專利名稱：一種自動(dòng)調(diào)焦裝置的制作方法
所屬技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，特別是涉及一種利用電磁力作驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)調(diào)焦裝置。
背景技術(shù)：
自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)被廣泛地使用在照相機(jī)、攝像機(jī)、手機(jī)、攝像頭等具有成像功能的設(shè)備上，隨著人們對(duì)這些設(shè)備便攜要求越來(lái)越高，自動(dòng)調(diào)焦的裝置也在向體積小、重量輕的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)焦裝置利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)透鏡組前后移動(dòng)，從而改變透鏡組和感光設(shè)備(例如CCD或CMOS)之間的距離，達(dá)到自動(dòng)調(diào)焦的目的，但由于馬達(dá)體積的限制，使得整個(gè)裝置的體積很難進(jìn)一步縮小。
現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)了多種無(wú)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的自動(dòng)調(diào)焦的解決方案，如中國(guó)專利01136236、02146893和200410035322，均是利用電磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁作用力來(lái)移動(dòng)透鏡組。比較典型的例子如附圖1所示的中國(guó)專利01136236，該專利文獻(xiàn)所揭示的裝置包括傳感器11、基板12、傳感器外殼13、傳感濾光器14、彈性部件16、鏡片17、鏡片翼18、繞線線圈19、磁鐵20。在上述彈性部件16外部的末端連接電線，并接通電流。電流通過(guò)上述彈性部件16流入纏繞于鏡片翼18外部的卷軸式線圈19中。由線圈產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，與連接于上述線圈19周?chē)拇盆F20或永久磁鐵所固有的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁力，將上述鏡片翼18沿上下方向移動(dòng)。因此，調(diào)整了上述鏡片翼18中連接的鏡片17與圖像傳感器11之間的距離。
此現(xiàn)有技術(shù)利用電磁力移動(dòng)透鏡組進(jìn)行調(diào)焦的方式去掉了驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，能夠在一定程度上縮小裝置的體積，但是需要采用固定機(jī)構(gòu)來(lái)將磁鐵或者線圈以某種形式與透鏡組結(jié)合在一起以帶動(dòng)透鏡組運(yùn)動(dòng)。為了保持光路的暢通，固定機(jī)構(gòu)只能安裝于透鏡組的側(cè)面，這樣就增加了固定機(jī)構(gòu)裝配的難度，同時(shí)也妨礙了整個(gè)調(diào)焦裝置體積的進(jìn)一步縮小。

發(fā)明內(nèi)容為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種利用電磁力驅(qū)動(dòng)圖像傳感器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦的裝置，其目的在于使得整個(gè)調(diào)焦裝置簡(jiǎn)單、緊湊，同時(shí)在自動(dòng)調(diào)焦過(guò)程中噪音小，機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，調(diào)焦速度快。
本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，包括沿光軸設(shè)置的透鏡組和圖像傳感器，還包括用于產(chǎn)生電磁作用力以驅(qū)動(dòng)所述圖像傳感器沿光軸運(yùn)動(dòng)的電磁驅(qū)動(dòng)裝置，以及用于限定所述圖像傳感器沿光軸運(yùn)動(dòng)的限位裝置。
上述電磁驅(qū)動(dòng)裝置可包括與透鏡組位置相對(duì)固定的磁鐵和與圖像傳感器固接的驅(qū)動(dòng)線圈。
本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)焦裝置還包括承載所述圖像傳感器的電路基板。
上述限位裝置為一端與電路基板相連，另一端與透鏡組位置相對(duì)固定的彈性體。
上述彈性體包括聚脂薄膜、尼龍薄膜、橡膠薄膜或聚胺薄膜。
上述彈性體還可包括彈性電路板，彈性電路板與電路基板相連的一端與圖像傳感器電連接，用于引出來(lái)源于圖像傳感器的電信號(hào)。
上述彈性電路板與電路基板相連的一端還可與驅(qū)動(dòng)線圈電連接，用于為驅(qū)動(dòng)線圈提供驅(qū)動(dòng)電流。
