CN114265265A - 光学稳定系统及光学稳定控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种光学稳定系统及光学稳定控制方法，所述光学稳定系统包括：磁性机构组件、线圈组件、传感器组件、陀螺仪及控制器；磁性机构组件包括至少两组磁性机构，用以产生磁场信号；线圈组件包括若干线圈，各线圈分别设置于对应的磁性机构；传感器组件包括至少两个传感器，用以感应磁场强度信号或磁场角度信号；陀螺仪用以检测镜头抖动信号；控制器用以根据陀螺仪检测到的镜头抖动方位信号向对应位置的线圈提供设定驱动电流，控制对应磁性机构向设定位置移动，各传感器发送实时的磁场强度信号或磁场角度信号给控制器，从而对线圈电流做出微小调整，直至磁性机构到达目标位置。本发明可更加精确地控制磁性机构的微小位移，提高镜头的稳定性。

Description

光学稳定系统及光学稳定控制方法

技术领域

本发明属于光学稳定控制技术领域，涉及一种光学控制系统，尤其涉及一种光学稳定系统及光学稳定控制方法。

背景技术

光学稳像（OIS-光学图像稳定器）是相机稳定系统中一种有效的解决方案，解决了图像质量问题， 随着消费类电子产品的快速发展，消费者要求更高分辨率的光学变焦相机，打包到更小、更轻的DSC和手机中，由于手抖动造成的模糊将变得更加明显，稳定系统将成为标准功能。

如何解决手的抖动成为了评估相机稳定系统的重要指标。手抖动造成的模糊可以通过稳定相机来减小。微控制器将手抖动信号传递给移动图像传感器的小型直线电机，补偿摄像机的运动。

为了使OIS系统正常工作，传感器的选择非常重要，而且相应的制动器及其他装备也必须相匹配。最常见的制动器是音圈马达，一种电磁直线电机，用于驱动镜头，结合强永磁体，线圈用于水平驱动平台。由于该系统固有的强磁场，各向异性磁电阻传感器可以通过测量两个方向的磁场形成的角度来跟踪平台的位置。电机和传感器可以紧密集成在一个包装内一起工作，以达到精确控制平台位置的目的。然而，现有相机稳定系统的控制精度已无法满足用户的需要，有待提高。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的光学稳定系统，以便克服现有光学稳定系统存在的上述至少部分缺陷。

发明内容

本发明提供一种光学稳定系统及光学稳定控制方法，可精确控制磁性机构微小位移，提高镜头的稳定性。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种光学稳定系统，所述光学稳定系统包括：磁性机构组件，包括至少两组磁性机构，各组磁性机构包括至少一个磁性机构；各磁性机构用以产生磁场信号；

线圈组件，包括若干线圈，各线圈分别设置于对应的磁性机构；

传感器组件，包括至少两个传感器，用以感应磁场强度信号或磁场角度信号；

陀螺仪，用以检测镜头抖动信号；

控制器，分别连接陀螺仪、传感器组件及线圈组件，用以根据所述陀螺仪检测到的镜头抖动信号向对应位置的线圈提供设定驱动电流，控制对应磁性机构向设定位置移动，传感器感应目前磁性机构实时位置的相关信号；然后所述控制器根据各传感器实时发送的磁场强度信号或磁场角度信号对相应线圈的驱动电流做微小调整，直至磁性机构移动位置符合目标需求。

作为本发明的一种实施方式，各磁性机构为一双极磁性机构。

作为本发明的一种实施方式，各磁性机构均包括两个单极磁性单元紧贴在一起形成的磁性机构。

作为本发明的一种实施方式，两个单极磁性单元充磁方向相反，形状尺寸完全一致。

作为本发明的一种实施方式，两个单极磁性单元充磁方向相反，形状尺寸有所差异。

作为本发明的一种实施方式，所述传感器组件包括第一传感器及第二传感器；。

作为本发明的一种实施方式，所述第一传感器为第一AMR传感器，第二传感器为第二AMR传感器。

作为本发明的一种实施方式，所述磁性机构组件包括第一组磁性机构及第二组磁性机构；所述第一组磁性机构包括第一磁性机构及第三磁性机构，所述第二组磁性机构包括第二磁性机构及第四磁性机构；所述第一磁性机构配置第一线圈，所述第二磁性机构配置第二线圈，所述第三磁性机构配置第三线圈，所述第四磁性机构配置第四线圈；所述第一传感器靠近所述第一磁性机构设置，所述第二传感器靠近所述第二磁性机构设置。

