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CN111936908A - 具有扩展的两个自由度旋转范围的光路折叠元件 - Google Patents

具有扩展的两个自由度旋转范围的光路折叠元件 Download PDF

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CN111936908A
CN111936908A CN201980023733.8A CN201980023733A CN111936908A CN 111936908 A CN111936908 A CN 111936908A CN 201980023733 A CN201980023733 A CN 201980023733A CN 111936908 A CN111936908 A CN 111936908A
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magnet
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axis
sensor
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以法莲·戈登堡
吉尔·巴哈
加尔·巴拉克
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Corephotonics Ltd
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Abstract

多个致动器，用于在两个各自的旋转轴周围以一扩展旋转范围来旋转具有两个，第一及第二，自由度的一光路折叠元件，包括这种致动器的多个折叠相机以及包括一上述的折叠相机与一直立相机的双相机。

Description

具有扩展的两个自由度旋转范围的光路折叠元件
相关申请的交叉引用
本申请涉及且要求2018年4月23日提交的共同拥有及共同待决的美国临时专利申请第62/661,158号的优先权，所述临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本文揭露的主题总体上涉及一种折叠镜头以及具有一个或多个折叠镜头的数码相机。
背景技术
近年来，移动装置，例如手机(尤其是智能手机)、平板电脑与笔记本电脑已经普遍存在。这些装置中的许多包括一个或两个紧凑型相机，例如，紧凑型相机包括一主要后置摄像头(也就是在装置背面的摄像头，背对用户且经常用于休闲摄影)及一次要前置摄像头(也就是位于装置正面的摄像头，通常用于视频会议)。
尽管本质上相对紧凑，但是大多数这些相机的设计类似于数码静态相机的传统结构，即，它包括放置在图像传感器顶部的镜头模块(或一连串的几个光学元件)。镜头模块折射入射光线并且将其弯曲以在传感器上创建场景的图像。这些相机的尺寸很大程度上取决于传感器的尺寸及光学元件的高度。它们通常通过镜头的焦距(“f”)与其视场(FOV)绑在一起-必须将一定视场成像在特定尺寸的传感器上的镜头具有特定的焦距。保持视场恒定，传感器尺寸越大(例如在X-Y平面中)，焦距与光学元件高度就越大。
已经提出了一种“折叠相机模块”结构以减小紧凑型相机的高度。在折叠相机模块结构中，添加了光路折叠元件(以下称为“OPFE”，OPFE包括反射表面例如棱镜或反射镜；否则在本文中统称为“反射元件”)以将光传播方向从第一光路(例如，垂直于智能手机背面)倾斜到第二光路(例如，平行于智能手机背面)。如果折叠相机模块是双光圈相机的部分，这将通过镜头模块(例如远摄镜头)提供折叠光路。这种相机在本文中称为“折叠镜头双光圈相机”或“具有折叠镜头的双光圈相机”。在一些示例中，折叠相机模块可以包括在多光圈相机中，例如，连同两个“非折叠”相机模块一起在三光圈相机中。
在申请人的美国公开专利申请号20160044247中揭露了一种具有自动对焦(AF)机构的折叠镜头双光圈相机(或“双相机”)。
发明内容
根据本揭露的主题的一个方面提供了一种致动器，所述致动器用于在一扩展旋转范围内以两个自由度旋转一光路折叠元件，所述致动器包括一第一子组件、一第二子组件及一静止子组件，所述第一子组件配置成围绕一偏摆旋转轴(yaw rotation axis)以一扩展旋转范围相对于所述静止子组件来旋转所述光路折叠元件，以及所述第二子组件配置成围绕一俯仰旋转轴(pitch rotation axis)以一扩展旋转范围相对于所述第一子组件来旋转所述光路折叠元件，所述俯仰旋转轴实质上垂直于所述偏摆旋转轴；一第一传感器，配置为感测围绕所述偏摆旋转轴的旋转，以及一第二传感器，配置为感测围绕所述俯仰旋转轴的旋转，所述第一传感器及所述第二传感器固定到所述静止子组件，其中所述第一传感器或所述第二传感器的至少其中一个是一磁通传感器；以及一音圈马达(VCM)，包括一磁体与一线圈，其中所述磁体固定地附接到所述第一子组件或所述第二子组件的其中一个，其中所述线圈固定地附接到所述静止子组件，其中在所述线圈中的一驱动电流产生一个力量，所述力量转换成围绕一各自的旋转轴的一转矩，以及其中定位所述第二传感器使得所述第二传感器的感测与所述光路折叠元件围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转进行解耦。
除了上述特征之外，根据本揭露的主题的这个方面所述致动器可以可选择性地以任何技术上可能的组合或置换包括以下列出的特征(i)至(xxv)的一个或多个：
i.其中所述致动器适合于安装在一折叠数码相机并且在所述折叠数码相机中是可操作的，用以旋转所述相机内的所述光路折叠元件，
ii.其中所述致动器包括配置为围绕所述偏摆旋转轴来旋转所述第一子组件的一第一致动机构(包括第一VCM)及配置为围绕所述偏摆旋转轴来旋转所述第二子组件的一第二致动机构(包括第二VCM)，
iii.其中所述致动器包括一第一感测机构及一第二感测机构，所述第一感测机构包括所述第一传感器及一各自的第一磁体，配置成感测围绕所述偏摆旋转轴的旋转，所述第二感测机构包括所述第二传感器及一第二磁体，配置成感测围绕所述俯仰旋转轴的旋转，
iv.其中所述偏摆旋转轴穿过所述第二传感器，从而使所述第二传感器与围绕所述偏摆轴的旋转进行解耦，
v.其中所述偏摆旋转轴穿过所述第二传感器的一中心，
vi.其中所述致动器还包括一第一弯曲球引导机构，操作成启用围绕所述俯仰旋转轴的所述旋转；以及一第二弯曲球引导机构，操作成启用围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转，
vii.其中所述致动器进一步包括弯曲球引导机构，操作成启用围绕所述偏摆轴的所述旋转，所述弯曲球引导机构位于所述光路折叠元件的一侧，所述侧与所述光路折叠元件面向一图像传感器的一侧相对，
viii.其中围绕所述俯仰旋转轴及偏摆旋转轴的所述扩展旋转范围等于或大于±5度，
ix.其中围绕所述俯仰旋转轴及偏摆旋转轴的所述扩展旋转范围等于或大于±10度，
x.其中围绕所述俯仰旋转轴及偏摆旋转轴的所述扩展旋转范围介于±15-40度之间，
xi.其中围绕所述俯仰旋转轴的所述扩展旋转范围不同于围绕所述第二旋转轴的所述扩展旋转范围，
xii.其中所述至少一音圈马达包括专用于产生围绕所述俯仰旋转轴的所述旋转的一俯仰磁体及一线圈，并且其中所述俯仰磁体设计成具有面对所述线圈的一平坦表面，
xiii.其中所述磁传感器是一磁通量传感器，例如一霍尔传感器。
xiv.其中所述致动器包括一感测机构，所述感测机构包括所述第一传感器及一磁体(例如，偏摆感测磁体)，所述磁体被塑造或成形使得所述感测磁体的一中心部分相对于所述感测磁体的一端部进一步远离所述第一传感器的运动的一投影线，
xv.其中所述致动器包括一感测磁体(例如，偏摆感测磁体)，所述感测磁体被塑造使得所述感测磁体的一横截面的宽度从实质上在它的中心的一个点朝向所述磁体的每个端部来增大，从而当所述感测磁体与所述传感器之间发生相对运动时，导致所述第一传感器与所述磁体之间的一可变距离，
xvi.其中所述致动器还包括一第一磁轭对，所述第一磁轭对在相对于所述俯仰旋转轴的一径向方向上将所述第一子组件拉至所述第二子组件，以及一第二磁轭对，所述第二磁轭对在相对于所述偏摆旋转轴的一径向方向上将所述第一子组件拉至所述静止子组件，
xvii.所述第一子组件包括一中间移动框架，所述第二子组件包括一光路折叠元件支架，并且所述静止子组件包括一基座；其中所述第一磁轭对将所述光路折叠元件支架拉向中间移动框架，以及所述第二对磁轭将所述中间移动框架拉向所述基座，
xviii.其中所述第一子组件包括一中间移动框架及所述第二子组件包括一光路折叠元件支架，并且所述静止子组件包括一基座；其中围绕所述偏摆旋转轴的旋转是通过相对于所述基座来旋转所述中间移动框架所产生的，以及围绕所述俯仰旋转轴的旋转是通过相对于所述中间移动框架来旋转所述光路折叠元件支架所产生的。
