CN117716286A - 用于相机的致动器 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施方式的相机致动器包括：载体，其具有安装在其中的透镜并且在光轴方向上移动；壳体，其容纳载体；磁体，其具有k个磁极(k是等于或大于1的自然数)并设置在载体上；多个线圈，其面对磁体并相对于光轴方向垂直地排列；m个霍尔传感器部件(m是等于或大于3的自然数)，其相对于光轴方向彼此以第一间距排列；以及驱动器，其用于根据m个霍尔传感器部件的信号来控制施加到多个线圈的电流，其中磁极的长度等于或大于第一间距且等于或小于第一间距的两倍。

Description

用于相机的致动器

技术领域

本公开涉及一种用于相机的致动器。更具体地，本公开涉及一种能够可靠地增强驱动性能和空间效率的用于相机的致动器。

背景技术

用于图像处理的硬件技术的进步以及对制作和拍摄照片和视频的不断增长的消费者需求，已推动诸如自动对焦(AF)和光学图像稳定(OIS)之类的功能在单机相机以及安装在包括蜂窝电话和智能电话在内的移动终端上的相机模块中的实现。

此外，近年来已经出现了用于变焦透镜的致动器，其通过诸如放大和缩小之类的功能调节焦距来支持包括对象尺寸的可变调节特征。在某些型号的致动器中，已经能够通过多个透镜(透镜组件)之间的位置关系的组合来实现在实施变焦方面的进一步多样化。

这些用于变焦透镜的致动器具有比普通透镜的移动距离延伸或扩展的沿着光轴(也称为行程)的移动距离，并且因此它们的设计应当保证驱动力的相应增加并实现在整个行程范围内对变焦透镜位置的精确检测和反馈控制。

在这方面，出于增强驱动力的目的，相关技术中已知的致动器或装置已经使用诸如磁体和线圈的组合之类的手段来着手处理，其中磁体更宽的区域面对具有更多绕组线的线圈或沿着光轴的多个线圈的阵列。

作为精确检测的方法，与通常用于相机致动器的相同的霍尔传感器已经被重新应用于变焦透镜致动器，尽管具有诸如用以适应延伸或扩展的距离的其数量的增加之类的一些改变。

然而，相关技术已知的致动器遭遇了承载磁体的载体的膨胀的尺寸和重量，因为所需的磁体必须具有足够宽的区域来面对为了检测透镜位置而安装的多个霍尔传感器的大部分。

给定具有足够宽度和尺寸的磁体，可以使用来自霍尔传感器的信号或者对这些信号执行运算，来以一定的精度检测承载磁体的每个载体(配备有透镜)的位置。然而，这样的布置导致移动体的重量和大小上的膨胀尺寸，使得其与目的正是指向紧凑性的移动终端的设置不相符，而同时严重损害电力效率。

发明内容

技术问题

本公开旨在解决上述背景下的上述问题。本发明的一个技术目标是提供一种用于相机的致动器，该致动器能够使用其尺寸相对不大的相机，以便通过在磁体和线圈的布置上以及在与它们的布置相关联的结构上的改进来实现致动器空间利用上和功耗上的更高效率。

本公开的这些和其它目的和优点可以从下面的具体实施方式中了解，并且将从本公开的示例性实施方式中变得更加完整地清楚。此外，容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中所示的手段及其组合来实现。

技术方案

为了实现上述技术目标，在本公开的一个方面中，提供了一种用于相机的致动器，该致动器包括：载体，其具有附接到其上的透镜并且能沿着光轴移动；壳体，其包围载体；至少一个磁体，其安装在载体上并且具有k个磁极(k是等于或大于1的自然数)；多个线圈，其面对磁体并且沿着光轴设置在前部或后部；霍尔传感器组件，其具有沿着光轴设置在前部或后部的m个霍尔传感器(m是等于或大于3的自然数)，其中两个连续的霍尔传感器彼此保持以第一间距分隔开；以及操作驱动器，其响应于来自霍尔传感器组件的信号来控制要施加到多个线圈的电流，其中磁极的长度不小于第一间距，但不大于第一间距的两倍。

在实施方式中，至少一个磁体可以包括在载体的一侧安装在载体上的第一磁体和在相对于第一磁体对称的位置处安装在载体上的第二磁体。

此外，多个线圈可以包括至少一个面对第一磁体并且装配在壳体的一侧上的第一线圈以及至少一个面对第二磁体并且在相对于第一线圈对称的位置处装配在壳体上的第二线圈。

在这种情况下，第一线圈和第二线圈优选地以交替的顺序沿着光轴设置。更优选地，第一线圈(第二线圈)被设置为与第二线圈(第一线圈)部分交叠，其中第二线圈(第一线圈)沿着光轴位于第一线圈(第二线圈)的前部或后部。

