專利名稱：一種自動調(diào)焦裝置的制作方法
所屬技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種自動調(diào)焦裝置，特別是涉及一種利用電磁力作驅(qū)動的自動調(diào)焦裝置。
背景技術(shù)：
自動調(diào)焦技術(shù)被廣泛地使用在照相機、攝像機、手機、攝像頭等具有成像功能的設(shè)備上，隨著人們對這些設(shè)備便攜要求越來越高，自動調(diào)焦的裝置也在向體積小、重量輕的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的自動調(diào)焦裝置利用馬達(dá)驅(qū)動透鏡組前后移動，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)到自動調(diào)焦的目的，但由于馬達(dá)體積的限制，使得整個裝置的體積很難進(jìn)一步縮小。
現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)了多種無驅(qū)動馬達(dá)的自動調(diào)焦的解決方案，如中國專利01136236、02146893和200410035322，均是利用電磁場產(chǎn)生的電磁作用力來移動透鏡組。比較典型的例子如附圖1所示的中國專利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，與連接于上述線圈19周圍的磁鐵20或永久磁鐵所固有的磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力，將上述鏡片翼18沿上下方向移動。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)利用電磁力移動透鏡組進(jìn)行調(diào)焦的方式去掉了驅(qū)動馬達(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構(gòu)來將磁鐵或者線圈以某種形式與透鏡組結(jié)合在一起以帶動透鏡組運動。為了保持光路的暢通，固定機構(gòu)只能安裝于透鏡組的側(cè)面，這樣就增加了固定機構(gòu)裝配的難度，同時也妨礙了整個調(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)問題，本發(fā)明提出了一種利用電磁力驅(qū)動圖像傳感器的方法來實現(xiàn)自動調(diào)焦的裝置，其目的在于使得整個調(diào)焦裝置簡單、緊湊，同時在自動調(diào)焦過程中噪音小，機械運動簡單，調(diào)焦速度快。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種自動調(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)動所述圖像傳感器沿光軸運動的電磁驅(qū)動裝置，以及用于限定所述圖像傳感器沿光軸運動的限位裝置。
上述電磁驅(qū)動裝置可包括與透鏡組位置相對固定的磁鐵和與圖像傳感器固接的驅(qū)動線圈。
本發(fā)明的自動調(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，用于引出來源于圖像傳感器的電信號。
上述彈性電路板與電路基板相連的一端還可與驅(qū)動線圈電連接，用于為驅(qū)動線圈提供驅(qū)動電流。
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)動線圈可固接于電路基板的與圖像傳感器相對的面上，上述磁鐵為圓柱形，驅(qū)動線圈可移動地套設(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)明通過電磁力驅(qū)動圖像傳感器沿光軸運動，調(diào)整透鏡組與圖像傳感器間的距離，從而實現(xiàn)自動調(diào)焦。與現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動透鏡組的調(diào)焦方式相比較，由于光路只通過圖像傳感器的一面，本發(fā)明更利于電磁驅(qū)動裝置的安裝，利用彈性電路板的力學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在對圖像傳感器進(jìn)行限位的同時傳遞電信號，使得整個裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種自動調(diào)焦裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明自動調(diào)焦裝置實施例一的原理框圖。
圖3是本發(fā)明自動調(diào)焦裝置實施例一結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖4是本發(fā)明實施例一結(jié)構(gòu)分解圖。
圖5a-5b是本發(fā)明實施例一采用不同數(shù)量的彈性電路板示意圖。
圖6是本發(fā)明實施例一彈性電路板各種可能的形狀。
圖7是本發(fā)明實施例二結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖8是本發(fā)明實施例二自動調(diào)焦算法的原理圖。
具體實施方式
實施例一為本發(fā)明的最佳實施例，下面參照附圖對其進(jìn)行詳細(xì)說明。
