CN116760258B - 应变感知vcm弹片、驱动组件、摄像头模组及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应变感知VCM弹片、驱动组件、摄像头模组及电子设备，该弹片包括内连接部、外连接部以及连接外连接部和内连接部的弹臂，外连接部沿内连接的外侧周向设置，应变感知VCM弹片还包括应变电阻结构，应变电阻结构包括第一应变电阻层以及设于弹臂上的第一绝缘层和第二应变电阻层，第一应变电阻层和第二应变电阻层均包括多个应变电阻、且各应变电阻之间形成惠斯通电桥检测线路。本发明在VCM弹片表面制作压阻线路，由于镜头对焦移动对弹片的拉伸，使弹片上压阻线路阻值发生变化，再通过测量电路变成电信号输出，从而感知镜头的位移量，实现镜头位置的精准定位。
Description
技术领域
本发明涉及音圈电机技术领域，特别涉及一种应变感知VCM弹片、驱动组件、摄像头模组及电子设备。
背景技术
随着摄像行业的迅速发展，配备摄像头的产品越来越普及，包括手机摄像头、IPAD摄像头等，成为人们生活中必不可少的设备。
VCM（voice coil motor)音圈马达是摄像头对焦驱动的主要部件；VCM可分为开环式(Open loop)音圈马达和闭环式(close loop)音圈马达；开环式音圈马达通过调整感应线圈的电流大小， 通过电磁推力及上下弹片的约束平衡下推动镜头到达合适的位置，这种方式工艺简单以及成本低，但定位精度较差，定位速度慢；闭环式音圈马达测在开环式的基础上，添加了霍尔传感器装置；通过霍尔传感器，高精度定位镜头位置；这种方式精度高，对焦效果既快又好；但组装工艺复杂，价格高；另外，霍尔传感器与其配套磁石、线圈的布置空间要求大，造成马达内部体积会相对较大，不利于电子产品轻、薄、小型化要求。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种应变感知VCM弹片、驱动组件、摄像头模组及电子设备，用于解决现有技术中所存在的问题。
本发明提出一种应变感知VCM弹片，包括内连接部、外连接部以及连接所述外连接部和所述内连接部的弹臂，所述外连接部沿所述内连接的外侧周向设置，所述应变感知VCM弹片还包括应变电阻结构，所述应变电阻结构包括第一应变电阻层以及设于所述弹臂上的第一绝缘层和第二应变电阻层，所述第一应变电阻层和所述第二应变电阻层均包括多个应变电阻、且各所述应变电阻之间形成惠斯通电桥检测线路，其中，所述惠斯通电桥检测电路用于根据输入电压和各所述应变电阻的变化值计算出对应的检出电压，并根据所述检出电压、所述输入电压和所述弹臂的长度计算出所述弹臂的位移量。
进一步的，所述第一应变电阻层设于所述弹臂远离所述第二应变电阻层的一端，所述第一应变电阻层与所述弹臂之间设有第二绝缘层。
进一步的，所述外连接部包括连接主体，所述第一应变电阻层设于所述连接主体上、且靠近所述第二应变电阻层设置，所述第二应变电阻层与所述连接主体之间绝缘。
进一步的，所述第一应变电阻层包括第一应变电阻和第二应变电阻，所述第二应变电阻层包括第三应变电阻和第四应变电阻，所述第一应变电阻与所述第四应变电阻串联连接，所述第二应变电阻与所述第三应变电阻串联连接，所述第一应变电阻和所述第二应变电阻与所述第二应变电阻和所述第三应变电阻并联连接。
进一步的，所述检出电压的计算公式如下：
；
式中，表示输入电压，/>、/>、/>、/>分别表示第一应变电阻、第二应变电阻、第三应变电阻以及第四应变电阻的变化值，/>、/>、/>、/>分别表示第一应变电阻、第二应变电阻、第三应变电阻以及第四应变电阻在变化前的阻值；
所述弹臂的位移量的计算公式为：
；
式中，表示弹臂的长度，/>表示压阻系数。
进一步的，所述惠斯通电桥检测线路还包括压差检测器，所述压差检测器的一端分别连接所述第一应变电阻和所述第四应变电阻、另一端分别连接所述第二应变电阻和所述第三应变电阻。
进一步的，所述第一应变电阻层和所述第二应变电阻层的宽度范围为1μm-1mm、厚度范围为5nm-20nm。
本发明还提出一种驱动组件，包括壳体、固设于所述壳体内的载体，以及分别固设于所述载体两端的上弹片和下弹片，所述上弹片和所述下弹片采用上述的应变感知VCM弹片。
本发明还提出一种摄像头模组，包括镜头、成像传感器以及上述的驱动组件。
