CN116324613A - 变焦驱动致动器和用于变焦驱动的位置控制方法 - Google Patents

变焦驱动致动器和用于变焦驱动的位置控制方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的变焦驱动致动器包括：第一载体，其安装有第一透镜并且在光轴方向上移动；第二载体，其安装有第二透镜并且关于光轴方向在第一载体上方或下方在光轴方向上移动；壳体，其中接纳第一载体和第二载体；第一磁体，其被安装到第一载体；第二载体，其被安装到第二载体；第一线圈部分，其设置在壳体中并面向第一磁体；第二线圈部分，其设置在壳体中并面向第二磁体；以及滚珠，其分别设置在壳体和第一载体之间以及壳体和第二载体之间。

Description

变焦驱动致动器和用于变焦驱动的位置控制方法
技术领域
本公开涉及用于位置控制的变焦致动器和方法。更具体地，本公开除其它外涉及一种能够以改进的精度在延长行程上驱动透镜的致动器
背景技术
随着开发了用于图像处理的硬件技术并且对图像拍摄的用户需求增加，诸如自动聚焦(AF)和光学图像稳定(OIS)的功能已应用于安装到便携式终端(例如，蜂窝电话和智能电话)的相机模块等以及独立的相机装置。
近年来已看到用于变焦透镜的致动器，其支持通过诸如拉近和拉远的功能调谐焦距的包括对象大小的可变调节特征。在某些致动器模型中，通过多个透镜(透镜组件)之间的相对位置的组合获得了实现变焦的进一步多样化。
由于与普通透镜相比，变焦透镜沿着光轴具有更长或延长的移动距离(也称为行程)，所以用于驱动变焦透镜的致动器必须相应地被设计为施加足够的驱动力。此外，其设计应该允许变焦透镜横跨整个行程范围的对应位置的准确检测和反馈控制。
然而，本领域已知的致动器具有用于驱动简单地安装多个但彼此独立的载体的元件。因此，尽管它们具有基于透镜的相对定位的功能(例如，变焦和自动聚焦)，但是受限于其对霍尔传感器的传统应用的依赖，其能力在精确地检测感兴趣的载体(透镜)的位置并利用这种信息横跨延长的移动距离进行反馈控制方面有所欠缺。
另外，尽管本领域已知的致动器在通过在载体的两端设置磁体加强驱动力方面取得了一定程度的成功，但这一方法导致致动器尺寸过大，因为在设计致动器空间时必须为各个载体留出移动空间。因此，在尺寸或体积是重要问题的诸如智能电话的应用中使用现有技术致动器存在很大障碍。
另外，现有技术致动器无法精确地控制各个载体的驱动，特别是在多个载体接近的这些间隔中。现有技术致动器被配置为包括多个载体，各个载体附接有磁体，磁体又被设置成面向线圈以用于在该磁体中生成电磁力。这种设置导致由于与另一线圈或另一磁体相互作用而生成的磁干扰，造成另一个未解决的技术问题。
发明内容
技术问题
设想出本公开以在上述上下文中解决现有技术的上述问题。本发明的技术目标是实现致动器空间的更有效利用。另一技术目标是提供一种能够在延长的行程范围上准确地检测位置的变焦致动器，导致通过多个交互式霍尔传感器改进变焦驱动精度。
本公开的这些和其它目的和优点可从以下详细描述理解，并且将从本公开的示例性实施方式变得更充分地显而易见。另外，将易于理解，本公开的目的和优点可由所附权利要求中所示的手段及其组合实现。
技术方案
为了实现上述技术目标，在本公开的一个方面提供了一种变焦致动器，其包括：第一载体，其附接有第一透镜并可沿着光轴移动；第二载体，其附接有第二透镜，该第二载体能够沿着光轴移动并在第一载体前面或后面移动；壳体，其包围第一和第二载体；第一磁体，其附接到第一载体；第二磁体，其附接到第二载体；第一线圈单元，其被安装到壳体并面向第一磁体；第二线圈单元，其被安装到壳体并面向第二磁体；以及多个滚珠，其中所述多个滚珠中的至少一个位于壳体和第一载体之间，并且所述多个滚珠中的至少一个位于壳体和第二载体之间。
在特定实施方式中，第一载体包括：第一底座，其配备有第一透镜；第一支架，其被装配在第一底座上的左侧或右侧，所述第一支架沿着光轴比第一底座延伸更长。类似地，第二载体包括：第二底座，其配备有第二透镜；以及第二支架，其被装配在第二底座的左侧或右侧，但与第一支架装配的一侧相反，所述第二支架沿着光轴在与第一载体相反的方向上比第二底座延伸更长。
在优选实施方式中，第一或第二线圈单元由沿着光轴相对于彼此设置在前面或后面的n个线圈组成(n是等于或大于2的自然数)。在这种情况下，第一或第二磁体由分别面向第一线圈单元或第二线圈单元的n+1个磁极组成。
另外，本公开的第一载体还可包括：第一轨道，其形成在第一支架上；以及第二轨道，其形成在第一底座的未装配第一支架的区域上，而第二载体还可包括：第三轨道，其形成在第二支架上；以及第四轨道，其形成在第二底座的未装配第二支架的区域上。