作为本发明的一种实施方式，所述第一磁性机构、第三磁性机构、第二磁性机构及第四磁性机构结构相同；所述第一磁性机构、第三磁性机构对称设置，第二磁性机构及第四磁性机构对称设置。

根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种光学稳定控制方法，所述光学稳定控制方法包括：陀螺仪检测镜头抖动信号；磁性机构组件产生磁场信号；磁性机构组件的各磁性机构配有线圈；传感器组件的传感器感应磁场强度信号或磁场角度信号；根据陀螺仪检测到的镜头抖动信号控制器向对应位置的线圈提供设定驱动电流，使对应磁性机构向设定位置移动；各传感器发送实时位置的磁性机构的磁场强度信号或磁场角度信号给控制器，控制器根据该信号调整对应线圈的驱动电流，直至对应磁性机构的移动位置符合设定需求。

本发明的有益效果在于：本发明提出的光学稳定系统及光学稳定控制方法，可调整镜头在水平方向的运动，精确控制镜头位置。

在本发明的一种使用场景中，本发明提供的各向异性磁电阻传感器AMR具有比霍尔传感器更高的灵敏度与线性度，可以准确接收目前磁性机构所在位置的磁场角度信号，回馈给控制器，以达到更加精确控制磁性机构微小位移的目的。AMR传感器的存在使相机角度精度可以控制在<0.1°，位移公差可以控制在2~3um。这种愈加精确控制磁铁的位置与相机对焦位置的方法，可以抵消相机抖动带来的偏移，使拍照更加清晰。同时，因AMR更高的灵敏度可以大大降低磁铁的尺寸，使成本大大减低。

附图说明

图1为本发明实施例一中光学稳定系统的俯视示意图。

图2为本发明实施例一中光学稳定系统的侧面示意图。

图3为本发明实施例一中一组双极磁铁的磁场分布示意图。

图4为现有技术中OIS结构侧面的结构示意图。

图5为本发明实施例二的光学稳定系统的组成示意图。

图6为本发明实施例三的光学稳定系统的组成示意图。

图7为本发明实施例一中AMR传感器的磁场角度信号分布示意图。

图8为现有技术中HALL传感器的磁场信号分布示意图。

图9为本发明实施例二中AMR传感器的磁场角度信号分布示意图。

图10为本发明实施例三中AMR传感器的磁场角度信号分布示意图。

附图标注如下：

1：第一AMR传感器； 2：第二AMR传感器； 3：第一磁性机构；

4：第二磁性机构； 5：第三磁性机构； 6：第四磁性机构；

7：第一线圈； 8：第二线圈； 9：第三线圈；

10：第四线圈； 11：第一霍尔传感器； 12：第二霍尔传感器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。

本发明揭示了一种光学稳定系统，所述光学稳定系统包括：磁性机构组件、线圈组件、传感器组件、陀螺仪及控制器。所述磁性机构组件包括至少两组磁性机构，各组磁性机构包括至少一个磁性机构；各磁性机构用以产生磁场信号。所述线圈组件包括若干线圈，各线圈分别设置于对应的磁性机构。所述传感器组件包括至少两个传感器，用以感应磁场强度信号或磁场角度信号。所述陀螺仪用以检测镜头抖动信号。

所述控制器分别连接陀螺仪、传感器组件及线圈组件，用以根据所述陀螺仪检测到的镜头抖动信号向对应位置的线圈提供设定驱动电流，控制对应磁性机构向设定位置移动，传感器感应目前磁性机构设定位置的相关信号；所述控制器根据各传感器感应磁性机构实时位置的磁场强度信号或磁场角度信号调整对应线圈的驱动电流，直至磁性机构移动位置符合设定需求。在本发明的一实施例中，各磁性机构为一双极磁性机构（如图3所示）；或者，各磁性机构均包括两个单极磁性单元紧贴在一起形成的磁性机构（如图1、图2、图4、图5所示）。在一实施例中，两个单极磁性单元充磁方向相反，形状尺寸完全一致。

