对焦马达、对焦马达的闭环控制方法及摄像设备

技术领域

本申请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

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。

相关技术中，采用如图1、图2所示的马达结构来驱动马达在对焦方向上运动。

图1的技术方案通过三个极板的设计，第一极板1、第二极板2作为信号接收极板，第三极板3作为信号发射极板，实现摄像头马达动子位置电容信号检测，之后通过对两个接收极板的差分信号进行数学上算法处理，可以很好地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；但是，此方案由于使用两个接收极板的差分信号，第三极板3的左边缘必须在第一极板1的左边缘、右边缘之间，第三极板3的右边缘必须在第一极板1的左边缘、右边缘之间，即第三极板3的机械行程不能超过任意一个接收极板在对焦方向上的长度，因此，此方案第一极板1、第二极板2在对焦方向上的总长度应当大于两倍的机械行程；当发射极板需要在焦距方向上运动的机械行程较大时，会导致第一极板1、第二极板2在对焦方向上的总长度超过两个机械行程，不利于马达的尺寸设计。

图2中的技术方案为了解决图1的技术方案中的技术问题，通过对第一极板1、第二极板2进行结构上的改进，将第一极板1、第二极板2共同拼接成一个长方形；此种方案由于将第一极板1、第二极板2拼接在一起，即使发射极板3需要在焦距方向上运动的机械行程较大，第一极板1、第二极板2在对焦方向上的总长度也仍然只有一个机械行程的大小，也能确保马达的尺寸较小；但是，由于图2的技术方案在获取两个接收极板的差分信号时，感度为2a*cotθ，主要由三角形底角θ大小和发射极板3在对焦方向上的尺寸a决定，相比较图1而言，差分信号的感度较低，控制动子支架移动的位置精确较低，对焦马达闭环控制的精度较低。

可见，相关技术的方案无法兼顾对焦马达闭环控制的精度以及马达尺寸的设计。

发明内容

本申请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，从而兼顾对焦马达闭环控制的精度以及马达尺寸的设计。

为解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种对焦马达，包括：动子支架、至少三个第一极板、一个第二极板、以及处理单元；至少三个所述第一极板沿对焦方向依次排布；所述处理单元与每个所述第一极板、所述第二极板均连接；所述第二极板与至少三个所述第一极板相对设置，所述第二极板与至少三个所述第一极板分别形成电容；所述动子支架沿所述对焦方向移动；所述动子支架沿所述对焦方向移动的情况下，所述第二极板与至少三个所述第一极板在所述对焦方向上的相对位置发生改变；所述处理单元根据所述电容的电容信号控制所述动子支架在对焦方向上移动。

在一些实施例中，多个所述第一极板在所述对焦方向上依次连接，多个所述第一极板之间的连接处设置有绝缘层。

在一些实施例中，多个所述第一极板、所述第二极板在所述对焦方向上的长度相同；多个所述第一极板在垂直于所述对焦方向上的长度相同。

在一些实施例中，多个所述第一极板在所述对焦方向上依次间隔设置。

在一些实施例中，多个所述第一极板在所述对焦方向上的第一长度相同，多个所述第一极板在垂直于所述对焦方向上的长度相同；相邻的两个所述第一极板在所述对焦方向上的间隔距离相同。

在一些实施例中，所述第二极板在所述对焦方向上的长度大于或等于所述第一长度与两个间隔距离之和。

本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：

本申请实施例通过设置有至少三个第一极板，第二极板与每个第一极板相对设置形成电容，相对于相关技术的方案而言，在相同机械行程的情况下，本实施例的至少三个第一极板在对焦方向上总距离可以更短，从而减小了对焦马达的整体体积；同时，由于本申请的极板的形状采用矩形方式进行设置，对两个第一极板的差分信号进行数学上算法处理时，差分信号的感度较高，可以很好地控制动子支架移动的位置更加精确，对焦马达闭环控制的精度；从而兼顾对焦马达闭环控制的精度以及马达尺寸的设计。