在这种情况下，本公开的壳体可包括：第一导轨，其由多个单独的轨道形成并面向第一轨道；第三导轨，其由多个单独的轨道形成并面向第三轨道；第二导轨和第四导轨；第二和第四导轨中的每一个分别面向第二和第四轨道，其中，多个滚珠之一可依据从第一至第四轨道中的每一个跨越到相应第一至第四导轨中的每一个的各个空间插置。
此外，在优选实施方式中，第一至第四导轨中的每一个平行于光轴对准，在这种情况下第一导轨形成在壳体的左侧或右侧的一侧，第三导轨形成在壳体的未装配第一导轨的另一侧，并且第二导轨形成在第三导轨的内侧，第四导轨形成在第一导轨的内侧。
优选地，本公开的变焦致动器还包括沿着光轴设置在从第一磁体的极间边界移位不同距离的位置的多个霍尔传感器。
在该特定实施方式中，本公开的多个霍尔传感器优选布置在平行于光轴延伸的线上，其中霍尔传感器相对于光轴设置在彼此的前面或后面。
在另一实施方式中，本公开的第一磁体可由面向第一线圈单元的m个磁极组成(m是等于或大于3的自然数)，在这种情况下多个霍尔传感器优选被配置为当第一载体处于默认位置时一起面向m个磁极中的同一磁极。
本公开的另一方面是一种用于变焦致动器的位置控制的方法，其中变焦致动器包括：第一载体，其附接有第一透镜和第一磁体并且能够沿着光轴移动；第二载体，其附接有第二透镜和第二磁体并且能够在第一载体前面或后面沿着光轴移动；第一线圈单元，其面向第一磁体；第二线圈单元，其面向第二磁体；以及多个霍尔传感器，其面向第一磁体。在此方法中包括以下步骤：信号输入步骤，用于从多个霍尔传感器中的每一个接收输出信号；位置信号生成步骤，用于通过对输出信号执行操作来生成第一载体的位置信号；以及位置控制步骤，用于使用位置信号来控制第一载体的位置。在这种情况下，多个霍尔传感器沿着光轴设置在从第一磁体的极间边界移位不同距离的位置。
更优选地，第一磁体可被配置为具有面向第一线圈的m个磁极(m是等于或大于3的自然数)，在这种情况下，在第一载体处于默认位置时，位置信号生成步骤当多个霍尔传感器一起面向第一磁体的同一磁极时对位置信号执行加法操作，或者当多个霍尔传感器中的每一个面向第一磁体的不同磁极时执行减法操作。
有利效果
根据本公开的优选实施方式，多个载体在对称相对的方向上物理布置不仅为附接到各个载体的各个透镜(透镜组件)提供了足够的独立移动范围，而且能够以空间上更紧凑的结构和形状实现整个装置，从而提供最适于使总体空间最小化，从而使移动终端变薄的装置设计。
根据本公开的优选实施方式，以这样的方式提供用于利用磁体的空间，使得载体参照透镜附接不对称地布置，以允许各个载体装配足够尺寸的磁体，从而高效地加强驱动力。
根据本公开的另一实施方式，实现一起为各个载体生成驱动力的磁体和线圈完全分离向一侧和另一侧，以防止驱动各个载体的磁力线横跨整个行程范围彼此干扰，导致更明确和精确的驱动性能。
此外，根据本公开，通过将磁体配置为具有3个或更多个暴露的磁极的形式并将多个霍尔传感器沿着光轴前面至后面布置，以使得各个霍尔传感器从磁体的极间边界不同地移位，在检测运动中的各个安装有透镜的载体的位置以及位置的后续反馈控制中可获得改进的精度。
附图说明
附图示出本公开的优选实施方式，并且与上述公开一起用于提供本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
图1是描绘根据本发明的优选实施方式的变焦驱动致动器和相机模块的总体配置的图；
图2是描绘根据本发明的优选实施方式的变焦驱动致动器的总体配置的图；
图3是详细描绘根据本发明的实施方式的第一载体和壳体的配置的图；
图4是详细描绘根据本发明的实施方式的第二载体和壳体的配置的图；
图5描绘了形成在壳体上的导轨；
图6描绘了形成在第一载体和第二载体上的轨道的配置；
图7示出了根据本发明的多个霍尔传感器和磁体之间的位置关系；
图8示出了对来自多个霍尔传感器的输出信号进行操作的信号系统；
图9是示出根据本发明的实施方式的位置控制单元的详细配置的框图；
图10是描述通过本发明的位置控制单元进行的用于变焦驱动的位置控制方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应该理解，基于允许发明人为最佳说明适当地定义术语的原则，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般和字典含义，而是基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。
因此，本文所提出的描述仅是优选示例，仅是为了例示，而非旨在限制本公开的范围，因此应该理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可对其进行其它等同和修改。
图1描绘了根据本发明的优选实施方式的变焦驱动致动器(以下简称为“致动器”)(100)和相机模块(1000)的总体配置。
本发明的致动器(100)不仅本身可以作为单个独立装置，而且可连同诸如反射计模块(200)的其它部件一起具体实现为如图1所示的相机模块(1000)的一部分。
