CN112702534A - 一种微型摄像头三轴shift防抖云台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及音圈电机技术领域，具体是一种微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：包括云台底座、密封承载件、第一载体和第二载体；云台底座的底面设有下导磁金属板组、X向驱动线圈组、Y向驱动线圈组、Y向位置感测元件、X向位置感测元件；第一载体的上表面固定感光芯片，下表面固定有上导磁金属板组、绕Z轴旋转驱动线圈和旋转位置感测元件；第二载体位于云台底座和第一载体之间，第二载体上设有与上导磁金属板组和下导磁金属板组对应的磁铁组，第一载体与第二载体之间、第二载体与云台底座之间分别设有滚珠支撑结构。本发明旨在解决现有技术中无法消除镜头多个方向抖动及旋转所导致成像模糊的问题，大大提高成像质量。

Description

一种微型摄像头三轴shift防抖云台

技术领域

本发明涉及音圈电机技术领域，尤其涉及一种微型摄像头三轴shift防抖云台，适用于移动端摄像设备。

背景技术

由于音圈电机(Voice Coil Motor，VCM)具有结构简单、体积小、低能耗、无噪音、高加速度、响应速度快、位移精确和价格低等优点，所以目前对于摄像头自动调焦装置来说，音圈电机的自动调焦功能仍为性价比最高的方案。通过将光学镜头固定在音圈电机驱动载体上，载体作为镜头移动的动力单元，并通过弹性结构连接音圈电机载体与外壳，当电机通电后，载体将沿镜头光轴方向做直线运动，从而实现自动调焦功能。目前，由于移动端摄像设备现有的防抖方案都只能对音圈马达中镜头进行水平方向的抖动平衡。而实际高端的摄像设备在使用中除了水平方向的抖动，还会存在绕垂直轴（Z轴）旋转的情况，即绕光轴旋转，此刻成像时，虽然中心位置成像可以保持一定的清晰度，但中心外侧就会由于旋转，致使成像模糊。然而，现有技术通过调整镜头位置进行防抖的效果有限，这成为目前移动端摄像头急需解决的一个难题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种结构紧凑、使用可靠的微型摄像头三轴shift防抖云台，旨在解决现有技术中无法消除镜头多个方向抖动及旋转所导致成像模糊的问题，大大提高成像质量，满足高端摄像的需求。

本发明所采用的技术方案是：

一种微型摄像头三轴shift防抖云台，其技术要点是：包括云台底座、与云台底座扣合为一体形成动件组运动空间的密封承载件、叠放于动件组运动空间中的第一载体和第二载体；所述密封承载件另用于连接音圈电机与云台，其上表面中部设有与音圈电机内镜片模组对应的通光孔并固定滤光片；所述云台底座的底面设有下导磁金属板组、X向驱动线圈组、Y向驱动线圈组、位于X向驱动线圈组侧方的Y向位置感测元件、位于Y向驱动线圈组侧方的X向位置感测元件；所述第一载体的上表面固定有朝向滤光片的感光芯片，下表面固定有上导磁金属板组、绕Z轴旋转驱动线圈和旋转位置感测元件；所述第二载体位于云台底座和第一载体之间，第二载体上设有与上导磁金属板组和下导磁金属板组对应的磁铁组，第二载体通过磁铁组的磁吸力与第一载体和云台底座吸合在一起，所述第一载体与第二载体之间设有第一滚珠支撑结构，第二载体与云台底座之间设有第二滚珠支撑结构和弹片复位结构；所述第一载体上另粘接有围绕感光芯片布置的柔性电路板，所述柔性电路板提供对于第一载体的复位力并分别与感光芯片和音圈电机的外部连接板电连，使得感光芯片的成像采集数据与移动端设备建立通讯。

上述的微型摄像头三轴shift防抖云台，所述磁铁组内置于第二载体中，其由沿X轴方向间隔布置的X正向磁铁、X负向磁铁、沿Y方向间隔布置的Y正向磁铁、Y负向磁铁组成，所述上导磁金属板组和下导磁金属板组分别内置于第一载体和云台底座中，上导磁金属板组由与磁铁组的磁铁一一对应的上导磁金属板组成，下导磁金属板组由与磁铁组的磁铁一一对应的下导磁金属板组成。

