引导式自动对焦组件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求获得2020年9月2日提交的美国临时申请63/073,782号和于2021年3月1日提交的美国专利申请17/189,034号的利益和优先权,这些美国申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本实用新型的各实施例涉及形状记忆合金系统的领域。具体而言,本实用新型的各实施例涉及形状记忆合金致动器及其相关方法的领域。
背景技术:
4.形状记忆合金(“sma”)系统具有移动组件或结构,其例如能够与相机镜头元件结合使用作为自动对焦驱动器。这些系统可以由诸如屏蔽罩之类的结构包围。移动组件被支撑为在支撑组件上进行移动。由诸如磷青铜或不锈钢之类的金属形成的挠曲元件具有移动板和挠曲件。挠曲件在移动板与固定的支撑组件之间延伸,并且用作弹簧,以使得移动组件能够相对于固定的支撑组件移动。移动组件和支撑组件通过在组件之间延伸的四条形状记忆合金(sma)丝线联接。sma丝线中的每条的一端附接到支撑组件,相反的一端附接到移动组件。悬置器通过向sma丝线施加电驱动信号来被驱动。但是,这些类型的系统受到系统复杂性的困扰,导致系统笨重,需要很大的占地面积和高度间隙。此外,目前的系统不能以紧凑、低轮廓的占地面积提供高的z行程范围。
技术实现要素:
5.描述了自动对焦组件及相关方法。自动对焦组件的实施例包括壳体元件。壳体元件包括霍尔壳体壁,其被配置成固定霍尔传感器。自动对焦组件包括镜头托架,其被配置成固定霍尔磁体并且被配置成被接收在壳体元件内并且被配置成在镜头托架与壳体元件之间限定接收空间以接收一个或多个轴承元件。自动对焦组件包括磁性元件,其被布置在霍尔壳体壁处并且被配置成磁性吸引霍尔磁体并且将霍尔壳体壁固定到壳体元件并且将一个或多个轴承元件固定在霍尔壳体壁与镜头托架之间。
6.根据附图和随后的详细描述,本实用新型的实施例的其它特征和优点将显而易见。
附图说明
7.本实用新型的实施例通过示例而非限制的方式在附图中示出,在附图中相似的附图标记表示类似的元件,并且在附图中:
8.图1示出了根据本公开的示例的滚珠轴承自动对焦组件;
9.图2示出了根据本公开的示例的图1的滚珠轴承翘曲式自动对焦组件的分解视图;
10.图3示出了根据本公开的示例的滚珠轴承翘曲式自动对焦组件的滚珠轴承的构
型;
11.图4示出了根据本公开的示例的滚珠轴承翘曲式自动对焦组件的sma丝线的电路设计;以及
12.图5示出了根据本公开的示例的滚珠轴承翘曲式自动对焦组件的sma丝线的电路设计。
具体实施方式
13.本文描述了引导式自动对焦组件的各实施例,该引导式自动对焦组件包括紧凑的占地面积,并且能够实现高的致动高度,例如沿正z轴方向(z方向)的运动,在此被称为z行程。图1示出了根据本公开的示例的引导式自动对焦组件100。该组件100包括光学轴线29,其被配置成与图像传感器对准。该组件100还包括壳体40以及霍尔壳体壁42。该组件100包括磁性元件37,其被配置成连附到柔性印刷电路板(“fpc”)38。柔性印刷电路板被配置成连附到霍尔壳体壁42。如图2所示,磁性元件37相对于霍尔传感器36定位在组件100的第一侧上,使得霍尔传感器36被配置成指示镜头元件沿着光学轴线29的位置。
14.图2示出了根据本公开的示例的图1的引导式自动对焦组件的分解视图。该组件100包括盖体9、弹簧元件20、镜头托架300、壳体元件40、第一翘曲框架(buckler frame)50a、第二翘曲框架50b、sma丝线80、滑座60以及组件基座70。镜头托架300可以被接收在壳体元件40内。
15.盖体9被配置成将弹簧元件20固定到镜头托架300。弹簧元件20被配置成沿着与z行程方向相反的方向对镜头托架300施加力,根据一些实施例,该方向是平行于光学轴线29的方向。根据各种实施例,弹簧元件20被配置成当sma丝线80a和80b中的张力随着sma丝线被取消致动而降低时,使镜头托架300沿着与z行程方向相反的方向移动。根据一些实施例,该弹簧元件20由不锈钢制成。