在另一实施方式中，霍尔传感器组件可以包括安装在第一电路板上的第一霍尔传感器单元和安装在第二电路板上的第二霍尔传感器单元，第一线圈配备于第一电路板，第二线圈配备于第二电路板，其中第一霍尔传感器单元和第二霍尔传感器单元分布为沿着光轴交替。

根据实施方式，第一霍尔传感器单元或第二霍尔传感器单元可以由多个单独的霍尔传感器组成。

有益效果

根据本公开的优选实施方式，仅使用具有相对较小的尺寸和重量的磁体就可以在整个延伸或扩展行程中精确检测载体位置，以提供在驱动变焦或自动对焦功能的电力效率上的改进。

根据本公开的另一实施方式，通过提供两个不同的磁体并且在壳体的每一侧放置多个线圈，这些线圈以线圈交替或部分交叠的非对称布置方式面对磁体，可以实现驱动效率的提高以及空间利用率的同时提高。

根据本公开的另一实施方式，沿着光轴配置多个线圈和霍尔传感器允许独立地控制各个线圈。此外，这样的配置进而为处理多个线圈的时间上且连续的反馈控制提供了更简单的手段，促使驱动精度和时间响应特性上的改进。

附图说明

附图示出了本公开的优选实施方式，并且与前述公开一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，并且因此，本公开不被解释为限于附图。

图1示出了根据本发明的优选实施方式的用于相机的致动器和相机模块的总体配置；

图2示出了根据本发明的优选实施方式的用于相机的致动器的总体配置；

图3示出了根据本发明的另一实施方式的用于相机的致动器的总体配置；

图4示出了图3中所示的用于相机的致动器的详细配置；

图5示出了图3所示的根据本发明的实施方式的磁体和线圈的布置；并且

图6示出了根据本发明的另一优选实施方式的磁体和线圈的布置。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应当理解，在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般的和字典的含义，而是基于允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。

因此，本文提出的描述仅仅是出于说明目的的优选示例，而不旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其它等同物和修改。

图1示出了根据本发明的优选实施方式的用于相机的致动器(以下简称为“致动器”)(100)和相机模块(1000)的总体配置。

不必说，本发明的致动器(100)可以被实施为单个单机装置或者如图1所示与诸如反射计模块(200)之类的其它部件一起被实施为相机模块(1000)的一部分。

如将在下面详细描述的，本发明的致动器(100)用于通过沿着光轴以线性运动移动透镜(透镜组件)所附接到的单个载体或多个载体中的每一个来执行自动对焦或变焦。

可以被设置在本发明的致动器(100)的前部(沿着光轴)的反射计模块(200)在透镜(Z)的方向上反射或折射对象的光路(Z1)。朝向光轴如此反射或折射的光通过附接到载体的透镜(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)之类的图像传感器。

用于修改光路的反射计模块(200)可以包括可以从反射镜、棱镜或两者的组合中选择的反射计(210)。反射计(210)可以由任何能够修改从外部朝向光轴的入射光的路径的材料构成，但出于高性能光学特性的目的，玻璃是优选介质。

包括反射计模块(200)等的本发明的相机模块(1000)被配置为朝向透镜折射光的路径。这允许整个装置沿着移动终端纵向设置，而不是横跨宽度设置，以便将移动终端保持为较薄，使得对于移动终端的小型化和薄型化是最佳的。

在某些实施方式中，反射计(210)被配置为通过诸如磁体和线圈之类的能够产生磁力的驱动装置的作用来以旋转运动移动。因此，当反射计(210)以旋转运动横穿或移动时，由反射计(210)反射(折射)的来自对象的光沿着±Y轴和/或±X轴被引导以进入透镜和图像传感器(30)，从而实现对沿着X轴和/或Y轴的相机抖动的校正。

由反射计模块(200)如此反射的来自对象的光进入到配备在致动器(100)内的第一透镜(60)和第二透镜(70)中，并且由本发明的致动器(100)通过对第一透镜(60)和第二透镜(70)中的每一个沿着光轴的位置进行组合调整来执行诸如变焦和自动对焦之类的功能。

在某些实施方式中，如图1所示，固定透镜(50)可以设置在致动器(100)的前部，以增强诸如致动器(100)变焦比率之类的光学性能。

如下文所述，光轴(Z轴)被定义为与例如进入第一透镜(60)的入射光的路径相对应的轴，并且跨越垂直于光轴(Z轴)的平面的两个轴被定义为X轴和Y轴。

图2示出了根据本发明的优选实施方式的致动器(100)的总体配置。

如图1和图2所示，本发明的致动器(100)包括：壳体(110)，其相当于容纳内部部件的基本框架；外壳(190)，其附接到壳体(110)并且能够充当屏蔽罐；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)沿着光轴放置在第一载体(120)的后部，并且其在沿着光轴以线性运动移动时，保持这种布置。

