CN117957492A - 具有集成自动对焦和可变光圈的设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有集成自动对焦和可变光圈的设备，所述设备具有在单个壳体内的自动对焦(autofocusing，AF)机构和可变光圈(variable aperture，VA)机构。所述自动对焦机构用于通过在镜头光轴的方向上移动镜头单元来实现自动对焦功能。所述可变光圈机构包括围绕开口设置的多个叶片，并且用于通过移动所述多个叶片来改变所述光圈的尺寸。所述自动对焦机构的驱动单元设置在所述具有集成自动对焦和可变光圈的设备的四个侧面中的两个相对的侧面上，所述可变光圈机构的驱动单元设置在所述具有集成自动对焦和可变光圈的设备的所述四个侧面中的另外两个相对的侧面上。

Description

具有集成自动对焦和可变光圈的设备

技术领域

本发明大体上涉及摄像头模组部件，更具体地，涉及具有集成自动对焦和可变光圈的设备。

背景技术

如今，包括移动或便携式设备在内的许多设备都配备有摄像头模组。如本文所使用的，摄像头模组可以指专用移动相机中的摄像头模组，以及智能手机、平板电脑、膝上型电脑等移动设备中的摄像头模组。安装在移动设备中的小型摄像头模组往往具有增加的F值。

摄像头模组通常提供自动对焦功能。自动对焦是通过自动移动镜头单元以改变其与图像传感器的距离来实现的。一些摄像头模组可以具有带光圈单元的镜头单元，以调节其光圈，即调节进入或通过镜头的光量。

但是，对于一些小型摄像头模组，镜头的F值，更具体地，其光圈尺寸，是固定的，不能根据用户的偏好改变。

根据摄像头模组的第一种可能的实现方式，摄像头模组具有设置在镜头镜筒上的可变光圈。可变光圈可以包括两个翼部。每个翼部可以具有不同尺寸的孔，形成不倒翁或雪人形状的光圈。翼孔部分彼此重叠，以形成中心光圈孔区域。摄像头模组还包括：光圈驱动模组，光圈驱动模组包括磁体构件，磁体构件设置在联接到杆的支撑件中，杆用于移动可变光圈；用于移动磁体的光圈线圈。当翼部向彼此靠近的方向(或翼部的重叠范围变大的方向)移动时，光圈孔区域可以增加，当翼部向彼此远离的方向移动时，光圈孔区域可以减小。

根据摄像头模组的第二种可能的实现方式，摄像头模组包括：光圈模组，光圈模组用于安装在镜头模组上，光圈模组包括多个叶片并且还用于用多个叶片形成不同尺寸的光圈孔；光圈驱动部分，光圈驱动部分包括移动部分和驱动线圈，移动部分包括与驱动线圈相对的驱动磁体，移动部分直接或间接地连接到多个叶片，以使移动部分能够移动多个叶片。移动部分用于响应于向驱动线圈提供的电力而移动，从而使多个叶片移动。在一个实施例中，当电源从驱动线圈移除时，移动部分的位置被固定以保持光圈孔的直径。因此，由于无需为保持光圈孔的直径而持续向驱动线圈供电，所以功耗显著降低。根据该可能的实现方式，当移动部分响应于向移动部分外部的驱动线圈提供的电力而移动时，多个叶片移动。

根据这种摄像头模组，由驱动磁体和线圈构成的致动器驱动与光圈叶片连接的转子。当驱动部分沿着水平方向移动时，转子将旋转，以实现叶片的打开或关闭(即增加或减小由叶片形成的光圈的尺寸)。

凸轮机构用于光圈叶片与转子之间的联接，每个叶片具有凸轮孔，转子具有凸轮销。

根据摄像头模组的第三种可能的实现方式，用于相机镜头的可变光圈设备包括围绕镜头可旋转地设置的多个翅片，其中，多个翅片中的每个翅片具有朝向镜头的中心设置的可移动端和形成在远离镜头的中心的翅片外侧上的齿轮；围绕多个翅片的齿圈，其中，齿圈在内侧上具有与多个翅片中的每个齿轮啮合的齿轮；用于旋转地驱动齿圈的马达。通过旋转齿圈，翅片通过齿轮移动，翅片形成的光圈的尺寸可以改变。平面动子和平面定子组成的面向平面型音圈马达旋转驱动齿圈。

根据摄像头模组的第三种可能的实现方式的一个变型，摄像头模组可以包括传感器(例如，霍尔传感器)。传感器检测动子(齿圈固定的动子)相对于定子的旋转位置。控制设备伺服控制齿圈的旋转。控制设备利用传感器检测动子的旋转位置，并根据检测结果控制对马达的驱动，以使固定到动子的齿圈旋转。由此，翅片形成的可变光圈可以开闭到任何尺寸。

对于根据第一种可能的实现方式的摄像头模组，需要具有更好的光圈形状的更宽的光圈变化范围。由于光圈尺寸是根据两个翼部中的“雪人”状开口的重叠而变化的，从而提供一个或大或小的通孔，因此其变化范围是有限的。即使使用翼部的中间位置，产生的光圈形状也会歪曲，这可能会影响成像。

根据摄像头模组的第二种可能的实现方式，可以解决这些问题。但是，由于驱动机构集中在单元的一个侧面，因此该侧面的尺寸可能会变大。用于光圈叶片和转子的凸轮机构可能会引起机械嘎吱声。