xix.其中所述致动器包括一磁体，所述磁体的特征在于一切割球形，所述线圈的特征在于一圆形，所述线圈围绕所述切割球形以所述圆形对称地定位，
xx.其中所述致动器包括一单个磁体，所述单个磁体用于产生针对围绕所述偏摆旋转轴的旋转的一致动力、在一磁轭对中产生一预加载力用以将所述第一子组件与所述静止子组件保持在一起，以及感测围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转，
xxi.其中所述致动器仅包括一个磁通传感器，所述磁通量传感器用于感测围绕所述偏摆旋转轴的旋转，
xxii.其中所述单个磁体是一极化磁体，特征在于所述磁体的一磁场的方向沿着所述磁体的长度连续变化，其中所述第一与第二感测机构彼此解耦，
xxiii.其中所述致动器设计为安装在一折叠相机中，所述致动器还包括一镜头模块，所述镜头模块沿着一光轴容纳多个镜头元件；其中所述光路折叠元件从沿着一第一光路的一观看部分的方向朝向沿着所述光轴的一第二光路将入射到所述折叠相机的光重定向，
xxiv.其中所述致动器还包括位于所述光路折叠元件的一侧的一俯仰磁体，所述侧与面对所述观看部分的一侧相对，
xxv.其中所述致动器还包括位于所述光路折叠元件的一侧的一偏摆磁体，所述侧与面对所述观看部分的一侧相对，
根据本揭露的主题的另一方面，提供了一种折叠相机，包括根据前述方面的所述致动器。
除了以上特征之外，根据本揭露的主题的这个方面所述折叠相机可以可选择性地以任何技术上可能的组合或置换包括以上列出的特征(i)至(xxv)的一个或多个。
根据本揭露的主题的又另一方面，提供了一种致动器，用于围绕一第一旋转轴以一第一自由度(DOF)来旋转一光路折叠元件并且以一第二自由度围绕一第二旋转轴来旋转所述光路折叠元件，所述致动器包括：
a)一第一致动机构，用以在所述第一自由度中旋转；
b)一第一感测机构，用于感测所述第一自由度中的移动；
c)一第二致动机构，用以在所述第二自由度中旋转；以及
d)一第二感测机构，用于感测所述第二自由度中的移动；
其中，第一及第二致动机构配置成在一扩展旋转范围内围绕所述各自的第一或第二旋转轴来旋转所述光路折叠元件，
以及其中在一些示例中，所述第一及第二致动机构是音圈马达，并且所述第二感测机构包括一传感器，所述传感器被定位使得围绕所述第一旋转轴的所述光路折叠元件的旋转与所述第二传感器进行解偶。
除了以上特征之外，根据本揭露的主题的这个方面相机可以可选择性地以任何技术上可能的组合或置换包括以上列出的特征(i)至(xxv)的一个或多个。
根据本揭露的主题的另一方面，提供了一种用于感测围绕一旋转轴的旋转移动的感测机构，所述感测机构包括一磁体以及一磁传感器，所述磁传感器配置为检测所述磁体的一磁通量并且基于所述检测到的磁通量的变化来确定所述磁体与所述磁传感器之间的一相对位移，其中，塑造所述磁体使得所述磁体的一横截面具有一宽度，所述宽度从实质上在所述磁体的一中心的一个点朝向所述磁体的每个端部来增大，从而增加了在所述磁通量中的一可检测变化的范围以及增加了所述磁体与所述磁传感器之间的所述相对位移的一相应的可检测范围。
除了上述特征之外，根据本揭露的主题的这个方面致动器可以可选择性地以任何技术上可能的组合或置换包括以下列出的特征(i)至(iv)的一个或多个：
i.其中所述磁体与所述磁传感器之间的相对位移的所述可检测范围大于0.8mm，
ii.其中所述磁体与所述磁传感器之间的相对位移的所述可检测范围大于1.0mm，
iii.其中所述磁体与所述磁传感器之间的相对位移的所述可检测范围大于2.0mm，以及
iv.其中所述磁性传感器是一霍尔棒传感器。
附图说明
参考在此段落之后列出的附图，下面描述本揭露的主题的非限制性示例。在一个以上的附图中出现的相同结构、元件或零件可以在出现的附图中用相同的数字标记。附图及描述意在阐明及厘清本文揭露的实施例，并且不应被视为以任何方式进行限制。
图1A根据本揭露的主题的一些示例说明一种具有光路折叠元件(OPFE)的折叠相机，所述光路折叠元件具有扩展的2个自由度(DOF)旋转范围；
图1B根据本揭露的主题的一些示例显示具有光路折叠元件致动器的图1A的折叠相机；
图1C根据本揭露的主题的一些示例显示一种双相机，所述双相机包括如图1A中的折叠相机以及直立(非折叠)相机；
图2A根据本揭露的主题的一些示例以等轴测图显示图1的折叠相机的光路折叠元件致动器。
图2B根据本揭露的主题的一些示例显示没有屏蔽的图2A中的致动器；
图3A根据本揭露的主题的一些示例从一侧显示图2A与图2B的致动器的顶部致动子组件；
图3B根据本揭露的主题的一些示例，从相反侧显示图3A的顶部致动子组件；
图3C根据本揭露的主题一些示例以分解图显示图3A的顶部致动子组件；
图4A根据本揭露的主题一些示例，从一侧显示图2A与2B的致动器的底部致动子组件；
图4B根据本本揭露的主题的一些示例，从相反侧显示图4A的底部致动子组件；
图4C根据本揭露的主题的一些示例以分解图显示底部致动子组件；
图5A根据本揭露的主题的一些示例以等轴测图显示安装在一起的顶部与底部致动子组件，；
图5B根据本揭露的主题的一些示例，以沿着图5A中所示的线A-B的切面显示安装一起的顶部与底部致动子组件；
图6A根据本揭露的主题的一些示例，从一侧显示图2A与2B的致动器的静止子组件；
图6B根据本揭露的主题的一些示例，从相反侧显示图6A的静止子组件；
图6C根据本揭露的主题的一些示例以分解图显示静止致动子组件；
图7根据本揭露的主题的一些示例以沿着图2A中所示的线A-B的切面显示图2B的致动器；
图8根据本揭露的主题的一些示例显示包括在图6A-6C的静止子组件中的电子电路的细节；
图9A根据本揭露的主题的一些示例以等轴测图显示图2A-2B中的致动器的俯仰致动及感测机构；
图9B根据本揭露的主题的一些示例，显示沿着图9A中所示的线A-B的图9A的俯仰致动与感测机构的侧切面；
图10A根据本揭露的主题的其他示例以等轴测图显示图2A-2B中的致动器的俯仰致动与感测机构；
图10B根据本揭露的主题的一些示例显示沿着图10A中所示的线A-B的图10A的俯仰致动与感测机构的侧切面；
图11A根据本揭露的主题的一些示例显示图2A-2B中的致动器的偏摆感测机构；
图11B根据本揭露的主题的示例，显示出在Y-Z平面中图11A的偏摆旋转范围β，偏摆霍尔棒元件与偏摆旋转轴之间的距离RYAW以及偏摆感测机构的偏摆感测磁体的轨迹；
图11C根据本揭露的主题的一些示例以沿着图11A所示的线A-B的切面显示图11B的偏摆感测磁体的一种磁性配置；
图11D根据本揭露的主题的一些示例以沿着图11A所示的线A-B的切面显示图11B的偏摆感测磁体的另一种磁性配置；
图11E根据本揭露的主题的一些示例以沿着图11A所示的线A-B切面显示图11B的偏摆感测磁体的又一磁性配置；
图11F根据本揭露的主题的一些示例针对图11C-E所呈现的情况，显示沿着给定轨迹当作旋转的函数的磁场；
图11-i至图11-vi显示偏摆感测磁体的磁性配置的各种可能的替代示例；
图12A根据本揭露的主题的一些示例，从一侧以等轴测图显示偏摆磁致动机构；
图12B是根据本揭露的主题的一些示例，从另一侧以等轴测图显示图12A的偏摆磁致动机构；
图12C根据本揭露主题的一些示例，显示沿着图12A中的切线A-B的Y-Z平面中的磁场方向；
图13根据本揭露的主题的一些示例，显示位于偏摆磁体旁边的附加磁轭；
图14A根据本揭露的主题的一些示例是从四个远摄图像产生的缝合图像的示意图；
图14B根据本揭露的主题的一些示例是从六个远摄图像产生的缝合图像的示意图；
图14C根据本揭露的主题的一些示例是从九个远摄图像产生的缝合图像的示意图；
图15A根据本揭露的主题的其他示例是沿着图15B中的线A-B的切面的安装一起的顶部致动子组件与底部致动子组件的横截面；
图15B根据本揭露的主题的其他示例，是图15A中所示的示例的安装一起的顶部致动子组件与底部致动子组件的等轴测图；
图15C是根据本揭露的主题的其他示例是安装一起的顶部致动子组件与底部致动子组件的等轴测图，显示了外部轭；
图15D根据本揭露的主题的一些示例是单极化磁体的示意图；以及
图15E根据本揭露的主题的一些示例是图15D所示的单极化磁体的Y-Z平面中的磁力线方向的示意图。
具体实施方式
为了清楚起见，术语“实质上”在本文中被用来暗示本领域技术人员已知的可接受范围内在数值的变化的可能性。根据一个示例，在本文使用的术语“实质上”应该被解释为暗示在任何指定值之上或之下高达10％的可能变化。根据另一个示例，在本文使用的术语“实质上”应该被解释为暗示在任何指定值之上或之下高达5％的可能变化。根据另一示例，本文中使用的术语“实质上”应该解释为暗示在任何指定值之上或之下高达2.5％的可能变化。例如，短语“实质上垂直”应解释为包括恰好是900的可能变化。
