專利名稱：微型攝像頭模塊位移感知傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是包含在鏡頭驅(qū)動器之內(nèi)，幫助小型便攜式終端機(jī)實現(xiàn)自動對焦(Auto Focusing)和光學(xué)變焦(Zooming)功能的微型攝像頭模塊位移感知傳感器。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨通訊技術(shù)和數(shù)字信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，集信息處理及演算、 通訊、圖像信息的輸入和輸出等功能為一身的便攜式終端機(jī)技術(shù)也逐漸興起。例如 安裝了數(shù)碼攝像和通訊功能的PDA、添加了數(shù)碼攝像功能的手機(jī)、個人多媒體播放 器(PMP: personal multi-media player)等都是此類產(chǎn)品。由于數(shù)碼攝像技術(shù)和 信息存儲能力在不斷發(fā)展，高水平數(shù)碼攝像頭模塊(digital camera module)的 安裝正在趨于普遍化，與此同時，各類技術(shù)的發(fā)展使得安裝在便攜式終端機(jī)等設(shè)備 上的數(shù)碼攝像頭模塊開始使用百萬像素(mega pixel)級別的圖像傳感器(image sensor),因此自動對焦及光學(xué)變焦等附加功能越來越受到人們重視，而攝像頭模 塊的形狀尺寸(form-factor )則越來越趨于小型化。
為了在此類小型數(shù)碼攝像頭模塊中實現(xiàn)自動變焦及光學(xué)變焦功能，人們正在
動的技術(shù)和更為簡單、更容易實現(xiàn)小型化的音圈馬達(dá)(VCM, voice coil motor) 驅(qū)動方式技術(shù)并將其商品化。為了實現(xiàn)光學(xué)變焦功能和自動對焦功能，與運動部件 一起組裝在攝像頭模塊內(nèi)部的兩個以上的鏡片組會分別隨著運動部件移動到指定 位置，這樣進(jìn)來的光線就在圖像傳感器(image sensor)上形成圖像。
步進(jìn)馬達(dá)只能記憶初始位置，由于驅(qū)動時是依靠接通的驅(qū)動脈沖電流對位置 進(jìn)行調(diào)節(jié)的，所以此類馬達(dá)其實并不具備能夠判斷出運動部件(moveable part) 位移的位置感測器。但是，隨著小型化的發(fā)展趨勢，類似步進(jìn)馬達(dá)、音圏馬達(dá)等的 纟戔形電不茲馬區(qū)動器(electromagnetic linear actuator )或者壓電馬區(qū)動器(piezoel electric actuator )等使用在驅(qū)動時必定會出現(xiàn)積累的位移誤差的驅(qū)動器的時候， 為了保障需要精密控制的自動對焦和光學(xué)變焦，就需要安裝能夠檢測出運動部件位置的位置傳感器。
運動部件的驅(qū)動位置傳感器一般常用于機(jī)器人工學(xué)技術(shù)并在該領(lǐng)域得到了長 足的發(fā)展，它不僅能夠計算出直線移動、旋轉(zhuǎn)角和位移，而且還能夠計算出速度信
息?，F(xiàn)有利用紅外線(infrared )、電阻(resistive )、電容(capacitive )、磁性 (magnetic),霍爾傳感器(hall sensor)等多種方法感知對象位置的方式。
其中，電容式位移感知傳感器能夠感知電極之間出現(xiàn)電場帶來的變化，電極 是從回路中突出出來構(gòu)成的，電容值決定于電場的面積、電極間的距離以及位于電 極之間的位置等因素，因此足以檢測到10-"F左右的電容值。其探測靈敏度較高， 能夠檢測到細(xì)微的電容變化，還能夠進(jìn)行量程檢測。它所利用的是電極電壓產(chǎn)生的 電場，所以能夠通過電場的擴(kuò)散產(chǎn)生分解能力。由于在不同情況下，電極間的間隔 范圍能夠在數(shù)mm到數(shù)p m以下的接近開關(guān)范圍內(nèi)工作，故而也稱作電容式接近開 關(guān)。