如下面将详细描述的，本发明的致动器(100)用于通过使附接有透镜(透镜组件)的多个载体中的每一个沿着光轴以线性运动移动来执行自动聚焦或变焦。
可(沿着光轴)设置在本发明的致动器(100)前面的反射计模块(200)将对象的光路(Z1)朝着透镜(Z)的方向上的路径反射或折射。因此朝着光轴反射或折射的光通过安装在载体上的透镜(透镜组件)并进入诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)和电荷耦合器件(CCD)的图像传感器。
用于修改光路的反射计模块(200)可包括反射计(210)，其由选自反射镜和棱镜之一或二者的组合组成。反射计(210)可由能够修改从外部朝着光轴的入射光的路径的任何材料组成，但是为了高性能光学性质，玻璃是优选介质。
包括诸如反射计模块(200)等的元件的本发明的相机模块(1000)被配置为将光的路径朝着透镜折射。这允许整个装置沿着移动终端纵向设置而非横跨宽度设置，以保持移动终端纤薄，从而使其最适于移动终端的小型化和变薄。
在某些实施方式中，反射计(210)被配置为通过能够生成磁场的驱动装置(例如，磁体和线圈)的作用以旋转运动移动。因此，随着反射计(210)移动或以旋转运动移动，由反射计(210)反射(折射)的来自对象的光沿着±Y轴和/或±X轴被引导进入透镜和图像拾取元件，从而能够校正沿着X轴和/或Y轴的相机抖动。
因此由反射计模块(200)反射的来自对象的光进入配备在致动器(100)内的第一透镜(60)和第二透镜(70)，并且由本发明的致动器(100)执行诸如变焦和自动聚焦的功能，从而沿着光轴对第一透镜(60)和第二透镜(70)中的每一个的位置进行组合调节。
在某些实施方式中，固定透镜(50)可设置在如图1所示的致动器(100)前面，以增强诸如致动器(100)变焦比的光学性能。
如下文所述，光轴(Z轴)被定义为与例如进入第一透镜(60)的入射光的路径对应的轴，跨越垂直于光轴(Z轴)的平面的两个轴被定义为X轴和Y轴。
图2示出根据本发明的优选实施方式的致动器(100)的总体配置。
如图2所示，本发明的致动器(100)包括相当于容纳内部部件的基础框架的壳体(110)、附接到壳体(110)并能够用作屏蔽罩的外壳(190)、第一载体(120)和第二载体(130)。
附接有第一透镜(60)的第一载体(120)和附接有第二透镜(70)的第二载体(130)中的每一个相当于沿着光轴(Z轴)线性运动的移动体，而相应地，壳体(110)相当于固定体。
在图2等所示的实施方式中，第二载体(130)沿着光轴设置在第一载体(120)后面，并且在沿着光轴以线性运动移动时维持这种布置。
如下面将描述的，第一载体(120)配备有第一磁体(M1)并且在壳体(110)中配备面向第一磁体(M1)并给予驱动力的第一线圈单元(C1)。
一旦通过第一操作驱动器(150A)将适当大小和方向的电力施加到第一线圈单元(C1)，在第一线圈单元(C1)和第一磁体(M1)之间生成电磁力，并且所生成的该力使第一载体(120)沿着光轴来回移动。
类似地，一旦第二操作驱动器(150B)施加控制以将适当大小和方向的电力施加到第二线圈单元(C2)，在第二线圈单元(C2)和配备到第二载体(130)的第二磁体(M2)之间生成的电磁力使第二载体(130)沿着光轴线性移动。
尽管附图示出附接有第一透镜(60)的第一载体(120)和附接有第二透镜(70)的第二载体(130)，但这仅是可能示例之一。不用说，根据特定实施方式，可包括数量更多的透镜和载体。
以下，为了有效描述，被示为包括在致动器(100)中的载体的数量在示例中将为两个，另外，沿着图2所示的光轴设置在前面的载体将被指定为第一载体(120)，而设置在后面的载体被指定为第二载体(130)。
因此，随着第一载体(120)和第二载体(130)中的每一个沿着光轴线性移动，附接到各个载体的各个透镜也如此，并且通过这些透镜的相对定位，实现变焦或自动聚焦。如上面说明的，在某些实施方式中，固定透镜(50)可设置在第一透镜(60)前面，以适合致动器(100)的光学性能或规格。
此外，优选在第一载体(120)和壳体(110)之间以及第二载体(130)和壳体(110)之间设置滚珠，以便于使第一载体(120)和第二载体(130)以最小的摩擦平滑线性运动。
图3和图4详细示出根据本发明的实施方式的包括第一载体(120)、第二载体(130)和壳体(110)的配置。
如上所述，本发明的附接有第一透镜(60)的第一载体(120)是沿着光轴线性运动的移动体。更具体地，第一载体(120)包括配备有第一透镜(60)的第一底座(121)和承载第一磁体(M1)的第一支架(123)。