图1A根据本揭露的主题的示例说明具有一2自由度(DOF)光路折叠元件(OPFE)的折叠相机100，所述光路折叠元件具有一扩展旋转范围。所示的正交X-Y-Z坐标(“轴”)系统也适用于所有以下附图。此坐标系仅是示例性的，并且不应解释为限制性的。在一些示例中，本文使用的术语“扩展旋转范围”用于描述大于另一应用(如光学图像稳定(OIS))所必需的2-3度的一旋转范围。在一示例中，一扩展旋转范围相对于一光路折叠元件零状态(如下定义)在每个自由度中可以是等于或大于±5度的一个范围。根据另一个示例，一扩展旋转范围相对于一光路折叠元件零状态(如下定义)在每个自由度中可以是等于或大于±10度的一个范围。根据又另一示例，一扩展旋转范围相对于一光路折叠元件零状态(如下定义)在每个自由度中可以是介于±15-40度之间的一个范围。所述扩展旋转范围在所述两个自由度中可能相等或可能不相等。在一个示例中，所述扩展旋转范围在偏摆自由度中可能是在俯仰自由度的两倍或更多，因为俯仰旋转的所述光学效果(所述图像传感器上的图像的偏移)是偏摆旋转的所述光学效果的两倍。
相机100包括一镜头组件或镜头模块(或简称为“镜头”)102，一OPFE 104以及一图像传感器106。通常，镜头模块102包括沿一光轴定位的多个镜头元件，例如在3至7之间的镜头元件。在一些示例中，镜头102具有一固定的焦距“f”。在其他示例中，镜头102具有一可变焦距(变焦镜头)。在一些示例中，镜头102可以是例如在共同拥有的美国专利第9392188号中描述的为折叠相机所设计的一个镜头。OPFE104具有一反射表面(例如，它可以是一镜子或一棱镜)。
OPFE 104将光从一第一光路108折叠到一第二光路110。第一光路108从一观看部分114(面向一物体或场景)的方向朝向OPFE 104延伸，并且实质上平行于所述X轴(在示例性坐标系中)。第二光路110从OPFE 104朝向图像传感器106延伸，并且实质上平行于所述Z轴(在示例性坐标系中)。
观看部分114可以包括例如一个或多个物体、一场景及/或一全景视图等。根据所说明书的示例，轴110与镜头102的所述光轴对准，因此在本文中也被称为作为“镜头光轴”。图像传感器106可以与实质上垂直于轴110的一平面(包括X与Y轴的一平面)对准。图像传感器106可以输出一输出图像。所述输出图像可以通过一图像信号处理器(ISP-未显示)处理，所述处理包括例如去马赛克、白平衡、镜头阴影校正、不良像素校正以及可以通过ISP执行的其他处理。在一些实施例中，所述ISP(或所述ISP的某些功能)可以是图像传感器106的一部分。
应当注意，虽然所述光路折叠元件与以下描述的一些部件可以配置为以两个自由度旋转，但是除非另有说明，否则所有附图、描述及其中的方向显示所述光路折叠元件处于“零”状态(无旋转)。
为了清楚描述以及仅通过非限制性示例的方式，定义为在零状态下，从观看部分114的方向朝向所述OPFE 104延伸的所述第一光路108垂直于一零平面。这里使用的术语“零平面”是指以下描述的一致动器202定位在其上并且与所述镜头光轴平行的一假想平面。例如，在一移动电话中，所述零平面是平行于电话屏幕的一平面。
此外，在零状态下，定位所述光路折叠元件的所述反射表面使得沿着所述第一光路108的光被重定向到与镜头光轴110重合的一第二光路108。值得注意的是，对于所述视场(FOV)的所述中心以上定义是假设为真实的。
偏摆旋转可以定义为在零状态下围绕实质上平行于所述第一光路的一个轴的旋转。俯仰旋转可定义为围绕实质上垂直于所述偏摆旋转轴及所述镜头光轴的一个轴的旋转。
在一些示例中，相机100可以进一步包括一对焦或自动对焦(AF)机构(未显示)，以允许沿着轴110移动(或“位移”或“致动”)镜头102。所述自动对焦机构可以配置为调节观看部分114上的所述相机的对焦。调整在观看部分114上的所述对焦可以可以使一个或多个物体对焦及/或使可能是观看部分114的一部分的一个或多个物体失去对焦，这取决于它们与光路折叠元件的距离。为简单起见，本说明仅参考自动对焦机制继续进行，并且应理解它也涵盖了常规(手动)对焦。
一自动对焦机构可以包括一自动对焦致动机构。所述自动对焦致动机构可以包括可能施加运动的一马达，如一音圈马达(VCM)、一步进马达、一形状记忆合金(SMA)致动器及/或其他类型的马达。包括一音圈马达的一自动对焦致动机构可以称为一“音圈马达致动器”。这种致动机构在本领域中是已知的，并且例如在申请人共同拥有的国际专利申请PCT/IB2015/056004及PCT/IB2016/055308中揭露。在一些实施例中，除了或代替所述自动对焦致动机构，相机100可包括一光学图像稳定(OIS)致动机构(未显示)。在一些实施例中，可以在X-Y平面中的一个或多个方向上通过移动镜头102及/或图像传感器106，补偿相机100围绕Z与Y方向的倾斜来实现光学图像稳定。一种三自由度(3-DOF)光学图像稳定及对焦致动机构(对光学图像稳定执行两次移动，对自动对焦执行一次移动)可以是音圈马达类型，并且在本领域中是已知的，例如，如国际专利申请PCT/US2013/076753及美国专利申请2014/0327965中所揭露的。在其他实施例中，在垂直于第一与第二光路两者的一个方向(即，Y方向)上可以通过移动所述镜头补偿相机100围绕Z方向(镜头光轴)的倾斜来实现光学图像稳定。在这种情况下，可以通过使所述光路折叠元件围绕所述Y轴倾斜来完成第二次光学图像稳定操作，补偿相机100围绕所述Z方向的倾斜，如下所示。关于一紧凑型折叠相机中的自动对焦及光学图像稳定的更多信息，可以在申请人共同拥有的国际专利申请PCT/IB2016/052143、PCT/IB2016/052179及PCT/IB2016/053335中找到。
相机100设计为具有在一扩展旋转范围内以至少两个自由度(2-DOF)旋转OPFE104的能力。例如使用图1B中所示的OPFE致动器120可以完成旋转。两自由度旋转可以使用来描述所述棱镜围绕两个轴(每个轴是一自由度)的旋转；在相机100中，所述自由度是在如上所定义的零状态时围绕平行于第一光路108(X轴)的偏摆旋转轴122的一偏摆旋转132以及围绕平行于所述Y轴的一俯仰旋转轴124的一俯仰旋转134。在相机100中，偏摆旋转轴122及俯仰旋转轴124可以相交，这可以减小一俯仰感测机构与偏摆旋转之间的耦合，如下面参考图9所述。在相机100中，镜头光轴110与偏摆旋转轴122及俯仰旋转轴124的交点相交。在其他实施例中，情况可能并非如此。
如图1C所示，相机100可以是一双相机180的一部分。双相机180包括相机100与一直立相机190。直立相机190包括一镜头192与一图像传感器194。直立相机190可以进一步包括其他部件，例如如本领域中已知的，一屏蔽件(shield)、一对焦或AF机构及/或一光学图像稳定机构(均未显示)。相机100及190可以共享一些或全部各自的视场(FOV)。根据一些示例，相机190比相机100可以具有一更宽的视场。在这样的示例中，相机100将称为一“远摄相机”，而相机190将称为一“广角相机”。在这样的示例中，相机100的一扫描机构可以用来覆盖相机190的一些或全部视场，如在以下图14A-14C的描述中所解释的。在其他示例中，相机100可以是包括两个以上相机的一多光圈相机(多相机)的一部分，例如包括两个或更多附加的直立相机及/或两个或更多附加的折叠相机。值得注意的是，尽管相机100与致动器120的特征在于扩展旋转范围，但是它们也能够以高精度执行小范围(1-2度)的致动，这使得光学图像稳定能够在扩展旋转范围内围绕任何位置。
图2A-B根据本揭露的主题的一些非限制性示例显示具有更多细节的OPFE致动器120。图2A以一等轴测图显示OPFE致动器120，OPFE致动器120可以被一屏蔽件202覆盖，所述屏蔽件202具有一开口204及一开口206，光可以通过所述开口204进入OPFE 104，光可以通过所述开口206从OPFE 104离开。图2B显示没有屏蔽件202的致动器120。致动器120还包括一底部致动子组件220(在本文中也称为“偏摆子组件”或“第一子组件”)、一顶部致动子组件210(在本文也称为“俯仰子组件”或“第二子组件”)及一静止子组件230。如下所述，顶部致动子组件210可操作成相对于底部致动子组件220围绕所述俯仰旋转轴(平行于所述Y轴)来旋转(俯仰旋转134)，因此使OPFE 104旋转。如下所述，底部致动子组件220可操作相对于静止子组件230围绕所述偏摆旋转轴(平行于所述X轴)来旋转(偏摆旋转132)，因此使OPFE104旋转。
如以下更详细描述的，根据一个示例，所述底部(偏摆)致动子组件220相对于一静止子组件旋转，并且所述顶部(俯仰)致动子组件210相对于所述底部子组件旋转，因此，所述底部子组件用作一主组件，所述顶部子组件用作一从属组件。申请人已经发现这种设计，其中所述底部致动子组件用于偏摆旋转，所述顶部致动子组件用于俯仰旋转，并且所述底部致动子组件用作一主组件，而所述顶部致动子组件用作一从属组件，使得保持所述致动器的一较低总高度，因此减轻所述折叠相机高度的损失。
