对焦马达、对焦马达的闭环控制方法及摄像设备与流程

[0001]
本发明实施例涉及摄像技术领域，特别涉及一种对焦马达、对焦马达的闭环控制方法及摄像设备。


背景技术：

[0002]
随着摄像技术的发展，为了快速且稳定的实现对焦，目前大部分摄像设备中的摄像头模组通常采用闭环控制的方法，在对焦过程中检测对焦马达中动子支架的实时位置，并根据检测的动子支架的位置调整驱动镜头的驱动电流，以便动子支架可以快速到达准确的对焦位置。在对动子支架的实时位置进行检测时，通常采用霍尔传感器和对应的用于感测的磁铁来进行检测。
[0003]
发明人发现相关技术中检测动子支架的实时位置时至少存在如下问题：在对焦马达的工作环境发生变化时，如在对焦马达所处的环境温度发生变化时，由于热胀冷缩现象导致对焦马达零部件体积发生改变，从而使霍尔传感器与用于感测的磁铁之间的距离发生变化，导致测量信号出现偏差，致使检测的动子支架的实时位置并不准确。


技术实现要素：

[0004]
本发明实施例的目的在于提供一种对焦马达、对焦马达的闭环控制方法及摄像设备，提高对焦马达闭环控制的精度。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种对焦马达，包括：动子支架、第一极板、第二极板和第三极板、以及处理单元；动子支架沿对焦方向可移动，第一极板、第二极板分别与第三极板相对设置，第一极板与第三极板形成第一电容，第二极板与第三极板形成第二电容，在环境因素影响下，第一极板与第三极板之间的垂直距离的变化量与第二极板与第三极板之间的垂直距离的变化量相同，第一极板与第三极板之间的正对面积、第二极板与第三极板之间的正对面积均随动子支架的移动发生改变，处理单元根据第一电容和第二电容的电容信号控制动子支架在对焦方向上移动。
[0006]
本发明的实施例还提供了一种对焦马达的闭环控制方法，应用于上述的对焦马达，方法包括：在动子支架沿对焦方向移动之后，获取第一电容的第一电容信号和第二电容的第二电容信号；根据第一电容信号和第二电容信号判断动子支架所在位置是否与目标位置重合；若未重合，则控制动子支架沿对焦方向再次移动，直至判定动子支架所在位置与目标位置重合。
[0007]
本发明的实施例还提供了一种摄像设备，包括：镜头，用于驱动镜头的上述的对焦马达。
[0008]
本发明实施例相对于相关技术而言，在对焦马达中设置第一极板、第二极板和第三极板，第一极板和第三极板相对设置形成第一电容，第二极板和第三极板相对设置形成第二电容，且在环境因素影响下，第一极板与第三极板之间的垂直距离的变化量，和第二极板与第三极板之间垂直距离的变化量相同。在动子支架移动时，第一极板与第三极板之间
的正对面积、第二极板与第三极板之间的正对面积均发生改变，从而使极板之间形成的第一电容和第二电容的电容信号发生改变，处理单元根据电容信号控制动子支架在对焦方向上移动，使动子支架可以移动至目标位置。这样做利用三个极板形成的第一电容和第二电容取代霍尔传感器，方便抵消环境因素对获取的电容信号的影响，使控制动子支架移动的位置更加精确，从而提高对焦马达闭环控制的精度。
[0009]
另外，第一极板和第二极板均设置在动子支架上，对焦马达还包括：承载动子支架的底座，第三极板设置在底座上，第一极板和第二极板随动子支架移动而移动、且第一极板、第二极板与第三极板之间的正对面积随动子支架移动而改变。
[0010]
另外，第三极板通过嵌入式注塑与底座一体成型。
[0011]
另外，第三极板设置在动子支架上，对焦马达还包括：承载动子支架的底座，第一极板和第二极板均设置在底座上，第三极板随动子支架移动而移动、且第一极板、第二极板与第三极板之间的正对面积随动子支架移动而改变。
[0012]
另外，第一极板和第二极板通过嵌入式注塑与底座一体成型。
[0013]