第三种可能的实现方式的摄像头模组也有改进的余地。

(1)由于齿轮的联接和旋转，光圈的准确度取决于齿轮的配合准确度(齿隙)。

(2)在镜头单元上安装可变光圈设备时，应注意实现精确对准而不倾斜。

(3)由于在可变光圈单元中实现了音圈马达(voice coil motor，VCM)，因此增加了需要由镜头致动器移动以进行自动对焦的负载重量。与没有可变光圈的镜头单元相比，它需要更强大的以及可能更大的镜头致动器。

(4)可变光圈单元的小尺寸限制了旋转半径，因此VCM提供的扭矩用于旋转齿圈以改变光圈。

发明内容

本发明提供了一种在一个设备中配备有可变光圈的自动对焦镜头致动器。

根据本申请的第一方面，提供了一种具有集成自动对焦和可变光圈的设备，设备具有在单个壳体内的自动对焦(autofocusing，AF)机构和可变光圈(variable aperture，VA)机构。根据本申请的第一方面的第一种实现方式，自动对焦机构用于通过在镜头光轴方向上移动镜头单元来实现自动对焦功能，可变光圈机构包括围绕开口设置的多个叶片，并且用于通过移动多个叶片来改变光圈的尺寸。自动对焦机构的驱动单元设置在具有集成自动对焦和可变光圈的设备的四个侧面中的两个相对的侧面上，可变光圈机构的驱动单元设置在具有集成自动对焦和可变光圈的设备的四个侧面中的另外两个相对的侧面上。

与包括安装在自动对焦致动器的镜头单元顶部上的单独可变光圈设备相比，这种具有集成自动对焦和可变光圈的设备提高了空间效率，这种具有集成自动对焦和可变光圈的设备具有在单个壳体内的自动对焦(autofocusing，AF)机构和可变光圈(variableaperture，VA)机构。自动对焦机构的驱动单元设置在具有集成自动对焦和可变光圈的设备的四个侧面中的两个相对的侧面上，可变光圈机构的驱动单元设置在具有集成自动对焦和可变光圈的设备的四个侧面中的另外两个相对的侧面上，这种设置提供了空间效率方面的特别有利的实施例。

基于第一方面的第一种实现方式，根据本申请的第一方面的第二种实现方式，可变光圈机构包括可变光圈框架，其中，多个叶片用于通过旋转可变光圈框架而同时移动。

通过提供可变光圈框架，其中，多个叶片用于通过旋转可变光圈框架而同时移动，实现了同步移动多个叶片以改变光圈单元的开口的尺寸的简单和高效的机构。

基于第一方面的第二种实现方式，根据本申请的第一方面的第三种实现方式，自动对焦机构和可变光圈机构共用至少一个部件。

通过自动对焦机构和可变光圈机构共用至少一个部件，实现了自动对焦和可变光圈的集成。

基于第一方面的第一种实现方式，根据本申请的第一方面的第四种实现方式，可变光圈机构的可变光圈框架用于在镜头单元的镜头支架上旋转。

通过使可变光圈机构的可变光圈框架在镜头单元的镜头支架上旋转，该镜头支架作为可变光圈框架旋转的基座。这提供了一种自动对焦机构和可变光圈机构共用至少一个部件的方法。

基于第一方面的第二种实现方式至第四种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第五种实现方式，设置在镜头单元的镜头支架的外表面上的一个或多个轴承槽和设置在可变光圈框架的底部上的一个或多个轴承槽与放置在其间的一个或多个轴承滚珠形成滚珠轴承。

通过形成滚珠轴承，其中，一个或多个轴承槽设置在镜头单元的镜头支架的外表面上，一个或多个轴承槽设置在可变光圈框架的底部上，并且一个或多个轴承滚珠放置在其间，进一步实现了自动对焦和可变光圈的集成。此外，这支持可变光圈框架和镜头支架对准。换句话说，可变光圈框架相对于镜头支架的位置可以通过轴承滚珠唯一地确定(支持旋转)。这有助于组装具有集成自动对焦和可变光圈的设备。

基于第一方面的第二种实现方式至第五种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第六种实现方式，可变光圈框架用于覆盖镜头单元的镜头支架，附接到可变光圈框架的VA驱动磁体设置在镜头支架的周边。

基于第一方面的第二种实现方式至第五种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第七种实现方式，可变光圈机构中位于镜头单元的镜头支架上方并且包括多个叶片的那些部分的直径为镜头支架的突出尖端的直径的1.5倍或更小。

基于第一方面的第二种实现方式至第七种实现方式，根据本申请的第一方面的第八种实现方式，在可变光圈框架中，产生旋转可变光圈框架的扭矩的部分与镜头光轴的距离是可变光圈机构中位于镜头单元的镜头支架上方并且包括多个叶片的那些部分的1.5倍或更大。

通过将附接到可变光圈框架的VA驱动磁体放置在可变光圈机构的位于镜头单元的镜头支架上方的那些部分的外部，可以使具有集成自动对焦和可变光圈的设备的轮廓较薄。

通过相对远离中心放置附接到可变光圈框架的VA驱动磁体，相对大的扭矩被施加在可变光圈机构的位于镜头单元的镜头支架上方的那些部分中包括的光圈叶片上。

基于第一方面的第二种实现方式至第八种实现方式，根据本申请的第一方面的第九种实现方式，旋转可变光圈框架的扭矩是通过附接到可变光圈框架的一个或多个VA驱动磁体与附接到插入基座的一个或多个VA驱动线圈之间的相互作用产生的。