图3A-C根据本揭露的主题的一些非限制性示例从一侧以等轴测图(图3A)、从另一侧以等轴测图(图3B)及分解图(图3C)显示顶部(俯仰)致动子组件210的更多细节。顶部致动子组件210包括一OPFE支架(或载体)302，其例如可以由适合OPFE 104的形状的一塑料模具制成。顶部致动子组件210还包括一永久(固定)俯仰磁体304。俯仰磁体304，以及本申请中的所有其他磁体，可以是例如由一钕合金(例如Nd2Fe14B)或一钐钴合金(例如SmCo5)制成的永久磁体，并且可以通过烧结制成。根据一个示例，俯仰磁体304从下方(图3A中的负X方向)固定地附接(例如粘合)到OPFE载体302。在下文中，参考OPFE 104的位置使用的术语“在...下方”是指所述光路折叠元件的一侧与面对所述观看部分的所述侧相反(在相对于观看的所述负X方向上)。俯仰磁体304及其操作的细节在下面给出。在一些示例中，OPFE载体302包括(例如模制有)两个销(pin)308。
子组件210可以进一步包括两个铁磁轭306。铁磁轭306可以在销308上附接(例如粘合)到OPFE支架302。参照图5A-5C如下文所述，铁磁轭306可以由一铁磁材料(例如铁)制成，并且具有一个弧的(弯曲的)形状，其中一中心在俯仰旋转轴124上。通过俯仰拉力磁体408拉动铁磁轭306(见图4A，4C)，以将顶部致动子组件210附接到底部致动子组件220。OPFE支架302可进一步包括(例如模制有)位于OPFE支架302的两个相对侧的两个平行的弧形(弯曲的)凹槽310a与310b(图3B)，每个弧形凹槽的角度为α’>α，其中角度α是一期望的俯仰行程(stroke)，如光学需求所定义的。角度α′在图5B中显示。弧形凹槽310a与310b在俯仰旋转轴124上具有一曲率中心(见图3A、5A、5B)。OPFE支架302进一步包括(例如模制有)位于OPFE支架302的两个相对侧的两个止动件312(图3A)。止动件312用于将OPFE 104停止在所需位置。
图4A-C从一侧的等轴测图(图4A)，从另一侧的等轴测图(图4B)及分解图(图4B)以更多细节显示底部(偏摆)致动子组件220。底部致动子组件220包括一中间移动框架402，所述中间移动框架402可以例如由一塑料模具制成。底部致动子组件220还包括四个永久(固定)磁体：一偏摆致动磁体404，一偏摆感测磁体406及两个俯仰拉动磁体408。所有磁体都固定地附接(例如粘合)到中间移动框架402。值得注意的是，偏摆磁体404位于所述光路折叠元件的一侧，所述侧与相机100中面向镜头模块102的所述侧相对。所有磁体及其操作的细节在下面给出。
底部致动子组件220还包括例如由一非磁性金属制成的两个止动件410。止动件410固定地附接(例如粘合)到中间移动框架402。如下面更详细描述的，止动件410有助于在强烈的外部冲击或跌落的情况下防止顶部致动子组件210与底部致动子组件220分离。中间移动框架402包括(即模制有)位于中间移动框架402的两个相对侧的两个平行的弧形(弯曲的)凹槽412(图4A)，每个弧形凹槽具有一角度α”>α。角度α”在图5B中显示。弧形凹槽412在偏摆旋转轴122(图5B)上具有与弧形凹槽310相同的一曲率中心。中间移动框架402还包括(例如模制有)位于中间移动框架402(负Z轴)背面的两个平行的弧形(或“弯曲的”)凹槽414(图4B)，每个弧形凹槽具有一角度β’>β，其中角度β是一所需的偏摆行程，如光学需要所定义的。角度β'在图7中显示。弧形凹槽414在偏摆旋转轴122(图7)上具有一曲率中心。
图5A-B显示了安装在一起的顶部致动子组件210及底部致动子组件220。图5A显示等轴测图，图5B显示沿图5A中的线A-B的剖视图。附图还显示上述各种元件。图5B显示致动器120，具有三个球512a、514a及516a位于凹槽310a与412a之间的空间中，并且三个球512b、514b及516b位于凹槽310b与412b之间的空间中。图5B仅显示出球512b、514b及516b以及凹槽310b与412b，而没有看到球512a、514a及516a以及凹槽310a与412a(在图的看不见的背面)，并且理解它们沿平面Z-Y对称。附图中所示的球数量(此处为3个)仅出于示例目的，不应解释为限制性的。在其他实施例中，如致动器120的一致动器在相邻凹槽之间的空间中可以多于或少于三个球(例如2-7个球)。所述球可以由氧化铝、另一种陶瓷材料、金属、塑料或其他合适的材料制成。所述球可以具有例如在0.3-1mm的范围内的一个直径。在致动器120中，凹槽310a、301b、412a、412b以及球512a、512b、514a、514b、516a与516b形成一弯曲球引导机构560，通过所述VCM致动器致动时可操作成向一光学元件(例如，OPFE 104)施加一旋转或倾斜移动(见下文)。关于致动器中的球引导机构的更多细节可以在共同拥有的国际专利申请PCT/IB2017/052383及PCT/IB2017/054088中找到。
在一些实施例中，具有不同尺寸(例如，两个不同的球尺寸)的球可用于提供更平滑的运动。所述球可分为一大直径(LD)组与一小直径(SD)组。每组中的所述球可以具有相同的直径。例如大直径球的直径可能比小直径球大0.1-0.3mm。一小直径球可以位于两个大直径球之间，以保持所述机构的滚动能力。例如，球512b与516b可以是大直径球，而球514b可以是一小直径球(并且类似地对于球512a-516a)。如上所述，可以固定地附接到OPFE支架302的两个金属铁磁轭306面对可以附接到中间框架402的两个俯仰拉力磁体408。铁磁轭306可以通过磁力作用拉动磁体408(并且因此拉动顶部致动子组件210到底部致动子组件220)并且保持一弯曲球引导机构560分离。用于防止一移动机构的两个部分分离的所述磁力(例如，在轭306与磁体408之间作用的磁力)在本文中称为“预加载力”。一俯仰拉力磁体408及其各自的轭306可以称为“第一磁轭对”。铁磁轭306与俯仰拉力磁体408都具有圆弧形状，带有一中心在俯仰旋转轴124上。俯仰拉力磁体408的磁方向沿着俯仰旋转轴124，例如，一北极朝向OPFE 104以及一南极远离OPFE104。如图5A所示，由于呈现了几何与磁性设计，铁磁轭306与俯仰拉力磁体408之间的所述磁力(预加载力)实质上保持在一径向方向520，但有一中心在俯仰旋转轴124，并且在所有旋转位置上的可忽略的切线力。
球512a-516a及512b-516b防止顶部致动子组件210接触底部致动子组件220。因此，顶部致动子组件210被限制为与底部致动子组件220具有一恒定距离。弯曲球引导机构560进一步将顶部致动子组件210沿着俯仰旋转轴124限制。顶部致动子组件210只能沿着弯曲球引导机构560所定义的路径移动，即在围绕俯仰旋转轴124的一俯仰旋转134中移动。
图6A-C从一侧以等轴测图(图6A)，从另一侧以等轴测图(图6B)及分解图(图6C)更详细地显示静止子组件230。静止子组件230包括一基座602，所述基座602可以例如由塑料模具制成。如图6C所示，静止子组件230还包括附接到基座602的电子电路608。下面参考图8给出电子电路608的细节。静止子组件230还包括一铁磁轭606。铁磁轭606由铁磁材料(例如铁)制成，并且被偏摆致动磁体404(参见图6B与7C)拉动以将底部致动子组件220附接至静止子组件230，如下面更详细描述的。铁磁轭606与偏摆致动磁体404可以称为“第二磁轭对”。
静止致动子组件230还包括一止动件610。止动件610例如由一非磁性金属制成。止动件610附接到(例如粘合)到基座602上。止动件610有助于在强烈的外部冲击或跌落的情况下防止底部致动子组件220从基座602分离，如下文更详细地描述。在一些示例中，基座602包括(即模制有)两个平行的弧形(弯曲)凹槽612a-d(图6A)，每个弧形凹槽具有角度一β”>β，其中角度β为光学需要所定义的所需的倾斜行程。角度β”在图7中示出。与弧形凹槽414a-b相同，弧形凹槽612a-d可进一步包括在偏摆旋转轴122(图2C、6A及7)上的一曲率中心。
图7显示沿着图2A中所示的线A-B的一切面的无屏蔽件的致动器120。凹槽612a-d被显示为与偏摆旋转轴122上的凹槽414a-b共享一中心(在图6B与6C中显示出的612c及612d在图7中被隐藏)。显示出角度β'与β'。凹槽612a-b与凹槽414a相邻，而凹槽612c-d与凹槽414b相邻。四个球712(图7中显示两个)位于相邻的凹槽对612a与414a、612b与414a、612c与414b以及612d与414b之间，每个相邻的凹槽对之间有一个球。在其他实施例中，致动器120可在每个相邻的凹槽对中有超过一个球对，例如，在1-4个球的范围内。所有球的尺寸与材料的考虑与上述类似。凹槽414a-b，612a-d与球712形成致动器120的一第二弯曲球引导机构760。如图6与图7中所示，所述第二弯曲球引导机构被定位使得用于围绕所述偏摆轴旋转的所述凹槽612位于OPFE 104的后面，即，在沿着所述Z轴相对于OPFE 104的正方向(与面对所述镜头模块的所述侧相反的一侧)。