图1、图2为本发明实施例一中光学稳定系统的组成示意图；请参阅图1、图2，在本发明的一实施例中，所述传感器组件包括第一传感器及第二传感器。在一实施例中，所述第一传感器为第一AMR传感器1，第二传感器为第二AMR传感器2。

所述磁性机构组件包括第一组磁性机构及第二组磁性机构。所述第一组磁性机构包括第一磁性机构3及第三磁性机构5，所述第二组磁性机构包括第二磁性机构4及第四磁性机构6。

所述第一磁性机构3配置第一线圈7，所述第二磁性机构4配置第二线圈8，所述第三磁性机构5配置第三线圈9，所述第四磁性机构6配置第四线圈10。所述第一AMR传感器1靠近所述第一磁性机构3设置，所述第二AMR传感器2靠近所述第二磁性机构4设置。

请继续参阅图1、图2，在本发明的一实施例中，所述第一磁性机构3、第三磁性机构5、第二磁性机构4及第四磁性机构6结构相同；所述第一磁性机构3、第三磁性机构5对称设置，第二磁性机构4及第四磁性机构6对称设置。

所述第一磁性机构3包括第一一磁铁31、第一二磁铁32，第二磁性机构4包括第二一磁铁41、第二二磁铁42，第三磁性机构5包括第三一磁铁51、第三二磁铁52，第四磁性机构6包括第四一磁铁61、第四二磁铁62。上述磁铁均为单极磁铁，相邻两个单极磁铁充磁方向相反，形状尺寸完全一致，并紧贴在一起。

所述第一AMR传感器1放置在第一磁性机构3下方的侧面，离开磁铁边缘一定距离；第二AMR传感器2放置在第二磁性机构4下方的侧面，离开磁铁边缘一定距离。传感器距离磁铁的位置直接影响传感器接收信号线性度的好坏与信号间相对公差的大小。第一AMR传感器1与第一磁性机构3的相对位置和第二AMR传感器2与第二磁性机构4的相对位置完全一致。

所述第一组磁性机构中，第一磁性机构3、第三磁性机构5皆为两个充磁方向相反的单极磁铁紧贴在一起的一组磁铁，皆为Z轴方向充磁。所述第二组磁性机构中，第二磁性机构4、第四磁性机构6也是两个充磁方向相反的单极磁铁紧贴在一起的一组磁铁，皆为Z轴方向充磁。所述单组磁铁之间的间隙忽略，磁场分布请参考图3。

所述第一AMR传感器1的信号接收平面为XY平面，输出为Bx, By的磁场角度信号；所述第二AMR传感器2的信号接收平面为XY平面，输出为Bx, By的磁场角度信号。所述第一AMR传感器1、第二AMR传感器2相对于磁铁的位置直接影响传感器的灵敏度。

所述AMR传感器及磁性机构的配合设计作为实施例一，传统的霍尔传感器与磁铁的配合设计作为比对实施例；分别测试第二组磁性机构在Y轴移动不同位置（-0.2mm, 0mm和0.2mm）处时，第一组磁性机构在X轴行程内运动时第一传感器接收到的三条角度信号的线性度与三个信号之间的最大交叉影响（该交叉影响可以视作第一组磁性机构运动时，第二组磁性机构对其磁场的影响）。

实施例一中，AMR传感器的接收信号为Bx, By的磁场角度信号，得到信号曲线如图7所示。图7中列出了三条直线的拟合函数-磁场角度y与移动距离x之间的关系，R²代表直线的线性度程度，越趋近于1，说明线性度越好；对比实施例中，HALL传感器的接收信号为垂直于XY平面的Bz（参考图3）磁场，得到信号曲线如图8所示。图8中列出了三条直线的拟合函数-磁场强度y与移动距离x之间的关系，R²代表直线的线性度程度，越趋近于1，说明线性度越好。