另外，第一极板和第二极板均设置在动子支架上，第三极板为导磁金属板，对焦马达还包括：围设于动子支架外围的金属外壳，导磁金属板与金属外壳内侧相贴合，导磁金属板与第一极板的部分表面正对、且导磁金属板与第二极板的部分表面正对，第一极板和第二极板随动子支架移动而移动、且第一极板、第二极板与导磁金属板之间的正对面积随动子支架移动而改变。利用导磁金属板作为第三极板，一定程度上节省了对焦马达内部器件所占用的内部体积和成本。
附图说明
[0014]
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0015]
图1是根据本发明一种对焦马达结构沿对焦方向的剖视图；图2是根据本发明另一种对焦马达结构沿对焦方向的剖视图；图3是根据本发明第三实施例中对焦马达沿对焦方向的剖视图；图4是根据本发明第三实施例中对焦马达的正视图；图5是根据本发明第三实施例中对焦马达的导磁金属板的示意图；图6是根据本发明第四实施例中对焦马达的闭环控制方法的流程图；图7是根据本发明第四实施例中判断与目标位置是否重合的过程的流程图；图8是根据本发明第四实施例中位置与电容值的对应关系的建立方式的流程图。
具体实施方式
[0016]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
[0017]
以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何
限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
[0018]
本发明的第一实施例涉及一种对焦马达。如图1至图2所示，对焦马达包括：动子支架1、第一极板21、第二极板22和第三极板23、以及处理单元（未标示）；动子支架1沿对焦方向可移动，第一极板21、第二极板22分别与第三极板23相对设置，第一极板21与第三极板23形成第一电容，第二极板22与第三极板23形成第二电容，在环境因素影响下，第一极板21与第三极板23之间的垂直距离的变化量与第二极板22与第三极板23之间的垂直距离的变化量相同，第一极板21与第三极板23之间的正对面积、第二极板22与第三极板23之间的正对面积均随动子支架1的移动发生改变，处理单元根据第一电容和第二电容的电容信号控制动子支架1在对焦方向上移动。
[0019]
在利用第一电容和第二电容的电容信号控制动子支架1在对焦方向上移动时，可以根据以下方式判断动子支架是否与目标位置重合：其一，若获取的第一电容的电容信号与预先调试过程中对焦马达处于目标位置获取的第一电容的电容信号相同，且获取的第二电容的电容信号与预先调试过程中对焦马达处于目标位置获取的第二电容的电容信号相同，则动子支架与目标位置重合。其二，将获取的第一电容的电容信号对应的第一电容值与第二电容的电容信号对应的第二电容值做差值，若计算的差值与预先调试过程中对焦马达处于目标位置时根据第一电容和第二电容的电容信号计算得到的差值相同，则动子支架与目标位置重合。进行差分运算后，可以放大单位移动量变化的电容信号，以增加信号的鲁棒性，使对焦马达的控制信号和控制系统更加健壮，不易受到外界干扰。其三，根据上述提到的第一电容值、第二电容值、以及在动子支架处于对焦马达的底部时第一电容的电容信号对应的第三电容值、动子支架处于对焦马达的底部时第二电容的电容信号对应的第四电容值，计算得到校准值，根据该校准值对第一电容值和第二电容值的差值进行校准，以抵消环境因素对第一电容值和第二电容值的影响，利用校准后的差值与预先调试过程中对焦马达处于目标位置时根据第一电容和第二电容的电容信号计算得到的差值进行比对，两者若相同则动子支架与目标位置重合，等等。
[0020]
另外，还可以将第三极板接地（或连接金属外壳4），使三个极板之间形成的电容为自电容，根据第一极板上的带电量作为第一电容的电容信号对应的电容值，将第二极板上的带电量作为第二电容的电容信号对应的电容值，同理采用上述方式判断动子支架是否与目标位置重合。