上述圖像傳感器與電路基板結(jié)合體的重心、線圈的圓心位于光軸上。
上述驅(qū)動(dòng)線圈可固接于電路基板的與圖像傳感器相對(duì)的面上，上述磁鐵為圓柱形，驅(qū)動(dòng)線圈可移動(dòng)地套設(shè)在磁鐵上。
上述彈性電路板可彎折成V型、W型或多褶型。
本發(fā)明通過(guò)電磁力驅(qū)動(dòng)圖像傳感器沿光軸運(yùn)動(dòng)，調(diào)整透鏡組與圖像傳感器間的距離，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦。與現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動(dòng)透鏡組的調(diào)焦方式相比較，由于光路只通過(guò)圖像傳感器的一面，本發(fā)明更利于電磁驅(qū)動(dòng)裝置的安裝，利用彈性電路板的力學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在對(duì)圖像傳感器進(jìn)行限位的同時(shí)傳遞電信號(hào)，使得整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明自動(dòng)調(diào)焦裝置實(shí)施例一的原理框圖。
圖3是本發(fā)明自動(dòng)調(diào)焦裝置實(shí)施例一結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)分解圖。
圖5a-5b是本發(fā)明實(shí)施例一采用不同數(shù)量的彈性電路板示意圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例一彈性電路板各種可能的形狀。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例二結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例二自動(dòng)調(diào)焦算法的原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面參照附圖對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
如圖3及圖4所示，該裝置由以下部分構(gòu)成透鏡組1、透鏡組支架2、圖像傳感器3、電路基板4、彈性電路板5、外接電路板6、驅(qū)動(dòng)線圈7、永磁鐵8和底座9。
透鏡組1固定在透鏡組支架2內(nèi)，透鏡組支架2、外接電路板6和底座9位置相對(duì)固定，并構(gòu)成一封閉空腔，光線僅能從透鏡組支架2前端的開(kāi)孔進(jìn)入腔內(nèi)，透鏡組1和圖像傳感器3沿光軸11依次排列，并對(duì)準(zhǔn)開(kāi)孔的中心，圖像傳感器3焊接在電路基板4上，其中心與光軸重合，電路基板4的與固定有圖像傳感器3一面相對(duì)的面上固定有驅(qū)動(dòng)線圈7，驅(qū)動(dòng)線圈7同時(shí)可移動(dòng)地套設(shè)于固定在底座9內(nèi)部的圓柱型永磁鐵8上。彈性電路板5的兩端分別焊接在電路基板4和外接電路板6上，其與電路基板4相連的一端分別與圖像傳感器3和驅(qū)動(dòng)線圈7電連接，用于引出來(lái)源于圖像傳感器3的電信號(hào)和為驅(qū)動(dòng)線圈提供驅(qū)動(dòng)電流。
這里彈性電路板5不僅可以起到電性連接的作用，還起到限位裝置的作用。為避免調(diào)焦時(shí)圖像傳感器3的中心偏離光軸11，應(yīng)保證由彈性電路板5變形而產(chǎn)生的合力沿光軸方向，可采用對(duì)稱的方式設(shè)置兩條或者四條彈性電路板，分別如圖5a、5b所示。同時(shí)為保持平衡，所述圖像傳感器3與電路基板4結(jié)合體的重心以及驅(qū)動(dòng)線圈7的圓心也應(yīng)位于光軸上。
本發(fā)明采用的彈性電路板(英文名flexible PCB、flexible printedcircuit或flex-circuits)是近年出現(xiàn)的一種新型的印刷電路板，能進(jìn)行可靠的高密度的電性和物理連接、并可反復(fù)多次產(chǎn)生較大的彈性形變。例如美國(guó)Mod-tronic儀器有限公司生產(chǎn)的Mil-P-50884-Type1型彈性電路板，采用聚酰亞胺(polyimide)表層中夾薄銅片的方式制成，總厚度在0.14mm左右。彈性電路板彎曲變形的幅度越大，所產(chǎn)生的作用力也就越大，其關(guān)系取決于組成材料的彈性系數(shù)。為了增加彈性電路板受力時(shí)變形的幅度，可將彈性電路板彎折成V型、W型或類似的多褶型，如圖6所示。彎折后的彈性電路板在受力時(shí)，彎折處的夾角也會(huì)發(fā)生變化，彈性電路板隨之被拉直或者壓彎，從而提供較大的變形幅度。
