一种用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置及驱动方法与流程

1.本发明涉及摄像镜头驱动装置，尤其涉及一种用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置及驱动方法，适用于手持式摄像装置等使用。


背景技术：

2.目前，手持式摄像装置，尤其是手机的摄像驱动装置基本全部使用音圈电机(voice coil motor，vcm)驱动整个镜头，虽然此种方式具有结构简单、技术成熟、成本低等优点，但仍存在如下问题：应用场景基本上局限于中低负载、中低位移的主摄、副摄、广角、微距、中低倍长焦等，受镜头移动方式和驱动方式的限制，无法实现高倍连续光学变焦功能，不能实现超远距离拍摄。随着对超远距离拍摄的迫切需求，实现摄像驱动装置的高倍连续光学变焦功能已成为当今手持式摄像装置
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尤其是手机的摄像驱动装置急需解决的一大难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了提供一种结构合理、使用可靠的用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置及驱动方法，解决现有摄像镜头驱动装置无法实现高倍连续光学变焦功能的问题，实现镜头的超远距离拍摄，具有体积小、位移大、无磁干扰、构件简单、易于组装的优点。
4.本发明的技术方案是：一种用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置，其技术要点是，包括：基座，用于限位和支撑；保护壳，与基座扣合为一体形成保护腔；摄像镜头单元，包括光轴重合的可移动镜头群组和固定镜头群组；电磁致动器，用以驱动可移动镜头群组沿光轴方向做直线运动，所述电磁致动器包括磁石组件和与其对应的线圈组件，所述磁石组件包括与光轴平行布置的磁石座、并列嵌装于磁石座朝向线圈组件侧的多个磁石，所述磁石座与基座固定连接，所述线圈组件包括与可移动镜头群组的外框固定的线圈座、设于线圈座上的a、b、c三相线圈，所述a、b、c三相线圈与磁石相对布置，相邻两个磁石的磁极相反布置,所述可移动镜头群组至少单侧配置磁石组件；位置感测单元，包括位置感应器和信号接收器，位置感测单元的数量与可移动镜头群组的数量相同，用于感测可移动镜头群组的位置变化。
5.上述的用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置，所述固定镜头群组的数量为两个，分别为布置于可移动镜头群组前、后侧的第一固定镜头群组、第二固定镜头群组，所述基座前、后两端设有前、后挡墙，前挡墙中部设有对应第一固定镜头群组的第一固定槽，后挡墙中部设有对应第二固定镜头群组的第二固定槽；所述基座与可移动镜头群组的外框之间设有滚动支撑结构，所述前、后挡墙的端部设有对应磁石座端部的定位卡槽。
6.上述的用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置，所述滚动支撑结构包括设于可移动
镜头群组的外框顶面和底面的多个滚珠槽、设于可移动镜头群组外框顶面的滚珠槽中的上支撑滚珠、设于可移动镜头群组外框底面的滚珠槽中的下支撑滚珠、设于基座底板上表面的滑道，所述滑道与光轴平行，所述下支撑滚珠被夹持于可移动镜头群组外框底面的滚珠槽与滑道之间，所述上支撑滚珠被夹持于保护壳与可移动镜头群组外框顶面的滚珠槽之间。
7.上述的用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置，所述基座的底板上表面设有接收器固定槽，所述可移动镜头群组的外框底面设有与接收器固定槽对应的感应器固定槽，所述位置感测单元的信号接收器嵌装于接收器固定槽中，所述位置感测单元的位置感应器嵌装于感应器固定槽中。
8.上述的用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置，所述可移动镜头群组的数量为两个，分别为第一可移动镜头群组和第二可移动镜头群组，所述电磁致动器的数量为两个，两个电磁致动器的磁石组件分别位于基座的两侧，同一个电磁致动器具有两个线圈组件，同一个电磁致动器的两个线圈组件分别固定于第一可移动镜头群组和第二可移动镜头群组的外框同侧，第一可移动镜头群组和第二可移动镜头群组的两侧均设有对应线圈组件的线圈座固定槽，所述第一可移动镜头群组和第二可移动镜头群组的顶部两侧分别设有侧翼梁，所述侧翼梁底部设有对应磁石组件的避让槽，侧翼梁顶面为电路软板支撑面。
9.上述的用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置，所述基座为绝缘基座，基座内预先埋设有多个金属加强件，基座底板的上表面设有与金属加强件连接的焊盘，基座的底板一侧边缘设有端子引出区，所述线圈组件通过电路软板与焊盘连接，从而与端子引出区连接，所述位置感测单元的信号接收器通过所在槽体底部与金属加强件连接，从而与端子引出区连接。