如图所示的第一底座(121)成形为与第一透镜(第一透镜组件)(60)匹配，以使得它可安装透镜。在某些实施方式中，外壳(未示出)可被设置到第一底座(121)以防止第一透镜(60)例如沿着X轴错位。
承载第一磁体(M1)的第一支架(123)装配在第一底座(121)的左侧或右侧，并且如图所示沿着光轴比第一底座(121)延伸更长。
第一支架(123)可与第一底座(121)一体制成，并且如稍后将描述的，为了形成与第二载体(130)的第二支架(133)对称的物理结构，优选具有沿着光轴(Z轴)之一延伸的形状。
由于如所述的本发明的第一支架(123)具有沿着光轴细长的形状，所以其能够在维持第一载体(120)的总体尺寸的同时承载与延长范围成比例扩大的第一磁体(M1)，这有助于强化驱动力。
安装到壳体(110)的第一线圈单元(C1)优选由沿着光轴设置在前面或后面的n个线圈组成，以增大驱动力。优选第一磁体(M1)相应地被配置为具有面向第一线圈单元(C1)的n+1个磁极。本文中的n是等于或大于2的自然数。
作为实施方式，图3中示出包括由两个单独的线圈组成的第一线圈单元(M1)和三个磁极面向第一线圈单元(C1)的第一磁体(M1)的配置。
如上所述将第一磁体(M1)设置成具有比面向它们的单独线圈的数量更多的磁极通过向磁体持续传递线圈的磁力来增强驱动效率，因为当第一载体(120)沿着光轴移动时，即使在第一磁体(M1)移动时，这种布置也保持第一线圈单元(C1)面向两个或更多个磁极。将显而易见的是，相同的布置适用于与驱动第二载体(13)的第二线圈单元(C2)结合的第二磁体(M2)。
如图3所示，第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)是与第一线圈单元(C1)和第一操作驱动器(150A)一起安装在第一电路板(170-1)上的元件。通过霍尔效应，传感器检测从面向传感器的第一磁体(M1)生成的磁场的大小和方向并且生成与该磁场对应的输出信号。
第一操作驱动器(150A)通过对从第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)接收的输出信号执行操作来控制它们的处理，以使得大小和方向与操作结果相称的电力施加到第一线圈单元(C1)。下面将详细描述第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)。
第二载体(130)具有与上述第一载体(120)相称的物理结构，并且如图所示相对于第一载体(120)在相反方向上对称形成。
更具体地，第二载体(130)包括配备有第二透镜(70)的第二底座(131)和承载第二磁体(M2)的第二支架(133)。
第二载体(130)的第二支架(133)装配在第二底座(131)的左侧或右侧，但与第一载体(120)的第一支架(123)装配的一侧相对。此外，第二支架(133)成形为沿着光轴在与第一载体(120)的第一支架(123)相反的方向上比第二底座(131)延伸更长。
因此，第一载体(120)和第二载体(130)的物理结构总体相似。通过将配备有第一透镜(60)的第一底座(121)和配备有第二透镜(70)的第二底座(131)(基于Y轴)定位在中间部分上，载体被配置为提供足够的空间以便于第一透镜(60)和第二透镜(70)移动。
同时，分别用于驱动第一载体(120)和第二载体(130)的第一磁体(M1)和第二磁体(M2)可通过第一支架(123)和第二支架(133)以更大的尺寸设置，以期有效增强驱动力。
此外，第一磁体(M1)和第二磁体(M2)(基于Y轴)彼此分别向左和向右分开设置。对应地，各自分别面向第一磁体(M1)和第二磁体(M2)的第一线圈单元(C1)和第二线圈单元(C2)相应分开设置。
如所述将第一磁体(M1)和第一线圈单元(C1)以及第二磁体(M2)和第二线圈单元(C2)彼此分开较远设置允许本发明致动器从一开始就消除用于驱动各个载体的电磁力之间的干扰和影响，导致更精确地独立驱动第一载体(120)和第二载体(130)。
如图3所示，第三霍尔传感器(140B-1)和第四霍尔传感器(140-B2)是与第二线圈单元(C2)和第二操作驱动器(150B)一起安装在第二电路板(170-2)上的元件。通过霍尔效应，传感器检测从面向传感器的第二磁体(M2)生成的磁场的大小和方向并且生成与该磁场对应的输出信号。
第二操作驱动器(150B)通过对从第三霍尔传感器(140B-1)和第四霍尔传感器(140B-2)接收的输出信号执行操作来控制它们的处理，以使得大小和方向与操作结果相称的电力施加到第二线圈单元(C2)。
图5描绘了形成在壳体(110)上的导轨，而图6描绘了形成在第一载体(120)和第二载体(130)上的轨道的配置。
图5是YZ平面中暴露(基于X轴)形成在壳体(110)的底板上的第一、第二、第三和第四导轨(111,112,113,114)的横截面图。