如上所述，铁磁轭606固定地附接到面对磁体404的基座602(例如在图4a与图4c中说明的)。铁磁轭606通过磁力702(预加载力)将磁体404(因此拉动底部致动子组件220)拉至静止子组件230，因此保持弯曲球引导机构760被分离。磁力702的所述方向在图7中标记为所述Z方向。球712防止底部致动子组件220接触静止子组件230。因此，底部致动子组件220限定为与静止子组件230具有一恒定距离。第二弯曲球引导机构760进一步沿着所述Y轴限定底部致动子组件220。底部致动子组件220只能沿着所述弯曲球引导机构760定义的路径移动，即围绕偏摆旋转轴122的一偏摆旋转内。
当分别限定所述俯仰及偏摆旋转轴时，本文揭露的所述弯曲球引导机构560与760提供了灵活性，因为所述曲线可以适应于所需的旋转轴。此外，弯曲球引导机构560与760能够通过沿着所述凹槽指定的所述路径滚动限制在所述凹槽(轨道)内的所述球来执行所述顶部致动子组件及底部致动子组件的移动，因此有助于减少或消除在所述球与移动部件之间移动期间可能存在的摩擦。
图8根据本揭露的主题的一些示例显示具有更多细节的电子电路608。电子电路608包括一印刷电路板(PCB)802，并且可以包括处理电路。PCB 802允许将输入与输出电流发送到线圈806与804以及霍尔棒元件808与810(在下面描述)，所述电流承载操作所需的功率与电子信号。PCB 802可以电连接到主相机(相机100或类似的相机)或主设备(例如电话、计算机，未显示)，例如通过电线(未显示)。PCB 802可以是一柔性PCB(FPCB)或一刚性柔性PCB(RFPCB)，并且可以具有本领域中已知的几个层(例如2-6)。电子电路608还包括三个线圈、一俯仰线圈804及两个偏摆线圈806。电子电路608还包括两个霍尔棒感测元件、一俯仰霍尔棒元件808及一偏摆霍尔棒元件810。线圈804与806以及霍尔棒元件808与810全部连接(例如焊接)到PCB802。在致动器120中，俯仰线圈804与俯仰霍尔棒元件808定位在俯仰磁体304下方。值得注意的是，作为所述电子电路的一部分提到的一些部件也是被认为是一致动及感测机制的一部分。
值得注意的是，偏摆旋转轴122定位成尽可能靠近所述俯仰传感器(例如，霍尔棒元件808)。根据一个示例，偏摆旋转轴122穿过俯仰传感器808，以将所述俯仰传感器的所述感测与围绕所述偏摆轴的所述旋转进行解耦。当解耦时，围绕所述偏摆轴旋转对所述俯仰传感器的所述感应的影响是减少或消除的。更具体地，根据一个示例，偏摆旋转轴122穿过俯仰传感器808的所述中心。通过定位所述偏摆旋转轴使其穿过所述俯仰传感器的所述中心，偏摆旋转对俯仰传感器的所述感测的影响可以被彻底消除。另外，在一些设计中，偏摆旋转轴122可以可选地穿过俯仰线圈804的所述中心。
图9A-B显示一俯仰致动与感测机构(PAASM)900的示例，包括俯仰磁体304、俯仰线圈804及俯仰霍尔棒元件808。PAASM 900可以包括在致动器120中。在一些实施例中，PAASM900只能用于致动(作为一个自由度的一致动机制)。图9A以等轴测图显示PAASM 900，并且图9B示出沿线A-B的俯仰磁体304的侧切面。根据一个示例，俯仰磁体304可以是沿着一平面对称的，所述平面包括俯仰旋转轴124与第一光轴108。在一个示例中，俯仰磁体304可以被制造(例如烧结)，使得它沿着其机械对称平面具有一变化的磁场方向，例如在左侧上面对所述正X方向的一北磁场，在右侧上面对所述负X方向的一北磁场。俯仰磁体304在平行于俯仰旋转轴124上可具有几毫米(例如2-6毫米)的长度RPITCH，并且实质上比俯仰线圈804长，使得它在平行于俯仰旋转轴124的大多数线上的磁场可以被认为是常数。在俯仰线圈804中驱动一电流时，在俯仰磁体304上产生一洛伦兹力(Lorentz force)；沿顺时针方向的一电流将在所述正Z方向(沿所述Z轴)产生力，而沿逆时针方向的一电流将在所述负Z方向产生力。俯仰磁铁304上的任何力都会转换为围绕俯仰旋转轴124的扭矩，因此顶部驱动子组件210将相对于底部驱动子组件220旋转。
位于俯仰线圈804内的俯仰霍尔棒元件(传感器)808可以感测径向远离俯仰旋转轴124的俯仰磁体304的所述磁场强度与方向。换句话说，对于顶部致动子组件210的任何俯仰方向，俯仰霍尔棒仅测量以所述X方向定向的所述磁场的强度。由于偏摆旋转轴122穿过俯仰霍尔棒元件808，因此降低(例如消除)了底部致动子组件220的所述偏摆旋转对以所述X方向通过俯仰磁体304施加的所述磁场的影响，并且因此，俯仰霍尔棒元件808的测量值的任何变化也减小(例如消除)。通过将霍尔棒元件808定位使得所述偏摆旋转轴122穿过其中心，底部致动子组件220的所述偏摆旋转对在所述X方向上通过俯仰磁体304施加的所述磁场的影响被减小(例如最小化)，因此减轻了俯仰霍尔棒元件808的测量值的任何变化。因此，俯仰霍尔棒元件808可测量顶部致动子组件210的各自的俯仰旋转，而不受底部致动子组件的所述偏摆旋转的影响。
图10A-B显示与PAASM 900相似，编号为1000的一个PAASM的另一示例性实施例。PAASM 1000可以包括在致动器120中以替代PAASM 900。根据一个示例，一俯仰磁体1004代替了俯仰磁体304。俯仰磁体1004是一球体的一个切割，其中心实质上位于偏摆旋转轴122与俯仰旋转轴124的交点上。根据一个示例，代替俯仰线圈804的一俯仰线圈1006具有一圆形，实质上在偏摆旋转轴122上带有一中心(在一些示例中，所述偏摆旋转轴正好穿过所述线圈的所述中心)。可以用与上面针对俯仰线圈804所述类似的考虑来制作(制造)俯仰线圈1006。由于所述俯仰磁体围绕偏摆旋转轴122的对称性，任何偏摆旋转都不会影响所述俯仰线圈的所述磁场，因此不会改变俯仰线圈1006施加在俯仰磁体1004上的力。对于各种偏摆位置具有一恒定的力可以促进并且简化俯仰位置控制(闭环控制或开环控制)。如上所述，偏摆旋转轴穿过传感器808，从而减小了底部致动子组件220的偏摆旋转对沿所述X方向通过俯仰磁体1004施加的磁场的影响。
图11A显示编号为1100的一偏摆感测机构。偏摆感测机构1100包括偏摆感测磁体406与偏摆霍尔棒元件810。偏摆霍尔棒元件810可以测量沿着偏摆旋转轴112定向的偏摆感测磁体406的所述磁场的强度与方向。换句话说，霍尔棒元件810仅测量在所述X方向定向的所述磁场强度。
图11B显示出一偏摆旋转范围β，偏摆霍尔棒元件810与偏摆旋转轴122之间的距离RYAW，以及在所述Y-Z平面中的偏摆感测磁体406的一轨迹1108。在一些示例中，偏摆旋转范围β大于10度。所述距离RYAW是例如在2-5毫米的范围内。作为一个示例，在下方图11C-F中分析β＝40°(意味着从“零”位置起平均±20°)并且RYAW＝2.75mm的情况。当底部致动子组件220进行偏摆旋转时，轨迹1108在所述Y-Z平面中。轨迹1108在所述Y-Z平面(图11B)中具有长度β×RYAW的一弧形投影，其中β以弧度计算。轨迹1108在所述X-Y平面上具有长度为2×RYAW×cos(β)的一线形投影(图11C-E)。
设计偏摆感测磁体406使得具有沿Z-Y方向的尺寸，并且使得它在俯视图中(Y-Z平面)覆盖轨迹1108。偏摆感测磁体406可以具有不同的配置。
图11C-E在沿偏摆感测机构1100的X-Y平面的截面中显示偏摆感测磁体406的磁性构造的三个不同示例。在图11C的配置，偏摆感测磁体406具有一矩形横截面，并且偏摆感测磁体406的所述磁场在中间改变方向，例如在左侧上面向所述正X方向的北磁场，以及在右侧上面向所述负X方向的北磁场。在图11D的配置中，偏摆感测磁体406具有一矩形截面，并且偏摆感测磁体406的所述磁场在所述Y方向定向。
在图11E所示的配置中，偏摆感测磁体406的特征在于，沿所述Y方向通过在中间的一较薄截面(所述Y-X平面)，以及在侧面的一较厚截面。变化的宽度导致所述传感器与位于所述磁体(所述传感器相对于所述磁体朝所述负X方向定位)附近的所述磁体之间的一变化距离，因此导致在所述YX平面上沿轨迹1108的一投影(线1114)的一变化磁场。在一些示例中，围绕所述磁场的所述变化在其中心周围是对称的，使得所述磁体的所述横截面的所述厚度从实质上在其中心的一个点向所述磁体的每个端部来增大。在图11-i至11-vi中根据此原理说明构造的磁体的各种示例。
另外，在图11E(或图11-i至图11-vi中的任何一个)的配置的一些示例中，偏摆感测磁体406的所述磁场在中间改变方向，例如，所述北磁场面向在所述左侧的所述正X方向，以及所述北磁场面向在所述右侧的所述负X方向。这导致偏摆霍尔棒元件810中的所述X方向上的零磁场面向磁体406的所述中心(沿着所述中心线)。
