动器。本发明包括压电元件AF驱动器和两个VCM OIS驱动器。本发明的目的之一是提供一种没有磁场泄露问题的双OIS系统。本发明的另一目的是降低整个驱动器系统使用时的电流消耗。作为双摄像头模块系统，本发明的重要目的是提供从两个图像传感器中合并的高质量图片。

第一方面，提供了一种镜头驱动器，所述镜头驱动器包括：用于固定图像传感器的固定基座；可移动地放置在所述固定基座上的活动基座；位于所述活动基座上的AF驱动引擎单元；与所述AF驱动引擎单元一同可移动固持的透镜架；由所述透镜架固持的透镜；第一音圈电机，用于在与所述透镜的光轴垂直的第一方向上相对所述固定基座平移所述活动基座；以及第二音圈电机，用于在不同于所述第一方向并与所述透镜的所述光轴垂直的第二方向上围绕所述AF驱动引擎单元转动所述透镜架。所述AF驱动引擎单元、所述第一音圈电机以及所述第二音圈电机排列在所述透镜架周围，并位于贯穿所述透镜的中心的直线上，所述第一音圈电机和第二音圈电机从所述AF驱动引擎单元跨过所述透镜架。使用该结构，可以降低磁场的影响。

在所述第一方面的第一种可能的实施方式中，所述第二音圈电机包括：附接于所述透镜架的外表面的磁体；以及附接于印刷电路板的靠近所述磁体的表面的线圈，所述印刷电路板固定在所述活动基座上。具有给定磁导率的金属芯附接于所述印刷电路板的远离所述磁体的表面。使用该结构，可以通过金属芯抑制磁场泄露，并且可以降低磁场的影响。

在所述第一方面的第二种可能的实施方式中，所述磁体是两极磁化的。使用该结构，可以降低磁场的影响。

在所述第一方面的第三种可能的实施方式中，所述AF驱动引擎单元包括：用于在所述透镜的所述光轴的方向上移动所述透镜架的压电元件；以及与所述压电元件耦接的驱动轴。所述透镜架朝向所述驱动轴的表面上附有滑块。所述驱动轴和所述滑块之间产生摩擦。使用该结构，可以在没有磁体的情况下移动透镜架来实现AF功能，可以使透镜架相对于AF驱动引擎单元的移动变得平滑，并且可以降低镜头驱动器的电流消耗。

在所述第一方面的第四种可能的实施方式中，用于减少所述驱动轴和所述滑块之间的摩擦的波形叠置在用于在所述第二方向上转动所述透镜架的波形上。使用该结构中，可以使透镜架相对于AF驱动引擎单元的移动变得平滑，并且可以降低镜头驱动器的电流消耗。

在所述第一方面的第五种可能的实施方式中，在所述固定基座的上表面及所述活动基座的下表面设有凹槽，并且相对的凹槽之间放置有球体，其中，所述凹槽用于在所述第一方向上引导所述活动基座。使用该结构，可以使活动基座相对于固定基座的移动变得稳定且平滑，并且可以降低镜头驱动器的电流消耗。

第二方面，提供了一种电子装置，所述电子装置包括在平面中并排排列的两个镜头驱动器。使用该结构，可以减少小型双摄像头系统的磁场泄露。

在所述第二方面的第一种可能的实施方式中，所述两个镜头驱动器在相同方向上排列。使用该结构，由于包括一个镜头驱动器的各磁体的音圈电机与包括另一个镜头驱动器的各磁体的音圈电机之间的距离很长，可以减少磁场的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的镜头驱动器的俯视图；

图2示出了从图1所示的点(A)观察到的镜头驱动器的侧视图(截面图)；

图3示出了从图1所示的点(B)观察到的金属芯和r线圈；

图4示出了位于从图1所示的点(B)观察到的金属芯和r线圈之后的r磁体；

图5示出了AF驱动引擎单元的推压动作；

图6示出了两个镜头驱动器的示例性排列。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的特征具有新颖性。附图只作为示例，并没有按照比例绘制。并且，附图中相同的数字代表相同的特征。可以参考下面的详细说明并结合附图对本发明本身(包括结构和操作方法)作出最好的理解。