如将在下文中所述的，第一载体(120)安装有磁体(未示出)，并且在壳体(110)上装配有面对磁体并向磁体施加驱动力的第一线圈单元(57)。

当由操作驱动器进行的控制对第一线圈单元(57)施加适当大小和方向的电力时，其在第一线圈单元(57)和磁体之间产生电磁力，并且所产生的电磁力沿着光轴来回移动第一载体(120)。

类似地，一旦操作驱动器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(55)，在第二线圈单元(55)与安装在第二载体(130)上的磁体(未示出)之间产生的电磁力沿着光轴线性地移动第二载体(130)。

尽管附图示出了第一透镜(60)所附接到的第一载体(120)和第二透镜(70)所附接到的第二载体(130)，但这仅是可能的示例中的一个。不必说，其中包括更多数量的透镜和载体的实施方式以及其中致动器用单个透镜和单个载体实现的那些实施方式。

因此，当第一载体(120)和第二载体(130)中的每一个沿着光轴线性移动时，附接到每个载体的每个透镜也沿着光轴线性移动，并且通过这些透镜之间的位置关系来实现变焦或自动对焦。

此外，优选将球(未示出)放置在第一载体(120)和壳体(110)之间以及第二载体(130)和壳体(110)之间，以便将第一载体(120)和/或第二载体(130)设置成以最小的摩擦平滑线性运动。

当如上所述放置球时，可以如图2所示配备轭板(180)，以加强壳体(110)的物理耐久性并且通过安装在第一载体(120)和/或第二载体(130)上的(多个)磁体的作用产生吸引力来加强在载体和球之间的接触。

图3示出了根据本发明的另一实施方式的用于相机的致动器的总体配置，并且图4示出了图3中所示的用于相机的致动器的详细配置。

图3示出了参照图1和图2描述的致动器(100)的另一实施方式，其中，如图中所示，只有沿着光轴线性运动的单个主体。

在下文中参照图3和其它附图描述的本发明的技术构思涉及用于使移动体沿着光轴移动的详细技术内容，但绝不限于特定数量的移动体，并且不必说，如上文参照图1和图2所解释的包括多个移动体的这种修改设计也被涵盖。

也不必说，根据本发明的另一实施方式的图3中所示的相机模块(1000)可以包括沿着光轴放置在其前部的反射计模块(200)和放置在反射计模块(20)后部的致动器(100)。

如之前已经很好地指出的那样，参照图3和其它附图描述的本发明的致动器(100)可以被实施为单个单机装置或者如图3所示的相机模块(1000)的一部分。

在下文中，将参考包括单个移动体的实施方式来描述本发明的技术构思，使得参照图1和图2描述的第一载体(120)应当简单地指定为载体(120)，并且第一透镜组件(6)应当简单地指定为透镜(60)。

本发明的致动器(100)包括载体(120)，载体具有附接到其的透镜(60)并且能沿着光轴移动；壳体(110)，其包围载体(120)；并且在某些实施方式中，还可以包括固定透镜组件(50)。

在载体(120)的任一侧，可以分别安装用于产生载体(120)的驱动力的第一磁体(M-a)或第二磁体(M-b)，并且在壳体(110)上装配分别面对第一磁体(M-a)和第二磁体(M-b)的第一线圈(C-a)和第二线圈(C-b)。

当如同所述，磁体(M-a、M-b)中的每一个被对称地放置和/或放置在载体(120)的任一侧上时，在不使用沿着光轴伸长的磁体的情况下，可以获得足够水平的驱动力。

此外，这种配置还可以改进总体的驱动特性，因为其允许从线圈产生的驱动力的分散开，并且提供了更好地平衡重心的设计。

第一磁体(M-a)和第二磁体(M-b)中的每一个都具有朝向面对磁体本身的线圈暴露的k个(k是不小于1的自然数)磁极(北和南)，而多个线圈(C-a、C-b)放置在沿着光轴平行延伸的不同侧。

如图4和其它附图中所示，通过以诸如之字形阵列之类的交替的方式将多个线圈(C-a、C-b)的一部分分配在壳体(110)的一侧而将其余部分分配在壳体(110)的另一侧以形成不对称布置来优选地完成多个线圈在壳体(110)的两侧的布置。