實(shí)施例一的工作原理如下透鏡組1、永磁鐵8、外接電路板6的位置相對(duì)固定，通過(guò)永磁鐵8與驅(qū)動(dòng)線圈7之間的電磁作用力驅(qū)動(dòng)圖像傳感器3沿光軸運(yùn)動(dòng)聚焦。如圖2所示，圖像光信號(hào)通過(guò)透鏡組1匯聚在圖像傳感器3上，光學(xué)圖像信號(hào)通過(guò)圖像傳感器3轉(zhuǎn)換為具有行場(chǎng)同步的數(shù)字圖像信號(hào)，該數(shù)字圖像信號(hào)通過(guò)彈性電路板5傳輸?shù)酵饨与娐钒?再通過(guò)其他接口電路將此數(shù)字圖像信號(hào)傳輸?shù)街醒胩幚砥?數(shù)字相機(jī)的DSP或PC的CPU)上。中央處理器能將這些同步的數(shù)字圖像信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)或數(shù)字相機(jī)的顯示屏直接顯示的同時(shí)又能根據(jù)圖像的虛實(shí)程度判斷該數(shù)字成像系統(tǒng)是否聚焦。如未聚焦，中央處理器則產(chǎn)生控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)直流驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一定大小正或負(fù)的直流電壓作用在驅(qū)動(dòng)線圈7上，根據(jù)電磁學(xué)的右手螺旋法則該線圈能根據(jù)不同的電流方向產(chǎn)生S或N的電磁場(chǎng)。這個(gè)電磁場(chǎng)與柱型永久磁鐵8的磁場(chǎng)相互作用便會(huì)產(chǎn)生不同方向、不同大小的力推動(dòng)驅(qū)動(dòng)線圈7以至推動(dòng)圖像傳感器3沿光軸移動(dòng)以調(diào)節(jié)與透鏡組1之間的距離。
作為限位裝置的彈性電路板5所產(chǎn)生的彈力在力學(xué)角度起著平衡力的作用，當(dāng)電磁力加大時(shí)，彈性電路板5彎曲的形變就會(huì)增大，從而產(chǎn)生更大的彈力，彈力與電磁力會(huì)在新的位置得到平衡，這樣就能保證圖像傳感器3可以固定在某一位置，同時(shí)對(duì)稱設(shè)置的彈性電路板避免調(diào)焦時(shí)圖像傳感器3的中心偏離光軸。由于通過(guò)線圈的電流是連續(xù)可調(diào)的，這就可以滿足對(duì)焦距離調(diào)節(jié)的精度要求。
實(shí)施例二為本發(fā)明自動(dòng)調(diào)焦裝置的又一實(shí)施例，如圖7所示。本實(shí)施例中，限位裝置為一端固定在電路基板4上，另一端固定在外接電路板6上的彈性薄膜5’，其材料可以為聚酯、尼龍、橡膠、聚酰亞胺。為避免調(diào)焦時(shí)圖像傳感器3的中心偏離光軸11，同樣應(yīng)保證由彈性薄膜5’變形而產(chǎn)生的拉力的合力沿光軸方向，可采用對(duì)稱的方式設(shè)置兩條或者四條彈性薄膜5’，類似于實(shí)施例一中彈性電路板的安裝方式。在裝配時(shí)，彈性薄膜5’被拉緊，以產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，使圖像傳感器3的中心位于光軸11上。與實(shí)施例一不同的是，在受到電磁作用力時(shí)，本實(shí)施例中的彈性薄膜主要產(chǎn)生拉伸變形而不是彎曲變形。由于彈性薄膜5’不具有電性連接的特性，本實(shí)施例中增加了一柔性軟排線10，用于引出來(lái)源于圖像傳感器3的電信號(hào)。電路基板4的與固定有圖像傳感器3一面相對(duì)的面上固定有截面為圓環(huán)的柱狀永磁鐵8，線圈7固定在底座9上，永磁鐵8可移動(dòng)地套接在線圈7上。
實(shí)施例二的工作原理如下透鏡組1、驅(qū)動(dòng)線圈7、外接電路板6的位置相對(duì)固定，通過(guò)永磁鐵8與驅(qū)動(dòng)線圈7之間的電磁作用力驅(qū)動(dòng)圖像傳感器3沿光軸周期性振動(dòng)，其振幅應(yīng)覆蓋可能清晰成像的區(qū)域(透鏡組為單個(gè)透鏡的情況下在1倍至2倍焦距之間)，振動(dòng)周期應(yīng)遠(yuǎn)大于圖像傳感器3的曝光時(shí)間，以保證曝光的穩(wěn)定性而不至于使圖像模糊，一般大于曝光時(shí)間的100倍。圖像光信號(hào)通過(guò)透鏡組1匯聚在正在振動(dòng)著的圖像傳感器3上，圖像傳感器3將光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有行場(chǎng)同步的數(shù)字圖像信號(hào)，該數(shù)字圖像信號(hào)通過(guò)柔性軟排線10傳輸?shù)酵饨与娐钒?再通過(guò)其他接口電路將此數(shù)字圖像信號(hào)傳輸?shù)街醒胩幚砥?數(shù)字相機(jī)的DSP或PC的CPU)上。