图1示出了本发明的镜头驱动器的俯视图。图2示出了从图1所示的点(A)观察到的镜头驱动器的侧视图(截面图)。图2中，固定基座1固定在，例如，智能手机的相机模块上。待拍摄的目标置于图2的顶部，并且固定基座1上设有图像传感器3。活动基座2通过三个球体19、21和23放置在固定基座1上。球体19、21和23分别放置在凹槽18、20和22中。凹槽18、20和22设置在活动基座2的下侧及固定基座1的上侧。在角落处设有四个弹簧线圈15，所述四个弹簧线圈15位于固定基座1和活动基座2之间，并拉动彼此。活动基座2的中心具有开口，足以允许来自目标的光穿过透镜6到达所述图像传感器3。d磁体11附接于活动基座2的下表面，d线圈14附接于固定基座1的上表面。d磁体11和d线圈14彼此相向而设。d VCM由d磁体11和d线圈14组成。

AF驱动引擎单元12安装在活动基座2上。AF驱动引擎单元12包括驱动轴121、压电元件122和砝码123。图2中没有示出为压电元件122施加电压的导线。施加电压时，压电元件122根据电压方向扩张或收缩。该AF驱动引擎单元12向上或向下移动透镜架4。透镜架4内持有镜筒5，镜筒5内持有透镜6。r磁体7附接于透镜架4的外表面，与AF驱动引擎单元12相对。印刷电路板9安装在活动基座2上，与AF驱动引擎单元12相对。r线圈8附接于印刷电路板9的靠近r磁体7的表面，且朝向r磁体7。r VCM由r磁体7和r线圈8组成。金属芯10附接于印刷电路板9的远离r磁体7的另一表面。金属芯10由铁或具有高磁导率的材料制成，如透磁合金。

参见图1，透镜架4具有靠近活动基座2的左上角的V形区域。滑块13附接于V形区域的内表面。V形区域可由树脂制成，滑块13可由金属制成。弹簧16设置在V形区域的内表面和驱动轴121之间，与和驱动轴121相对的滑块13相对。弹簧16按压驱动轴121。r磁体7附接于透镜架4的外表面，与V形区域(靠近图1中活动基座2的右下角)相对。r磁体7通过磁力吸引金属芯10。这样，透镜架4被拉向金属芯10，而滑块13在驱动轴121上受到按压。由于滑块13和驱动轴121之间有摩擦，在没有给压电元件122施加电压时，透镜架4相对活动基座2而言保持位置不变。

参见图2，AF驱动引擎单元12具有使用压电元件122的冲击驱动机制。工作原理如下：压电元件122根据待施加电压的方向进行收缩或扩张，收缩或扩张的幅度和速度取决于波形。压电元件122在预定方向由具有缓慢上升曲线的波形驱动时缓慢扩张，并且驱动轴121和透镜架4一起缓慢上移。压电元件122由在另一方向上具有快速上升曲线(在上述预定方向上具有快速下降曲线)的波形驱动时快速收缩，并且驱动轴121快速下移，而透镜架4并不快速下移。在该扩张和收缩操作中，透镜架4由于惯性被提起和留下。通过重复该操作，透镜架4逐渐上移。

如果从相反的方向执行上述扩张和收缩操作，即压电元件122由具有缓慢下降曲线的波形和在上述预定方向上具有快速上升曲线的波形驱动时，透镜架4由于惯性被放低和留下。通过重复该相反的操作，透镜架4逐渐下移。综上所述，透镜架4可以根据需要上下移动。滑块13的存在提高了透镜架4的移动效率。

从图1可看出，r磁体7的磁力拉动固定在印刷电路板9上的金属芯10，由此可以减少透镜架4围绕驱动轴121的不必要的转动，其中印刷电路板9固定在活动基座2上。如此，当电流不通过r线圈8时，透镜架4处于中心(初始)位置。由于金属芯10由铁或具有高磁导率的材料制成，磁通穿过金属芯10，可以避免漏磁。

如图1所示，通过用于d方向的d VCM(d磁体11和d线圈14)和用于r方向的r VCM(r磁体7和r线圈8)实现OIS。

参见图2，当电流通过d线圈14时，根据佛来明的左手定律，与电流方向和磁场方向垂直的方向上会产生力。d磁体11和d线圈14之间产生力的原理与r磁体7和r线圈8之间产生力的原理相同，将在下文进行说明。这样，活动基座2就会相对固定基座1沿着d方向移动。

相应地，在图1中，活动基座2相对固定基座1从左上方移动到右下方或从右下方移动到左上方(沿着d方向)。由于d磁体11和d线圈14之间的相互作用，活动基座2可以在d方向上往返移动。