16.壳体40包括中间壁44、第一相邻壁46、第二相邻壁48、以及与中间壁44相反的敞开面43。壳体40还限定接收空间41。该接收空间41被配置成接收镜头托架300。壳体40还包括霍尔壳体壁42。霍尔壳体壁42被配置成固定一个或多个滚珠轴承、霍尔磁体32和霍尔传感器36。霍尔磁体32被固定到镜头托架300。根据一些实施例,霍尔传感器36被固定在霍尔壳体壁42中的孔口42b内。
17.虽然在此示出了滚珠轴承,但是该轴承可以由以下任何类型的轴承元件代替,包括但不限于:宝石轴承;流体轴承;磁性轴承;挠曲轴承;复合轴承;以及聚甲醛(“pom”)滑动轴承。此外,滚珠轴承还可以由摇臂或枢轴轴承取代,其中轴承元件在移动和静态元件上枢转或摇动。
18.磁性元件37被布置在霍尔壳体壁42处,以磁性地吸引霍尔磁体32。在一些实施例中,磁性元件37使用粘合剂连附到柔性印刷电路板38。在一些实施例中,柔性印刷电路板38使用粘合剂连附到霍尔壳体壁42。霍尔壳体壁42被配置成将诸如滚珠轴承和霍尔磁体32之类的元件固定在霍尔壳体壁42与镜头托架300之间。霍尔传感器36被配置成基于霍尔磁体32与霍尔传感器36的距离来确定镜头托架300从初始位置沿着光学轴线29在z方向上移动的移动量。根据一些实施例,霍尔传感器36与fpc 38上的控制器或处理器电耦合。
19.在fpc 38中实现的控制器或处理器产生驱动信号并将其提供给与fpc38所连接的
sma丝线80。控制器或处理器还接收代表镜头托架300沿着光学轴线29的期望位置的输入信号,并产生驱动信号以驱动镜头托架300到该期望位置。该驱动信号可以使用基于霍尔传感器36的输出的闭环控制来生成,该霍尔传感器36感测镜头托架300沿着光学轴线29的位置。
20.在一些示例中,接收空间35被形成在霍尔壳体壁42与镜头托架300之间。接收空间35中的每个被配置成接收一个或多个滚珠轴承。例如,第一接收空间35a包括滚珠轴承31a、31b和31c。类似地,第二接收空间35b包括滚珠轴承33a、33b和33c。根据一些实施例,镜头托架300的霍尔壳体壁42还包括用于霍尔磁体32的接收空间,该接收空间位于第一接收空间35a和第二接收空间35b之间。
21.第一相邻壁46在敞开面43处的端部包括接合特征47。类似地,第二相邻壁48在敞开面43处的端部包括接合特征49。壳体40还包括基座接合特征45,其在敞开面43处在第一相邻壁467与第二相邻壁48之间。其它实施例包括并未包括接合特征45的壳体元件40。霍尔壳体壁42包括在第一端处的接合特征52以及在与第一端相反的第二端处的第二接合特征51。
22.霍尔壳体壁42的接合特征52被配置成与壳体40的接合特征47联接。类似地,霍尔壳体壁42的接合特征51被配置成与壳体40的接合特征49接合。霍尔壳体壁42被配置为固定到基座接合特征45。
23.第一翘曲框架50a和第二翘曲框架50b被配置成接合镜头托架300。这将在下面结合图3更详细地讨论。第一翘曲框架50a和第二翘曲框架50b被固定到滑座60。滑座60可以使用包括本领域中已知的技术由诸如不锈钢之类的金属形成。但是,本领域的技术人员将理解,可以使用其它材料来形成滑座60。
24.此外,第一翘曲框架50a包括被联接到滑座60的翘曲臂59a。类似地,第二翘曲框架50b包括被联接到滑座60的翘曲臂59b。滑座60可以包括滑动轴承55,其被配置成使滑座60与翘曲臂59a、59b之间的任何摩擦最小化。根据本公开的各种示例,滑动轴承55可以由聚甲醛(“pom”)形成。本领域的技术人员将理解,可以使用其它结构来降低翘曲致动器和基座之间的任何摩擦,例如使用诸如青铜之类的金属制成的滑动轴承。滑座60被配置成与诸如用于自动对焦组件的自动对焦基座之类的组件基座70联接。
25.图3示出了根据本公开的示例的组件100的一个或多个滚珠轴承的构型。镜头托架300包括圆形框架320。圆形框架320包括第一侧向突起元件314a和第二侧向突起元件314b。第一侧向突起元件314a和第二侧向突出元件314b各自包括分别与壳体40(如图2所示)的第一侧向壁46和第二侧向壁48的相应部段对准的相应表面312。根据一些实施例,第一侧向突起元件314a还包括一对接合元件310。仅示出了一个接合元件310,但是本领域的普通技术人员应理解,第二个接合元件310沿着接合元件310的相反方向延伸。
