专利名称：直线电动机及对焦模组、图像捕捉模组和电子设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及驱动物体直线运动的直线电动机。
背景技术：
对焦是图像捕捉技术中的重要一环，它的主要目的是将待捕捉的图像聚焦到图像传感元件上。目前的对焦技术中，图像传感元件一般保持固定，而镜片可由电动机驱动沿着其光轴前后移动，从而将以一定方向入射到镜片上的光线汇聚到该固定的图像传感器上。 可见，如何驱动镜片沿光轴的移动，以及如何保持镜片在沿光轴的位置是对焦中必需解决的技术问题。在便携式的图像捕捉设备，例如带有摄影/摄像功能的手机中，对包括镜片在内的对焦设备的尺寸要求很高，对焦设备应尽可能地小。所以，目前镜片的移动一般由尺寸很小的音圈电动机所驱动。音圈电动机的基本原理是通过将通电线圈置于磁场之中，从而产生洛仑兹力作用于线圈，继而驱动线圈移动。线圈与镜片通过镜片的框架固定连接，磁性材料沿光轴方向布置，从而线圈可以带动镜片沿光轴方向直线移动。目前，普遍使用的对焦设备的结构是这样的在平行于光轴方向设置弹性结构将音圈电动机的动子与底座相连，例如使用弹片支撑或者弹簧悬挂，该弹性结构产生的弹力与光轴方向平行。音圈电动机在电流控制下驱动镜片组件克服该弹力沿光轴移动。
实用新型内容可见，现有技术的缺点包括由于弹性结构本身具有一定长度且在镜片移动方向上伸缩，导致镜片可移动的距离较短；并且为了使镜片保持在某个位置，需要给音圈电动机持续提供电流以平衡弹性结构施加给镜片组件的弹力，导致对焦设备的功耗较大。至少出于解决这一技术问题的目的，本实用新型提供了一种驱动物体直线运动的直线电动机。根据本实用新型的第一个方面，提供了一种直线电动机，包括动子和用于驱动所述动子沿直线方向移动的定子，其特征在于，所述动子具有第一摩擦表面，该电动机还包括-施压元件；所述定子和/或所述施压元件具有与所述第一摩擦表面相接触的第二摩擦表面；所述施压元件用于为所述第一和第二摩擦表面提供相互的压力，所述压力使得所述第一和第二摩擦表面之间能够产生将所述动子保持在其当前位置的摩擦力。根据以上方面，在动子被移动到所需的位置时，摩擦力被允许产生以将其保持在该位置，相对于现有的、需要持续施加电流生成抵消弹片的力以保持动子位置，该方面不需要持续施加电流，从而大大节省了直线电动机的能耗。在一个优选的实施方式中，所述定子用于在驱动所述动子从静止状态开始移动前，使所述动子产生振动，所述振动将所述定子驱动所述动子从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力。在该优选的实施方式中，能够减少驱动动子移动所需的力，节省该装置的能量消耗。在一个进一步的实施方式中，所述定子和动子分别包括磁体和线圈两者中的一个和另一个，该直线电动机还包括电路，用于向所述线圈提供变化的电流，以产生所述定子对所述动子的、变化的作用力，从而使所述动子在所述直线方向产生振动。本实施方式实现比较简便，能够比较容易地产生振动。在另一个优选的实施方式中，所述定子驱动所述动子以分段的方式移动，在每一段中，所述动子从静止状态开始移动，并至少加速和减速，最后回到静止状态，且各段移动的位移的差异小于一定阈值。在该优选的实施方式中，能够比较精确且一致地控制动子的移动。在又一个优选的实施方式中，所述施压元件包括弹性部件。使用弹性部件提供压力的好处在于弹性部件受外界环境，例如湿度、温度等变化的影响较小，使得弹力能够在该装置的整个设计寿命中基本维持恒定，从而使该直线电动机比较稳定。与所述直线方向相垂直的至少一个方向上，所述弹性部件相对的第二摩擦表面与所述动子相对的第一摩擦表面接触，且为每对相接触的第一和第二摩擦表面提供相互压力。在该优选的实施方式中，采用夹持的方式产生摩擦力，比较稳定。在再一个优选的实施方式中，所述施压元件包括弹性部件，所述弹性部件由电磁屏蔽材料制成，在与所述直线方向相垂直的截面上闭合地包围所述定子和所述动子，且沿所述直线方向至少在所述动子的移动范围内延伸。在该优选的实施方式中，提供了较好的电磁屏蔽性，避免直线电动机对其它器件产生电磁干扰。根据本实用新型的第二个方面，提供了一种对焦模组，包括镜片；根据本实用新型第一个方面所述的直线电动机，该直线电动机的动子与所述镜片固定连接，且动子移动的直线方向与所述镜片的光轴一致。在该方面中，提供了基于本实用新型的直线电动机的、 一体化的对焦模组。本实用新型应用在对焦模组中，空间小，符合对焦模组尺寸小的要求。根据本实用新型的第三个方面，提供了一种图像捕捉模组，包括图像传感器；根据本实用新型第二个方面所述的对焦模组，用于将镜片沿光轴移动，以将射入镜片的光线对焦至所述图像传感器上。在该方面中，提供了包括图像传感器在内的、一体化的图像捕捉模组。根据本实用新型的第四个方面，提供了一种具有图像捕捉功能的电子设备，包括根据本实用新型第三个方面所述的图像捕捉模组。本实用新型的其它优点将在下文中描述，或者通过下文的说明而由本领域的技术
