本發(fā)明涉及新穎的且經(jīng)改進(jìn)的攝像頭模塊自動對焦(af)致動器及其控制方法，其中，該攝像頭模塊自動對焦致動器包括有作為致動元件的形狀記憶合金(sma)線，并且特別地與移動電話的攝像頭模塊有關(guān)。

背景技術(shù)：

一般來說，使用形狀記憶合金線作為致動元件相對于其它致動系統(tǒng)而言在重量、功耗、成本方面提供了各種優(yōu)點。

而且在攝像頭模塊領(lǐng)域中已認(rèn)識到這些優(yōu)點，并且這些優(yōu)點已成為許多專利申請的主題，比如國際專利申請wo2007/113478、wo2011/122438和美國專利8159762，這些專利申請全都描述了具有形狀記憶合金線的攝像頭模塊，其中，形狀記憶合金線與透鏡保持器(在本領(lǐng)域中有時被稱為透鏡鏡筒)接觸并固定至攝像頭模塊殼體。通過焦耳效應(yīng)進(jìn)行的形狀記憶合金線的受控加熱引起形狀記憶合金線的收縮以及透鏡保持器相對于殼體的移動。

以上引用的兩個國際專利申請并未解決殼體與透鏡鏡筒之間的摩擦現(xiàn)象以及在致動器使用壽命上的相關(guān)問題，而這方面在美國專利8159762中借助于置于殼體與鏡筒之間的滾動構(gòu)件和施加具有與光軸垂直的分量的力以確保滾動構(gòu)件與透鏡鏡筒之間的接觸的傾斜的復(fù)位彈簧而被加入。盡管該解決方案是在摩擦力控制方面的改進(jìn)，但是該相當(dāng)大且恒定的垂直分量本身對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力，并且在經(jīng)常使用的致動系統(tǒng)中，比如在攝像頭模塊af中，該垂直分量可能導(dǎo)致過早出現(xiàn)故障或者導(dǎo)致要通過使用升級部件、例如通過使用比所需線材更粗的線材來進(jìn)行補償。另一方面，與光軸垂直的該力分量的存在是該現(xiàn)有技術(shù)致動器的突出特征，其被包含在us8159762的獨立權(quán)利要求的特征部分中。另一缺點與這些機械結(jié)構(gòu)的制造相關(guān)聯(lián)，這些機械結(jié)構(gòu)無法通過將元件疊置于彼此之上來制造，而是需要制造子組件并將子組件相互聯(lián)接。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中在解決基于sma的自動對焦致動器中的摩擦力方面仍存在的缺點，并且本發(fā)明的第一方面在于一種攝像頭模塊自動對焦致動器，該攝像頭模塊自動對焦致動器包括：

-殼體，

-可動透鏡架，該可動透鏡架具有突出部，該突出部具有頂端以用于容置形狀記憶合金線，

-形狀記憶合金線，

-至少四個球形件，

-底板，

-兩個電端子，所述兩個電端子與突出部的頂端處于不同高度，

-復(fù)位彈性元件，

并且在該致動器中：

-底板和殼體固定至彼此，從而限定自動對焦主體，

-所述兩個電端子固定到自動對焦主體上，

-形狀記憶合金線與透鏡架的突出部的頂端接觸，并且形狀記憶合金的末端鎖定至位于主體上的兩個電端子，

-殼體和可動透鏡架通過至少兩個側(cè)槽被對準(zhǔn)，所述至少兩個側(cè)槽限定用于容納并保持球形件的至少兩個導(dǎo)引槽，

-復(fù)位彈性元件安裝在殼體與透鏡架之間，

復(fù)位彈性元件僅在光軸方向上施加力。

按照以上描述，所述兩個電端子固定并保持至主體(殼體+底板)上，因此這些元件可以等效地固定到殼體上或固定到底板上，但還是要求與透鏡架的突出部的頂端處于不同高度。

根據(jù)本發(fā)明的攝像頭模塊af致動器的最常見變型之一是設(shè)想設(shè)置有柔性印刷電路板(fpc)，該柔性印刷電路板與磁體和霍爾傳感器一起提供與透鏡架的位移和位置有關(guān)的信息。要強調(diào)的是，這些元件是可選的，原因在于可以采用其它等效技術(shù)方案，比如采用形狀記憶合金的電阻反饋，如例如在申請?zhí)枮閣o2008/099156的國際專利中所描述的。