上述的微型摄像头三轴shift防抖云台，云台底座上的X向驱动线圈组由位于X正向磁铁和下导磁金属板之间的X正向驱动线圈，位于X负向磁铁和下导磁金属板之间的X负向驱动线圈组成；云台底座上的Y正向驱动线圈由位于Y正向磁铁和下导磁金属板之间的Y正向驱动线圈、位于Y负向磁铁和下导磁金属板之间的Y负向驱动线圈组成。

上述的微型摄像头三轴shift防抖云台，第一载体上的绕Z轴旋转驱动线圈由围绕Z轴均匀分布的四个旋转驱动线圈组成，各旋转驱动线圈位于X正向磁铁、X负向磁铁、Y正向磁铁、Y负向磁铁与对应的上导磁金属板之间。

上述的微型摄像头三轴shift防抖云台，所述第一滚珠支撑结构包括多个滚珠Ⅰ，所述第一载体的下表面和第二载体的上表面分别设有与滚珠Ⅰ一一对应的滚珠滑轨Ⅰ，所述滚珠滑轨Ⅰ为弧形轨道，各滚珠滑轨Ⅰ围绕Z轴均匀布置。

上述的微型摄像头三轴shift防抖云台，所述第二滚珠支撑结构包括多个滚珠Ⅱ，所述第二载体的下表面和云台底座的上表面分别设有与滚珠Ⅱ一一对应的滚珠滑轨Ⅱ，所述滚珠滑轨Ⅱ为圆形凹坑。

上述的微型摄像头三轴shift防抖云台，所述弹片复位结构由间隔布置的多个用于与云台底座侧挡墙顶面连接的外框部、间隔布置的多个用于与第二载体的边缘连接的内框部、连接于相邻外框部与内框部之间的弹性连接部组成。

上述的微型摄像头三轴shift防抖云台，所述云台底座中内置增加强度的金属料带，云台底座上的X向驱动线圈组、Y向驱动线圈组、X向位置感测元件和Y向位置感测元件通过金属料带与音圈电机的外部连接板电连。

上述的微型摄像头三轴shift防抖云台，所述密封承载件上表面设有用于安装音圈电机的外部连接板的避让槽，密封承载件中内置有金属嵌入件，作为与音圈电机引脚焊接的焊盘。

本发明的有益效果是：

1、采用第一载体、第二载体和X向驱动线圈组、Y向驱动线圈组和绕Z轴旋转驱动线圈结构，实现水平方向X轴和Y轴两个自由度以及绕Z轴旋转单自由度防抖，使得马达无论是在水平方向还是绕Z轴旋转方向都可以进行相应的抖动补偿，达到三轴防抖的目的。由于采用了感光芯片的技术手段，感光芯片与第一载体固定为一体，随第一载体发生水平或旋转位移，与音圈电机配合使用后，补偿抖动的能力更强，使得感光芯片成像时变得稳定，使移动端摄像变得更加清晰和稳定，高效提高移动端设备的拍照能力。

2、采用磁铁组与上导磁金属板组和下导磁金属板组相互配合，实现第一载体、第二载体和云台底座吸合为一体，同时通过采用第一滚珠支撑结构保证第一载体可相对第二载体转动，通过采用第二滚珠支撑结构保证第二载体带动第一载体相对云台底座沿水平方向移动。磁铁组同时具有辅助第一载体和第二载体复位的作用。

3、采用弹片复位结构使第二载体相对云台底座移动后顺利复位，柔性电路板除了信号传递功能外，还可使第一载体相对第二载体转动后顺利复位。

4、通过X向位置感测元件、Y向位置感测元件感应第二载体（以及第一载体和感光芯片）相对云台底座的水平位移，通过旋转位置感测元件感应第一载体（以及感光芯片）相对第二载体的旋转位移，并反馈电信号，以便于实时调整X向驱动线圈组、Y向驱动线圈组以及绕Z轴旋转驱动线圈中驱动电流的大小，实现闭环控制，显著提高控制精度。