人员所理解。
图1是带有根据本实用新型一个方面的直线电动机的图像捕捉模组的横截面图；图2是用于在直线电动机中驱动动子步进移动的驱动电流的一个示例图。附图中，相同或相似的附图标记代表相同或相似的步骤特征或部件(模块)特征。
具体实施方式
[0024]下面结合图1所示的图像捕捉模组和图2所示的驱动电流对根据本实用新型的直线电动机以及实现驱动物体直线运动装置的方法进行描述。如图1所示，直线电动机1包括动子12和用于驱动动子12沿直线A方向移动的定子10，动子12具有第一摩擦表面120，该电动机1还包括-施压元件16；施压元件16具有与第一摩擦表面120相接触的第二摩擦表面14 ；施压元件16用于为第一摩擦表面120和第二摩擦表面14提供相互的压力，压力使得第一摩擦表面120和第二摩擦表面14之间能够产生将动子12保持在其当前位置的摩擦力。图1是垂直于直线A方向的图像捕捉模组的横截面图，直线A与纸面垂直，并且沿朝纸面里与朝纸面外两个方向延伸。在应用在对焦模组中时，该直线电动机1的动子12与镜片L固定连接在一起，动子12移动的直线A方向与镜片L的光轴一致。在该对焦模组应用在图像捕捉模组中时，图像传感器S垂直于镜片L的光轴、与镜片L对齐地布置，从而接受镜片L对焦的图像。该图像捕捉模组可以被安装在具有图像捕捉功能的电子设备中，例如手机中。相对于现有的、采用弹力来固定动子位置的直线电动机，根据本实用新型以上方面的直线电动机采用摩擦力来固定动子位置，具有下面一些优点第一，省去了在直线方向上伸缩的弹性部件，从而在直线方向上节省了空间，并且也提供了更大的动子移动范围。特别地，在应用在对焦模组中时，减少了对焦模组的光轴方向的尺寸，使其更加薄，并且可以提供更大的镜片移动范围，有利于对焦。第二，在动子移动到达目标位置后，若动子(及其带有的部件，例如镜片)具有运动趋势，例如直线电动机被晃动，动子在压力产生的摩擦力的作用下被保持在目标位置，而无需持续提供电能。相对于现有的、需要持续施加电能产生与弹性部件的弹力相平衡的直线电动机，本实用新型提供的直线电动机可以在很大程度的减少电能消耗。在一个优选的实施方式中，施压元件16为弹性部件，其施加的压力为弹力。这一实施方式的优点在于，弹性部件受外界环境，例如湿度、温度等变化的影响较小。因此，弹性部件施加的弹力能够在该直线电动机的整个寿命中基本维持恒定，这提高了直线电动机的稳定性。如图1所示，动子12的四周外侧表面都具有第一摩擦表面120(左右两侧未用附图标记示出)，弹性部件16两对相对的第二摩擦表面14(左右两侧的一对未用附图标记示出)分别与动子12两对相对的第一摩擦表面120接触，为每对相接触的第一摩擦表面120 和第二摩擦表面14提供相互压力。在该优选的实施方式中，采用从外部四周夹持的方式产生摩擦力，比较稳定。可以理解，本实用新型并不限于该实施方式，首先，也可以单从上下或左右两侧夹持动子；其次，弹性部件不必一定成对相对地设置，可以在一侧使用弹性部件， 而在另一侧使用一般的刚性部件。在一个优选的实施方式中，如图1所示，弹性部件16在与直线A方向相垂直的截面S上包围动子12，且各第二摩擦表面14朝动子12内凹以夹持动子12，定子10位于动子 12和弹性部件16之间的间隙中。该实施方式提供了一种比较紧凑的直线电动机结构。进一步优选地，弹性部件16由电磁屏蔽材料制成，沿直线A方向至少在动子12的移动范围内和/或定子10所占范围内(图1中未示出)延伸。在该优选的实施方式中，弹性部件将动子和/或定子包围起来，提供了较好的电磁屏蔽性，避免直线电动机对其它器件产生电磁干扰。可以理解，本实用新型并不限于该实施方式，第一摩擦表面120可以位于动子12 的内侧，弹性部件16也可以位于动子12的内部，并且各弹性部件16外侧的第二摩擦表面 14朝动子12往外凸，以固定动子12。在以上的实施方式中，以第二摩擦表面14位于施压部件16上为例，对本实用新型进行描述。可以理解，本实用新型并不限于此，第二摩擦表面14也可以位于定子10上，或者同时存在于施压部件16和定子10上。以上对根据本实用新型的直线电动机的结构进行了详述，下面对该直线电动机进行直线运动的实施方式进行描述。根据一个优选的实施方式，定子10用于在驱动动子12从静止状态开始移动前，使动子12产生振动，振动将定子10驱动动子12从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力。