图11F对于在图11C-E中呈现的3种情况，显示所述磁场是沿着轨迹1108旋转的一个函数。轨迹1108在平面X-Y上的所述投影(表示所述磁体位移相对于所述传感器的一横向位移分量)通过图11C中的线1110、图11D中的线1112及图11E中的线1114显示。对于线1110，沿着±20度轨迹的最大磁场变化为±0.28特斯拉。但是，大多数磁场变化都是在±7度轨迹上获得的，并且偏摆角较高时所述磁场梯度低于偏摆角较低时的所述磁场梯度。这限制了在高偏摆角下以高精度感应变化的能力。对于投影线1112，与投影线1110相比，所述磁场梯度沿±20的所述轨迹更均匀。但是，所述磁场总变化限制在±0.08特斯拉以下。对于投影线1114，所述磁场梯度比线1110与1112都更均匀，并且所述总磁场变化为±0.25特斯拉，这可以为位置测量提供高精度。因此，相对于使用磁场的变化的所述霍尔棒与对应的磁体之间的所述距离(例如1-4毫米范围)，图11E中呈现的磁性配置在大行程的位置检测具有优势。因此，如图11E及11-i至11-vi所示，通过使具有一可变厚度的磁铁成形，磁通量的可检测变化范围增大。因此，所述磁体与传感器的相对(横向)位移的对应可检测范围也增加了。
图12A-C显示编号为1200的一偏摆磁致动机构。此致动机构用于一第二自由度。图12A从一侧显示等轴测图，图12B从另一侧显示等轴测图。偏摆磁致动机构1200包括偏摆致动磁体404、偏摆线圈806与铁磁轭606。图12C显示所述磁场方向为Y-Z平面，沿着图12A中的切面A-B。偏摆致动磁体404可以被烧结，使得其磁场指向负Z方向。每个线圈806具有靠近偏摆致动磁体404(例如，距离为100-300微米)定位的一部分(1202、1204)以及与偏摆磁体404分离更远的一部分(1206、1208)。线圈806可以串联连接，使得所述两个线圈中的所述电流相等。当1202中的电流为所述正X方向时，1204中的所述电流也为所述正X方向，并且部分1206与1208中的所述电流为所述负X方向。在偏摆线圈806中驱动一电流时，根据
Figure BDA0002709237830000251
在所述偏摆磁体404上产生一洛伦兹力。在图12C中说明所述磁场的方向。所述洛伦兹力转化为围绕偏摆旋转轴122的扭矩。
在一些示例中，一附加的磁轭1302可位于偏摆磁体404旁边。此轭可增加线圈806中所述磁场的强度并且增加偏摆磁致动机构1200所产生的所述转矩。图13显示了这种情况。
在一些示例中，所述反射元件围绕一个或两个轴的旋转移动所述相机视场的位置，其中在每个位置中，一场景的一不同部分被拍摄到具有所述数码相机分辨率的一图像中。以此方式，拍摄相邻相机FOVs的多个图像(例如，部分重叠的视场)并且缝合一起，以形成一缝合(也称为“复合”)图像，所述缝合图像具有一视场大于数码相机视场的一整个图像区域。
在一些示例中，所述数码相机可以是一种折叠远摄相机，所述折叠远摄相机配置为提供具有一远摄图像分辨率的一远摄图像，所述折叠远摄相机包括一远摄图像传感器并且它的远摄镜头组件的特征在于具有一远视场(FOVT)。
根据一些示例，所述折叠远摄相机集成在一多光圈数码相机中，所述多光圈数码相机包括至少一个附加的直立广角相机，所述直立广角相机配置为提供具有一广角图像分辨率的一广角图像，所述广角图像分辨率比所述远摄图像分辨率小，所述广角相机包括一广角图像传感器及具有一宽视场(FOVW)的一广角镜头模块；其中，FOVT小于FOVW，其中所述光路折叠元件的旋转使FOVT相对于FOVW移动，例如，如共同拥有的国际专利申请PCT/IB2016/056060及PCT/IB2016/057366中所示的。
这些PCT申请的描述包括具有一可调节远摄视场的一远摄摄像机。如PCT/IB2016/056060及PCT/IB2016/057366中所述，所述反射元件围绕一轴或两轴的旋转移动远摄FOV(FOVT)相对于广角FOV(FOVW)的所述位置，其中在每个位置中都以更高的分辨率将一场景(在FOVW内)的一不同的部分拍摄进一“远摄图像”中。根据在PCT/IB2016/056060及PCT/IB2016/057366中揭露的一些示例，拍摄相邻的不重叠(或部分重叠)的远摄视场的多个远摄图像并且缝合一起以形成一缝合的(也称为“复合”)远摄图像，所述缝合的远摄图像具有一视场大于FOVT的一整个图像区域。根据一些示例，将所述缝合的远摄图像与所述广角相机产生的所述广角图像融合。
数码相机100可以进一步包括一计算机处理电路(包括一个或多个计算机处理装置)，或者以其他方式可操作地连接到所述计算机处理电路，所述计算机处理电路配置为控制所述数码相机(例如相机CPU)的操作。所述处理电路可以包括例如一控制器，所述控制器可操作地连接到所述旋转的光路折叠元件的所述致动器，所述控制器配置为控制其操作。
所述处理电路可以响应于一命令，所述命令请求具有一特定变焦因子的一图像，并且控制所述数码相机的操作用以提供具有所述请求的变焦的多个图像。如在申请PCT/IB2016/056060与PCT/IB2016/057366中所提到的，在一些示例中，一用户界面(例如通过处理电路执行的)可以配置为允许输入指示一请求的变焦因子的用户命令。所述处理电路可以配置为处理所述命令并且向所述数码相机提供多个适当的指令用以拍摄具有所述请求的变焦的多个图像。
在某些情况下，如果所述请求的变焦因子是一广角镜头的FOVW与一远摄镜头的FOVT之间的一个值，则所述处理电路可以配置为使所述反射元件的所述致动器移动所述反射元件(通过向所述致动器的所述控制器提供指令)，使得扫描所述场景的一部分区域，所述场景的所述部分区域对应所述请求的变焦因子，并且拍摄多个部分重叠或不重叠的远摄图像，每个图像均具有一远摄分辨率并且覆盖所述部分区域的一部分。所述处理电路可以进一步配置为将多个拍摄的图像缝合一起，以形成具有远摄分辨率及一视场大于所述数码相机的所述FOVT的一缝合图像(复合图像)。然后可以选择性地将所述缝合的图像与所述广角图像融合。
图14A是与图1C的示例中的一广角相机的所述FOVW相比，通过用FOVT扫描、拍摄及缝合四个远摄图像所产生的一缝合图像1400的示例的示意图，其中相机190表示具有一FOVW的一广角FOV相机，所述广角FOV相机耦接到具有一FOVT的折叠远摄相机100。在图14A中，1402表示FOVW，1404表示FOVT在FOVW的所述中心，并且1406表示所述请求的变焦因子的尺寸。在所说明的示例中，拍摄四个部分重叠的远摄图像1408。
值得注意的是，拍摄的远摄图像1408的所述整个区域大于所述请求的变焦中的所述变焦图像1406的所述区域。提取所述拍摄的远摄图像的所述中央部分(例如，通过计算机处理电路作为产生所述缝合图像的一部分)用以产生缝合图像1400。这有助于减少图像伪影(artefacts)的影响，所述图像伪影起因于从一图像所覆盖的一图像区域过渡到一不同图像所覆盖的一图像区域。
图14B是通过将六个远摄图像拍摄并且缝合一起所产生的一缝合图像1400’的示例的示意图。图14C是通过将九个远摄图像拍摄并且缝合一起所产生的一缝合图像1400”’的示例的示意图。参照图14A描述的相同原理适用于图14B与图14C。值得注意的是，起因于所述缝合的所述输出图像可以具有一个与单个图像比例不同的宽高比。例如，如图14B所示，一单个图像可以具有3:4的比率，并且所述输出缝合图像可以具有一9:16的比率。
注意，所述图像缝合本身在本领域中是众所周知的，因此不再进一步详细说明。
现在参照图15A至图15E描述上述的所述顶部与底部致动子组件的替代设计。值得注意的是，对于本领域的任何技术人员显而易见的是，除非另有说明，否则以上参考先前附图描述的一些细节也可以应用于参考图15A-15E描述的示例。
根据此设计，一单个磁体1510用于三个目的：1)作为磁轭对中的一预加载磁体，专用于将所述底部致动子组件固定到所述静止子组件；2)作为一偏摆致动磁体，专用于产生底部致动子组件的偏摆移动；3)作为一偏摆感测磁体，用以感测偏摆移动。
图15A显示一磁体1506及一磁轭(例如，如铁类的一铁磁板)1504，其中，其中所述磁体与磁轭通过预加载力(由黑色双头箭头指示)拉在一起，因此将顶部致动子组件210固定到底部致动子组件220。在一些示例中，磁体1506与磁轭1504实质上位于所述顶部致动子组件的所述中心(相对于所述Y轴方向)。相对于所述底部致动子组件的俯仰旋转轴通过所述圆形箭头1508展示。
图15B以等轴测图显示顶部与底部致动子组件。图15B显示位于底部致动子组件的内部部分的磁体1510，传感器1512及位于底部致动子组件的背面(相对于磁体1510在所述正Z方向上)的一线圈1514。根据一个示例，一单个线圈可以用于致动。
如图15C所示，轭1516固定到所述静止子组件。磁体1510与轭1516被预加载力吸引，从而将底部致动子组件220固定到静止子组件230。线圈1514被定位成紧邻偏摆致动磁体1510(例如，距离为100-300微米)。当在线圈1514中施加电流时，根据
Figure BDA0002709237830000281
在偏摆磁体1510上产生一洛伦兹力，其中所述洛伦兹力如上所述被转换为围绕偏摆旋转轴122(未显示)的转矩。