为了在d方向上引导活动基座2，在活动基座2的下侧和固定基座1的上侧设有凹槽18、20和22。球体19、21和23置于活动基座2和固定基座1上的对应凹槽之间。在俯视图中，凹槽18和20的形状呈矩形以引导d方向上的移动。在俯视图中，凹槽22呈圆形。可以根据d方向上的移动范围确定凹槽18和20的长度以及凹槽22的直径。所述引导并不限于上述结构。可以采用多种引导结构。

将r VCM用作图1所示的用于r方向的OIS。由于r磁体7和r线圈8之间的相互作用，rVCM围绕驱动轴121转动透镜架4。r磁体7安装在透镜架4上。r磁体7朝向设置在印刷电路板9上的r线圈8。由于透镜架4为了实现AF而上下移动，r磁体7同样上下移动。考虑到r磁体7的移动，确定r磁体7和r线圈8的尺寸时，留有余量。线圈8的端子与印刷电路板9电连接。印刷电路板9的背侧设有金属芯10。金属芯10由铁或具有高磁导率的材料制成。在另一实施例中，r磁体7和r线圈8的位置可以互换。

图3示出了从图1所示的点(B)观察到的金属芯10和r线圈8。图3中没有示出印刷电路板9。当透镜架4围绕驱动轴121转动时，金属芯10产生磁性弹簧效应，将透镜架4上的r磁体7拉到金属芯10的中心。相应地，当透镜架4没有转动时，透镜架4保持不动，使得r磁体7的中性轴始终朝向金属芯10的中心。换言之，如果r磁体7离开了该位置，它还会因为磁性弹簧效应而回到该位置。中性轴在S极和N极之间。图4示出了位于从图1所示的点(B)观察到的金属芯10和r线圈8之后的r磁体7。从图1可看出，另一磁体的N极和S极附接在图4所示的S极和N极的后面(两极磁化)。磁通产生于图4中r磁体7左侧的S极后面的N极，并进入图4中r磁体7左侧的S极。即，在图4中r磁体7的左侧的前方，磁场方向为从前向后。另一磁通产生于图4中r磁体7右侧的N极，并进入图4中r磁体7右侧的N极后面的S极。即，在图4中r磁体7的右侧的前方，磁场方向为从后向前。该两极磁化的结构缩短了磁通回路，减少了漏磁。

图3中，向r线圈8施加顺时针(clockwise，CW)方向的电流时，在r线圈8的左部位置，电流向上流动，而磁场方向为上面提到的从前向后。根据佛来明的左手定律的电磁相互作用，产生了从右向左移动r线圈8的力。在r线圈8的右部位置，电流向下流动，而磁场方向为上面提到的从后向前。根据佛来明的左手定律的电磁相互作用，产生了从右向左移动r线圈8的力。由于r线圈8固定在印刷电路板9上，r磁体7在图4的右方向上移动，即，透镜架4在图1的右上方方向上转动。

图3中，向r线圈8施加逆时针(counter-clockwise，CCW)方向的电流时，在r线圈8的左部位置，电流向下流动，而磁场方向为上面提到的从前向后。根据佛来明的左手定律的电磁相互作用，产生了从左向右移动r线圈8的力。在r线圈8的右部位置，电流向上流动，而磁场方向为上面提到的从后向前。根据佛来明的左手定律的电磁相互作用，产生了从左向右移动r线圈8的力。由于r线圈8固定在印刷电路板9上，r磁体7在图4的左方向上移动，即，透镜架4在图1的左下方方向上转动。综上所述，透镜架4在两个方向上都可以转动。d磁体11和d线圈14之间产生力的原理与r磁体7和r线圈8之间产生力的原理相同。

使用上述由用于d方向的d VCM和用于r方向的r VCM实现的OIS，透镜6的中心位置可以移动到两个维度中的任何地方。由于r VCM围绕驱动轴121转动透镜6，可以将用于r方向的r VCM称作极坐标系统(Polar Coordinate System，PCS)。

可以利用抖动技术来减少AF驱动引擎单元12的摩擦阻力。抖动是指在流经r线圈8的电流中增加振幅较小的周期信号。抖动的目的是减小动摩擦和静摩擦之间的差异。图5示出了由AF驱动引擎单元12进行的推压动作。为了在驱动轴121和滑块13之间获得低且稳定的μ值(抖动技术限定了μ值)，同时避免粘滑现象，除了向用于r方向的OIS施加，例如，频率为10Hz至15Hz的电压之外，还向r VCM的r线圈8施加频率超过200Hz，较优为200Hz至300Hz，的正弦波形的电压。在图5中，对透镜架4施加抖动为200Hz的转动动作，即，电压频率为200Hz时，透镜架4转动。