26.镜头托架300还被配置成布置在翘曲臂50a和50b上。翘曲臂50a和50b被附接到滑座60。一些实施例包括被分成将两侧电隔离的滑座60,因为一侧通常用作地,另一侧用作电源。其它实施例包括两侧彼此电耦合的滑座60。
27.翘曲框架50a和50b分别包括翘曲臂59a和59b。翘曲臂对59a和59b中的每个翘曲臂形成在其相应的翘曲框架50a和50b的分开部分上。
28.如本文所述,翘曲臂59a和59b被配置成在sma丝线被致动和取消致动时沿着z轴移动。翘曲臂59a和59b被配置成接合镜头托架300的接合元件310。在一些示例中,翘曲臂59a
和59b可以被配置成与镜头托架300的其它元件接合。例如,翘曲臂59a和59b可以通过诸如吊床部分(hammockportion)之类的中央部分彼此联接,该吊床部分被配置成作为支架支撑物体(例如,镜头托架300)的一部分。根据这些实施例,翘曲臂59a和59b被配置成作用于物体以使其移动。例如,翘曲臂被配置成直接作用于镜头托架300的特征,以将其向上推动。
29.圆形框架320还包括角部元件311。尽管在此示出了两个角部元件,但对于本领域的普通技术人员而言显而易见的是,圆形框架320包括在镜头托架300的相反端处的两个额外的角部元件311。四个角部元件311被配置成使镜头托架300在壳体40内居中并沿着光学轴线29。
30.镜头托架300包括第一壳体元件316a,其被配置成固定霍尔磁体32。fpc 38也位于镜头托架300的第一端处。磁性元件37被配置成使霍尔磁体32将镜头托架300朝着磁性元件37吸引,从而有效地将一个或多个滚珠轴承固定在接收空间35内位于霍尔壳体壁42与镜头托架300之间。fpc38包括多个接触焊盘39。接触焊盘39可以是镀金的不锈钢焊盘,其被配置成对滚珠轴承自动对焦组件的一个或多个部件供电。霍尔壳体壁42被与滚珠轴承33机械联接,实现使滚珠轴承沿光学轴线在z方向上移动的致动过程。镜头托架300的第一端还包括形成在镜头托架300与霍尔壳体壁42之间的接收空间35a和35b。
31.接收空间35a和35b可以被形成为三角形。在一些示例中,霍尔壳体壁42包括第一表面,并且角部元件311a包括v形凹槽,其被配置为完成该三角形的形状。在其它示例中,霍尔壳体壁42包括第一表面,该第一表面包括v形凹槽,并且角部元件311a包括与该第一表面的v形凹槽对齐的v形凹槽。在一些示例中,接收空间35a和35b可以被润滑,以便给滚珠轴承提供低摩擦环境。例如,接收空间35a可以被润滑,以确保滚珠轴承33a、33b和33c的低摩擦旋转和位移。类似地,接收空间35b可以被润滑以允许滚珠轴承31a、31b和31c的旋转和位移。
32.此外,润滑提供了低的表面粗糙度,以使摩擦最小化并改善动态倾斜。在本公开的一些实施例中,霍尔壳体壁42和镜头托架300(以及由此产生的角部元件)由塑料制成。用塑料形成接收空间35a和35b,并对接收空间35a和35b的内表面进行润滑,可以得到光滑的表面,滚珠能够在该表面上运行,并且允许实现预期的动态倾斜表现。
33.滚珠轴承31a-c和33a-c相对于sma致动器丝线80的长度对镜头托架300施力的位置的位置有助于约束绕着正交于包含光学轴线29的平面的法线的旋转。这是因为与轴承31a-c和33a-c位于较远的位置相比,由sma致动器丝线80的长度施加的力和由滚珠轴承31a-c和33a-c施加的力之间的耦合被减少。这种效果因滚珠轴承的数量而得到改善,这增加了滚珠轴承沿着光学轴线29的长度。因此,引导式轴承自动对焦组件的各实施例比当前状态的自动对焦组件具有更好的性能,导致改善图像质量的更有效组件。
34.滑座60包括接触焊盘62a和62b。接触焊盘62a和62b可以是镀金的不锈钢焊盘,其被配置成给sma丝线80供电。这将在下面结合图4和图5更详细地讨论。