[0021]
另外，处理单元通过马达引脚5与第一极板21、第二极板22和第三极板23连接，处理单元通过马达引脚5获取第一电容和第二电容的电容信号。
[0022]
另外，对焦马达中还包括：镜头6，镜头6由动子支架1承载。
[0023]
上述中的对焦马达可以是电磁马达，压电马达或形状记忆合金马达，但不仅仅局限于这三类马达。电磁马达为利用线圈和磁铁的电磁作用力作为驱动力的马达，压电马达为利用超声波压电陶瓷的压电效应作为驱动力的马达，形状记忆合金马达为利用记忆金属的变形特性作为驱动力的马达。
[0024]
本发明实施例相对于相关技术而言，在对焦马达中设置第一极板、第二极板和第三极板，第一极板和第三极板相对设置形成第一电容，第二极板和第三极板相对设置形成第二电容，且在环境因素影响下，第一极板与第三极板之间的垂直距离的变化量，和第二极板与第三极板之间垂直距离的变化量相同。在动子支架移动时，第一极板与第三极板之间
的正对面积、第二极板与第三极板之间的正对面积均发生改变，从而使极板之间形成的第一电容和第二电容的电容信号发生改变，处理单元根据电容信号控制动子支架在对焦方向上移动，使动子支架可以移动至目标位置。这样做利用三个极板形成的第一电容和第二电容取代霍尔传感器，降低了对焦马达的成本，且节省了对焦马达内部设置的器件所占用的内部体积。另外，通过形成的两个电容的电容信号控制动子支架移动至目标位置，更便于抵消环境因素对获取的电容信号的影响，使控制动子支架移动的位置更加精确，从而提高对焦马达闭环控制的精度。
[0025]
本发明的第二实施例涉及一种对焦马达，第二实施例与第一实施例大致相同。在第二实施例中，第一极板和第二极板设置于对焦马达的同一内部器件上，而第三极板设置在对焦马达的另一内部器件上。
[0026]
本实施例中对焦马达的一种结构如图1所示，第一极板21和第二极板22均设置在动子支架1上，对焦马达还包括：承载动子支架1的底座3，第三极板23设置在底座3上，第一极板21和第二极板22随动子支架1移动而移动、且第一极板21、第二极板22与第三极板23之间的正对面积随动子支架1移动而改变。
[0027]
另外，在底座3中设置的第三极板23，可以直接将第三极板23贴附在底座3对应区域并将第三极板23和马达内部连线导通。也可以，使用塑料件中加入金属零部件的嵌入注塑，直接注塑成型，节省马达的组装工序。还可以，通过激光直接成型(laser direct structuring，lds)工艺，通过对塑料件局部表面镭雕活化电镀，使电镀区域具有导电能力，实现在底座3的相应区域加工出电极板。
[0028]
另外，第一极板21和第二极板22同样可以通过嵌入式注塑与底座一体成型或激光直接成型(laser direct structuring，lds)工艺实现。
[0029]
对焦马达的另一种结构如图2所示，第三极板23设置在动子支架1上，对焦马达还包括：承载动子支架1的底座3，第一极板21和第二极板22均设置在底座3上，第三极板23随动子支架1移动而移动、且第一极板21、第二极板22与第三极板23之间的正对面积随动子支架1移动而改变。
[0030]
另外，在动子支架1中设置的第三极板23，可以直接将第三极板23贴附在动子支架1对应区域并将第三极板23和马达内部连线导通。也可以，使用塑料件中加入金属零部件的嵌入注塑，直接注塑成型，节省马达的组装工序。还可以，通过激光直接成型(laser direct structuring，lds)工艺，通过对塑料件局部表面镭雕活化电镀，使电镀区域具有导电能力，实现在动子支架1的相应区域加工出电极板。
[0031]
另外，第一极板21和第二极板22同样可以通过嵌入式注塑与底座一体成型或激光直接成型(laser direct structuring，lds)工艺实现。