当驱动轴121快速移动而透镜架4被留下时，摩擦阻力变小但维持在一定范围内。当驱动轴121为了实现AF而快速移动时，可以应用抖动。由于抖动效应，驱动轴121和滑块13之间的摩擦阻力变小，推压运动的平均速度变大，并且速度的弥散降低。即，可以改善并稳定AF控制，也可以减小用于AF的电流消耗。此外，在透镜架4围绕驱动轴121转动时可以针对用于r方向的OIS而应用抖动。由于抖动效应，用于r方向的OIS的移动可变得平滑。

当两个传统镜头驱动器并排放置时，由于会出现磁场泄露，两个镜头驱动器会对彼此产生磁力影响。因此，需要能降低或消除磁场泄露的镜头驱动器。

当本申请的两个镜头驱动器并排放置时，它们可以如图6所示那样进行排列。智能手机、移动装置、计算机、电视等电子装置中可以包含两个镜头驱动器。图6示出了本发明的两个镜头驱动器的示例性排列。图6的两个镜头驱动器在相同方向上排布。在该结构中，因为一个镜头驱动器中的各VCM聚集在该镜头驱动器的同一个角落里，所以左镜头驱动器和右镜头驱动器的VCM之间的距离很长。此外，由于r磁体7是两极磁化的，因此本申请的r磁体7的磁场很小。再者，金属芯10会屏蔽磁场。因此，降低了磁场泄露。这样，两个镜头驱动器可以靠近放置，双相机模块的总体尺寸变小。

再者，通过应用冲击压电式AF驱动器，本申请的镜头驱动器的电流消耗比传统镜头驱动器小得多。此外，由于使用了球体19、21和23来减小摩擦，用于在d方向上移动活动基座2来实现OIS的负荷很小。因此，也降低了实现OIS的电流消耗。此外，抖动提高了移动透镜架4的效率，并节省了实现AF以及r方向OIS的电流消耗。本申请的镜头驱动器的总体电流消耗比传统镜头驱动器的总体电流消耗小得多，如下表所示：

表1

以上公开的仅为本发明的示例性实施例，当然也并不用于限制本发明的保护范围。本领域普通技术人员可以理解的是，实施前述实施例的全部或部分流程以及根据本发明权利要求进行的等效修改都应属于本发明的范围内。

Claims

1.一种镜头驱动器，其特征在于，包括：

用于固定图像传感器的固定基座；

可移动地放置在所述固定基座上的活动基座；

位于所述活动基座上的AF驱动引擎单元；

与所述AF驱动引擎单元一同可移动固持的透镜架；

由所述透镜架固持的透镜；

第一音圈电机，用于在与所述透镜的光轴垂直的第一方向上相对所述固定基座平移所述活动基座；以及

第二音圈电机，用于在不同于所述第一方向并与所述透镜的所述光轴垂直的第二方向上围绕所述AF驱动引擎单元转动所述透镜架；

其中，所述AF驱动引擎单元、所述第一音圈电机以及所述第二音圈电机排列在所述透镜架周围，并位于贯穿所述透镜的中心的直线上。

2.根据权利要求1所述的镜头驱动器，其特征在于，所述第二音圈电机包括：附接于所述透镜架的外表面的磁体；以及附接于印刷电路板的靠近所述磁体的表面的线圈，所述印刷电路板固定在所述活动基座上，其中

具有给定磁导率的金属芯附接于所述印刷电路板的远离所述磁体的表面。

3.根据权利要求2所述的镜头驱动器，其特征在于，所述磁体是两极磁化的。

4.根据权利要求2所述的镜头驱动器，其特征在于，所述AF驱动引擎单元包括：用于在所述透镜的所述光轴的方向上移动所述透镜架的压电元件；以及与所述压电元件耦接的驱动轴，其中

所述透镜架朝向所述驱动轴的表面上附有滑块，以及

所述驱动轴和所述滑块之间产生摩擦。

5.根据权利要求4所述的镜头驱动器，其特征在于，用于减少所述驱动轴和所述滑块之间的摩擦的波形，叠置在用于在所述第二方向上转动所述透镜架的波形上，所述波形为施加给所述压电元件的电压波形。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的镜头驱动器，其特征在于，在所述固定基座的上表面及所述活动基座的下表面设有凹槽，并且相对的凹槽之间放置有球体，其中，所述凹槽用于在所述第一方向上引导所述活动基座。

7.一种电子装置，其特征在于，包括两个根据权利要求1-6中任一项所述的镜头驱动器，所述两个镜头驱动器在平面中并排排列。