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，并對準(zhǔn)開孔的中心，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3一面相對的面上固定有驅(qū)動線圈7，驅(qū)動線圈7同時可移動地套設(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)動線圈7電連接，用于引出來源于圖像傳感器3的電信號和為驅(qū)動線圈提供驅(qū)動電流。
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，彎折處的夾角也會發(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的位置相對固定，通過永磁鐵8與驅(qū)動線圈7之間的電磁作用力驅(qū)動圖像傳感器3沿光軸運動聚焦。如圖2所示，圖像光信號通過透鏡組1匯聚在圖像傳感器3上，光學(xué)圖像信號通過圖像傳感器3轉(zhuǎn)換為具有行場同步的數(shù)字圖像信號，該數(shù)字圖像信號通過彈性電路板5傳輸?shù)酵饨与娐钒?再通過其他接口電路將此數(shù)字圖像信號傳輸?shù)街醒胩幚砥?數(shù)字相機的DSP或PC的CPU)上。中央處理器能將這些同步的數(shù)字圖像信號通過計算機或數(shù)字相機的顯示屏直接顯示的同時又能根據(jù)圖像的虛實程度判斷該數(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)動信號經(jīng)直流驅(qū)動電路產(chǎn)生一定大小正或負(fù)的直流電壓作用在驅(qū)動線圈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。這個電磁場與柱型永久磁鐵8的磁場相互作用便會產(chǎn)生不同方向、不同大小的力推動驅(qū)動線圈7以至推動圖像傳感器3沿光軸移動以調(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，彈性電路板5彎曲的形變就會增大，從而產(chǎn)生更大的彈力，彈力與電磁力會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，同時對稱設(shè)置的彈性電路板避免調(diào)焦時圖像傳感器3的中心偏離光軸。由于通過線圈的電流是連續(xù)可調(diào)的，這就可以滿足對焦距離調(diào)節(jié)的精度要求。
實施例二為本發(fā)明自動調(diào)焦裝置的又一實施例，如圖7所示。本實施例中，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，可采用對稱的方式設(shè)置兩條或者四條彈性薄膜5’，類似于實施例一中彈性電路板的安裝方式。在裝配時，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。與實施例一不同的是，在受到電磁作用力時，本實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，本實施例中增加了一柔性軟排線10，用于引出來源于圖像傳感器3的電信號。電路基板4的與固定有圖像傳感器3一面相對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可移動地套接在線圈7上。
實施例二的工作原理如下透鏡組1、驅(qū)動線圈7、外接電路板6的位置相對固定，通過永磁鐵8與驅(qū)動線圈7之間的電磁作用力驅(qū)動圖像傳感器3沿光軸周期性振動，其振幅應(yīng)覆蓋可能清晰成像的區(qū)域(透鏡組為單個透鏡的情況下在1倍至2倍焦距之間)，振動周期應(yīng)遠(yuǎn)大于圖像傳感器3的曝光時間，以保證曝光的穩(wěn)定性而不至于使圖像模糊，一般大于曝光時間的100倍。圖像光信號通過透鏡組1匯聚在正在振動著的圖像傳感器3上，圖像傳感器3將光學(xué)圖像信號轉(zhuǎn)換為具有行場同步的數(shù)字圖像信號，該數(shù)字圖像信號通過柔性軟排線10傳輸?shù)酵饨与娐钒?再通過其他接口電路將此數(shù)字圖像信號傳輸?shù)街醒胩幚砥?數(shù)字相機的DSP或PC的CPU)上。
本實施例中驅(qū)動電流具有固定的變化周期，圖像傳感器3沿光軸的運動狀態(tài)在每個周期內(nèi)是完全相同的。中央處理器將接收到的數(shù)字圖像信號按周期采樣并處理，進(jìn)而找出最佳的聚焦時間點?，F(xiàn)以圖8反映的工作過程為例對本實施例采用的自動調(diào)焦算法進(jìn)行詳細(xì)說明，橫坐標(biāo)表示時間t，縱坐標(biāo)表示圖像傳感器3的位移s。在第一個振動周期內(nèi)，分別取t＝0時刻及其他3個時刻t11、t12、t13的數(shù)字圖像信號，然后根據(jù)圖像的虛實程度判斷在上述時刻是否聚焦，如未聚焦，則判斷聚焦點應(yīng)出現(xiàn)在0～t11、t11～t12、t12～t13、t13～T(T時刻圖像與0時刻相同)中的哪一時間段內(nèi)。在接下來的一個振動周期內(nèi)，在前一周期判定的聚焦點應(yīng)出現(xiàn)時間段(這里假設(shè)為t11～t12)內(nèi)再次選取3個時刻t21、t22、t23的數(shù)字圖像信號。再根據(jù)圖像的虛實程度判斷在t21、t22或t23時刻是否聚焦，如未聚焦，則判斷聚焦點應(yīng)出現(xiàn)在t11～t21、t21～t22、t22～t23、t23～t12中的哪一時間段內(nèi)。按照此過程一直進(jìn)行下去，直到選出合適的聚焦點對應(yīng)的時刻tv。之后，可以在下一周期的tv時刻進(jìn)行拍攝，以獲得清晰的圖像。