进一步地，根据直线电动机的原理，定子10和动子12分别包括磁体和线圈两者中的一个和另一个，该直线电动机1还包括电路，用于向线圈提供变化的电流，以产生定子10 对动子12的、变化的作用力，从而使动子12在直线A方向产生振动。该技术方案的原理在于，动子12 —般是一个非刚体，振动可以使动子12积累运动的趋势，从而将驱动动子12从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力。该方案的优点在于，首先，减少了将动子12从静止状态开始移动所需驱动力，从而降低了电能消耗；其次，如果首先需克服静摩擦力，那么驱动力将会较大，而在动子12开始移动后仅需克服动摩擦力，但该较大的驱动力仍在作用，会使得动子12较难控制，而在本实施方式中， 驱动动子从静止状态开始移动和开始移动后需克服的摩擦力相同，恒定的驱动力就可以适用。值得注意的是，这里所述的振动包括动子的位置围绕一中心点实际地前后移动的情况， 也包括动子具有前后移动的趋势，例如被施加了一变化的力(方向变化的力，或方向不变但是大小变化的力)从而具有移动趋势，但没有真正移动起来的情况。根据另一个优选的实施方式，定子10驱动动子12以分段的方式移动，在每一段中，动子12从静止状态开始移动，并至少加速和减速，最后回到静止状态，且各段移动的位移的差异小于一定阈值。具体地，在直线电动机中，驱动电流可以例如图2所示，它由间隔时间t2的多个持续时间为tl的方波(占空比为tl/t2)构成。在整个过程中，动子首先从静止状态开始加速，而后减速，最后回到静止状态。驱动电流每一个时间长度为tl的高电平以及之后的时间长度为t2的零电平构成一个周期，对应于动子12分段移动的每一段。这样，动子12每一段移动都从静止开始运动并回到静止状态，且每段位移实质上相等，例如均为10微米； 实际中，很难保证绝对地相等，一般每段位移差异小于一定阈值，例如5微米即可。这使得动子的移动能够被比较精确且一致地控制，特别有利于精度很高的应用场景下，例如对焦模组中。应能理解，以上所描述的驱动电流仅仅是出于举例的目的，其他任何能够使动子分段运动，在每一段中首先从静止状态开始加速，而后减速，最后回到静止状态，并且每一段运动位移基本相同的驱动电流都属于本实用新型的范畴。[0046]可以理解，在对焦技术中，整个对焦的过程一般是这样的控制镜片直线移动，在移动过程中对图像清晰度进行检测，在确定最高清晰度处后确定相应的镜片位置，并控制镜片回退到相应位置。这些步骤并不是本实用新型所关注的，本实用新型主要关注的是控制镜片在直线移动过程中的位置的保持以及移动的具体方式。以上以根据本实用新型的直线电动机用于对焦模组为例对该直线电动机进行了详述，可以理解，本实用新型的应用并不限于此，其他任何直线电动机适用的场合本实用新型都能够适用。本实用新型的实用新型构思并不仅仅限于实现直线电动机，而是用于实现任何驱动物体直线运动的装置的方法，该装置具有定子10和能够被定子10所驱动沿一直线运动的动子12，其中，该动子具有第一摩擦表面120，该方法包括以下步骤-提供与第一摩擦表面120相接触的第二摩擦表面14；-为所述第一摩擦表面120和第二摩擦表面14提供相互的压力，压力使得第一摩擦表面120和第二摩擦表面14之间能够产生将动子12保持在其当前位置的摩擦力；该方法还包括以下步骤中的至少一项-在定子10驱动动子12从静止开始移动前，使动子12产生振动，振动将驱动动子 12从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力；-定子10驱动动子12以分段的方式移动，在每一段中，动子12从静止状态开始移动，并至少加速和减速，最后回到静止状态，且各段移动的位移的差异小于一定阈值。进一步地，装置包括直线电动机1，定子10和动子12分别包括磁体和线圈两者中的一个和另一个，所述使动子12产生振动的步骤包括-向所述线圈通以变化的电流，以产生对动子12的、变化的作用力，从而使动子12 在直线方向上产生振动。进一步地，所述提供压力的步骤包括使用弹性部件16提供该压力。进一步地，所述提供所述第二摩擦表面14的步骤包括-在定子10上提供第二摩擦表面14；和/或-在弹性部件16上提供第二摩擦表面14。在一个例子中，该方法的用途是用于在对焦中控制镜片沿镜片光轴的移动。尽管在附图和前述的描述中详细阐明和描述了本实用新型，应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本实用新型不限于上述实施方式。那些本技术领域的一般技术人员能够通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在本实用新型的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能，例如施压元件16与定子10可以通过同一个部件，例如一个具有覆盖了弹性材料的磁体来实现。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。