作为所述底部致动子组件的一部分，磁体1510沿着所述偏摆方向移动。除了更紧凑之外，这种类型的偏摆致动机构还提供更好的效率，因为它不会在与所期望的偏摆移动的相反方向上产生力。
如上所述，在一些示例中，顶部致动子组件210包括一OPFE支架(或托架)302，并且底部致动子组件包括一中间移动框架402。根据一个示例，轭1504附接(例如粘合)到所述支架，并且所述第一对磁轭(1506-1504)将所述OPFE支架拉到所述中间移动框架。或者，可以切换所述磁铁与轭的位置。所述静止子组件包括一基座，并且所述轭以所述第二磁轭对(1510-1516)将所述中间移动框架拉到所述基座的一个方式附接到所述基座。同样，在示例中，线圈1514及传感器1512固定(例如粘合)到所述基座。
根据本揭露的主题的一些示例，还用作偏摆感测磁体的偏摆磁体1510具有增加的检测范围。为此，使磁体1510具有一单个磁极化方向，如图15所示的后箭头，从磁体1510的所述南极延伸到所述北极。所述磁场线的方向在图15D中用箭头a-e表示，并且更详细地显示在图15E中，图15E是磁体1510的俯视图。如箭头a-e所示，由于磁体1510的所述单个磁极化方向，所述磁场相对于所述磁体表面的所述角度沿磁体的长度连续变化。图示显出所述角度从在一端的所述正方向上实质上垂直变为在所述磁体中心呈一平行方向，然后变为在另一端的所述负方向上实质上垂直。由于在发生所述磁场的方向上的变化的每个点所述相对变化(例如磁通量)是可检测的，因此在增大的范围内可以检测所述磁体相对于传感器1512的偏摆移动。如本文所公开的，所述偏摆磁体的所述增加的检测范围能够将相同的磁体用于致动与感测，从而不需要两个单独的磁体。
注意，除非另有说明，否则本文使用的术语如“第一”与“第二”并不意味着暗指特定顺序，而仅意味着在“一个”及“另一”的意义上区分两个元件或动作。
尽管已经根据某些实施例及通常相关的方法描述本揭露，但是对本领域技术人员而言，实施例及方法的变更与置换将是显而易见的。应当理解，本揭露内容不受本文所述的具体实施方案的限制，而仅受所附权利要求书的范围的限制。
在本说明书中提及的所有参考文献均通过引用以其整体并入本文，其程度就好像每个单独的参考文献具体地及单独地指示为通过引用并入本文。另外，在本申请中对任何参考文献的引用或标识均不应解释为承认该参考文献可用作本申请的现有技术。

Claims (49)

1.一种折叠相机，包括一种用于旋转一光路折叠元件(OPFE)的致动器，其特征在于，所述致动器包括:
a)一第一子组件、一第二子组件及一静止子组件，所述第一子组件配置成围绕一偏摆旋转轴以一扩展旋转范围相对于所述静止子组件来旋转所述光路折叠元件，以及所述第二子组件配置成围绕一俯仰旋转轴以一扩展旋转范围相对于所述第一子组件来旋转所述光路折叠元件，所述俯仰旋转轴实质上垂直于所述偏摆旋转轴；
b)一第一传感器，配置为感测围绕所述偏摆旋转轴的旋转，以及一第二传感器，配置为感测围绕所述俯仰旋转轴的旋转，所述第一传感器及所述第二传感器固定到所述静止子组件，其中所述第一传感器或所述第二传感器的至少其中一个是一磁通传感器；以及
c)一音圈马达(VCM)，包括一磁体与一线圈，其中所述磁体固定地附接到所述第一子组件或所述第二子组件的其中一个，其中所述线圈固定地附接到所述静止子组件，其中在所述线圈中的一驱动电流产生一个力量，所述力量转换成围绕一各自的旋转轴的一转矩，以及其中定位所述第二传感器使得所述第二传感器的感测与所述光路折叠元件围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转进行解耦。
2.如权利要求1所述的折叠相机，其特征在于：其中所述第二传感器的位置使得所述偏摆旋转轴穿过所述第二传感器。
3.如权利要求2所述的折叠相机，其特征在于：其中所述偏摆旋转轴穿过所述第二传感器的一中心。
4.如权利要求1所述的折叠相机，其特征在于：其中所述致动器还包括一第一弯曲球引导机构，操作成启用围绕所述俯仰旋转轴的所述旋转；以及一第二弯曲球引导机构，操作成启用围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转。
5.如权利要求4所述的折叠相机，其特征在于：其中所述弯曲球引导机构位于所述光路折叠元件的一侧，所述侧与所述光路折叠元件面向一图像传感器的一侧相对。
6.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中围绕所述俯仰旋转轴及偏摆旋转轴的所述扩展旋转范围等于或大于±5度。
7.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中围绕所述俯仰旋转轴及偏摆旋转轴的所述扩展旋转范围等于或大于±10度。
8.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中围绕所述俯仰旋转轴及偏摆旋转轴的所述扩展旋转范围介于±15-40度之间。
9.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中围绕所述俯仰旋转轴的所述扩展旋转范围不同于围绕所述第二旋转轴的所述扩展旋转范围。
10.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中所述磁体与所述线圈用于围绕所述俯仰旋转轴的旋转，以及其中所述磁体设计成具有面对所述线圈的一平坦表面。
11.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：还包括一镜头模块，所述镜头模块沿着一镜头光轴容纳多个镜头元件，其中所述光路折叠元件从沿着一第一光路的一观看部分的方向朝向沿着所述镜头光轴的一第二光路将入射到所述折叠相机的光重定向，并且其中所述致动器还包括位于所述光路折叠元件的一侧的一俯仰磁体，所述侧与面对所述观看部分的一侧相对。
12.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：还包括一镜头模块，所述镜头模块沿着一镜头光轴容纳多个镜头元件，其中所述光路折叠元件从沿着一第一光路的一观看部分的方向朝向沿着所述镜头光轴的一第二光路将入射到所述折叠相机的光重定向，并且其中所述致动器还包括位于所述光路折叠元件的一侧的一偏摆磁体，所述侧与面对所述观看部分的一侧相对。
13.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中所述磁通传感器是一霍尔传感器。
14.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中所述致动器包括一第二磁体，所述第二磁体被塑造或成形使得所述磁体的一中心部分相对于所述第二磁体的一端部进一步远离所述第一传感器的运动的一投影线。
15.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中所述致动器包括一第二磁体，所述第二磁体被塑造使得所述第二磁体的一横截面的宽度从实质上在它的中心的一个点朝向所述第二磁体的每个端部来增大，从而当所述第二磁体与所述传感器之间发生相对运动时，导致所述第一传感器与所述第二磁体之间的一可变距离。
16.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中所述致动器还包括一第一磁轭对，所述第一磁轭对在相对于所述俯仰旋转轴的一径向方向上将所述第一子组件拉至所述第二子组件，以及一第二磁轭对，所述第二磁轭对在相对于所述偏摆旋转轴的一径向方向上将所述第一子组件拉至所述静止子组件。
17.如权利要求16所述的折叠相机，其特征在于：其中所述第一子组件包括一中间移动框架，其中所述第二子组件包括一光路折叠元件支架，其中所述静止子组件包括一基座，其中所述第一磁轭对将所述光路折叠元件支架拉向所述中间移动框架，以及其中所述第二对磁轭将所述中间移动框架拉向所述基座。
18.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中所述第一子组件包括一中间移动框架，其中所述第二子组件包括一光路折叠元件支架，其中所述静止子组件包括一基座，其中围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转是通过相对于所述基座来旋转所述中间移动框架所产生的，以及围绕所述俯仰旋转轴的所述旋转是通过相对于所述中间移动框架来旋转所述光路折叠元件支架所产生的。
19.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中所述磁体的特征在于一切割球形，其中所述线圈的特征在于一圆形，以及其中所述线圈围绕所述切割球形以所述圆形对称地定位。
20.如前述权利要求1-5的任一项所述的折叠相机，其特征在于：其中所述磁体是一单个磁体，用于产生针对围绕所述偏摆旋转轴的旋转的一致动力、在一磁轭对中产生一预加载力用以将所述第一子组件与所述静止子组件保持在一起，以及感测围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转。