经过精确计算，可以得到两者线性度与交叉影响如下表1所示。

表1

从表1中可以看出，AMR传感器不仅信号本身的线性度非常好而且另一组磁性机构对它的干扰也小得多，总的公差仅仅不到Hall传感器的五分之一。

在一个可选的实施方式中，第一组磁性机构、第二组磁性机构的尺寸可以改变，或双极磁性机构的两极尺寸不一致，尺寸的改变会影响传感器的灵敏度。

在一个可选的实施方式中，传感器位置可以不变，但是信号接收与输出可以改变，例如可以为Bz磁场强度信号，或其他；信号接收与输出的改变会影响传感器的灵敏度。

图4为传统的HALL传感器的OIS结构；请参照图4，因为HALL与AMR工作原理的不同，HALL传感器接收的信号为Z轴的磁场信号，同时受限于其灵敏度，所用磁铁尺寸较大。

图5为本发明实施例二的光学稳定系统的组成示意图；请参照图5，在本发明的实施例二中，光学稳定系统包括OIS线圈和AMR传感器与磁性机构。

所述第一AMR传感器1放置在第一磁性机构3中心下方的一侧，但是未超出磁性机构边缘；所述第二AMR传感器2放置在第二磁性机构4中心下方的一侧，但是未超出磁性机构边缘。第一AMR传感器1与第一磁性机构3的相对位置和第二AMR传感器2与第二磁性机构4的相对位置完全一致。

所述第一组磁性机构与第二组磁性机构的充磁方向与实施例一中一致，但磁性机构尺寸不同，传感器放置位置不同，不在磁性机构的正下方，而是位于磁性机构下方、偏向磁性机构的一端；第一AMR传感器1信号接收平面为XZ平面，第二AMR传感器2的信号接收为YZ平面。

所述第一AMR传感器1、第二AMR传感器2在磁性机构中心正下方的位置公差直接影响传感器的灵敏度。所述AMR传感器及磁性机构作为实施例二，分别测试第二组磁性机构在Y轴移动不同位置（-0.2mm, 0mm和0.2mm）处时，第一组磁性机构在X轴行程内运动时第一AMR传感器接收到的三条角度信号的线性度与三个信号之间的交叉影响。实施例二中，接收信号为By，Bz的磁场角度信号，线性度与交叉影响如图9、表2所示。图9中列出了三条直线的拟合函数-磁场角度y与移动距离x之间的关系，R²代表直线的线性度程度，越趋近于1，说明线性度越好。

表2

从表2中可以看出该设计中信号本身的线性度也非常好，总公差也很小，只有传统HALL传感器的三分之一。

在一个可选的实施方式中，传感器位置可以不变，但是信号接收平面可以改变，例如XY平面，信号接收平面的改变会影响传感器的灵敏度。

在一个可选的实施方式中，传感器位置可以不变，但是信号接收与输出可以改变，例如可以为Bx磁场信号，或其他；信号接收与输出的改变会影响传感器的灵敏度。

图6为本发明实施例三的光学稳定系统的组成示意图；请参照图6，在本发明的实施例三中，光学稳定系统包括OIS线圈和AMR传感器与磁性机构。

所述第一AMR传感器1、第二AMR传感器2分别放置在第一磁性机构3、第二磁性机构4的正下方，第一AMR传感器1与第一磁性机构3的相对位置和第二AMR传感器2与第二磁性机构4的相对位置完全一致。

所述第一组磁性机构与第二组磁性机构的充磁方向与实施例一中一致，传感器放置位置不同，实施例三中，传感器位于对应磁性机构的正下方；第一AMR传感器信号与第二AMR传感器的信号接收皆为YZ平面。

所述第一AMR传感器1、第二AMR传感器2分别位于对应磁铁中心正下方的位置公差直接影响传感器的灵敏度。

所述AMR传感器及磁性机构作为实施例三，分别测试Group B磁铁在Y轴不同位置（-0.2mm, 0mm和0.2mm）处时，第一组磁性机构在X轴行程内运动时第一AMR传感器接收到的三条角度信号的线性度与三个信号之间的交叉影响。实施例三中，接收信号为By，Bz的磁场角度信号，线性度与交叉影响如图10、表3所示。图10中列出了三条直线的拟合函数-磁场角度y与移动距离x之间的关系，R²代表直线的线性度程度，越趋近于1，说明线性度越好。