附图说明

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。

图1是现有技术中提供的一种对焦马达的结构示意图；

图2是现有技术中提供的一种对焦马达的结构示意图；

图3是根据本申请一实施例的提供的对焦马达沿对焦方向的剖面示意图；

图4是根据本申请一实施例提供的对焦马达从第二极板所在平面观察第一极板的视图；

图5是第二极板从上往下相对第一极板运行过程中，电容1、电容2、电容3变化的示意图；

图6是第二极板从上往下相对第一极板运行过程中，电容1和电容2的差分电容信号，电容2和电容3的差分电容信号的变化示意图；

图7是第二极板从上往下相对第一极板运行过程中，差分电容与动子支架位移的变化示意图；

图8是根据本申请一实施例的提供的对焦马达从第二极板所在平面观察第一极板的视图；

图9是根据本申请一实施例的提供的对焦马达从第二极板所在平面观察第一极板的结构示意图；

图10是根据本申请一实施例的提供的对焦马达的闭环控制方法的流程示意图；

图11是步骤202的子步骤的流程示意图。

具体实施方式

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。

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。

本申请实施例提供了一种对焦马达，包括：动子支架、至少三个第一极板、一个第二极板、以及处理单元；至少三个第一极板沿对焦方向依次排布；处理单元与每个第一极板、第二极板均连接；第二极板与至少三个第一极板相对设置，第二极板与至少三个第一极板分别形成电容；动子支架沿对焦方向移动；动子支架沿对焦方向移动的情况下，第二极板与至少三个第一极板在对焦方向上的相对位置发生改变；处理单元根据电容的电容信号控制动子支架在对焦方向上移动。

本实施例设置有至少三个第一极板，第二极板与每个第一极板相对设置形成电容，第二极板与至少三个第一极板在对焦方向上相对可移动的距离即机械行程为至少三个第一极板在对焦方向上的总长度减去第二极板在对焦方向上的长度，相比较图1的技术方案而言，在相同机械行程的情况下，本实施例的至少三个第一极板在对焦方向上总距离可以更短，从而减小了对焦马达的整体体积；同时，由于本申请的极板的形状采用传统的方案即图1中的方式进行设置，对两个第一极板的差分信号进行数学上算法处理时，相比较图2中的方式而言，差分信号的感度较高，可以很好地控制动子支架移动的位置更加精确，对焦马达闭环控制的精度；从而兼顾对焦马达闭环控制的精度以及马达尺寸的设计。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请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，在本申请各实施例中，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。

以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请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。

本申请一实施例涉及一种对焦马达，如图3所示，为本实施例对焦马达沿对焦方向的剖面示意图，对焦马达包括：动子支架101、至少三个第一极板102、一个第二极板103、以及处理单元（图未标识）；至少三个第一极板102沿对焦方向依次排布；处理单元与每个第一极板102、第二极板103均连接；第二极板103与至少三个第一极板102相对设置，第二极板103与至少三个第一极板102分别形成电容；动子支架101沿对焦方向移动；动子支架101沿对焦方向移动的情况下，第二极板103与至少三个第一极板102在对焦方向上的相对位置发生改变；处理单元根据电容的电容信号控制动子支架101在对焦方向上移动。

需要说明的是，图3为了便于解释说明，将第二极板103设置在动子支架101上，然而，也可以将第一极板102均设置在动子支架101上，只要确保动子支架101沿对焦方向移动的情况下，第二极板103与至少三个第一极板102在对焦方向上的相对位置发生改变即可，图3中的结构仅是为了描述清楚本实施例，并不对本实施例的方案进行任何限定。

本实施例以第一极板102的数量为三个进行说明，在实际应用中，第一极板102的数量可以设置为三个以上，此处仅是为了便于解释说明。

参考图4，为从第二极板所在平面观察第一极板的视图，本实施例中的第一极板、第二极板均为矩形，第二极板与图中的三个第一极板相对设置，为了便于描述，将第二极板标记为Tx，将三个第一极板从上至下分别用Rx1、Rx2、Rx3表示，第二极板Tx与三个第一极板Rx1、Rx2、Rx3分别形成电容，分别为电容1、电容2、电容3。第二极板Tx在图4中可上下相对第一极板Rx1、Rx2、Rx3运动，即第二极板Tx随着动子支架在对焦方向上移动；在第二极板Tx从上往下相对第一极板Rx1、Rx2、Rx3运行时，分别经过Rx1、Rx2、Rx3，第二极板Tx与三个第一极板Rx1、Rx2、Rx3形成的电容1、电容2、电容3的电容值会发生相应的变换。

参考图5，为第二极板Tx从上往下相对第一极板Rx1、Rx2、Rx3运行过程中，电容1、电容2、电容3变化的示意图，横坐标为第二极板Tx的位移即动子支架的位移，其中第二极板Tx上边缘先和Rx1极板上边缘对齐位置开始运动，到第二极板Tx下边缘和Rx3极板下边缘重合停止。