附接到可变光圈框架的一个或多个VA驱动磁体与附接到插入基座的一个或多个VA驱动线圈之间的相互作用提供了产生扭矩以旋转可变光圈框架的方便的方法。

基于第一方面的第二种实现方式至第九种实现方式，根据本申请的第一方面的第十种实现方式，可变光圈机构的多个叶片中的每个叶片包括第一销和第二销，其中，第一销插入镜头单元的镜头支架的上表面上的第一销插孔中，使得第一销可以在第一销插孔中滑动和旋转。第二销插入第二销插孔中，使得多个叶片通过旋转可变光圈框架而同时移动。

以这种方式在每个叶片上提供第一销(也称为固定侧销或固定销)和第二销(也称为移动侧销或移动销)提供了通过旋转可变光圈框架而同时移动多个叶片的方便的方法。

基于第一方面的第十种实现方式，根据本申请的第一方面的第十一种实现方式，可变光圈机构的多个叶片中的每个叶片总是通过预载弹簧预载到预定方向，预载弹簧在叶片的第一销与第二销插入其中的可变光圈框架的第二销插孔之间施加力。

以这种方式通过预载弹簧将叶片预载到预定方向可以防止第一销与第一销插孔的壁之间的机械嘎吱声。

基于第一方面的第十种实现方式或第十一种实现方式，根据本申请的第一方面的第十二种实现方式，可变光圈框架总是通过预载弹簧在预定方向被施加旋转扭矩，预载弹簧在可变光圈机构的多个叶片的第一销与第二销插入其中的可变光圈框架的第二销插孔之间施加力，其中，当可变光圈机构未通电时，旋转扭矩迫使可变光圈框架处于与可变光圈的开口的最大或最小尺寸对应的位置。

通过以这种方式总是由预载弹簧向预定方向提供旋转扭矩，当可变光圈机构未通电时，可变光圈框架可放置在与可变光圈的开口的最大或最小尺寸对应的位置。

基于第一方面的第二种实现方式至第十二种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第十三种实现方式，具有集成自动对焦和可变光圈的设备还包括金属件，用于将附接到可变光圈框架的驱动磁体吸引到预定位置。

驱动磁体与金属件之间的磁引力提供了将可变光圈框架预载到预定位置的另一种方式。

基于第一方面的第一种实现方式至第十种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第十四种实现方式，可变光圈机构的多个叶片总是预载到预定方向。

基于第一方面的第一种实现方式至第十五种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第十五种实现方式，多个叶片中的每个叶片总是通过预载弹簧预载到预定方向。

基于第一方面的第十一种实现方式或第十二种实现方式或第十五种实现方式，根据本申请的第一方面的第十六种实现方式，预载弹簧为扭簧。

根据本申请的第一方面的第十七种实现方式，基于第一方面的第一种实现方式至第十六种实现方式中的任一种实现方式，可变光圈机构用于在未通电时提供可变光圈的最大开口，或可变光圈机构用于在未通电时提供可变光圈的最小开口。

基于第一方面的第一种实现方式至第十七种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第十八种实现方式，可变光圈机构的多个叶片中的每个叶片包括薄板部分和基座部分。

基于第一方面的第一种实现方式至第十二种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第十九种实现方式，可变光圈机构的多个叶片中的每个叶片包括薄板部分和基座部分，并且第一销和第二销设置在基座部分的底部上。

基于第一方面的第一种实现方式至第十九种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十种实现方式，可变光圈机构包括盖，盖的顶表面是平坦的。

以这种方式形成具有薄板部分和基座部分的叶片使得可以使光圈叶片比传统的整体模制叶片薄，由于模制限制，传统的整体模制叶片无法制得更薄。

此外，在基座部分的底部设置第一销和第二销可以不需要销穿透叶片中的孔，并因此避免在叶片上方突出，这又使得盖的顶表面是平坦的。这使得具有集成自动对焦和可变光圈的设备的轮廓较薄。

基于第一方面的第一种实现方式至第二十种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十一种实现方式，自动对焦机构的驱动单元包括设置在具有集成自动对焦和可变光圈的设备的两个相对的侧面上的两个音圈马达(voice coil motor，VCM)。

VCM是实现驱动单元的方便的方法。

基于第一方面的第二十一种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十二种实现方式，自动对焦机构的驱动单元的两个VCM中的每个VCM包括附接到插入基座的AF驱动磁体和附接到镜头单元的镜头支架的AF驱动线圈。

与将AF驱动磁体附接到可移动镜头支架的实施例相比，提供附接到可移动镜头支架的AF驱动线圈减少了为了AF要移动的负载。

基于第一方面的第二十二种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十三种实现方式，自动对焦机构的驱动单元的两个VCM中的每个VCM还包括磁轭。

提供磁轭有助于防止磁通泄漏。

基于第一方面的第一种实现方式至第二十三种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十四种实现方式，可变光圈机构的驱动单元包括设置在具有集成自动对焦和可变光圈的设备的四个侧面中的另外两个相对的侧面上的两个音圈马达(voice coil motor，VCM)。

VCM是实现驱动单元的方便的方法。

基于第一方面的第二十四种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十五种实现方式，可变光圈机构的驱动单元的两个VCM中的每个VCM包括附接到可变光圈框架的VA驱动磁体和附接到插入基座的VA驱动线圈。

基于第一方面的第二十五种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十六种实现方式，可变光圈机构的驱动单元的两个VCM中的每个VCM还包括磁轭。

提供磁轭有助于防止磁通泄漏。

基于第一方面的第一种实现方式至第十六种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十七种实现方式，具有集成自动对焦和可变光圈的设备还包括可变光圈框架位置检测机构，用于检测参与确定可变光圈的开口的尺寸的构件的位置。