附圖說明

將借助于以下附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，在附圖中：

·圖1和圖2是構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的af致動器的元件的豎向分解立體圖；

·圖3是圖1和圖2的af致動器處于組裝狀態(tài)的正面透視圖；

·圖4是圖3的af致動器的從上方觀察的截面圖；

·圖5是圖3的af致動器的優(yōu)選變型的從上方觀察的截面圖；

·圖6是構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的af致動器的元件的豎向分解立體圖，其中，所述元件中的一個元件的細(xì)節(jié)被放大；

·圖7是圖6的af致動器在沒有頂部元件和底部元件的情況下的處于組裝狀態(tài)的仰視圖；

·圖8是圖7的af致動器的仰視立體圖；

·圖9是圖7的af致動器的優(yōu)選變型的俯視圖；

·圖10是圖9的af致動器的沿箭頭a的方向觀察的透視圖；以及

·圖11和圖12是圖9的af致動器的沿箭頭a的方向觀察的局部放大視圖，其示出了滾動構(gòu)件處于af致動器的兩個極限位置的細(xì)節(jié)。

在以上附圖中，元件的尺寸和尺寸比可能不是準(zhǔn)確的，并且在一些情況下，比如例如關(guān)于形狀記憶合金線的直徑，其已被改變以加強對附圖的理解。

具體實施方式

圖1(正視圖)和圖2(側(cè)視圖)中示出了根據(jù)本發(fā)明的af致動器10的第一實施方式中所包括的元件的立體圖。在這種圖示中，元件被豎向分開以允許對其進(jìn)行辨認(rèn)。特別地，af致動器10包括屏蔽罩11、殼體12、復(fù)位彈簧13、兩組滾動球形件14、可動透鏡架15、磁體16、形狀記憶合金線17、兩個端子18、底板19、柔性印刷電路板(fpc)191以及霍爾傳感器192。

可動透鏡架15設(shè)置有用于容置形狀記憶合金線17的前突出部20，在這種情況下，該突出部具有下頂端21，并且形狀記憶合金線17通過由布置在更高高度處(沿著光軸)的兩個端子18產(chǎn)生的約束作用而被保持在下頂端21的下面。變型設(shè)想使用上頂端，其中，形狀記憶合金線保持在上頂端的上面，且端子布置在更低高度處。

殼體12和可動透鏡架15分別具有側(cè)槽100、100’和側(cè)槽101、101’，側(cè)槽100、100’和側(cè)槽101、101’以成對——100-101和100’-101’——的方式豎向?qū)?zhǔn)并且限定用于保持球形件14的兩個導(dǎo)引槽。這些元件已在圖1和圖2的立體圖中示出，并且殼體12上的側(cè)槽100-100’能夠在從上方觀察的視圖(參見下面的圖4)中很好地認(rèn)出。

圖1和圖2中示出的af結(jié)構(gòu)包括用于檢測可動透鏡架15的位置的元件，例如磁體16和霍爾傳感器192，雖然磁體16和霍爾傳感器192代表根據(jù)本發(fā)明的af致動器的優(yōu)選實施方式，但磁體16和霍爾傳感器192完全是可選的。

圖3示出了已組裝的致動器10的正面透視圖，已組裝的致動器10包括磁體16以及呈片簧形式的復(fù)位彈簧13的優(yōu)選構(gòu)型，其中，磁體16的n-s極被標(biāo)示出，片簧具有圓形接觸點131以對透鏡架15施加分布力。

在休止?fàn)顟B(tài)下，致動器處于所謂的無限遠(yuǎn)焦點位置；當(dāng)形狀記憶合金線17被通過的電流加熱時，形狀記憶合金線17縮短并將力施加到透鏡架15上，從而使透鏡架15向上移動，使得透鏡聚焦直至所謂的微距位置(即，聚焦在鄰近平面上)。當(dāng)電流供給停止時，施加與sma牽引力相反的豎向回復(fù)力的復(fù)位彈性元件13將透鏡架15往回推動至無限遠(yuǎn)位置。無限遠(yuǎn)和微距表示兩個af極限位置并且因此與af致動器應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)的調(diào)整量相對應(yīng)。

還設(shè)置有位置傳感器和讀出器以在af致動器操作期間確定準(zhǔn)確的平衡位置，還可以是由錨固至透鏡架15的磁體16以及附接至fpc板191的霍爾傳感器192例示的情況(圖2)。fpc板將根據(jù)霍爾傳感器讀數(shù)而通過端子18向sma線17提供電流以通過焦耳效應(yīng)來啟用sma線17。