35.图4示出了根据本公开的示例的组件100的sma丝线80a和80b的示例性电路设计。sma丝线80a和80b被串联连线。例如,电源331被提供以通过接触焊盘62a给sma丝线80a、80b供电。电流沿sma丝线80a沿方向332a流动,沿着电流流动方向332b进入滑座60。电流沿sma丝线80b沿方向332c流动,沿着电流流动方向332d进入滑座60。最后,电流流到接触焊盘62b。因此,施加于sma丝线80a的同一电流也被施加于sma丝线80b。通过施加同一电流通过
sma丝线80a和80b,对两根丝线施加更均匀的热量。对sma丝线80a和80b施加更均匀的热量,减少了翘曲式致动器施加到镜头托架两侧的力的不平衡,并且减少了动态倾斜,这导致图像传感器的所有像素上的更好的图像质量。
36.图5示出了根据本公开的示例的组件100的sma丝线80a和80b的示例性电路设计。在一些示例中,sma丝线80a和80b被并联连线。例如,电源231被提供以通过接触焊盘62b给sma丝线80a、80b供电。电流沿sma丝线80a沿方向231a流动,沿着电流流动方向231c进入滑座60。电流还沿232d方向流入滑座60,沿sma丝线80b沿方向232c流动,沿sma丝线80b沿方向232b流动,沿电流流动方向231c进入滑座60。最后,电流流向接触焊盘62a。
37.sma丝线80a和80b的热量取决于由于制造sma丝线长度的电阻变化。因此,每侧可能以不同的力推动镜头托架300,导致图5的组件100更容易受到倾斜变化的影响。但是,本文所公开的滚珠轴承构型减轻了这种倾斜变化,使得其不成问题。
38.将理解的是,本文中使用的诸如“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”和x方向、y方向和z方向之类的术语是出于方便起见表示零件相对于彼此的空间关系,而非任何特定空间或重力方向。因此,这些术语旨在涵盖部件的组件,而不管该组件是否以附图所示和说明书中所描述的特定方向取向、从该方向倒置取向或者任何其它旋转变化取向。
39.应当理解,本文所使用的术语“本实用新型”不应被解释为表示仅呈现具有单个基本要素或要素组的单个实用新型。类似地,还将理解的是,术语“本实用新型”涵盖许多单独的创新,其中每一个创新可以被认为是单独的实用新型。尽管已经关于优选实施例及其附图详细地描述了本实用新型,但是对于本领域技术人员应该显而易见的是,在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下,可以对本实用新型的实施例进行各种修改和变型。另外,本文描述的技术可用于制造具有两个、三个、四个、五个、六个或更通常为n个数量的双压电晶片致动器和屈曲致动器的设备。因此,应理解,上文所阐述的详细描述和附图并非旨在限制本实用新型的广度,本实用新型的广度仅应从所附权利要求书及其适当解释的法律等同物来推断。
技术特征:
1.一种自动对焦组件,其特征在于,所述自动对焦组件包括:壳体元件,所述壳体元件包括被配置成固定霍尔传感器的霍尔壳体壁;镜头托架,所述镜头托架被配置成固定霍尔磁体并被配置成被接收在所述壳体元件内,并且被配置成在所述镜头托架与所述壳体元件之间限定接收空间以接收一个或多个轴承元件;以及磁性元件,所述磁性元件被布置在所述霍尔壳体壁处并被配置成磁性地吸引所述霍尔磁体并且将所述霍尔壳体壁固定到所述壳体元件并将所述一个或多个轴承元件固定在所述霍尔壳体壁与所述镜头托架之间。2.根据权利要求1所述的自动对焦组件,其特征在于,所述霍尔传感器被配置成基于所述霍尔磁体与所述霍尔传感器的距离来确定所述镜头托架从初始位置沿着光学轴线在z方向上移动的移动量。3.根据权利要求1所述的自动对焦组件,其特征在于,所述自动对焦组件包括柔性印刷电路板,所述霍尔传感器与所述柔性印刷电路板上的控制器或处理器电耦合。4.根据权利要求2所述的自动对焦组件,其特征在于,所述霍尔壳体壁被机械地联接到所述轴承元件,以实现用于使所述轴承元件沿着所述光学轴线在z方向上移动的致动过程。5.根据权利要求1所述的自动对焦组件,其特征在于,所述自动对焦组件包括盖体和弹簧元件,所述盖体被配置成将所述弹簧元件固定到所述镜头托架。