10.一种如上述的用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置的驱动方法，其特征在于：采用电磁致动器驱动可移动镜头群组沿光轴方向做直线运动，使用时，电磁致动器的线圈组件的a、b、c三相线圈的一引出端分别接入电信号，另外一引出端固定在一起，接入公共电信号，磁石组件中相邻的磁石的磁极相反布置，将相位两两相差120
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的高频交流正弦电信号分别加载于线圈组件中的a、b、c三相线圈，通电后a、b、c三相线圈产生的电场与磁石产生的磁场相互配合，使线圈组件做直线运动，进而带动可移动镜头群组在基座内沿光轴方向运动；将通入a、b、c三相线圈中任意两组的高频交流正弦电信号互换，使线圈组件反向运动；在可移动镜头群组沿光轴运动的同时，嵌在可移动镜头群组底部的位置感应器与基座上嵌装的信号接收器发生相对运动，信号接收器实时监控可移动镜头群组的运动情况，并向电磁致动器的相应控制电路发出位置补偿信号，控制可移动镜头群组移动调整相应的位置精度，以实现闭环控制，反复调整多次，直至到达预定位置精度为止。
11.本发明的有益效果是：本装置采用电磁致动器的磁石组件与线圈组件的独特结构的配合方式，使用时将相位两两相差120
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的高频交流正弦电信号分别加载于线圈组件中的a、b、c三相线圈，通电后a、b、c三相线圈产生的电场与磁石组件产生的磁场相互配合，使线圈组件做直线运动，进而带动可移动镜头群组在基座内沿光轴方向运动。解决了现有摄像镜头驱动装置无法实现高倍连续光学变焦功能的问题，实现镜头的超远距离拍摄，具有体积小、位移大、构件简单、易于组装的优点。
12.附图说明：图1是本发明的结构示意图（不包括保护壳）；图2是本发明的基座的示意图；图3是本发明的电路软板、可移动镜头群组及电磁致动器组合的结构示意图；图4是本发明的第二可移动镜头群组的结构示意图；图5是本发明的电路软板的结构示意图；图6是本发明的电磁致动器的结构示意图；图7是本发明的磁石组件的结构示意图；图8是本发明的线圈组件的结构示意图；图9是本发明的保护壳的结构示意图。
13.图中：1.基座、101.前挡墙、102.后挡墙、103.端子引出区、104.焊盘、105.第一固定槽、106.第二固定槽、107.接收器固定槽、108.定位卡槽、109.滑道、2.第一固定镜头群组、3.第一可移动镜头群组、4.电磁致动器、41.磁石组件、411.磁石座、412.磁石、42.线圈组件、421.线圈座、422.a、b、c三相线圈、5.第二可移动镜头群组、501.滚珠槽、502.线圈座固定槽、503.感应器固定槽、504.侧翼梁、6.第二固定镜头群组、7.电路软板、8.上支撑滚珠、9.保护壳。
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明作详细描述。
15.如图1
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图9所示，该用于连续变焦的电磁式摄像驱动装置，包括基座1、保护壳9、摄像镜头单元、电磁致动器4和位置感测单元。其中，基座1，用于限位和支撑；保护壳9，与基座1扣合为一体形成保护腔；摄像镜头单元，包括光轴重合的可移动镜头群组和固定镜头群组；电磁致动器4，用以驱动可移动镜头群组沿光轴方向做直线运动，所述电磁致动器包括磁石组件41和与其对应的线圈组件42，所述磁石组件41包括与光轴平行布置的磁石座411、并列嵌装于磁石座411朝向线圈组件42侧的多个磁石412，所述磁石座411与基座1固定连接。所述线圈组件42包括与可移动镜头群组的外框固定的线圈座421、设于线圈座421上的a、b、c三相线圈422，所述a、b、c三相线圈422与磁石412相对布置，相邻两个磁石412的磁极相反布置；位置感测单元，包括位置感应器和信号接收器，位置感测单元的数量与可移动镜头群组的数量相同，用于感测可移动镜头群组的位置变化。
16.本实施例中，摄像镜头单元具有两个可移动镜头群组和两个固定镜头群组。其中，所述固定镜头群组分别为布置于可移动镜头群组前、后侧的第一固定镜头群组2、第二固定镜头群组6，所述基座1前、后两端设有前、后挡墙101、102，前挡墙101中部设有对应第一固定镜头群组2的第一固定槽105，后挡墙102中部设有对应第二固定镜头群组6的第二固定槽106。所述可移动镜头群组分别为第一可移动镜头群组3和第二可移动镜头群组5。所述电磁致动器4的数量为两个，两个电磁致动器4的磁石组件41分别位于基座1的两侧。同一个电磁致动器4具有两个线圈组件42，同一个电磁致动器4的两个线圈组件42分别固定于第一可移动镜头群组3和第二可移动镜头群组5的外框同侧。第一可移动镜头群组3和第二可移动镜头群组5的两侧均设有对应线圈组件42的线圈座固定槽。以第二可移动镜头群组5为例，第二可移动镜头群组5的两侧均设有对应线圈组件42的线圈座固定槽502。第一可移动镜头群