附图说明

图1为本发明的爆炸图；

图2为本发明的磁铁组、上、下导磁金属板组、X向、Y向驱动线圈组和绕Z轴旋转驱动线圈的相对位置示意图；

图3为本发明的Z轴旋转防抖结构示意图；

图4为本发明的X、Y轴平移防抖结构示意图。

图中：1.滤光片、2.密封承载件、3.感光芯片、4.上导磁金属板组、401.上导磁金属板、5.旋转位置感测元件、6.Z轴旋转驱动线圈、601.旋转驱动线圈、7.第一载体、8.柔性电路板、9.第一滚珠支撑结构、901.滚珠滑轨Ⅰ、10.磁铁组、1001.X正向磁铁、1002.Y正向磁铁、1003.X负向磁铁、1004.Y负向磁铁、11.第二载体、12.弹片复位结构、13.X向驱动线圈组、14.Y向位置感测元件、15.Y向驱动线圈组、16.下导磁金属板组、1601.下导磁金属板、17.第二滚珠支撑结构、1701.滚珠滑轨Ⅱ、18.云台底座、19.X向位置感测元件。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案以及优势更加清晰明确，对本发明作进一步详细说明。

如图1-图4所示，该微型摄像头三轴shift防抖云台，包括云台底座18、与云台底座18扣合为一体形成动件组运动空间的密封承载件2、叠放于动件组运动空间中的第一载体7和第二载体11。

其中，所述密封承载件2另用于连接音圈电机与云台，其上表面中部设有与音圈电机内镜片模组对应的通光孔并固定滤光片1。所述云台底座18的底面设有下导磁金属板组16、X向驱动线圈组13、Y向驱动线圈组15、位于X向驱动线圈组13侧方的Y向位置感测元件14、位于Y向驱动线圈组15侧方的X向位置感测元件19。所述第一载体7的上表面固定有朝向滤光片1的感光芯片3，下表面固定有上导磁金属板组4、绕Z轴旋转驱动线圈6和旋转位置感测元件5。所述第二载体11位于云台底座18和第一载体7之间，第二载体11上设有与上导磁金属板组4和下导磁金属板组16对应的磁铁组10，第二载体11通过磁铁组10的磁吸力与第一载体7和云台底座18吸合在一起，所述第一载体7与第二载体11之间设有第一滚珠支撑结构9，第二载体11与云台底座18之间设有第二滚珠支撑结构17和弹片复位结构12。所述第一载体7上另粘接有围绕感光芯片3布置的柔性电路板8，所述柔性电路板8提供对于第一载体7的复位力并分别与感光芯片3和音圈电机的外部连接板（图中省略）电连，使得感光芯片3的成像采集数据与移动端设备建立通讯。

本实施例中，感光芯片3与第一载体7的固定方式有焊接、粘接和机械固定。柔性电路板8具有特定的L型多次弯折结构。所述磁铁组10内置于第二载体11中，其由沿X轴方向间隔布置的X正向磁铁1001、X负向磁铁1003、沿Y方向间隔布置的Y正向磁铁1002、Y负向磁铁1004组成，所述上导磁金属板组4和下导磁金属板组16分别内置于第一载体7和云台底座18中，上导磁金属板组4由与磁铁组10的磁铁一一对应的上导磁金属板401组成，下导磁金属板组16由与磁铁组10的磁铁一一对应的下导磁金属板1601组成。云台底座18上的X向驱动线圈组13由位于X正向磁铁1001和下导磁金属板1601之间的X正向驱动线圈，位于X负向磁铁1003和下导磁金属板1601之间的X负向驱动线圈组成；云台底座18上的Y正向驱动线圈15由位于Y正向磁铁1002和下导磁金属板1601之间的Y正向驱动线圈、位于Y负向磁铁1004和下导磁金属板1601之间的Y负向驱动线圈组成。第一载体7上的绕Z轴旋转驱动线圈6由围绕Z轴均匀分布的四个旋转驱动线圈601组成，各旋转驱动线圈601位于X正向磁铁1001、X负向磁铁1003、Y正向磁铁1002、Y负向磁铁1004与对应的上导磁金属板401之间。