6.根据权利要求5所述的自动对焦组件,其特征在于,所述弹簧元件被配置成沿着与z行程方向相反的方向对所述镜头托架施加力。7.根据权利要求5所述的自动对焦组件,其特征在于,所述弹簧元件被配置成在sma丝线中的张力随着所述sma丝线被取消致动而降低时使所述镜头托架沿着与z行程方向相反的方向移动。8.根据权利要求1所述的自动对焦组件,其特征在于,所述壳体元件包括中间壁、第一相邻壁、第二相邻壁,并且限定与所述中间壁相反的敞开面,所述霍尔壳体壁在所述敞开面处被固定到所述壳体元件。9.根据权利要求1所述的自动对焦组件,其特征在于,所述轴承元件包括滚珠轴承、宝石轴承、流体轴承、磁性轴承、挠曲轴承、复合轴承和聚甲醛滑动轴承中的至少一种。10.根据权利要求1所述的自动对焦组件,其特征在于,所述接收空间被形成在所述霍尔壳体壁的第一表面与所述镜头托架的角部元件之间,所述第一表面和所述角部元件各自被形成有v形凹槽,并且所述第一表面的v形凹槽被与所述角部元件的v形凹槽对准。11.一种自动对焦组件,其特征在于,所述自动对焦组件包括:壳体元件,所述壳体元件包括被配置成固定霍尔传感器的霍尔壳体壁;镜头托架,所述镜头托架被配置成将霍尔磁体固定在所述壳体元件内,并且被配置成在所述镜头托架与所述壳体元件之间限定接收空间,所述接收空间被配置成接收一个或多个轴承元件;磁性元件,所述磁性元件被布置在所述霍尔壳体壁处,并且被对准以磁性吸引所述霍尔磁体,以便将所述一个或多个轴承元件固定在所述霍尔壳体壁与所述镜头托架之间;两条或更多条sma丝线;以及一个或多个翘曲框架,所述一个或多个翘曲框架被固定到滑座并且被配置成在所述两
条或更多条sma丝线被致动和取消致动时在所述镜头托架中移动。12.根据权利要求11所述的自动对焦组件,其特征在于,所述霍尔传感器被配置成基于所述霍尔磁体与所述霍尔传感器的距离来确定所述镜头托架相对于初始位置的位置。13.根据权利要求11所述的自动对焦组件,其特征在于,所述自动对焦组件包括柔性印刷电路板,所述霍尔传感器与所述柔性印刷电路板上的控制器或处理器电耦合。14.根据权利要求11所述的自动对焦组件,其特征在于,所述自动对焦组件包括盖体和弹簧元件,所述盖体被配置成将所述弹簧元件固定到所述镜头托架。15.根据权利要求14所述的自动对焦组件,其特征在于,所述弹簧元件被配置成在所述两条或更多条sma丝线被致动时沿着与所述一个或多个翘曲框架相反的方向对所述镜头托架施加力。16.根据权利要求14所述的自动对焦组件,其特征在于,所述弹簧元件被配置成在所述sma丝线中的张力随着所述sma丝线被取消致动而降低时使所述镜头托架沿着与z行程方向相反的方向移动。17.根据权利要求11所述的自动对焦组件,其特征在于,所述壳体包括中间壁、第一相邻壁、第二相邻壁,并且限定与所述中间壁相反的敞开面,所述霍尔壳体壁在所述敞开面处被固定到所述壳体元件。18.根据权利要求11所述的自动对焦组件,其特征在于,所述一个或多个轴承元件包括滚珠轴承、宝石轴承、流体轴承、磁性轴承、挠曲轴承、复合轴承和聚甲醛滑动轴承中的至少一种。19.根据权利要求11所述的自动对焦组件,其特征在于,所述两条或更多条sma丝线串联连线。20.根据权利要求11所述的自动对焦组件,其特征在于,所述两条或更多条sma丝线并联连线。
技术总结
描述了自动对焦组件及相关方法。自动对焦组件的实施例包括壳体元件。壳体元件包括霍尔壳体壁,其被配置成固定霍尔传感器。自动对焦组件包括镜头托架,其被配置成固定霍尔磁体并且被配置成被接收在壳体元件内并且被配置成在镜头托架与壳体元件之间限定接收空间以接收一个或多个轴承元件。自动对焦组件包括磁性元件,其被布置在霍尔壳体壁处并且被配置成磁性吸引霍尔磁体并且将霍尔壳体壁固定到壳体元件并且将一个或多个轴承元件固定在霍尔壳体壁与镜头托架之间。体壁与镜头托架之间。体壁与镜头托架之间。
技术研发人员:M
受保护的技术使用者:哈钦森技术股份有限公司
技术研发日:2021.08.09
技术公布日:2022/5/25
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