第一导轨(111)和第二导轨(112)被配置为引导插置在第一载体(120)和壳体(110)之间的滚珠(B1,B2)。如图5所示，第一导轨(111)基于图5的Y轴以多个(优选两个)向右形成在外侧。
第一导轨(111)是面向形成在第一载体(120)的第一支架(123)上的第一轨道(125)的元件(参见图6)。第一导轨(111)具有沿着光轴的总体细长形状，并且优选作为单独的实体以多个实现。在第一支架(123)的第一轨道(125)与各个单独的第一导轨(111)之间，插置第一滚珠(B1)。
如图6所示，第一载体(120)包括形成在第一底座(121)的未装配第一支架(123)的区域上的第二轨道(127)，并且该第二轨道(127)面向形成在壳体(110)上的第二导轨(112)。
如图5所示，该第二导轨(112)基于图5的Y轴向左形成在内侧。第二滚珠(B2)插置在第二导轨(112)和第二轨道(127)之间。
通过双排的第一滚珠(B1)插置在第一轨道(125)和第一导轨(111)之间并且第二滚珠(B2)插置在第二轨道(127)和第二导轨(112)之间的布置，第一载体(120)总共在三个位置与面向壳体(110)接触。
第一滚珠(B1)和第二滚珠(B2)的这种引导布置与沿着光轴具有细长形状的第一支架(123)的物理结构协调，并且作为整体对第一载体(120)提供更稳定的物理支撑。
如图6所示，本发明的第二载体(130)包括(基于X轴)形成在附接有第二磁体(M2)的第二支架(133)的下部的第三轨道(135)以及(基于X轴)形成在第二底座(131)中未配备第二支架(133)的区域的下部的第四轨道(137)。
第三导轨(113)是面向形成在第二支架(133)上的第三轨道(135)的元件并且沿着光轴具有总体细长形状，并且优选作为单独的实体以多个实现在壳体(110)上，以能够如第一导轨(111)提供稳定支撑。
如图5所示，该第三导轨(113)基于图5的Y轴形成在相对于第二导轨(112)更靠外且更靠左的一侧。实现于壳体(110)上的第四导轨(114)面向第二载体(130)的第四轨道(137)，并且形成在比第一导轨(111)更靠内的一侧。
通过双排的第三滚珠(B3)插置在第三轨道(135)和第三导轨(113)之间并且第四滚珠(B4)插置在第四轨道(137)和第四导轨(114)之间的布置，第二载体(130)总共在三个位置与壳体(110)以面向的方式接触。
第三滚珠(B3)和第四滚珠(B4)的这种引导布置与沿着光轴具有细长形状的第二支架(133)的物理结构协调，并且作为整体对第二载体(130)提供更稳定的物理支撑。
如早前所述，本发明的第一载体(120)和第二载体(130)二者被分隔为具有用于附接透镜的一个区域和用于附接磁体的另一区域，其中磁体附接区域沿着光轴具有延长形状。第一载体(120)和第二载体(130)本身在相反的方向上对称地物理配置。
如上面想到的，本发明允许沿着光轴范围延伸的导轨配置，这又提供了更有效的手段来沿着光轴扩展第一载体(120)和第二载体(130)的行程范围，而不受干扰或物理扰动。
为了实现朝着路径线性的有效引导，优选至少一个或更多个轨道(125,127,135,137)和/或导轨(111,112,113,114)容纳一些滚珠(B1,B2,B3,B4)。
图7示出根据本发明的多个霍尔传感器和磁体之间的位置关系，图8示出来自多个霍尔传感器的输出信号以及从其计算得到的信令系统。
以下，将基于包括第一磁体(M1)以及用于检测第一磁体(M1)的位置的第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)的实施方式来描述本发明。然而，将显而易见，这种描述将同样适用于包括第二磁体(M2)以及用于检测第二磁体(M2)的位置的第三霍尔传感器(140B-1)和第四霍尔传感器(140B-2)的实施方式。
如本领域熟知的，霍尔传感器从其面向的磁体检测磁场的大小和方向并且基于霍尔效应输出成比例的电信号。
这意味着当霍尔传感器被设置在特定磁极(N或S)的中间部分时，霍尔传感器的输出信号响应于移动磁体的变化将较小，而当霍尔传感器被设置在磁体的极间边界处时，变化将较大。
此外在诸如涉及载体的延长移动的高倍变焦的应用中，同样的延长移动适用于附接到那些载体的磁体，以使得安装在固定位置的霍尔传感器面向运动中的磁体的整个区域，包括中间部分以及磁极的边界。
因此，根据磁体(载体)的移动范围和位置，检测磁体的确切位置在存在清晰的信号值差异的特定范围中变得可实现，但是在差异不那么清晰的其它范围中无法实现。当检测磁体的确切位置因此变得无法实现时，用于变焦或自动聚焦的精确位置控制也变得无法实现。
为了有效地解决这一问题，本发明包括如图7所示检测第一磁体(M1)的位置的霍尔传感器，更具体地，多个霍尔传感器沿着光轴设置在从第一磁体(M1)的磁极边界(图7的A1和A2)移位不同距离的位置处。