具体地说，Tx极板上边缘先和Rx1极板上边缘对齐时，Tx极板与Rx1极板的相对面积较大，与Rx2极板的相对面积较小，此时，电容1的电容值较大，电容2的电容值较小；当Tx极板往下逐渐移动即Tx在Rx1和Rx2之间时，Tx极板与Rx1极板的相对面积逐渐减小，Tx极板与Rx2极板的相对面积逐渐增加，电容1的电容值逐渐减小，电容2的电容值逐渐增加，此时，Tx和Rx3没有投影面积，只存在边缘效应，电容3的变化感度（斜率）很小，几乎不变，接近于零；当Tx极板离开Rx1极板，电容3的电容值才开始变化，当Tx极板往下逐渐移动即Tx在Rx2和Rx3之间时，Tx和Rx1没有投影面积，Tx在Rx2的相对面积逐渐减小，Tx在Rx3之间的相对面积逐渐增加，电容1的变化感度（斜率）很小，接近于零，电容2逐渐减小，电容3逐渐增加。

参考图6，为第二极板从上往下相对第一极板运行过程中，电容1和电容2的差分电容信号，电容2和电容3的差分电容信号的变化示意图。可以看出，这两段差分电容信号都存在一段比较大的斜率，这两段斜率比较大的行程段，分别是Tx同时和Rx1、Rx2有投影面积的行程段、以及Tx同时和Rx2、Rx3有投影面积的行程段；因此，本实施例在Tx同时和Rx1、Rx2有投影面积的行程段时，采用电容1、电容2的电容差分信号，在Tx同时和Rx2、Rx3有投影面积的行程段时，采用电容2、电容3的电容差分信号；本实施例通过采用这两个行程段的Rx1、Rx2的差分电容信号和Rx2、Rx3的差分电容信号作为位置信号，最终得到的差分电容与动子支架位移的变化示意图如图7所示，呈周期性排布，这样既可以保证矩形方案的大感度特性，又可以保持差分算法的优点。

需要说明的是，若对焦马达需要更大的机械行程，可以设置更多的第一极板的数量，例如，如图8所示，为对焦马达从第二极板所在平面观察第一极板的视图，在Rx1、Rx2、Rx3下面设置Rx4，Rx4也可以是与Rx1连接在同一个电容信号上的极板，当需要设置五个第一极板时，可以继续在Rx4下设置Rx5，Rx5是与Rx2连接在同一个电容信号上的极板，当需要设置六个第一极板时，可以继续在Rx5下设置Rx6，Rx6是与Rx3连接在同一个电容信号上的极板，以此周期性地排列Rx1、Rx2、Rx3。

在一些实施例中，多个第一极板在对焦方向上依次间隔设置。如图4所示，本实施例通过将第一极板Rx1、Rx2、Rx3间隔设置，可以尽可能的将相邻的第一极板隔离，避免第一极板Rx1、Rx2、Rx3之间的信号互相干扰，提高Rx1、Rx2、Rx3之间电容信号的稳定性。

在一些实施例中，多个第一极板在对焦方向上的第一长度相同，多个第一极板在垂直于对焦方向上的长度相同；相邻的两个第一极板在对焦方向上的间隔距离相同。本实施例通过将所有的第一极板的尺寸设置为相同的，将第二极板与第一极板在对焦方向上的长度、以及间隔距离设置为相同的，在进行差分计算时，可以使得计算过程更加简便，提高计算的精确度。

在一些实施例中，第二极板在对焦方向上的长度大于或等于第一长度与两个间隔距离之和。

本实施例通过此种设置，在第二极板Tx由上往下运动的情况下，第二极板Tx的上边缘快要离开Rx1时，第二极板Tx的下边缘刚好与Rx3的上边缘接触；若第二极板Tx在对焦方向上的长度较短，会出现第二极板Tx的上边缘快要离开Rx1时，第二极板Tx的下边缘与Rx3的上边缘仍然存在一段距离，而在这一段距离内，第二极板Tx仅会覆盖Rx2，此时电容2不变，导致对焦马达不能根据电容的变化准确控制动子支架在对焦方向上移动；因此，本实施例通过第二极板Tx在对焦方向上的长度设置为大于或等于第一长度与两个间隔距离之和，可以使得在第二极板Tx由上往下运动的情况下，电容信号均会存在变化，使得对焦马达可以准确控制动子支架在对焦方向上移动。

在一些实施例中，多个第一极板在对焦方向上依次连接，多个第一极板之间的连接处设置有绝缘层。如图9所示，为本实施例的对焦马达从第二极板所在平面观察第一极板的结构示意图，图9中显示的三个第一极板Rx1、Rx2、Rx3在对焦方向上依次连接，其中，Rx1与Rx2之间的连接处设置有绝缘层（图未标识），Rx2、Rx3之间的连接处也设置有绝缘层（图未标识），绝缘层的厚度很薄，可以忽略不计。本实施例通过将多个第一极板在对焦方向上依次连接并设置绝缘层，可以将第一极板Rx1、Rx2、Rx3之间隔离，避免多个第一极板Rx1、Rx2、Rx3之间的电容信号之间互相干扰，在尽可能减小对焦马达尺寸的同时，保证多个第一极板Rx1、Rx2、Rx3之间电容信号的稳定性。