表3

在一个可选的实施方式中，传感器位置可以不变，但是信号接收可以是磁场信号，例如Bz磁场，信号接收的改变会影响传感器的灵敏度。

本发明进一步揭示一种光学稳定控制方法，所述光学稳定控制方法包括：

【步骤S1】陀螺仪检测镜头抖动信号。

【步骤S2】根据陀螺仪检测到的镜头抖动信号，控制器向对应位置的线圈提供设定驱动电流，控制对应磁性机构向设定位置移动。

【步骤S3】磁性机构组件产生磁场信号；磁性机构组件的各磁性机构配有线圈。

【步骤S4】传感器感应磁性机构实时位置的磁场强度信号或磁场角度信号。

【步骤S5】控制器根据各传感器实时获取的磁场强度信号或磁场角度信号调整对应线圈的驱动电流，直至对应磁性机构的移动位置符合设定目标。

综上所述，本发明提出的光学稳定系统及光学稳定控制方法，可调整镜头在垂直和水平的运动，精确控制镜头位置。在本发明的一种使用场景中，本发明提供的相机稳定系统结构采用AMR传感器来探测相机照相平台的水平位置信号，更加灵敏可靠，可以大大降低相机抖动带来的微小干扰。

需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施；例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中；例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现；例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种光学稳定系统，其特征在于，所述光学稳定系统包括：

磁性机构组件，包括至少两组磁性机构，各组磁性机构包括至少一个磁性机构；各磁性机构用以产生磁场信号；

线圈组件，包括若干线圈，各线圈分别设置于对应的磁性机构；

传感器组件，包括至少两个传感器，用以感应磁场强度信号或磁场角度信号；

陀螺仪，用以检测镜头抖动信号；

控制器，分别连接陀螺仪、传感器组件及线圈组件，用以根据所述陀螺仪检测到的镜头抖动信号向对应位置的线圈提供设定驱动电流，控制对应磁性机构向设定位置移动，传感器感应目前磁性机构位置的相关信号；所述控制器根据各传感器实时发送的磁场强度信号或磁场角度信号调整对应线圈的驱动电流，直至磁性机构移动位置符合设定需求。

2.根据权利要求1所述的光学稳定系统，其特征在于：

各磁性机构为一双极磁性机构。

3.根据权利要求1所述的光学稳定系统，其特征在于：

各磁性机构均包括两个单极磁性单元紧贴在一起形成的磁性机构。

4.根据权利要求3所述的光学稳定系统，其特征在于：

两个单极磁性单元充磁方向相反，形状尺寸完全一致。

5.根据权利要求3所述的光学稳定系统，其特征在于：

两个单极磁性单元充磁方向相反，形状尺寸有差异。

6.根据权利要求1所述的光学稳定系统，其特征在于：

所述传感器组件包括第一传感器及第二传感器。

7.根据权利要求6所述的光学稳定系统，其特征在于：

所述第一传感器为第一AMR传感器，第二传感器为第二AMR传感器。

8.根据权利要求1至7任一所述的光学稳定系统，其特征在于：

所述传感器组件包括第一传感器及第二传感器；

所述磁性机构组件包括第一组磁性机构及第二组磁性机构；

所述第一组磁性机构包括第一磁性机构及第三磁性机构，所述第二组磁性机构包括第二磁性机构及第四磁性机构；

所述第一磁性机构配置第一线圈，所述第二磁性机构配置第二线圈，所述第三磁性机构配置第三线圈，所述第四磁性机构配置第四线圈；

所述第一传感器靠近所述第一磁性机构设置，所述第二传感器靠近所述第二磁性机构设置。

9.根据权利要求8所述的光学稳定系统，其特征在于：

所述第一磁性机构、第三磁性机构、第二磁性机构及第四磁性机构结构相同；所述第一磁性机构、第三磁性机构对称设置，第二磁性机构及第四磁性机构对称设置。

10.一种光学稳定控制方法，其特征在于，所述光学稳定控制方法包括：

陀螺仪检测镜头抖动信号；

磁性机构组件产生磁场信号；磁性机构组件的各磁性机构配有线圈；

传感器组件的传感器感应磁场强度信号或磁场角度信号；

控制器根据陀螺仪检测到的镜头抖动信号向对应位置的线圈提供设定驱动电流，控制对应磁性机构向设定位置移动；

控制器根据各传感器实时获取磁性机构产生的磁场强度信号或磁场角度信号，调整对应线圈的驱动电流，使磁性机构移动，直至对应磁性机构移动至目标位置。

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