另外，本发明的第一操作驱动器(150A)被配置为通过来自这多个霍尔传感器的集体输出信号生成第一磁体(M1)的位置信息并基于该信息控制第一载体(120)的驱动。
尽管在附图中两个霍尔传感器，第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)代表多个霍尔传感器，但这仅是可能示例之一。不用说，根据特定实施方式可包括数量更多的霍尔传感器。
更具体地，霍尔传感器被配置为使得如图7中间的平面图所示，第二霍尔传感器(140A-2)被设置在靠近极间边界(A1)的位置(S1)，第一霍尔传感器(140A-1)被设置在距同一极间边界(A1)比第二霍尔传感器(140A-2)更远的位置(S2)。
为了实现来自第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)的集体输出信号的精确处理，第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)平行于光轴对准，并且被设置在彼此前面或后面。
在第一磁体(M1)移动时来自第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)的输出信号分别示出于图8的(a)和图8的(b)中，前提是变焦或自动聚焦驱动的默认位置如图7所示并且当通过第一操作驱动器(150A)驱动变焦或自动聚焦时第一磁体(M1)沿着Z轴在增大的方向上移动。
当第一磁体(M1)开始沿着Z轴的增大方向移动时，由于第一霍尔传感器(140A-1)面向第一磁体(M1)的磁极(N)中的中间部分，所以第一霍尔传感器(140A-1)在区域T1中检测到的信号的变化较小。然而，由于第二霍尔传感器(140A-2)靠近第一磁体(M1)的极间边界(A1)设置，所以在区域T1中检测到的信号变化较大。
此外，在第一磁体(M1)沿着增大Z轴继续移动时，情况反转并且第一霍尔传感器(140A-1)变得更靠近极间边界(A1)，而第二霍尔传感器(140A-2)远离极间边界(A1)移动并面向另一更靠近的磁极(S)的中间部分。因此，相对而言，区域T2中的信号变化对于第一霍尔传感器(140A-1)变得更明显，但对于第二霍尔传感器(140A-2)不太明显。
因此，通过配置变焦致动器以通过参考从第二霍尔传感器(140A-2)针对区域T1的输出信号和从第一霍尔传感器(140A-1)针对区域T2的输出信号来确定第一磁体(M1)的位置，可实现第一磁体(M1)横跨整个行程范围的准确定位。
此外，通过如图8的(c)所示配置电路或实现驱动机制以对来自第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)的输出信号执行(加法或减法等)操作，可通过摆脱补充步骤(例如，物理地或通过电信号分隔区域)获得更高的数据处理效率。
图7的底部所描绘的实施方式等同于第一霍尔传感器(140A-1)从第一极间边界(A1)移位S1，而第二霍尔传感器(140A-2)从第二极间边界(A2)移位S2(S2>S1)的实施方式。
在各个霍尔传感器从其各自的极间边界移位不同距离的这种布置中，来自霍尔传感器的输出信号仅符号(正或负)不同，而大小方面与上述示例相同，导致上文所描述的同一发明构思的实施方式。
因此，本发明旨在涵盖其中第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)被配置为从磁极边界(A1,A2)移位不同长度的任何实施方式，不应被解释为限于图7所示的示例。
在某些实施方式中，第一磁体(M1)被配置为具有面向第一线圈单元(C1)的m个磁极，而多个霍尔传感器(即，第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2))被配置为当第一载体(120)处于默认位置时面向所述m个磁极当中的同一磁极设置。这里m是等于或大于3的自然数。
在此实施方式中，面向第一磁体(M1)的第一线圈单元(C1)也可被配置成双子线圈，即，第一子线圈(C1-1)和第二子线圈(C1-2)。
这种双子线圈布置导致驱动效率增强，其中第一磁体(M1)可响应于第一载体(120)的延长行程而扩大，并且通过利用分别面向不同磁极的第一子线圈(C1-1)和第二子线圈(C1-2)之间的相互关系可获得驱动力。
此外，通过摆脱诸如在基于来自第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)的输出信号控制装置时为第一载体(120)设定默认位置的步骤，位置检测和从其的反馈位置控制的效率可更高，因为当第一载体(120)被设置在默认位置时，这两个霍尔传感器一起面向第一磁体(M1)的同一磁极。
图9是示出根据本发明的实施方式的位置控制单元(300)的详细配置的框图，图10是描述通过本发明的位置控制单元(300)进行的用于变焦驱动的位置控制方法的流程图。