[0032]
本发明的第三实施例涉及一种对焦马达，第三实施例与第一实施例大致相同。在第三实施例中，利用导磁金属板作为第三极板，一定程度上节省了对焦马达内部器件所占用的内部体积和成本。
[0033]
本实施例中对焦马达如图3至图5所示，第一极板21和第二极板22均设置在动子支架1上，第三极板23为导磁金属板，对焦马达还包括：围设于动子支架1外围的金属外壳4，导磁金属板7与金属外壳4内侧相贴合，导磁金属板7与第一极板21的部分表面正对、且导磁金属板7与第二极板22的部分表面正对，第一极板21和第二极板22随动子支架1移动而移动、
且第一极板21、第二极板22与导磁金属板7之间的正对面积随动子支架1移动而改变。
[0034]
在使用电磁力作为推力的对焦马达中，如图4所示，一般在内部磁铁8背后会贴附导磁金属板7，可以起到约束磁场的作用，从而使通过线圈磁通量得到提升，在线圈输入同样电流的前提下，更高的磁通量可以产生更大的电磁作用力，从而提高马达的推力。而利用导磁金属板7与第一极板21、第二极板22形成第一电容和第二电容，节省了对焦马达内部器件所占用的内部体积和成本。
[0035]
导磁金属板7的形状如图5所示，以保证导磁金属板7与第一极板21的部分表面正对，且导磁金属板7与第二极板22的部分表面正面，其中，导磁金属板与第一极板21、第二极板22正对的部分作为第三极板23，从而在动子支架1移动时，第一极板21、第二极板22与第三极板23之间的正对面积均发生改变。
[0036]
在本实施例中利用导磁金属板作为第三极板，一定程度上节省了对焦马达内部器件所占用的内部体积和成本。
[0037]
本发明的第四实施例涉及一种对焦马达的闭环控制方法，应用于上述的对焦马达，如图6所示，方法包括：步骤601，在动子支架沿对焦方向移动之后，获取第一电容的第一电容信号和第二电容的第二电容信号。
[0038]
步骤602，根据第一电容信号和第二电容信号判断动子支架所在位置是否与目标位置重合，若重合则进入步骤603完成对动子支架的移动。
[0039]
若未重合则进入步骤604，通过增大或减少输出的驱动电流或驱动电压控制动子支架1继续移动，并返回步骤601在动子支架沿对焦方向移动之后，获取第一电容的第一电容信号和第二电容的第二电容信号，以及重复步骤602的判断，直至判定动子支架所在位置与目标位置重合，进入步骤603完成对动子支架的移动。
[0040]
另外，在根据第一电容信号和第二电容信号判断动子支架所在位置是否与目标位置重合时，具体步骤如图7所示，步骤701，接收主机发送的动子支架所需移动的目标位置。
[0041]
步骤702，根据预先存储的位置与电容值的对应关系，确定目标位置对应的电容值为目标电容值。
[0042]
步骤703，获取第一电容信号对应的第一电容值，以及第二电容信号对应的第二电容值；根据第一电容值、第二电容值、以及在动子支架处于对焦马达的底部时第一电容的电容信号对应的第三电容值、动子支架处于对焦马达的底部时第二电容的电容信号对应的第四电容值，计算得到校准值。
[0043]
具体地说，以环境因素为马达所处的环境温度为例，由于内部零部件会存在热胀冷缩现象，导致极板间距离会变大或缩小，为抵消该距离变化对电容信号的影响，可以通过校准值来实现对电容信号的校准，校准值具体可以通过以下方式来确定：首先，根据极板形成的第一电容和第二电容的电容信号定义两个函数关系，函数关系如下：m=c1+c2；d=c1-c2；其中，c1为第一电容的电容信号对应的第一电容值，c2为第二电容的电容信号对应的第二电容值，m为自定义函数1，d为自定义函数2。
[0044]
其中，由于在动子支架移动时，第一电容中两极板间正对面积的变化量，与第二电容中两极板间正对面积的变化量相同，且两极板间距离未变，基于电容计算公式c=εs/d，电