在一些实施例中，多个第一极板、第二极板在对焦方向上的长度相同；多个第一极板在垂直于对焦方向上的长度相同。本实施例通过将所有的第一极板的尺寸设置为相同的，将第二极板与第一极板在对焦方向上的长度设置为相同的，在进行差分计算时，可以使得计算过程更加简便，提高计算的精确度。

本实施例通过设置有至少三个第一极板，第二极板与每个第二极板相对设置形成电容，第二极板与至少三个第一极板在对焦方向上相对可移动的距离即机械行程为至少三个第一极板在对焦方向上的总长度减去第二极板在对焦方向上的长度，相比较图1的技术方案而言，在相同机械行程的情况下，本实施例的至少三个第一极板在对焦方向上总距离可以更短，从而减小了对焦马达的整体体积；同时，由于本申请的极板的形状采用传统的方案即图1中的方式进行设置，对两个第一极板的差分信号进行数学上算法处理时，相比较图2中的方式而言，差分信号的感度较高，可以很好地控制动子支架移动的位置更加精确，对焦马达闭环控制的精度；从而兼顾对焦马达闭环控制的精度以及马达尺寸的设计。

本申请实施例另一方面还提供了一种对焦马达的闭环控制方法，应用于上述对焦马达的处理单元；如图10所示，为本实施例的对焦马达的闭环控制方法的流程示意图，对焦马达的闭环控制方法包括以下步骤：

步骤201，在动子支架沿对焦方向移动之后，在垂直于第二极板所在平面的方向上确定与第二极板存在投影的两个第一极板为投影极板，以及每个投影极板与第二极板形成的电容的电容信号。

具体地说，本实施例是通过分段的方式获取电容差分信号的，参考图6、图7，在Tx同时和Rx1、Rx2有投影面积的行程段时，采用电容1、电容2的电容差分信号，在Tx同时和Rx2、Rx3有投影面积的行程段时，采用电容2、电容3的电容差分信号；在每个行程段中，只有与第二极板存在投影的第一极板的电容才会计算差分信号，因此，本实施例需要先确定与第二极板存在投影的两个第一极板为投影极板，获取每个投影极板与第二极板形成的电容的电容信号，从而便于后续的差分计算。

步骤202，根据两个投影极板、电容信号判断动子支架所在位置是否与目标位置重合。若是，结束，完成对动子支架的移动。

若否，进入步骤203，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继续移动，并返回步骤201，以及重复步骤202的判断，直至判定动子支架所在位置与目标位置重合，完成对动子支架的移动。

在一些实施例中，步骤202，根据两个投影极板、电容信号判断动子支架所在位置是否与目标位置重合，具体子步骤如图11所示，包括：

步骤2021，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，以及根据目标位置确定对应的两个目标投影极板。

步骤2022，判断两个投影极板与两个目标投影极板是否一致。若是，进入步骤2023；若否，则进入步骤2025，判定动子支架所在位置与目标位置不重合。

步骤2023，根据电容信号进行预设运算，得到运算结果。

步骤2024，判断运算结果与目标电容值是否相同。若是，进入步骤2026，判定动子支架所在位置与目标位置重合；若否，进入步骤2025，判定动子支架所在位置与目标位置不重合。

具体地说，由于本实施例是通过分段的方式获取电容差分信号的，最终得到的差分电容信号与动子支架位移的变化示意图如图7所示，对于同一个目标电容值会存在多个对应的横坐标点即动子支架位移点，但是在图7所示的每个差分信号周期中，对应的两个投影极板是不同的，因此，本实施例根据目标位置确定对应的两个目标投影极板，先判断当前位置的投影极板与目标投影极板是否一致，之后计算两个投影极板与第二极板之间电容的差值，将该差值与目标电容值进行对比，从而准确判断动子支架所在位置是否与目标位置重合。

在一些实施例中，在步骤2021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得到：将动子支架移动至对焦马达的底部；控制动子支架以预设间隔逐步移动，确定每次移动后动子支架与对焦马达的底部之间的距离；根据每次移动后动子支架与对焦马达的底部之间的距离确定两个投影极板；记录两个投影极板与第二极板形成的电容的电容信号；根据两个电容信号进行预设运算得到对应的电容值；将每次移动后动子支架与底部之间的距离、电容值之间的对应关系作为位置与电容值的对应关系。本实施例最终得到的位置与电容值的对应关系如图7所示，呈周期性排布，每个周期存在两个投影极板，两个投影极板与第二极板之间的两个电容的差值形成该周期的曲线。

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。

本申请实施例另一方面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。

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。

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。