早前所示的示例可被描述为致动器沿着光轴驱动第一载体(120)和第二载体(130)的实施方式，而以下描述适用于本发明的位置控制单元(300)，如前所述可安装在致动器上并且在某些实施方式中可以第一操作驱动器(150A)或第二操作驱动器(150B)的形式实现的装置。
根据本发明的位置控制单元(300)的如图9所示的元件应该被理解成通过逻辑而非物理上单独分开的元件。
换言之，各个实施方式相当于用于实现本发明的技术构思的逻辑组件，能够实现本发明的逻辑设置所执行的功能的任何实施方式(不管是整体还是由单独的元件组成)均应被视为在本发明的范围内。执行与本发明相同或类似的功能的任何元件也应被解释为在本发明的范围内，而不管其名称是否一致。
如图9所示，本发明的位置控制单元(300)可包括输入单元(310)、信号生成单元(320)、数据库(DB)单元(330)和驱动控制单元(340)。
如上所述，输入单元(310)对应于用于从多个霍尔传感器接收信号(S910)的接口，示例性设置是第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)。
如图中所示，在某些实施方式中，本发明的输入单元(310)可被配置为从面向第一磁体(M1)设置的多个霍尔传感器(140A-1,140A-2,……)接收信号(S910)，在这种情况下本发明的位置控制单元(300)可被配置为使用全部多个信号或所选信号的组合来生成第一载体(120)的位置信号。
将显而易见，以下参考第一磁体(M1)、第一线圈单元(C1)以及用于检测第一磁体(M1)的第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)对第一载体(120)的位置控制的描述适用于参考第二磁体(M2)、第二线圈单元(C2)以及用于检测第二磁体(M2)的第三霍尔传感器(140B-1)和第四霍尔传感器(140B-2)对第二载体(130)的位置控制。
当输入单元(310)经由接口接收到(S910)来自第一霍尔传感器(140A-1)的输出信号(第一信号)和来自第二霍尔传感器(140A-2)的输出信号(第二信号)时，本发明的信号生成单元(320)通过对这些第一信号和第二信号执行操作来生成关于第一载体(120)的当前位置的位置信号(S950)。
更具体地，当第一载体(120)被设置在默认位置并且多个霍尔传感器(第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2))一起面向第一磁体(M1)的同一磁极时，通过基于加法操作处理各个霍尔传感器的输出信号(第一信号和第二信号)(S930)来生成位置信号(S950)。
另一方面，当第一载体(120)被设置在默认位置并且多个霍尔传感器(第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2))面向第一磁体(M1)的不同磁极时，通过基于减法操作处理各个霍尔传感器的输出信号(第一信号和第二信号)(S940)来生成位置信号(S950)。
本发明的数据库(DB)单元(330)可存储DB信息(S900)，例如基于第一霍尔传感器(140A-1)、第二霍尔传感器(140A-2)和第一线圈单元(C1-1,C1-2)的规格信息将从各个霍尔传感器输出的电信号的代码值与关于传递给第一线圈单元(C1-1,C1-2)的电力的大小和方向的控制值信息相关的查找表。
对第一信号和第二信号的操作的处理可由诸如将第一霍尔传感器(140A-1)和第二霍尔传感器(140A-2)电连接的电路的硬件实现。将显而易见，根据实施方式，该处理可另选地通过第一操作驱动器(150A)的电路设计或安装在第一操作驱动器(150A)上的软件实现。
在从信号生成单元(320)生成位置信号时，本发明的驱动控制单元(340)访问并读取存储在数据库单元(330)中的信息，并且选择与位置信号对应的控制值信息(S960)。
在如上所述选择控制值信息时，本发明的驱动控制单元(340)控制以与控制值信息对应的大小和方向向第一线圈单元(C1,C1-1,C1-2)施加电力，以控制第一载体(120)的位置或移动(S970)。
详细描述了本公开。然而，应该理解，由于对于本领域技术人员而言本公开的范围内的各种改变和修改将从该详细描述变得显而易见，所以在指示本公开的优选实施方式的同时，详细描述和具体示例仅作为例示给出。
在本说明书的以上描述中，诸如“第一”和“第二”等的术语仅是用于彼此相对地标识组件的概念术语，因此它们不应被解释为用于表示特定顺序、优先级等的术语。
用于示出本公开及其实施方式的附图可按略微夸大的方式示出以便强调或突显本公开的技术内容，但是应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下,本领域技术人员可考虑以上描述和附图的例示进行各种修改。