参见图2，X正向磁铁1001、X负向磁铁1003、Y正向磁铁1002、Y负向磁铁1004位于最中间位置，往外依次是线圈和导磁金属板；这种结构布置具有以下优势：（1）、第一载体7和云台底座18上的线圈共用一组磁铁，使整体结构更加紧凑，有效避免两组磁铁之间互相影响；（2）、第一载体7和云台底座18上分别设置上、下导磁金属板，可以使线圈所在磁场强度有效提升；（3）、第一载体7和云台底座18上分别设置上、下导磁金属板，在磁铁吸引力作用下使其所在结构间有效贴合，防止滚珠脱离滑轨；（4）、第一载体7和云台底座18上分别设置上、下导磁金属板，在第一载体7和云台底座18相对第二载体11发生相对位移后，可以在磁吸力作用下进行辅助复位；（5）、磁铁位于中间位置，可以为分别位于第一载体7和云台底座18上的X向位置感测元件19、Y向位置感测元件14和旋转位置感测元件5提供磁场，使感测元器件准确感知相对水平位移或旋转位移。

所述第一滚珠支撑结构9包括多个滚珠Ⅰ，所述第一载体7的下表面和第二载体11的上表面分别设有与滚珠Ⅰ一一对应的滚珠滑轨Ⅰ901，所述滚珠滑轨Ⅰ901为弧形轨道，各滚珠滑轨Ⅰ围绕Z轴均匀布置。所述第二滚珠支撑结构17包括多个滚珠Ⅱ，所述第二载体11的下表面和云台底座18的上表面分别设有与滚珠Ⅱ一一对应的滚珠滑轨Ⅱ1701，所述滚珠滑轨Ⅱ1701为圆形凹坑。所述弹片复位结构12由间隔布置的多个用于与云台底座18侧挡墙顶面连接的外框部、间隔布置的多个用于与第二载体11的边缘连接的内框部、连接于相邻外框部与内框部之间的弹性连接部组成，外框部与云台底座，内框部与第二载体的固定方式有粘接、铆接。弹片复位结构12在第二载体11相对云台底座18运动后，使其自动复位，同时在云台的垂直方向对于第二载体具有预紧力，增强第二载体11与云台底座18的贴合度。第二载体11上表面设有对应第一载体7相对运动位置的避让空间结构，以避免影响第一载体7旋转；云台底座18上表面设有对应第二载体11相对运动位置的避让空间结构，以避免影响第二载体11水平移动。

参见图3，在旋转位置感测元件5感测到第一载体7相对第二载体11发生Z轴方向旋转时，旋转位置感测元件5实时发出电信号调整四个旋转驱动线圈601中的电流，克服X正向磁铁1001、X负向磁铁1003、Y正向磁铁1002、Y负向磁铁1004对于上导磁金属板401的吸引力和柔性电路板8的约束力，使第一载体7可以在旋转驱动线圈601产生的电磁力和第一滚珠支撑结构9共同作用下稳定围绕Z轴做旋转补偿运动，从而实现绕Z轴方向的闭环防抖控制。

参见图4，云台底座18上的Y向位置感测元件14和X向位置感测元件19在感测到第二载体11相对云台底座18发生水平移动时，Y向位置感测元件14和X向位置感测元件19实时发出电信号调整X向驱动线圈组13和Y向驱动线圈组15中的电流，克服弹片复位结构12的应力、X正向磁铁1001、X负向磁铁1003、Y正向磁铁1002、Y负向磁铁1004对于下导磁金属板1601的吸引力以及柔性电路板8的约束力，使第二载体11可以在X向驱动线圈组13和Y向驱动线圈组15产出的电磁力和第二滚珠支撑结构17共同作用下做水平方向两个自由度稳定补偿运动，从而实现两个自由度闭环防抖控制。

当上述旋转驱动线圈601未通电时，X正向磁铁1001、X负向磁铁1003、Y正向磁铁1002、Y负向磁铁1004产生的吸引力会与第一滚珠支撑结构9所提供的支持力达到平衡，避免滚珠Ⅰ脱离滚珠滑轨Ⅰ901，从而对第一载体7提供约束，使第一载体7保持稳定，避免发生偏位现象；当X向驱动线圈组13和Y向驱动线圈组15未通电时，X正向磁铁1001、X负向磁铁1003、Y正向磁铁1002、Y负向磁铁1004产生的吸引力会与第二滚珠支撑结构17所提供的支持力达到平衡，避免滚珠Ⅱ脱离滚珠滑轨Ⅱ1701。