权利要求1.一种直线电动机(1)，包括动子(12)和用于驱动所述动子(12)沿直线(A)方向移动的定子(10)，其特征在于，所述动子(1 具有第一摩擦表面(120)，该电动机(1)还包括-施压元件(16)；所述定子(10)和/或所述施压元件(16)具有与所述第一摩擦表面(120)相接触的第二摩擦表面(14)；所述施压元件(16)用于为所述第一和第二摩擦表面(120、14)提供相互的压力，所述压力使得所述第一和第二摩擦表面(120、14)之间能够产生将所述动子(1 保持在其当前位置的摩擦力。
2.根据权利要求1所述的直线电动机(1)，其特征在于，所述定子(10)用于在驱动所述动子(1 从静止状态开始移动前，使所述动子(1 产生振动，所述振动将所述定子(10) 驱动所述动子(1 从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力。
3.根据权利要求2所述的直线电动机(1)，其特征在于，所述定子(10)和动子(12)分别包括磁体和线圈两者中的一个和另一个，该直线电动机(1)还包括-电路，用于向所述线圈提供变化的电流，以产生所述定子(10)对所述动子(12)的、变化的作用力，从而使所述动子(12)在所述直线方向产生振动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的直线电动机(1)，其特征在于，所述定子(10) 驱动所述动子(1 以分段的方式移动，在每一段中，所述动子(1 从静止状态开始移动， 并至少加速和减速，最后回到静止状态，且各段移动的位移的差异小于一定阈值。
5.根据权利要求1所述的直线电动机(1)，其特征在于，所述施压元件(16)包括弹性部件。
6.根据权利要求5所述的直线电动机(1)，其特征在于，与所述直线方向相垂直的至少一个方向上，所述弹性部件(16)相对的第二摩擦表面(14)与所述动子相对的第一摩擦表面(120)接触，且为每对相接触的第一和第二摩擦表面(120、14)提供相互压力。
7.根据权利要求6所述的直线电动机(1)，其特征在于，所述弹性部件(16)在与所述直线(A)方向相垂直的截面(P)上包围所述动子(12)，且各第二摩擦表面(14)朝所述动子 (12)内凹以夹持所述动子(12)，所述定子(10)位于所述动子(1 和所述弹性部件(16)之间的间隙中。
8.根据权利要求7所述的直线电动机(1)，其特征在于，所述弹性部件(16)由电磁屏蔽材料制成，在所述截面(P)上闭合地包围所述定子(10)和所述动子(12)，且沿所述直线方向至少在所述动子(12)的移动范围和/或所述定子(10)所占范围内延伸。
9.一种对焦模组，其特征在于，包括-镜片(L)；-根据权利要求1至8中任一项所述的直线电动机(1)，其动子(1 与所述镜片(L) 固定连接，且动子(1 移动的直线(A)方向与所述镜片(L)的光轴一致。
10.一种图像捕捉模组，其特征在于，包括-图像传感器⑶；-根据权利要求9所述的对焦模组，用于将镜片(L)沿光轴移动，以将射入镜片的光线对焦至所述图像传感器上。
11.一种具有图像捕捉功能的电子设备，其特征在于，包括根据权利要求12所述的图像捕捉模组。
专利摘要本实用新型提出了直线电动机，该直线电动机(1)包括动子(12)和用于驱动动子(12)沿直线(A)方向移动的定子(10)，动子(12)具有第一摩擦表面(120)，该电动机(1)还包括施压元件(16)；定子(10)和/或施压元件(16)具有与第一摩擦表面(120)相接触的第二摩擦表面(14)；施压元件(16)用于为第一和第二摩擦表面(120、14)提供相互的压力，压力使得所述第一和第二摩擦表面(120、14)之间能够产生将动子(12)保持在其当前位置的摩擦力。相对于持续施加电流保持动子位置的现有技术，本实用新型采用摩擦力保持动子位置，节省了直线电动机的能耗。
文档编号G02B7/04GK202059308SQ201120160358
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者葛颖君, 赵立新, 赵立辉, 陈红洲 申请人:格科微电子(上海)有限公司