本发明还提出一种电子设备，包括上述的摄像头模组。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置第一应变电阻层，并在VCM弹片的弹臂上设置第二应变电阻层，使得在VCM弹片上形成压阻线路，应变电阻层之间形成惠斯通电桥检测线路，以实现对焦控制闭环，由于镜头对焦移动对弹片的拉伸，使弹片上压阻线路阻值发生变化，再通过测量电路变成电信号输出，从而感知镜头的位移量，实现镜头位置的精准定位，进而取代复杂的霍尔传感应闭环马达方案，并实现空间上的小型化。
附图说明
图1为本发明第一实施例中应变感知VCM弹片的整体结构示意图；
图2为图1中A-A’的截面放大示意图；
图3为本发明第一实施例中惠斯通电桥检测线路的电路示意图；
图4为本发明第一实施例中A-A’的截面中应变电阻层的多线路设计示意图；
图5为本发明第二实施例中应变感知VCM弹片的整体结构示意图；
图6为本发明第二实施例中应变感知VCM弹片的主视图；
图7为本发明第二实施例中应变感知VCM弹片的俯视图；
图8为图7中B-B’的截面放大示意图。
主要元件符号说明：
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1至图2，所示为本发明第一实施例中的应变感知VCM弹片，包括内连接部100、外连接部200、弹臂300以及应变电阻结构，其中，外连接部200沿内连接部100的外侧周向设置，弹臂300分别连接内连接部100和外连接部200，应变电阻结构包括第一应变电阻层以及设于弹臂300上的第一绝缘层530和第二应变电阻层，第一应变电阻层和第二应变电阻层均由两个应变电阻构成，第一应变电阻层的两个应变电阻与第二应变电阻层的两个应变电阻之间形成惠斯通电桥检测线路。
需要说明的是，绝缘层可以采用PVD/CVD、涂布、印刷、喷涂、贴合等方式进行制作，其材质可以是金属/非金属氧化物、氮化物，有机绝缘层如Pi、类Pi、环氧树脂类等材料，通过光刻或激光加工或印刷等方式形成绝缘层图案；应变电阻层采用溅控溅射、印刷、喷涂、电镀等方向形成，然后通过光刻或激光镭射形成线路图案，应变电阻层可以是Cu、CuNi、NiCr、Ag、Au、Pt、纳米银丝、石墨烯、压阻油墨等，优选康铜（Cu/Ni)合金，考虑到温度效应，Cu/Ni比例最佳范围为40%:60%到60%：40%之间；在本实施例中，惠斯通电桥检测电路用于根据输入电压和各应变电阻的变化值计算出对应的检出电压，并根据检出电压、输入电压和弹臂的长度计算出弹臂的位移量。
可以理解的，通过在弹片上形成压阻线路，当镜头对焦移动时，对VCM弹片进行拉伸或压缩时，会使得上弹片或下弹片的压阻线路的阻值发生变化，此时，通过测量线路的电信号输出即可感知该镜头的位移量，实现镜头位置的精准定位。
在本实施例中，外连接部200包括连接主体，第一应变电阻层设于连接主体上、且靠近第二应变电阻层设置，第二应变电阻层与连接主体之间绝缘。第一应变电阻层包括第一应变电阻410和第二应变电阻420，第二应变电阻层包括第三应变电阻510和第四应变电阻520，第一应变电阻410与第四应变电阻520串联连接，第二应变电阻420与第三应变电阻510串联连接，第一应变电阻410和第二应变电阻420与第二应变电阻420和第三应变电阻510并联连接（如图3所示），第一应变电阻层和第二应变电阻层的宽度范围为1μm-1mm、厚度范围为5nm-20nm，电阻设计优选第三应变电阻和第二应变电阻比值与第一应变电阻和第四应变电阻的比值相等或接近，可以通过线宽大小或走线长度实现。
在本实施例中，惠斯通电桥检测线路还包括压差检测器600，压差检测器600的一端分别连接第一应变电阻410和第四应变电阻520、另一端分别连接第二应变电阻420和第三应变电阻510。
进一步的，所述检出电压的计算公式如下：
；
式中，表示输入电压，/>、/>、/>、/>分别表示第一应变电阻、第二应变电阻、第三应变电阻以及第四应变电阻的变化值，/>、/>、/>、/>分别表示第一应变电阻、第二应变电阻、第三应变电阻以及第四应变电阻在变化前的阻值；需要说明的是，在本实施例中，当应变电阻未发生应变（拉应变以及压应变）时，其对应的变化值为0。
所述弹臂的位移量的计算公式为：
；
式中，表示弹臂的长度，/>表示压阻系数。
需要说明的是，本实施例中的第一应变电阻层设置在外连接部200上，在镜头对焦移动时不参与应变，而设置两个应变电阻的能够使得压差检测器600对检出信号的检测更加灵敏，可以理解的，在一些可选实施例中，第一应变电阻层可以由一个应变电阻组成，另一个通过外围电路单独提供且不起应变作用即可，当第一应变电阻层或第二应变电阻层的应变电阻大小来更改应变电阻层的线路宽度和线路厚度，并且也就可以采用单线路方式（如图2所示）和多线路方式（如图4所示）。