基于第一方面的第二十七种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十八种实现方式，可变光圈框架位置检测机构用于检测附接到可变光圈框架的VA驱动磁体的位置。

基于第一方面的第二十七种实现方式或第二十八种实现方式，根据本申请的第一方面的第二十九种实现方式，可变光圈框架位置的检测机构为检测传感器，例如霍尔传感器。

基于第一方面的第二十七种实现方式至二十九种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第三十种实现方式，可变光圈框架位置检测机构附接到插入基座。

基于第一方面的第二十七种实现方式至第三十种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第三十一种实现方式，用于改变可变光圈的开口的尺寸的可变光圈框架的移动是由控制单元根据来自可变光圈框架位置检测机构的检测信号进行伺服控制的。

根据来自可变光圈框架位置检测机构的检测信号对用于改变可变光圈的开口的尺寸的可变光圈框架的移动进行伺服控制有助于准确地实现可变光圈的开口的期望尺寸。

基于第一方面的第一种实现方式至三十一种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第三十二种实现方式，具有集成自动对焦和可变光圈的设备还包括自动对焦镜头单元位置检测机构，用于检测镜头单元沿着镜头光轴的位置，镜头单元可沿着镜头光轴的方向移动以自动对焦。

基于第一方面的第三十二种实现方式，根据本申请的第一方面的第三十三种实现方式，自动对焦镜头单元位置检测机构用于检测附接到镜头单元的镜头支架的检测磁体的位置。

基于第一方面的第三十二种实现方式或第三十三种实现方式，根据本申请的第一方面的第三十四种实现方式，自动对焦镜头单元位置检测机构为检测传感器，例如霍尔传感器。

基于第一方面的第三十二种实现方式至第三十四种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第三十五种实现方式，自动对焦镜头单元位置检测机构附接到插入基座。

基于第一方面的第三十二种实现方式至第三十五种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第三十六种实现方式，用于自动对焦的镜头单元的移动是由控制单元根据来自自动对焦镜头单元位置检测机构的检测信号进行伺服控制的。

根据来自自动对焦镜头单元位置检测机构的检测信号对用于自动对焦的镜头单元的移动进行伺服控制有助于准确地达到镜头单元的期望位置(例如，距图像传感器的期望距离)。

基于第一方面的第一种实现方式至第三十六种实现方式中的任一种实现方式，根据本申请的第一方面的第三十七种实现方式，具有集成自动对焦和可变光圈的设备还包括插入基座，其中，插入基座通过一个或多个弹性构件可移动地支撑可沿着自动对焦机构的镜头光轴移动的镜头单元。

根据本申请的第二方面，提供了一种摄像头模组。摄像头模组包括：根据第一方面的第一种实现方式至第三十七种实现方式中任一种实现方式的具有集成自动对焦和可变光圈的设备；控制单元；图像传感器。

根据该方面的摄像头模组可以具有与第一方面的具有集成自动对焦和可变光圈的设备的技术优点对应的技术优点，为了简洁起见，在此不再赘述。

根据本申请的第三方面，提供了一种电子设备，包括根据第二方面的摄像头模组。

根据该方面的电子设备可以具有与第一方面的具有集成自动对焦和可变光圈的设备的技术优点对应的技术优点，为了简洁起见，在此不再赘述。

附图说明

图1示出了根据本申请实施例的具有集成自动对焦和可变光圈的设备的部件。

图2示出了根据本申请实施例的具有集成自动对焦和可变光圈的设备的透视图。

图3示出了根据本申请实施例的用于自动对焦和可变光圈的驱动磁体和驱动线圈的设置。

图4示出了根据本申请实施例的光圈叶片及其安装的细节。

图5示出了根据本申请实施例的镜头支架。

图6示出了根据本申请实施例的具有集成自动对焦和可变光圈的设备的横截面。

图7示出了根据本申请实施例的光圈叶片及其用扭簧安装的细节。

图8示出了根据本申请实施例的具有集成自动对焦和可变光圈的设备中的光圈叶片的打开和关闭操作。

图9示出了根据本申请实施例的具有销的光圈叶片的安装与具有孔的光圈叶片的安装相比较。

具体实施方式

如今，包括移动或便携式设备在内的许多设备都配备有摄像头模组。如本文所使用的，摄像头模组可以指专用移动相机中的摄像头模组，以及智能手机、平板电脑、膝上型电脑等移动设备中的摄像头模组。安装在移动设备中的小型摄像头模组往往具有增加的F值。

摄像头模组可以包括镜头单元、成像设备(图像传感器)和控制单元。镜头单元可以包括镜头支架，用于保持通常包括多个透镜的透镜系统。镜头支架可以保持镜头镜筒，镜头镜筒保持透镜系统。进入镜头单元的光被透镜系统对焦在图像传感器上，图像传感器检测光并产生对应的电信号，这些电信号被存储在存储单元中。控制单元控制这些操作。

摄像头模组通常提供自动对焦功能。自动对焦(autofocusing，AF)涉及在光轴方向上移动镜头单元，从而通过改变镜头与成像设备(传感器)之间的距离来调节对焦。一些摄像头模组可以具有带光圈单元的镜头单元，以调节其光圈，即调节进入镜头的光量和/或通过镜头透射的光量。光圈单元可以位于镜头单元的前面，但支持光圈单元相对于镜头单元的任何适当放置。(如本文所使用的，“在镜头单元前面”是指光从其进入镜头单元的一侧。)通过调节光圈，无论环境的亮度如何，都可以拍摄出美观的或其它合适的照片。