Claims (11)

1.一种变焦致动器，所述变焦致动器包括：
第一载体，所述第一载体附接有第一透镜并且能沿着光轴移动；
第二载体，所述第二载体附接有第二透镜，所述第二载体能够沿着所述光轴在所述第一载体前面或后面移动；
壳体，所述壳体包围所述第一载体和第二载体；
第一磁体，所述第一磁体附接到所述第一载体；
第二磁体，所述第二磁体附接到所述第二载体；
第一线圈单元，所述第一线圈单元安装到所述壳体并面向所述第一磁体；
第二线圈单元，所述第二线圈单元安装到所述壳体并且面向所述第二磁体；以及
多个滚珠，其中所述多个滚珠中的至少一个位于所述壳体和所述第一载体之间，并且所述多个滚珠中的至少一个位于所述壳体和所述第二载体之间。
2.根据权利要求1所述的变焦致动器，
其中，所述第一载体包括配备有所述第一透镜的第一底座；以及
安装在所述第一底座的左侧或右侧的第一支架，所述第一支架沿着所述光轴比所述第一底座延伸更长。
3.根据权利要求2所述的变焦致动器，
其中，所述第二载体包括配备有所述第二透镜的第二底座；以及
安装在所述第二底座的左侧或右侧，但与装配所述第一支架的一侧相对的第二支架，所述第二支架沿着所述光轴在与所述第一载体相反的方向上比所述第二底座延伸更长。
4.根据权利要求1所述的变焦致动器，
其中，所述第一线圈单元或所述第二线圈单元由沿着所述光轴相对于彼此设置在前面或后面的n个线圈组成，n是等于或大于2的自然数；并且
其中，所述第一磁体或所述第二磁体由分别面向所述第一线圈单元或所述第二线圈单元的n+1个磁极组成。
5.根据权利要求3所述的变焦致动器，其中，所述第一载体还包括：
第一轨道，所述第一轨道形成在所述第一支架上；以及
第二轨道，所述第二轨道形成在所述第一底座的未装配有所述第一支架的区域上，并且
其中，所述第二载体还包括：
第三轨道，所述第三轨道形成在所述第二支架上；以及
第四轨道，所述第四轨道形成在所述第二底座的未装配有所述第二支架的区域上，并且
其中，所述壳体包括：
第一导轨和第三导轨，所述第一导轨和所述第三导轨中的每一个由多个单独的轨道形成并且分别面向所述第一轨道和所述第三轨道，以及
第二导轨和第四导轨，所述第二导轨和所述第四导轨中的每一个分别面向所述第二轨道和第四轨道，并且
其中，所述多个滚珠中的至少一个依据从所述第一轨道至所述第四轨道中的每一个跨越到相应所述第一导轨至所述第四导轨中的每一个的各个空间来设置。
6.根据权利要求5所述的变焦致动器，
其中，所述第一导轨至所述第四导轨中的每一个平行于所述光轴对准，并且
其中，所述第一导轨形成在所述壳体的左侧或右侧中的一侧，并且所述第三导轨形成在所述壳体的没有所述第一导轨的另一侧，并且
其中，所述第二导轨形成在所述第三导轨的内侧，并且所述第四导轨形成在所述第一导轨的内侧。
7.根据权利要求1所述的变焦致动器，
其中，所述变焦致动器还包括沿着所述光轴设置在从所述第一磁体的极间边界移位不同距离的位置处的多个霍尔传感器。
8.根据权利要求7所述的变焦致动器，
其中，所述多个霍尔传感器布置在平行于所述光轴延伸的线上，所述多个霍尔传感器关于所述光轴设置在彼此前面或后面。
9.根据权利要求7所述的变焦致动器，
其中，所述第一磁体具有面向所述第一线圈单元的m个磁极，m是等于或大于3的自然数，并且
其中，所述多个霍尔传感器被配置为当所述第一载体处于默认位置时一起面向所述m个磁极中的同一磁极。
10.一种用于变焦致动器的位置控制的方法，所述变焦致动器包括附接有第一透镜和第一磁体并且能沿着光轴移动的第一载体、附接有第二透镜和第二磁体的第二载体、面向所述第一磁体的第一线圈单元、面向所述第二磁体的第二线圈单元以及面向所述第一磁体的多个霍尔传感器，所述第二载体能够沿着所述光轴在所述第一载体前面或后面移动，
所述方法包括以下步骤：
信号输入步骤，用于从所述多个霍尔传感器中的每一个接收输出信号；
位置信号生成步骤，用于通过对所述输出信号执行操作来生成所述第一载体的位置信号；以及
位置控制步骤，用于使用所述位置信号来控制所述第一载体的位置，并且
其中，所述多个霍尔传感器沿着所述光轴设置在从所述第一磁体的极间边界移位不同距离的位置。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中，所述第一磁体具有面向所述第一线圈单元的m个磁极，m是等于或大于3的自然数，并且
其中，在所述第一载体的默认位置，所述位置信号生成步骤当所述多个霍尔传感器一起面向所述第一磁体的同一磁极时对所述位置信号执行加法操作，或者当所述多个霍尔传感器中的每一个面向所述第一磁体的不同磁极时执行减法操作。
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