本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)電流具有固定的變化周期，圖像傳感器3沿光軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在每個(gè)周期內(nèi)是完全相同的。中央處理器將接收到的數(shù)字圖像信號(hào)按周期采樣并處理，進(jìn)而找出最佳的聚焦時(shí)間點(diǎn)?，F(xiàn)以圖8反映的工作過(guò)程為例對(duì)本實(shí)施例采用的自動(dòng)調(diào)焦算法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，橫坐標(biāo)表示時(shí)間t，縱坐標(biāo)表示圖像傳感器3的位移s。在第一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，分別取t＝0時(shí)刻及其他3個(gè)時(shí)刻t11、t12、t13的數(shù)字圖像信號(hào)，然后根據(jù)圖像的虛實(shí)程度判斷在上述時(shí)刻是否聚焦，如未聚焦，則判斷聚焦點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)在0～t11、t11～t12、t12～t13、t13～T(T時(shí)刻圖像與0時(shí)刻相同)中的哪一時(shí)間段內(nèi)。在接下來(lái)的一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，在前一周期判定的聚焦點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)時(shí)間段(這里假設(shè)為t11～t12)內(nèi)再次選取3個(gè)時(shí)刻t21、t22、t23的數(shù)字圖像信號(hào)。再根據(jù)圖像的虛實(shí)程度判斷在t21、t22或t23時(shí)刻是否聚焦，如未聚焦，則判斷聚焦點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)在t11～t21、t21～t22、t22～t23、t23～t12中的哪一時(shí)間段內(nèi)。按照此過(guò)程一直進(jìn)行下去，直到選出合適的聚焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻tv。之后，可以在下一周期的tv時(shí)刻進(jìn)行拍攝，以獲得清晰的圖像。
本實(shí)施例所采用的調(diào)焦算法的關(guān)鍵在于在同一周期內(nèi)每一時(shí)刻與圖像傳感器3的位移存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，且在不同周期當(dāng)中這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系并不改變，因此只需找準(zhǔn)聚焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻tv，就等于完成了調(diào)焦的過(guò)程。這里不需要根據(jù)圖像虛實(shí)程度判斷的結(jié)果去調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)線圈的電流以改變透鏡組1與圖像傳感器3的距離，但根據(jù)圖像虛實(shí)程度判斷是否聚焦并在未聚焦時(shí)判斷聚焦點(diǎn)的偏移方向都可采用現(xiàn)有的調(diào)焦算法。與改變驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)焦方式相比，本例驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單，但需要圖像傳感器3在運(yùn)動(dòng)中曝光，為確保成像的清晰，振動(dòng)周期受到曝光時(shí)間長(zhǎng)短的制約，從而影響調(diào)焦的時(shí)間。因此，本實(shí)施例比較適用于曝光時(shí)間短的領(lǐng)域，例如CCD圖像傳感器、高速攝影，或者對(duì)調(diào)焦時(shí)間要求不高的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)然，也可采用其他算法來(lái)完成調(diào)焦，例如在每次振動(dòng)的振幅最大位置附近傳感器開(kāi)始曝光，并通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流的大小來(lái)改變振動(dòng)的振幅，這種方法類似于實(shí)施例一的調(diào)焦方式，不同的是實(shí)施例一在靜止?fàn)顟B(tài)下曝光，而本例中曝光時(shí)刻傳感器仍然在運(yùn)動(dòng)(雖然振幅位置的運(yùn)動(dòng)速度是最慢的)。
作為限位裝置的彈性薄膜5’所產(chǎn)生的彈力在力學(xué)角度起著周期性振動(dòng)回復(fù)力的作用，當(dāng)圖像傳感器3的位移加大時(shí)，彈性薄膜5’拉伸形變就會(huì)增大，從而產(chǎn)生更大的彈力，彈力與電磁力合力的變化過(guò)程決定了圖像傳感器3沿光軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)對(duì)稱設(shè)置的彈性薄膜5’可避免調(diào)焦時(shí)圖像傳感器3的中心偏離光軸。