光圈单元本身是本领域技术人员已知的。机械光圈通常用于传统光圈单元，因此，光一个或多个物理部件可以阻止部分光进入镜头，并且这些物理构件被移动，以调节进入镜头的光量。

光圈单元可以安装在镜头单元上，使得当后者被驱动用于自动对焦时，光圈单元可以随镜头单元移动。但是，在镜头单元的顶部安装单独的光圈单元可能会增加整体组件的尺寸和重量。镜头单元的重量增加意味着需要更大的动力来移动镜头单元以自动对焦。因此，需要一种用于自动对焦和可变光圈的集成设备。

图1示出了根据本申请实施例的具有集成自动对焦和可变光圈的设备(也称为集成可变光圈的自动对焦设备)的部件。该设备可以看作是集成有可变光圈(variableaperture，VA)机构的自动对焦(autofocusing，AF)镜头致动器。

本文使用的自动对焦镜头致动器是指具有集成自动对焦和可变光圈的设备中用于自动对焦功能的那些部分。自动对焦涉及沿着镜头的光轴移动镜头单元，其中，镜头单元包括镜头支架(14)(也称为镜筒支架或镜头镜筒支架)，镜头支架可以保持其中安装有透镜系统的镜头镜筒(如图6所示)。镜头支架(14)可以通过前弹簧(F-弹簧)(13)和后弹簧(B-弹簧)(18)可移动地附接到插入基座(19)。前弹簧和后弹簧附接到插入基座(19)，并且可以是但不限于板簧。

镜头单元由音圈马达驱动，以用于AF。音圈马达(VCM；也称为音圈致动器)由AF驱动磁体(12)、AF驱动线圈(16)和AF磁轭(11)形成。磁轭可以由铁等铁磁性材料制成，并防止磁通泄漏。

通过AF驱动线圈与AF驱动磁体之间的磁相互作用，使AF驱动线圈通电导致镜头单元沿着光轴的方向移动。

在本申请的一些实施例中，AF驱动线圈附接到镜头支架，而AF驱动磁体附接到插入基座。这是有利的，因为可移动镜头支架上的AF驱动线圈的重量通常比AF驱动磁体的重量轻，但是不排除AF驱动磁体附接到镜头支架而AF驱动线圈附接到插入基座的替代结构。

可变光圈机构包括多个VA叶片(2)。叶片通过销可枢转地附接到可变光圈框架(8)，使得通过旋转可变光圈框架(8)，多个叶片(2)可以同时移动，以改变由多个叶片形成的光圈的尺寸(如图8所示)。结合下面的图4和图7更详细地描述了叶片的操作。

可变光圈框架(8)可旋转地设置，以覆盖镜头支架(14)。将可变光圈框架可旋转地设置在镜头支架上，而不是安装包括基座的单独的可变光圈设备(可变光圈框架在基座上旋转)，这提高了空间效率。因此，为自动对焦而移动的镜头支架也是可变光圈机构的一部分。在这个意义上，可变光圈机构和自动对焦镜头致动器可以说是共用一个部件。

可变光圈框架(8)由用于VA的音圈马达驱动。用于VA的音圈马达由附接到可变光圈框架(8)的VA驱动磁体(6)、附接到插入基座(19)的VA驱动线圈(10)和VA磁轭(7)形成。与AF磁轭(11)不同，VA磁轭(7)可以由非磁性金属制成，但实施例在这方面不受限制。

通过附接到可变光圈框架的VA驱动线圈与附接到插入基座的VA驱动线圈之间的磁相互作用，使VA驱动线圈通电导致可变光圈框架的旋转移动。可变光圈框架(8)、VA驱动线圈(10)、VA驱动磁体(6)和磁轭(7)可以统称为可变光圈驱动单元或可变光圈驱动部。(本领域技术人员将理解，如本文所使用的术语“单元”是功能性称谓，并不意味着这些元件(6、7、8、10)在物理上必须是整体。)

根据本实施例，附接到插入基座的VA驱动线圈不随可变光圈框架移动。因此，与将包括整个VCM的单独的可变光圈设备安装在镜头支架上以随镜头单元移动的结构相比，用于AF的VCM的负载(即为了自动对焦而必须移动的重量)减小了。

图1还示出了在可变光圈机构的顶部的盖10，盖10在中心处具有开口。

图2示出了本申请的实施例，其中，具有集成自动对焦和可变光圈的设备可以在其壳体中包括：自动对焦(autofocusing，AF)位置检测单元(22)，用于检测镜头单元的位置，镜头单元可在镜头光轴的方向上移动以用于AF；以及可变光圈(variable aperture，VA)位置检测单元(21)，用于检测VA机构的可变光圈框架的旋转位置。

在本申请的一些实施例中，AF位置检测单元(22)可以是传感器(例如，霍尔传感器)，并且可以用于检测附接到镜头支架的检测磁体(D磁体(15))的位置。传感器可以附接到插入基座。在如图1所示的实施例中，柔性印刷电路(flexible printed circuit，FPC)可以附接到插入基座，并且传感器可以安装在FPC上。虽然图1示出了一对D-磁体，但在该所示实施例中，左侧所示的D-磁体可以由安装在FPC上的传感器检测，而右侧所示的D-磁体可以不使用，或者甚至可以是仅为平衡重量而提供的假体。

在本申请的一些实施例中，VA位置检测单元(21)可以是传感器(例如，霍尔传感器)，并且可以用于检测可变光圈驱动单元的驱动磁体的位置。同样，传感器可以附接到插入基座。在如图1所示的实施例中，传感器可以安装在附接到插入基座的FPC上。