21.如权利要求20所述的折叠相机，其特征在于：其中所述磁通量传感器是一单个磁通量传感器，用于感测围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转。
22.如权利要求20所述的折叠相机，其特征在于：其中所述单个磁体是一极化磁体，特征在于所述磁体的一磁场的方向沿着所述磁体的一长度连续变化。
23.一种致动器，用于旋转一光路折叠元件(OPFE)，其特征在于所述致动器包括:
a)一第一子组件、一第二子组件及一静止子组件，所述第一子组件配置成围绕一偏摆旋转轴以一扩展旋转范围相对于所述静止子组件来旋转所述光路折叠元件，以及所述第二子组件配置成围绕一俯仰旋转轴以一扩展旋转范围相对于所述第一子组件来旋转所述光路折叠元件，所述俯仰旋转轴实质上垂直于所述偏摆旋转轴；
b)一第一传感器，配置为感测围绕所述偏摆旋转轴的旋转，以及一第二传感器，配置为感测围绕所述俯仰旋转轴的旋转，所述第一传感器及所述第二传感器固定到所述静止子组件，其中所述第一传感器或所述第二传感器的至少其中一个是一磁通传感器；以及
c)一音圈马达(VCM)，包括一磁体与一线圈，其中所述磁体固定地附接到所述第一子组件或所述第二子组件的其中一个，其中所述线圈固定地附接到所述静止子组件，其中在所述线圈中的一驱动电流产生一个力量，所述力量转换成围绕一各自的旋转轴的一转矩，以及其中定位所述第二传感器使得所述第二传感器的感测与所述光路折叠元件围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转进行解耦。
24.如权利要求23所述的致动器，其特征在于：其中所述第二传感器的位置使得所述偏摆旋转轴穿过所述第二传感器。
25.如权利要求24所述的致动器，其特征在于：其中所述偏摆旋转轴穿过所述第二传感器的一中心。
26.如权利要求23所述的致动器，其特征在于：还包括一第一弯曲球引导机构，操作成启用围绕所述俯仰旋转轴的所述旋转；以及一第二弯曲球引导机构，操作成启用围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转。
27.如权利要求26所述的致动器，其特征在于：其中所述弯曲球引导机构位于所述光路折叠元件的一侧，所述侧与所述光路折叠元件面向一图像传感器的一侧相对。
28.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：其中围绕所述俯仰旋转轴及偏摆旋转轴的所述扩展旋转范围等于或大于±5度。
29.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：其中围绕所述俯仰旋转轴及偏摆旋转轴的所述扩展旋转范围等于或大于±10度。
30.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：其中围绕所述俯仰旋转轴及偏摆旋转轴的所述扩展旋转范围介于±15-40度之间。
31.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：其中围绕所述俯仰旋转轴的所述扩展旋转范围不同于围绕所述第二旋转轴的所述扩展旋转范围。
32.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：其中所述磁体与所述线圈用于围绕所述俯仰旋转轴的旋转，以及其中所述磁体设计成具有面对所述线圈的一平坦表面。
33.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：设计成安装在包括一镜头模块的一折叠相机中，所述镜头模块沿着一镜头光轴容纳多个镜头元件，其中所述光路折叠元件从沿着一第一光路的一观看部分的方向朝向沿着所述镜头光轴的一第二光路将入射到所述折叠相机的光重定向，并且其中所述致动器还包括位于所述光路折叠元件的一侧的一俯仰磁体，所述侧与面对所述观看部分的一侧相对。
34.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：设计成安装在包括一镜头模块的一折叠相机中，所述镜头模块沿着一镜头光轴容纳多个镜头元件，其中所述光路折叠元件从沿着一第一光路的一观看部分的方向朝向沿着所述镜头光轴的一第二光路将入射到所述折叠相机的光重定向，并且其中所述致动器还包括位于所述光路折叠元件的一侧的一偏摆磁体，所述侧与面对所述观看部分的一侧相对。
35.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：其中所述磁通传感器是一霍尔传感器。
36.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：还包括一第二磁体，所述第二磁体被塑造或成形使得所述磁体的一中心部分相对于所述第二块磁体的一端部进一步远离所述第一传感器的运动的一投影线。
37.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：还包括一第二磁体，所述第二磁体被塑造使得所述第二磁体的一横截面的宽度从实质上在它的中心的一个点朝向所述第二磁体的每个端部来增大，从而当所述第二磁体与所述传感器之间发生相对运动时，导致所述第一传感器与所述第二磁体之间的一可变距离。
38.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：还包括一第一磁轭对，所述第一磁轭对在相对于所述俯仰旋转轴的一径向方向上将所述第一子组件拉至所述第二子组件，以及一第二磁轭对，所述第二磁轭对在相对于所述偏摆旋转轴的一径向方向上将所述第一子组件拉至所述静止子组件。
39.如权利要求38所述的致动器，其特征在于：其中所述第一子组件包括一中间移动框架，其中所述第二子组件包括一光路折叠元件支架，其中所述静止子组件包括一基座，其中所述第一磁轭对将所述光路折叠元件支架拉向所述中间移动框架，以及其中所述第二对磁轭将所述中间移动框架拉向所述基座。
40.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：其中所述第一子组件包括一中间移动框架，其中所述第二子组件包括一光路折叠元件支架，其中所述静止子组件包括一基座，其中围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转是通过相对于所述基座来旋转所述中间移动框架所产生的，以及围绕所述俯仰旋转轴的所述旋转是通过相对于所述中间移动框架来旋转所述光路折叠元件支架所产生的。
41.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：其中所述磁体的特征在于一切割球形，其中所述线圈的特征在于一圆形，以及其中所述线圈围绕所述切割球形以所述圆形对称地定位。
42.如前述权利要求23-27的任一项所述的致动器，其特征在于：其中所述磁体是一单个磁体，用于产生针对围绕所述偏摆旋转轴的旋转的一致动力、在一磁轭对中产生一预加载力用以将所述第一子组件与所述静止子组件保持在一起，以及感测围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转。
43.如权利要求42所述的致动器，其特征在于：其中所述磁通量传感器是一单个磁通量传感器，用于感测围绕所述偏摆旋转轴的所述旋转。
44.如权利要求42所述的致动器，其特征在于：其中所述单个磁体是一极化磁体，特征在于所述磁体的一磁场的方向沿着所述磁体的一长度连续变化。
45.一种用于感测围绕一旋转轴的旋转移动的感测机构，其特征在于所述感测机构包括：
a)一磁体；以及
b)一磁传感器，配置为检测所述磁体的一磁通量并且基于所述检测到的磁通量的变化来确定所述磁体与所述磁传感器之间的一相对位移，其中，塑造所述磁体使得所述磁体的一横截面具有一宽度，所述宽度从实质上在所述磁体的一中心的一个点朝向所述磁体的每个端部来增大，从而增加了在所述磁通量中的一可检测变化的范围以及增加了所述磁体与所述磁传感器之间的所述相对位移的一相应的可检测范围。
46.如权利要求45所述的感测机构，其特征在于：其中所述磁体与所述磁传感器之间的所述相对位移的所述可检测范围大于0.8mm。
47.如权利要求45所述的感测机构，其特征在于：其中所述磁体与所述磁传感器之间的相对位移的所述可检测范围大于1.0mm。
48.如权利要求45所述的感测机构，其特征在于：其中所述磁体与所述磁传感器之间的相对位移的所述可检测范围大于2.0mm。
49.如前述权利要求45-48的任一项所述的感测机构，其特征在于：其中所述磁传感器是一霍尔棒传感器。
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