本實施例所采用的調(diào)焦算法的關(guān)鍵在于在同一周期內(nèi)每一時刻與圖像傳感器3的位移存在一一對應(yīng)的關(guān)系，且在不同周期當(dāng)中這種一一對應(yīng)的關(guān)系并不改變，因此只需找準(zhǔn)聚焦點對應(yīng)的時刻tv，就等于完成了調(diào)焦的過程。這里不需要根據(jù)圖像虛實程度判斷的結(jié)果去調(diào)節(jié)驅(qū)動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)圖像虛實程度判斷是否聚焦并在未聚焦時判斷聚焦點的偏移方向都可采用現(xiàn)有的調(diào)焦算法。與改變驅(qū)動電流的調(diào)焦方式相比，本例驅(qū)動方式簡單，但需要圖像傳感器3在運動中曝光，為確保成像的清晰，振動周期受到曝光時間長短的制約，從而影響調(diào)焦的時間。因此，本實施例比較適用于曝光時間短的領(lǐng)域，例如CCD圖像傳感器、高速攝影，或者對調(diào)焦時間要求不高的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)然，也可采用其他算法來完成調(diào)焦，例如在每次振動的振幅最大位置附近傳感器開始曝光，并通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電流的大小來改變振動的振幅，這種方法類似于實施例一的調(diào)焦方式，不同的是實施例一在靜止?fàn)顟B(tài)下曝光，而本例中曝光時刻傳感器仍然在運動(雖然振幅位置的運動速度是最慢的)。
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回復(fù)力的作用，當(dāng)圖像傳感器3的位移加大時，彈性薄膜5’拉伸形變就會增大，從而產(chǎn)生更大的彈力，彈力與電磁力合力的變化過程決定了圖像傳感器3沿光軸的運動狀態(tài)。同時對稱設(shè)置的彈性薄膜5’可避免調(diào)焦時圖像傳感器3的中心偏離光軸。
不論是實施例一還是實施例二，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)明的自動調(diào)焦裝置不會在受到的重力方向與光軸不平行時導(dǎo)致對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)動所述圖像傳感器沿光軸運動的電磁驅(qū)動裝置，以及用于限定所述圖像傳感器沿光軸運動的限位裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的一種自動調(diào)焦裝置，其特征在于，所述電磁驅(qū)動裝置包括與透鏡組位置相對固定的磁鐵和與圖像傳感器固接的驅(qū)動線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所記載的一種自動調(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固定的彈性體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所記載的一種自動調(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，用于引出來源于圖像傳感器的電信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所記載的一種自動調(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)動線圈電連接，用于為驅(qū)動線圈提供驅(qū)動電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所記載的一種自動調(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所記載的一種自動調(diào)焦裝置，其特征在于，所述驅(qū)動線圈固接于電路基板的與圖像傳感器相對的面上，所述磁鐵為圓柱形，所述驅(qū)動線圈可移動地套設(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)動圖像傳感器沿光軸運動的電磁驅(qū)動裝置和用于限定圖像傳感器沿光軸運動的限位裝置。本發(fā)明通過電磁力驅(qū)動圖像傳感器沿光軸運動，調(diào)整透鏡組與圖像傳感器間的距離，從而實現(xiàn)自動調(diào)焦。與現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動透鏡組的調(diào)焦方式相比較，本發(fā)明更利于電磁驅(qū)動裝置的安裝，使得整個裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。
文檔編號G03B13/36GK1862358SQ20051007254
公開日2006年11月15日 申請日期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 申請人:北京華旗數(shù)碼技術(shù)實驗室有限責(zé)任公司