来自这些传感器的检测信号被发送到摄像头模组的控制单元。控制单元使用检测信号来对用于AF的VA光圈的旋转和镜头单元的移动进行伺服控制。这支持精确控制用于AF的VA光圈的旋转和镜头单元的移动，并且可以改进VA和AF的功能。

图3示出了具有集成自动对焦和可变光圈的设备的实施例，其中，AF驱动磁体和AF驱动线圈设置在设备的壳体的四个侧面(通常为正方形)中的两个相对的侧面上，而VA驱动磁体和VA驱动线圈设置在四个侧面中的另外两个相对的侧面上。这样的设置有助于提高空间效率，从而提供紧凑的整体设备。AF磁轭(11)分为两部分，以避免对VA的VCM产生磁干扰。

图6示出了根据本申请实施例的具有集成自动对焦和可变光圈的设备的横截面。(为了清晰起见，简化了镜头镜筒中的透镜图。)在具有多个叶片(2)的可变光圈框架(8)用于覆盖镜头支架(14)的情况下，VA驱动磁体(6)沿着镜头支架(14)的外侧设置。这可以最小化放置在镜头支架的顶部的部分的尺寸，并有助于提供薄的轮廓。

在一些实施例中，放置在镜头支架的顶部上的可变光圈机构的那些部分的外径D_A(实质上是可变光圈机构的与形成可变光圈最相关并且包括光圈叶片的那些部分)是镜头支架的突出尖端(或顶部)的外径D_L的1.5倍或更大(即，D_A≤D_L*1.5)。这有利于实现整体设备的突出部分的小尺寸。

另一方面，提供远离中心的VA驱动磁体支持产生大扭矩以旋转可变光圈框架的高效VCM。通过VA驱动磁体与中心的相对较大距离来实现更大的扭矩。在一些实施例中，跨越VA驱动磁体的面向线圈表面的直径D_B是放置在镜头支架的顶部上的可变光圈机构的那些部分(包括叶片)的外径D_A的1.5倍或更大(即，D_B≥D_A*1.5)。这在可变光圈框架上产生了大的扭矩，从而通过VA驱动机构在光圈叶片上产生了大的扭矩。

图5示出了本申请的实施例，其中，镜头支架上设置有三个轴承槽。此类轴承槽应该至少有两个，但考虑到平衡性，最好提供三个或更多个槽。可以提供任何适当数量的此类槽。在所示示例中，槽设置在镜头支架的侧面的中间。具体地，镜头支架的侧面包括多层，槽设置在一层的水平表面上。只要在可变光圈框架上形成对应的槽，镜头支架的外表面上的任何位置均可设置槽。

可变光圈框架的底部具有一个或多个对应的槽。当可变光圈框架设置在镜头支架上时，容纳在对应的槽之间的轴承滚珠支持可变光圈框架和镜头支架对准。换句话说，可变光圈框架相对于镜头支架的位置可以通过轴承滚珠唯一地确定(支持旋转)。需要说明的是，镜头支架上的槽与可变光圈框架的底部上的槽不必一一对应。例如，在VA槽的底部上设置的一个跨越360度的圆形槽可以覆盖镜头支架上的多个槽。

槽可以是V形的(如图6的横截面所示)，但是可以使用具有任何合适横截面的槽。

图4示出了与形成可变光圈的多个叶片(2)相关的特征。叶片(也可以称为光圈叶片、翅片、翼等)是一种板片。虽然所示实施例具有七个叶片，但可以使用任何适当数量的叶片。

每个叶片具有固定侧销(也称为固定销)和移动侧销(也称为移动销)。固定侧销插入镜头支架的顶表面上的固定侧销插孔(也称为固定侧销孔)中(也如图5所示)，固定侧销可以在固定侧销插孔中旋转和滑动(或平移)。移动侧销放置在可变光圈框架的移动侧销插孔中(这也如图7所示)，并随可变光圈框架移动。通过旋转可变光圈框架(或可变光圈驱动单元)，可以同时移动多个叶片(2)，以改变叶片形成的光圈的尺寸。

需要说明的是，固定侧销不仅可以旋转，还可以在具有细长形状的固定侧销插孔中滑动(或平移)。因此，固定侧销不固定到镜头支架。术语“固定侧销”和“移动侧销”只是用于区分的名称，广泛地表示与随旋转可变光圈框架移动的移动侧销相比，固定侧销相对不可移动。术语“固定侧销”仅指(或多或少，不是完全)将叶片固定到镜头支架的一侧。固定侧销和移动侧销可以替代地简称为“第一销”和“第二销”。类似地，固定侧销插孔和移动侧销插孔可以替代地简称为“第一销插孔”和“第二销插孔”。

图7示出了根据本申请的一些实施例的光圈叶片的一些特征。具体地，此图中示出了扭簧和叶片基座。

每个叶片都与扭簧(也称为预载弹簧)关联，用于预载，即总是将叶片沿着某个方向推动(到镜头支架上的插孔的壁)，以消除附接到叶片的销与容纳销的插孔之间的机械嘎吱声。在多个叶片往复运动(如图8所示)期间，抑制嘎吱声可以实现稳定的以及匀称的、几乎圆形的光圈形状。