所述云台底座18中内置增加强度的金属料带（图中省略），云台底座18上的X向驱动线圈组13、Y向驱动线圈组15、X向位置感测元件19和Y向位置感测元件14通过金属料带与音圈电机的外部连接板电连。所述密封承载件2上表面设有用于安装音圈电机的外部连接板的避让槽，避让槽与外部连接板互扣粘接到一起，密封承载件2中内置有金属嵌入件，作为与音圈电机引脚焊接的焊盘。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：包括云台底座、与云台底座扣合为一体形成动件组运动空间的密封承载件、叠放于动件组运动空间中的第一载体和第二载体；所述密封承载件另用于连接音圈电机与云台，其上表面中部设有与音圈电机内镜片模组对应的通光孔并固定滤光片；所述云台底座的底面设有下导磁金属板组、X向驱动线圈组、Y向驱动线圈组、位于X向驱动线圈组侧方的Y向位置感测元件、位于Y向驱动线圈组侧方的X向位置感测元件；所述第一载体的上表面固定有朝向滤光片的感光芯片，下表面固定有上导磁金属板组、绕Z轴旋转驱动线圈和旋转位置感测元件；所述第二载体位于云台底座和第一载体之间，第二载体上设有与上导磁金属板组和下导磁金属板组对应的磁铁组，第二载体通过磁铁组的磁吸力与第一载体和云台底座吸合在一起，所述第一载体与第二载体之间设有第一滚珠支撑结构，第二载体与云台底座之间设有第二滚珠支撑结构和弹片复位结构；所述第一载体上另粘接有围绕感光芯片布置的柔性电路板，所述柔性电路板提供对于第一载体的复位力并分别与感光芯片和音圈电机的外部连接板电连，使得感光芯片的成像采集数据与移动端设备建立通讯。

2.根据权利要求1所述的微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：所述磁铁组内置于第二载体中，其由沿X轴方向间隔布置的X正向磁铁、X负向磁铁、沿Y方向间隔布置的Y正向磁铁、Y负向磁铁组成，所述上导磁金属板组和下导磁金属板组分别内置于第一载体和云台底座中，上导磁金属板组由与磁铁组的磁铁一一对应的上导磁金属板组成，下导磁金属板组由与磁铁组的磁铁一一对应的下导磁金属板组成。

3.根据权利要求2所述的微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：云台底座上的X向驱动线圈组由位于X正向磁铁和下导磁金属板之间的X正向驱动线圈，位于X负向磁铁和下导磁金属板之间的X负向驱动线圈组成；云台底座上的Y正向驱动线圈由位于Y正向磁铁和下导磁金属板之间的Y正向驱动线圈、位于Y负向磁铁和下导磁金属板之间的Y负向驱动线圈组成。

4.根据权利要求2所述的微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：第一载体上的绕Z轴旋转驱动线圈由围绕Z轴均匀分布的四个旋转驱动线圈组成，各旋转驱动线圈位于X正向磁铁、X负向磁铁、Y正向磁铁、Y负向磁铁与对应的上导磁金属板之间。

5.根据权利要求1所述的微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：所述第一滚珠支撑结构包括多个滚珠Ⅰ，所述第一载体的下表面和第二载体的上表面分别设有与滚珠Ⅰ一一对应的滚珠滑轨Ⅰ，所述滚珠滑轨Ⅰ为弧形轨道，各滚珠滑轨Ⅰ围绕Z轴均匀布置。

6.根据权利要求1所述的微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：所述第二滚珠支撑结构包括多个滚珠Ⅱ，所述第二载体的下表面和云台底座的上表面分别设有与滚珠Ⅱ一一对应的滚珠滑轨Ⅱ，所述滚珠滑轨Ⅱ为圆形凹坑。

7.根据权利要求1所述的微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：所述弹片复位结构由间隔布置的多个用于与云台底座侧挡墙顶面连接的外框部、间隔布置的多个用于与第二载体的边缘连接的内框部、连接于相邻外框部与内框部之间的弹性连接部组成。

8.根据权利要求1所述的微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：所述云台底座中内置增加强度的金属料带，云台底座上的X向驱动线圈组、Y向驱动线圈组、X向位置感测元件和Y向位置感测元件通过金属料带与音圈电机的外部连接板电连。

9.根据权利要求1所述的微型摄像头三轴shift防抖云台，其特征在于：所述密封承载件上表面设有用于安装音圈电机的外部连接板的避让槽，密封承载件中内置有金属嵌入件，作为与音圈电机引脚焊接的焊盘。

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