实施例二
请参阅图5至图8，所示为本发明第二实施例中的应变感知VCM弹片，本实施例中的应变感知VCM弹片与第一实施例中的应变感知VCM弹片的不同之处在于：第一应变电阻层设于弹臂300远离第二应变电阻层的一端，第一应变电阻层与弹臂300之间设有第二绝缘层430。
可以理解的，将第一应变电阻层和第二应变电阻层都设置在弹臂300上，当镜头对焦移动时，第一应变电阻层的第一应变电阻410和第二应变电阻420与第二应变电阻层的第三应变电阻510和第四应变电阻520的感应状态相反，从而使得应变信息能够更加精准的检出，提高应变电阻的感应灵敏度，同时，设置在弹臂上能够消除温度变化对应变电阻造成的误差。
综上，本发明上述实施例当中的应变感知VCM弹片，通过设置第一应变电阻层，并在VCM弹片的弹臂上设置第二应变电阻层，使得在VCM弹片上形成压阻线路，应变电阻层之间形成惠斯通电桥检测线路，以实现对焦控制闭环，由于镜头对焦移动对弹片的拉伸，使弹片上压阻线路阻值发生变化，再通过测量电路变成电信号输出，从而感知镜头的位移量，实现镜头位置的精准定位，进而取代复杂的霍尔传感应闭环马达方案，并实现空间上的小型化。
实施例三
本发明实施例另一方面还提出一种驱动组件，包括壳体、固设于所述壳体内的载体，以及分别固设于所述载体两端的上弹片和下弹片，所述上弹片和所述下弹片采用上述的应变感知VCM弹片。
实施例四
本发明实施例另一方面还提出一种摄像头模组，包括镜头、成像传感器以及上述的驱动组件。
实施例五
本发明实施例另一方面还提出一种电子设备，包括上述的摄像头模组。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种应变感知VCM弹片，其特征在于，包括内连接部、外连接部以及连接所述外连接部和所述内连接部的弹臂，所述外连接部沿所述内连接的外侧周向设置，所述应变感知VCM弹片还包括应变电阻结构，所述应变电阻结构包括第一应变电阻层以及设于所述弹臂上的第一绝缘层和第二应变电阻层，所述外连接部包括连接主体，所述第一应变电阻层设于所述连接主体上、且靠近所述第二应变电阻层设置，所述第二应变电阻层与所述连接主体之间绝缘，所述第一应变电阻层和所述第二应变电阻层均包括多个应变电阻、且各所述应变电阻之间形成惠斯通电桥检测线路，所述第一应变电阻层包括第一应变电阻和第二应变电阻，所述第二应变电阻层包括第三应变电阻和第四应变电阻，所述第一应变电阻与所述第四应变电阻串联连接，所述第二应变电阻与所述第三应变电阻串联连接，所述第一应变电阻和所述第二应变电阻与所述第二应变电阻和所述第三应变电阻并联连接，其中，所述惠斯通电桥检测电路用于根据输入电压和各所述应变电阻的变化值计算出对应的检出电压，并根据所述检出电压、所述输入电压和所述弹臂的长度计算出所述弹臂的位移量。
2.根据权利要求1所述的应变感知VCM弹片，其特征在于，所述第一应变电阻层设于所述弹臂远离所述第二应变电阻层的一端，所述第一应变电阻层与所述弹臂之间设有第二绝缘层。
3.根据权利要求1所述的应变感知VCM弹片，其特征在于，所述检出电压的计算公式如下：
；
式中，表示输入电压，/>、/>、/>、/>分别表示第一应变电阻、第二应变电阻、第三应变电阻以及第四应变电阻的变化值，/>、/>、/>、/>分别表示第一应变电阻、第二应变电阻、第三应变电阻以及第四应变电阻在变化前的阻值；
所述弹臂的位移量的计算公式为：
；
式中，表示弹臂的长度，/>表示压阻系数。
4.根据权利要求1所述的应变感知VCM弹片，其特征在于，所述惠斯通电桥检测线路还包括压差检测器，所述压差检测器的一端分别连接所述第一应变电阻和所述第四应变电阻、另一端分别连接所述第二应变电阻和所述第三应变电阻。
5.根据权利要求1所述的应变感知VCM弹片，其特征在于，所述第一应变电阻层和所述第二应变电阻层的宽度范围为1μm-1mm、厚度范围为5nm-20nm。
6.一种驱动组件，其特征在于，包括壳体、固设于所述壳体内的载体，以及分别固设于所述载体两端的上弹片和下弹片，所述上弹片和所述下弹片采用如权利要求1至5任一项所述的应变感知VCM弹片。
7.一种摄像头模组，其特征在于，包括镜头、成像传感器以及权利要求6所述的驱动组件。
8.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求7所述的摄像头模组。
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