作为如上所述的实施方式，图4示出了包括由面对第一磁体(M-a)的两个单独线圈组成的第一线圈(C-a)和由面对第二磁体(M-b)的单个单独线圈组成的第二线圈(C-b)的配置。然而，这仅仅是示例的，并且包括数量不同于该特定实施方式的第一线圈(C-a)和第二线圈(C-b)的致动器(100)的其它实施方式当然由本发明所涵盖。

当第一线圈(C-a)和第二线圈(C-b)如上所述以交替顺序沿着光轴放置时，与其中所有线圈放置在同一侧的那些实施方式相比，可以获得致动器(100)的空间利用率上的更高的效率。

在其中每个第一线圈(C-a)被设置为与第二线圈(C-b)沿着光轴交替的这样的实施方式中，优选的是，每个第一线圈(C-a)与沿着光轴存在于第一线圈(C-a)的前部或后部的位置的第二线圈(C-b)部分交叠。

类似地，每个第二线圈(C-b)与沿着光轴存在于第二线圈(C-b)的前部或后部的位置的第一线圈(C-a)部分交叠。

如上所述配置线圈不仅增强了空间利用率，而且还增强了由霍尔传感器进行的位置检测以及用于线性移动的高效驱动控制。

本发明的霍尔传感器组件(H-a、H-b)包括沿着光轴以第一间距彼此分开设置的m个霍尔传感器(m是不小于3的自然数)。为了高效位置检测，如图4和其它附图中所示，霍尔传感器组件(H-a、H-b)优选地在壳体(110)的两侧上分散开，使得第一磁体(M-a)和第二磁体(M-b)以交替的顺序被检测。另选地，在某些实施方式中，霍尔传感器组件被设置在同一侧。

参照附图中所示的实施方式，本发明的霍尔传感器组件包括位于与第一线圈(C-a)相对应的位置处的第一霍尔传感器单元(H-a)和位于与第二线圈(C-b)相对应的位置处的第二霍尔传感器单元(H-b)。这些霍尔传感器单元(H-a、H-b)优选地以如上针对线圈描述的交替顺序沿着光轴设置。

本发明的操作驱动器响应于来自霍尔传感器组件的信号而控制要施加到多个线圈的电流。

操作驱动器可以被实施为单个单机装置或者电路元件，或另选地，其可以通过诸如片上系统(SOC)之类的装置被实施为具有霍尔传感器的集成芯片，或者甚至可以根据实施方式设置在外部。因此，在附图中没有提供对其的图示。

包括第一线圈(C-a)和第一霍尔传感器单元(H-a)的一组元件安装在第一电路板(170-1)上，第一电路板与诸如外部模块、电源和外部装置之类的伴随元件电接口连接。包括第二线圈(C-b)和第二霍尔传感器单元(H-b)的另一组元件安装在第二电路板(170-2)上。

不必说，根据实施方式，第一电路板(170-1)和第二电路板(170-2)可以例如通过弯曲或折叠而在结构上进行加工以形成单个电路板。

这些电路板(170-1,170-2)优选地形成为具有暴露于外部的部分，以辅助与外部模块、电源、外部装置等的接口连接。

图5是示出根据本发明的实施方式的诸如线圈和磁体之类的元件的布置的图。图6示出了根据本发明的另一实施方式的诸如线圈和磁体之类的元件的布置。

参考光轴，图5和图6彼此相对地示出了设置线圈、霍尔传感器组件和磁体的配置。出于描述的效率的目的，线圈、霍尔传感器组件和磁体的附图标记将以沿着光轴从前部到后部的递增序号分配。

例如，线圈将沿着光轴从前部到后部被标记为C1、C2和C3，并且对于霍尔传感器组件，H1将是位于最前部位置处的传感器，随后是H2，H3是位于最后部位置处的霍尔传感器。

如图5和其它附图中所示，C1和C3是第一线圈(C-a)，即，它们是面对第一磁体(M-a)的线圈。C2是面对第二磁体(M-b)的第二线圈。

图6所示的实施方式与图5所示的实施方式的不同之处仅在于所包括的线圈的数量方面，并且与图5的实施方式中所包括的相应元件相匹配。

如图6所示，安装在载体(120)上的磁体(例如，第一磁体(M-a)和第二磁体(M-b))的磁极的(沿着光轴的)长度等于或大于沿着霍尔传感器组件的光轴按顺序排列的霍尔传感器(H1、H2、H3、H4)之间的间距(D2)(以下称为“第一间距”)，而同时等于或小于相当于第一间距的两倍的距离。