著重強調(diào)的是，就根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的af致動器構(gòu)型而言，復(fù)位彈性器件13僅在豎向方向上施加力，并且是af致動器的幾何結(jié)構(gòu)確保了球形件對準(zhǔn)且被限制在導(dǎo)引槽中。

如關(guān)于圖1和圖2所提及的，還可以適當(dāng)?shù)夭捎玫怪脴?gòu)型，即，上頂端和下端子；在這種情況下，復(fù)位彈性元件由于形狀記憶合金線將施加向下的牽引力(相對于致動器的最低元件——即，底板——限定的上下方向)而位于透鏡架的下面。在這種情況下，休止位置對應(yīng)于微距，而完全啟用位置對應(yīng)于無限遠(yuǎn)。

圖4示出了圖3中描繪的致動器的從上方觀察的截面圖，而圖5示出了致動器的優(yōu)選變型，其中，透鏡架15的前突出部30包括頂端31，頂端31以與光軸垂直且沿徑向向外的方式提供了形狀記憶合金線與端子之間的略微偏置，使得形狀記憶合金線和端子不在與光軸平行的同一豎向平面中。換言之，突出部30定形狀成使得sma線不僅在豎向平面(圖3)中而且在水平平面(圖5)中依循v形路徑，以在啟用時不僅在上下方向上而且在前后方向上施加牽引力。

利用這種水平角度，滾動球形件14將被置于最佳操作狀態(tài)并且還受到最小的正交(相對于光軸)力。這種構(gòu)型由于在這種情況下是sma線而非復(fù)位彈簧在與光軸正交的方向上施加力而在一定程度上且從操作觀點來看是與以上引用的專利us8159762中示出的構(gòu)型完全不同的。此外，這樣的正交分量最小且僅在需要時——即，在af啟用期間——施加，而不是如現(xiàn)有技術(shù)中由彈性復(fù)位器件橫向拉動的情況那樣永久地施加。

根據(jù)本發(fā)明的af致動器并不局限于特定類型的形狀記憶合金線，而可以有效地使用通過焦耳效應(yīng)啟用的任何形狀記憶合金線。盡管如此，優(yōu)選的是使用由本領(lǐng)域中廣泛已知的名稱為鎳鈦諾的ni-ti合金制成的形狀記憶合金線，該形狀記憶合金線的直徑處于10μm至50μm的范圍并且能夠在市場上從各種來源購得，例如由saesgetterss.p.a.以商品名smartflex出售的線材，特別優(yōu)選的是使用25μm的線材。

關(guān)于球形件的材料，除使用諸如陶瓷或金屬(優(yōu)選的是不銹鋼)之類的具有足夠硬度的材料以外，并沒有特殊要求。至于球形件的數(shù)目，優(yōu)選的是在所述兩個導(dǎo)引槽中的各個導(dǎo)引槽中使用相同數(shù)目的球形件，其中，每個槽的球形件的數(shù)目至少為2。優(yōu)選地，每個槽的球形件的數(shù)目不大于5。

關(guān)于球形件直徑，其優(yōu)選地在30μm與150μm之間，最優(yōu)選地在40μm與60μm之間。

在設(shè)想使用偏置的突出部頂端31的實施方式中，偏置的突出部頂端31使形狀記憶合金線的中點遠(yuǎn)離光軸移動了在0.3mm與1mm之間的距離。

在圖6的分解圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的af致動器的第二實施方式60，其中，與第一實施方式的元件相對應(yīng)的元件由被相應(yīng)地編號的附圖標(biāo)記表示。特別地，af致動器60包括屏蔽罩61，殼體62，復(fù)位彈簧63，兩組滾動球形件64，可動透鏡架65，磁體66，形狀記憶合金線67，兩個端子68、68’，底板69以及承載霍爾傳感器692的柔性印刷電路板(fpc)691。

該實施方式相對于圖1和圖2中示出的實施方式的區(qū)別特征中的一些區(qū)別特征特別地在于殼體62和透鏡架65的形狀，其中，端子68、68’連接到殼體62的兩個相鄰面上，突出部70以與殼體62的拐角對應(yīng)的方式形成在透鏡架65上。類似地，如圖7和圖8中清楚地示出的，用于保持球形件64的導(dǎo)引槽形成在拐角突出部70的側(cè)面上，拐角突出部70還設(shè)置有用于保持sma線67的頂端71。