容值c与介质ε和正对面积s成正比，与两极板间距离d成反比，可推出第一电容值与第二电容值之和不变，即函数m是一个常量。而函数d与动子支架与对焦马达底部之间的距离成正相关。
[0045]
假设受温度影响第一电容和第二电容的极板之间的间距变化均为δd，那么受温度影响电容值的变化公式为δc=c-εs/(d-δd)。假设受温度影响前自定义函数1为m0，自定义函数2为d0，受温度影响后自定义函数1为m1，自定义函数2为d1，其中，由于函数m理论上在温度相同的情况下为常数，m0和m1可以由动子支架处于任何位置处检测的电容值计算得到，如检测动子支架处于底部时的电容值计算得到。另外，为使m0的数值更加准确，还可以计算动子支架处于多处位置时函数m对应的数值并取平均值作为m0。
[0046]
经计算在d0和d1是由动子支架处于相同位置时检测的电容值计算得到的时候，可推出下述等式，m0/m1=d0/d1=d/(d-δd)，也就是d0=d1*(m0/m1)。由于函数m是一个常量，因此m0/m1同样为常量。因而可以推出，无论动子支架处于任何位置，函数d受温度影响的变化程度均相同，即受温度影响前动子支架处于任意位置时第一电容值和第二电容值之和d0，与受温度影响后动子支架处于该任意位置时第一电容值和第二电容值之和d1，两者之间的比值为一常数m0/m1，反之，在确定受温度影响后的由电容值计算得到的d1，根据m0/m1即可得到受温度影响前的由电容值计算得到的d0，因此基于上述公式即可对电容值进行校准，从而抵消温度对电容信号（控制信号）的影响，m0/m1即为校准值。
[0047]
另外，环境因素还可以为重力因素，例如，在镜头朝上或朝下时，重力作用方向和动子支架运动方向相同，此时不会对电容极板的相对位置造成影响。但是在水平拍摄时候，重力作用方向和动子支架运动方向垂直，动子支架会向重力方向下垂，导致电容的极板间距离变大或变小，这时同样可以利用上述得到的校准值对电容值进行校准，从而消除重力对控制对焦马达对焦精度的影响。
[0048]
步骤704，根据校准值、第一电容值和第二电容值判断动子支架所在位置是否与目标位置重合。
[0049]
另外，闭环控制可由控制芯片来实现，控制芯片包括：电容检测电路，分析计算电路和控制输出电路。其中，电容检测电路用于检测极板构成的电容信号，分析计算电路用于根据获取的电容信号判断是否对动子进行移动，以及移动所需的驱动电流（或驱动电压）。控制输出电流则用于将计算得到的驱动电流（或驱动电压）输出至马达，以控制马达的动子支架进行移动。
[0050]
另外，在控制马达动子支架移动之后，移动后的动子支架再次带动电容产生的电容信号发生改变，控制芯片再次根据变化后的电容信号进行分析计算，直至动子支架的当前位置与目标位置重合，完成对马达的控制。
[0051]
在步骤702中预先存储的位置与电容值的对应关系可以通过以下方式建立，建立过程如图8所示，包括：步骤801，将动子支架移动至对焦马达的底部。
[0052]
步骤802，控制动子支架以预设间隔逐步移动，并记录每次移动后第一电容和第二电容产生的电容信号对应的电容值以及每次移动后动子支架与对焦马达的底部之间的距离，将每次移动后动子支架与底部之间的距离与第一电容和第二电容产生的电容信号对应的电容值的对应关系作为位置与电容值的对应关系。
[0053]
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
[0054]
本发明第五实施例涉及一种摄像设备，包括：镜头，用于驱动镜头的上述的对焦马达。
[0055]
与相关技术相比，本发明第五实施例所提供的摄像装置中设置有前述实施例所提供的对焦马达，因此，其同样具备前述实施例所提供的技术效果，在此不进行赘述。
[0056]
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。