如上所述设置磁极的长度能够实现位置的连续检测，因为对于沿着光轴界定的磁体(第一磁体(M-a)或第二磁体(M-b))的每个位置，可以引导组件的特定霍尔传感器(H1、H2、H3、H4)面对磁体。

这种连续位置检测变得可用意味着可以使用来自负责检测存疑的位置的霍尔传感器组件的检测信号从多个线圈(C1、C2、C3、C4)中准确地界定将被施加受控电流的特定线圈，也在用于驱动控制的处理中提供了改进的效率。

此外，即使当磁极的长度不大于第一间距的两倍时，仍然可以有效地实现上述位置检测和控制处理，对于使用重量或尺寸相应减小的磁体是开放的，这进而有助于致动器(100)的电力效率的进一步改进。

为了更有效的连续位置检测和连续驱动控制的目的，第二线圈(C2)(沿着光轴从前部向下)优选地在使得C2的一部分(前部区域)与C1的一部分(后部区域)交叠的位置处沿着光轴放置在第一线圈(C1)的后部(下部)。

相应地，将图6中最靠后设置的线圈(C4)放置在使得C4部分地(前部区域)与第三线圈(C3)的一部分(后部区域)交叠的位置处。

因此，本发明的致动器(100)不仅能够精确地检测载体(120)的位置，而不管其在行程范围内的位置如何，而且还能够准确地界定将被施加电流的线圈，这提供了在用于诸如变焦驱动和自动对焦之类的功能的驱动控制的精度上的同时改进。

如图6所示，第一霍尔传感器单元(H-a)或第二霍尔传感器单元(H-b)可以由多个单独的霍尔传感器(H2-1、H2-2)组成。由于这样的配置使得能够执行针对给定位置的多个信号系统的运算，因此甚至更精确的位置检测也变得可行。

已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示本公开的优选实施方式，但是仅以说明的方式给出，因为在本公开的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员来说将从该详细描述中变得显而易见。

在本说明书的以上描述中，诸如“第一”和“第二”等的术语仅仅是用于彼此相对地标识组件的概念术语，并且因此它们不应当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以以有所夸大的形式示出，以便强调或突出本公开的技术内容，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以考虑以上描述和附图的图示来进行各种修改。

Claims (7)

1.一种用于相机的致动器，所述致动器包括：

载体，透镜附接到所述载体并且所述载体能沿着光轴移动；

壳体，所述壳体包围所述载体；

至少一个磁体，所述至少一个磁体安装在所述载体上并且具有k个磁极，k是等于或大于1的自然数；

多个线圈，所述多个线圈面对所述磁体并且沿着所述光轴设置在前部或后部；

霍尔传感器组件，所述霍尔传感器组件具有m个霍尔传感器，m是等于或大于3的自然数，所述m个霍尔传感器沿着所述光轴设置在前部或后部，所述m个霍尔传感器中的每一个以第一间距彼此分离；以及

操作驱动器，所述操作驱动器响应于来自所述霍尔传感器组件的信号而控制要施加到所述多个线圈的电流，并且

其中，所述磁极的长度不小于所述第一间距，但不大于所述第一间距的两倍。

2.根据权利要求1所述的致动器，

其中，所述至少一个磁体包括：

第一磁体，所述第一磁体在所述载体的一侧安装在所述载体上；以及

第二磁体，所述第二磁体在相对于所述第一磁体对称的位置处安装在所述载体上；并且

其中，所述多个线圈包括：

至少一个第一线圈，所述至少一个第一线圈面对所述第一磁体并且装配在所述壳体的一侧；以及

至少一个第二线圈，所述至少一个第二线圈面对所述第二磁体并且在相对于所述第一线圈对称的位置处装配在所述壳体上。

3.根据权利要求2所述的致动器，

其中，所述第一线圈和所述第二线圈以交替的顺序沿着所述光轴设置。

4.根据权利要求3所述的致动器，

其中，所述第一线圈被设置成与所述第二线圈部分交叠，所述第二线圈沿着所述光轴位于所述第一线圈的前部或后部。

5.根据权利要求2所述的致动器，其中，所述霍尔传感器组件包括：

第一霍尔传感器单元，所述第一霍尔传感器单元安装在第一电路板上，所述第一电路板配备有所述第一线圈；以及

第二霍尔传感器单元，所述第二霍尔传感器单元安装在第二电路板上，所述第二电路板配备有所述第二线圈。

6.根据权利要求5所述的致动器，其中，所述第一霍尔传感器单元和所述第二霍尔传感器单元以交替的顺序沿着所述光轴设置。

7.根据权利要求5所述的致动器，其中，所述第一霍尔传感器单元或所述第二霍尔传感器单元由多个霍尔传感器组成。