該第二實施方式的另一區(qū)別在于設(shè)置有所謂的撓曲件600，即，由彈性金屬材料(例如，鋼、銅、青銅)制成的薄元件，該撓曲件600布置在透鏡架65與底板69之間。如圖6的放大細(xì)節(jié)中更好地示出的，撓曲件600呈大致半圓形形狀，其中，端部部分601向外翻折，并且中間部分602具有向外突出的矩形擴展部。

端部部分601和中間部分602兩者都包括孔以用于將撓曲件600分別連接至殼體62和透鏡架65，如圖7和圖8中所示。更具體地，撓曲件600通過兩個銷601’連接至殼體62，所述兩個銷601’在殼體62的底部上靠近與透鏡架突出部70相鄰的兩個拐角形成，并且所述兩個銷601’與形成在端部部分601中的對應(yīng)的孔接合。類似地，撓曲件600還通過撓曲件的中間部分602處的第三連接點連接至透鏡架65，其中，一對孔允許矩形擴展部配裝在形成于透鏡架的突出部70的底部上的對應(yīng)的銷602’上。

在上述國際專利申請wo2007/113478中可以發(fā)現(xiàn)關(guān)于撓曲件和其在由形狀記憶合金線控制的af模塊中的設(shè)置的更多細(xì)節(jié)。一般而言，撓曲件600改善了af致動器的穩(wěn)定性，該優(yōu)點與af模塊通過霍爾傳感器和磁體距離來控制的情況特別相關(guān)。實際上，由透鏡架65繞光軸的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的較小橫向移位可能引起反饋誤差，撓曲件600的存在阻止了這種旋轉(zhuǎn)移位并且改善了af性能。

除了設(shè)置有在任何情況下都是可選元件的撓曲件以外，第一實施方式與第二實施方式之間的主要區(qū)別在于以下事實：在第一實施方式(圖1和圖2)中，透鏡架的突出部的頂端21基本上位于殼體面中的一個殼體面的中間，而在第二實施方式(圖6、圖7和圖8)中，透鏡架的突出部的頂端71位于殼體62的拐角中的一個拐角處。

上述第二實施方式的優(yōu)選變型——其中，對應(yīng)元件也由被相應(yīng)地編號的附圖標(biāo)記表示——設(shè)想在與透鏡架的突出部相鄰的兩個拐角中設(shè)置兩個額外的導(dǎo)引槽，即，設(shè)想設(shè)置總共四個導(dǎo)引槽，所述四個導(dǎo)引槽中的每個導(dǎo)引槽都容置有滾動球形件。該特定變型90在圖9和圖10中被示出為不僅具有與球形件64對應(yīng)——即，設(shè)置在透鏡架的突出部100的兩側(cè)——的球形件94，而且還具有另外兩組球形件94’(在示出的示例中，每組只有兩個球形件)，所述另外兩組球形件94’始終在殼體92與透鏡架95之間且位于相對的拐角位置中。

圖10的透視圖中也示出了這些球形件94、94’，圖10還示出了透鏡架的突出部的頂端101、連接至位于殼體92的兩個相對拐角上的端子98、98’的形狀記憶合金線97、以及被接納在拐角突出部100內(nèi)的復(fù)位彈簧93。要強調(diào)的是圖9和圖10中示出的變型的特點在于球形件位置，而如圖中描繪且示出的每個位置的球形件的數(shù)目僅是指示性的。

應(yīng)當(dāng)指出的是，頂端71、101也可以與圖5的變型中的頂端31一樣，使sma線67、97以與光軸垂直且沿徑向向外的方式略微偏置，從而將球形件64、94置于最佳的操作狀態(tài)。

在本發(fā)明的第二方面中，本發(fā)明在于一種用于使用球形件來作為透鏡架在殼體中的滑動的輔助件的af致動器的控制方法，本發(fā)明特別地在于一種包括初始化階段的控制方法，其中，形狀記憶合金線被啟用以使透鏡架移動至例如與微距位置相對應(yīng)的第一端部位置，然后形狀記憶合金線被停用以使透鏡架移動至例如與示出的實施方式中的無限遠(yuǎn)位置相對應(yīng)的第二端部位置。

這種操作保證af致動器的復(fù)位并確保滾動球形件處于最佳起始位置。

圖11和圖12示出了圖9和圖10中示出的af致動器的放大細(xì)節(jié)，其中，與透鏡架的突出部100相鄰的球形件94處于無限遠(yuǎn)位置(圖11)和微距位置(圖12)。在圖11中，用于該組球形件中的下球形件的端部止擋件是底板99，而在圖12中，用于上球形件的端部止擋件是殼體92。