此外，由于可变光圈驱动单元(6、7、8、10)总是由于扭簧的作用而在某个方向上产生旋转扭矩，因此当可变光圈驱动单元不再通电时，可以通过扭簧的作用力使可变光圈驱动单元返回到最大或最小光圈位置。(提供机械止动器以限制可变光圈框架在一定跨度内的旋转。)当通电时，可变光圈驱动单元产生比这些扭转弹簧提供的张力大的扭矩，以打开或关闭光圈。例如，如果扭簧用于将可变光圈驱动单元(具体地，可变光圈框架)推动到与最大光圈对应的位置，则使VA驱动线圈通电产生克服扭簧的张力的扭矩，以移动可变光圈框架，从而减小光圈的尺寸。另一方面，如果扭簧用于将可变光圈框架推动到与最小光圈对应的位置，则使VA驱动线圈通电可以增加光圈的尺寸。

再次简要参考图1，根据本申请的一些实施例，可以在镜头支架上设置一对VA芯(17)(例如，铁片)。这些芯磁力吸引附接到可变光圈框架的VA驱动磁体。当不通电时，不仅预载弹簧，而且磁引力都将可变光圈框架保持在特定位置。

光圈叶片可以包括薄膜部分(也称为薄板部分)和基座部分(也称为叶片基座)。光圈叶片的固定侧销和移动侧销可以设置在基座部分的底侧上(图4)。这使得可以使光圈叶片比传统的整体模制叶片薄，而传统的整体模制叶片由于模制限制而无法制得更薄。

图9示出了叶片底侧的这些销如何降低设备的高度。图9的左图示出了摄像头模组的上述第三种可能的实现方式中所示的叶片，该叶片由薄膜(或薄板)制成，具有销穿过的孔。为了防止叶片脱落，销需要延伸穿过设置在盖上的孔，这增加了设备的高度。

相比之下，本实施例的叶片在叶片的底侧上具有固定侧销和移动侧销，因此无需将销延伸至盖的顶表面。这使得盖的顶表面是平坦的，而且还可以防止叶片脱落。

已经参考附图描述了本申请的各种实施例。这些实施例可以提供以下优点中的一个或多个优点。

根据本申请实施例的设备可以在一个设备中(例如，在单个壳体中)提供集成的自动对焦机构和可变光圈机构。

根据本申请的设备的一些实施例可以实现具有更高空间效率的用于自动对焦和可变光圈(例如，VCM)的驱动单元，并且可以支持设备的更小尺寸。根据本申请的设备的一些实施例可以产生更大的扭矩，用于旋转构件以获得可变光圈。

由于用于保持透镜系统的镜头支架用作可变光圈机构的一部分，因此包括镜头支架的镜头单元与可变光圈机构之间不会发生倾斜。这样就不需要在组装过程中特别小心地防止这种倾斜。

放置在镜头支架的顶表面上的扭簧(也称为预载弹簧)始终向一个方向向光圈叶片提供预载，这减少了可变光圈机构的可移动部分(例如，附接到光圈叶片的销)与固定部分(例如，镜头支架上的销插孔)之间的机械嘎吱声。这样可以在改变光圈尺寸时获得更好的光圈形状。

即使在可变光圈机构不通电的情况下，扭簧的预载和金属件(也称为VA芯)施加在可变光圈框架上的磁体上的磁力也可以将可变光圈框架保持在适当的位置。

虽然上面描述了各种实施例，并且在附图中示出了各种实施例，但是本发明并不限于所描述或示出的特定实施例。

本申请实施例公开的单元划分不是限制性的，实施例可以配置其它部件划分。

在适当的情况下，一些功能可以以计算机程序的形式实现，用于使处理器或计算设备执行一个或多个功能。例如，各种信号处理和控制功能可以实现为计算机程序。计算机程序可以体现在非瞬时性计算机可读存储介质上。存储介质可以是可以存储计算机程序的任何介质，可以是USB驱动器、闪存驱动器、只读存储器(read-only memory，ROM)和随机存取存储器(random-access memory，RAM)等固态存储器；可移动或不可移动硬盘等磁性存储介质；或光盘等光学存储介质。

上述描述仅用于说明本申请的各种实施例，并不旨在限制本发明的范围。鉴于本发明，本领域技术人员容易进行的任何变型都应当属于本申请的范围。例如，单独公开的措施可以根据需要组合在单个实施例中，只要这些措施不相互排斥即可。

Claims (39)

1.一种具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述设备具有在单个壳体内的自动对焦(autofocusing，AF)机构和可变光圈(variable aperture，VA)机构，

其中，所述自动对焦机构用于通过在镜头光轴的方向上移动镜头单元来实现自动对焦功能，

其中，所述可变光圈机构包括围绕开口设置的多个叶片，并且用于通过移动所述多个叶片来改变所述光圈的尺寸，

其中，所述自动对焦机构的驱动单元设置在所述具有集成自动对焦和可变光圈的设备的四个侧面中的两个相对的侧面上，

其中，所述可变光圈机构的驱动单元设置在所述具有集成自动对焦和可变光圈的设备的所述四个侧面中的另外两个相对的侧面上。

2.根据权利要求1所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构包括可变光圈框架，并且所述多个叶片用于通过旋转所述可变光圈框架而同时移动。

3.根据权利要求2所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述自动对焦机构和所述可变光圈机构共用至少一个部件。