不論是實(shí)施例一還是實(shí)施例二，圖像傳感器3和與之相連的部件所受的重力都遠(yuǎn)小于驅(qū)動(dòng)電磁力和彈性電路板5或彈性薄膜5’變形產(chǎn)生的彈力，故本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)焦裝置不會(huì)在受到的重力方向與光軸不平行時(shí)導(dǎo)致對(duì)焦偏差或者圖像傳感器3的中心偏離光軸。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，包括沿光軸設(shè)置的透鏡組和圖像傳感器，其特征在于還包括用于產(chǎn)生電磁作用力以驅(qū)動(dòng)所述圖像傳感器沿光軸運(yùn)動(dòng)的電磁驅(qū)動(dòng)裝置，以及用于限定所述圖像傳感器沿光軸運(yùn)動(dòng)的限位裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置包括與透鏡組位置相對(duì)固定的磁鐵和與圖像傳感器固接的驅(qū)動(dòng)線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所記載的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，包括承載所述圖像傳感器的電路基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所記載的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述限位裝置為一端與電路基板相連、另一端與透鏡組位置相對(duì)固定的彈性體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所記載的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述彈性體包括聚酯薄膜、尼龍薄膜、橡膠薄膜或聚酰亞胺薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所記載的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述彈性體包括彈性電路板，彈性電路板與電路基板相連的一端與圖像傳感器電連接，用于引出來(lái)源于圖像傳感器的電信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所記載的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述彈性電路板與電路基板相連的一端與驅(qū)動(dòng)線圈電連接，用于為驅(qū)動(dòng)線圈提供驅(qū)動(dòng)電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所記載的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述圖像傳感器的中心、圖像傳感器與電路基板結(jié)合體的重心、驅(qū)動(dòng)線圈的圓心位于光軸上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所記載的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)線圈固接于電路基板的與圖像傳感器相對(duì)的面上，所述磁鐵為圓柱形，所述驅(qū)動(dòng)線圈可移動(dòng)地套設(shè)在磁鐵上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所記載的一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述彈性電路板彎折成V型、W型或多褶型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)調(diào)焦裝置，包括沿光軸設(shè)置的透鏡組和圖像傳感器，以及用于產(chǎn)生電磁作用力以驅(qū)動(dòng)圖像傳感器沿光軸運(yùn)動(dòng)的電磁驅(qū)動(dòng)裝置和用于限定圖像傳感器沿光軸運(yùn)動(dòng)的限位裝置。本發(fā)明通過(guò)電磁力驅(qū)動(dòng)圖像傳感器沿光軸運(yùn)動(dòng)，調(diào)整透鏡組與圖像傳感器間的距離，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦。與現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動(dòng)透鏡組的調(diào)焦方式相比較，本發(fā)明更利于電磁驅(qū)動(dòng)裝置的安裝，使得整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。
文檔編號(hào)G03B13/36GK1862358SQ20051007254
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者周朝暉 申請(qǐng)人:北京華旗數(shù)碼技術(shù)實(shí)驗(yàn)室有限責(zé)任公司