组3和第二可移动镜头群组5在保护壳9和基座1之间预留间隙，第一可移动镜头群组3和第二可移动镜头群组5在保护腔中在外力作用下沿摄像光轴自由滑动。可移动镜头群组和固定镜头群组的数量也可依实际光学系统的设计而适量配置,亦即根据光学系统所设计的可自由滑动的镜头群组的数量而定,非以本实施例的配置数量为限。
17.所述基座1与可移动镜头群组的外框之间设有滚动支撑结构，所述前、后挡墙101、102的端部设有对应磁石座411端部的定位卡槽108。所述滚动支撑结构包括设于可移动镜头群组的外框顶面和底面的多个滚珠槽、设于可移动镜头群组外框顶面的滚珠槽中的上支撑滚珠8、设于可移动镜头群组外框底面的滚珠槽中的下支撑滚珠（图中未示出）、设于基座1底板上表面的滑道109，所述滑道109与光轴平行，所述下支撑滚珠被夹持于可移动镜头群组外框底面的滚珠槽与滑道109之间。以第二可移动镜头群组5为例，第二可移动镜头群组5的外框顶面和底面均设有多个滚珠槽501。所述上支撑滚珠8被夹持于保护壳9与可移动镜头群组外框顶面的滚珠槽之间。所述第一可移动镜头群组3和第二可移动镜头群组5的顶部两侧分别设有侧翼梁，以第二可移动镜头群组5为例，第二可移动镜头群组5的顶部两侧分别设有侧翼梁504，所述侧翼梁504底部设有对应磁石组件41的避让槽，侧翼梁504顶面为电路软板支撑面。
18.所述基座1的底板上表面设有接收器固定槽107，所述可移动镜头群组的外框底面设有与接收器固定槽107对应的感应器固定槽，以第二可移动镜头群组5为例，第二可移动镜头群组5的外框底面设有与接收器固定槽107对应的感应器固定槽503，所述位置感测单元的信号接收器嵌装于接收器固定槽107中，所述位置感测单元的位置感应器嵌装于感应器固定槽503中。
19.所述基座1为绝缘基座，基座1内预先埋设有多个金属加强件，基座1底板的上表面设有与金属加强件连接的焊盘104，基座1的底板一侧边缘设有端子引出区103，所述线圈组件42通过电路软板7与焊盘104连接，从而与端子引出区103连接，所述位置感测单元的信号接收器通过所在槽体底部与金属加强件连接，从而与端子引出区103连接。电路软板7的材料为金属导体、半导体中的一种。电路软板7的分别设有信号端701及焊片端702，信号端701与线圈座421紧贴固定，焊片端702与基座1上的焊盘104焊接固定。所述磁石座411由金属导磁性材料制成，例如硅钢片。所述线圈座421由金属导磁性材料制成，例如硅钢片。所述电路软板7由弹性金属导电材料制成。金属加强件为多根不连续结构，材质为金属中的一种，例如，铁质、铜合金、不锈钢等。基座结构不局限于此，也可仅塑料结构，信号传递匹配电路板的方式。
20.本发明的驱动方法：采用电磁致动器4驱动可移动镜头群组沿光轴方向做直线运动。具体使用时，电磁致动器4的线圈组件42的a、b、c三相线圈422的一引出端分别接入电信号，另外一引出端固定在一起，接入公共电信号，磁石组件41中相邻的磁石412的磁极相反布置，将相位两两相差120
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的高频交流正弦电信号分别加载于线圈组件42中的a、b、c三相线圈422，通电后a、b、c三相线圈422产生的电场与磁石412产生的磁场相互配合，使线圈组件42做直线运动，进而带动第一可移动镜头群组3和第二移动镜头群组5在基座1内沿光轴方向运动。将通入a、b、c三相线圈422中任意两组的高频交流正弦电信号互换，使线圈组件42反向运动。在第一可移动镜头群组3和第二移动镜头群组5沿光轴运动的同时，嵌第一可移动镜头群组3和第二移动镜头群组5底部的位置感应器与基座1上嵌装的对应的信号接收
器发生相对运动，信号接收器实时监控可移动镜头群组的运动情况，并向电磁致动器4的相应控制电路发出位置补偿信号，控制第一可移动镜头群组3和第二移动镜头群组5移动调整相应的位置精度，以实现闭环控制，反复调整多次，直至到达预定位置精度为止，以确保本摄像驱动装置输出最好的成像质量。
21.前述中，a、b、c三相线圈通入电流后，会在其周围形成一个沿光轴方向运动的磁场，由于磁石组件中相邻的磁石磁极相反，同时接入的电流具有一定的相位差，因此磁石组件与a、b、c三相线圈形成的磁场产生沿光轴方向的推动力，带动线圈组件沿光轴方向直线运动，进而带动可移动摄像镜头群组移动。
22.磁铁多块并列，磁极相反排布的作用：a、b、c三相线圈分别接入电信号后，会产生一定的波动，磁铁多块并列，磁极相反排布能够有效地减少波动，同时也能够增大驱动力，使镜头运动更加流畅，便于连续变焦，能够输出更好的成像质量。
23.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。