4.根据权利要求2所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构的所述可变光圈框架用于在所述镜头单元的镜头支架上旋转。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，设置在所述镜头单元的镜头支架的外表面上的一个或多个轴承槽和设置在所述可变光圈框架的底部上的一个或多个轴承槽与放置在其间的一个或多个轴承滚珠形成滚珠轴承。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈框架用于覆盖所述镜头单元的镜头支架，附接到所述可变光圈框架的VA驱动磁体设置在所述镜头支架的周边。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构中位于所述镜头单元的镜头支架上方并且包括所述多个叶片的那些部分的直径为所述镜头支架的突出尖端的直径的1.5倍或更小。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，在所述可变光圈框架中，产生旋转所述可变光圈框架的扭矩的部分与所述镜头光轴的距离是所述可变光圈机构中位于所述镜头单元的镜头支架上方并且包括所述多个叶片的那些部分的1.5倍或更大。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，旋转所述可变光圈框架的扭矩是通过附接到所述可变光圈框架的一个或多个VA驱动磁体与附接到插入基座的一个或多个VA驱动线圈之间的相互作用产生的。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构的所述多个叶片中的每个叶片包括第一销和第二销，其中，所述第一销插入所述镜头单元的镜头支架的上表面上的第一销插孔中，使得所述第一销可以在所述第一销插孔中滑动和旋转；

其中，所述第二销插入第二销插孔中，使得所述多个叶片通过旋转所述可变光圈框架而同时移动。

11.根据权利要求10所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构的所述多个叶片中的每个叶片总是通过预载弹簧预载到预定方向，所述预载弹簧在所述叶片的所述第一销与所述第二销插入其中的所述可变光圈框架的所述第二销插孔之间施加力。

12.根据权利要求10或11所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈框架总是通过预载弹簧在预定方向被施加旋转扭矩，所述预载弹簧在所述可变光圈机构的所述多个叶片的所述第一销与所述第二销插入其中的所述可变光圈框架的所述第二销插孔之间施加力，并且当所述可变光圈机构未通电时，所述旋转扭矩迫使所述可变光圈框架处于与所述可变光圈的开口的最大或最小尺寸对应的位置。

13.根据权利要求2至12中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，还包括金属件，用于将附接到所述可变光圈框架的驱动磁体吸引到预定位置。

14.根据权利要求1至10中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构的所述多个叶片始终预载到预定方向。

15.根据权利要求1至15中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述多个叶片中的每个叶片总是通过预载弹簧预载到预定方向。

16.根据权利要求11、12或15中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述预载弹簧为扭簧。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，

所述可变光圈机构用于在未通电时提供所述可变光圈的最大开口，或

所述可变光圈机构用于在未通电时提供所述可变光圈的最小开口。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构的所述多个叶片中的每个叶片包括薄板部分和基座部分。

19.根据权利要求10至12中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构的所述多个叶片中的每个叶片包括薄板部分和基座部分，并且所述第一销和所述第二销设置在所述基座部分的底部上。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构包括盖，所述盖的顶表面是平坦的。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述自动对焦机构的所述驱动单元包括设置在所述具有集成自动对焦和可变光圈的设备的两个相对的侧面上的两个音圈马达(voice coil motor，VCM)。

22.根据权利要求21所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述自动对焦机构的所述驱动单元的所述两个VCM中的每个VCM包括附接到插入基座的AF驱动磁体和附接到所述镜头单元的镜头支架的AF驱动线圈。

23.根据权利要求22所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述自动对焦机构的所述驱动单元的所述两个VCM中的每个VCM还包括磁轭。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构的所述驱动单元包括设置在所述具有集成自动对焦和可变光圈的设备的四个侧面中的另外两个相对的侧面上的两个音圈马达(voice coil motor，VCM)。

25.根据权利要求24所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构的所述驱动单元的所述两个VCM中的每个VCM包括附接到所述可变光圈框架的VA驱动磁体和附接到插入基座的VA驱动线圈。

26.根据权利要求25所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈机构的所述驱动单元的所述两个VCM中的每个VCM还包括磁轭。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，还包括可变光圈框架位置检测机构，用于检测参与确定所述可变光圈的所述开口的尺寸的构件的位置。

28.根据权利要求27所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈框架位置检测机构用于检测附接到所述可变光圈框架的VA驱动磁体的位置。

29.根据权利要求27或28所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈框架位置检测机构为检测传感器，例如霍尔传感器。

30.根据权利要求27至29中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述可变光圈框架位置检测机构附接到插入基座。

31.根据权利要求27至30中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，用于改变所述可变光圈的所述开口的所述尺寸的所述可变光圈框架的移动是由控制单元根据来自所述可变光圈框架位置检测机构的检测信号进行伺服控制的。

32.根据权利要求1至31中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，还包括自动对焦镜头单元位置检测机构，用于检测所述镜头单元沿着所述镜头光轴的位置，所述镜头单元可沿着所述镜头光轴的方向移动以自动对焦。

33.根据权利要求32所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述自动对焦镜头单元位置检测机构用于检测附接到所述镜头单元的镜头支架的检测磁体的位置。

34.根据权利要求32或33所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述自动对焦镜头单元位置检测机构为检测传感器，例如霍尔传感器。

35.根据权利要求32至34中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，所述自动对焦镜头单元位置检测机构附接到插入基座。

36.根据权利要求32至35中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，用于自动对焦的所述镜头单元的移动是由控制单元根据来自所述自动对焦镜头单元位置检测机构的检测信号进行伺服控制的。

37.根据权利要求1至36中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备，其特征在于，还包括插入基座，所述插入基座通过一个或多个弹性构件可移动地支撑可沿着所述自动对焦机构的所述镜头光轴移动的所述镜头单元。

38.一种摄像头模组，其特征在于，包括：

根据权利要求1至37中任一项所述的具有集成自动对焦和可变光圈的设备；

控制单元；

图像传感器。

39.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求38所述的摄像头模组。