光學(xué)變焦功能雖然也需要具備類似現(xiàn)有的無限拍攝(camcorder)那樣的連續(xù) 變焦功能，但是在有些情況下確只需要進(jìn)行簡單的分階段變焦。比如像數(shù)碼相機(jī)的 變焦，只需要根據(jù)2倍、3倍、4倍等不同的倍數(shù)，確定相應(yīng)位置就可以了，拍照 手機(jī)也是根據(jù)不同階段進(jìn)行位移的。在這種情況下，就需要能夠簡單檢測出各個階 段位置的位置探測傳感器，只要能夠檢測出各個規(guī)定位置的特定電容值，就能夠探 測出位移情況。
然而，隨著便攜式終端機(jī)不斷趨于小型化，它所安裝的攝像頭模塊體積也越 來越小，與此同時還要求準(zhǔn)確實現(xiàn)自動對焦和變焦功能，這就需要開發(fā)出一種能夠 在保證較小體積的前提下準(zhǔn)確感知攝像頭模塊位置變動的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種能夠簡便安裝在 利用電磁方式的微型驅(qū)動器裝置內(nèi)部，符合要求小型化的便攜式相機(jī)及相機(jī)終端機(jī) 自動對焦和變焦功能的微型攝像頭模塊位移感知傳感器。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種僅通過便攜式終端機(jī)內(nèi)各個階段的位移情 況實現(xiàn)自動對焦和變焦功能時所需的鏡片組位置信息，以保證獲得較高分辨率的拍 攝畫質(zhì)的微型攝像頭模塊位移感知傳感器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明作為配備在小型便攜式終端機(jī)攝像頭裝置鏡頭驅(qū)動器上，感知上述驅(qū)動器位置變化的微型攝像頭模塊位移感知傳感器，具備以下一
些特征上述驅(qū)動器包含在內(nèi)部中央位置包含由多個鏡片構(gòu)成的鏡片組件并進(jìn)行移
動的運動部件、固定安裝在從外側(cè)包住上述運動部件并支持上述運動部件移動的上 述小型便攜式終端機(jī)內(nèi)部的鏡筒部件、包含在上述運動部件外側(cè)一個面上形成的一 個以上的運動部件電極、對抗上述運動部件電極在上述鏡筒部件的內(nèi)側(cè)一個面上依 照預(yù)定間隔排列的多個固定部件電極組成的固定部件電極陣列、平涂在上述多個固
列上并導(dǎo)出到外部的導(dǎo)線，根據(jù)上述運動部件平面電極接觸上述電介質(zhì)發(fā)生的移 動，感知上述固定部件電極陣列以及上述電介質(zhì)產(chǎn)生的電容，利用連接在上述導(dǎo)線 上的周邊回路測定上述運動部件的位移。
本發(fā)明的效果
如上所述，本發(fā)明的微型攝像頭模塊位移感知傳感器是電容式位移感知傳感 器，與其他傳感器形態(tài)相比，它具有能夠根據(jù)變焦功能的不同階段感知位移、對沖 擊和震動不太敏感、傳感器尺寸較小等優(yōu)點。
作為調(diào)節(jié)光學(xué)式自動對焦和放大被攝體等的鏡頭位移探測裝置，當(dāng)制動器線 形移動時，攝像頭內(nèi)部的感知傳感器就能夠輸出和精確感知各個階段與對應(yīng)位置相 對應(yīng)的電力信號，從而實現(xiàn)理想的自動對焦和光學(xué)變焦功能。
作為一種耗電少、易于實現(xiàn)小型化、適用于要求精確判斷和控制運動部件位 置的各種機(jī)器的位移感知傳感器，尤其能夠用來感知旨在實現(xiàn)安裝在便攜式終端機(jī) 等之上的微型攝像頭模塊的變焦和自動對焦功能的鏡片組位移情況。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的上述目的、結(jié)構(gòu)特點和效果，以下將結(jié)合附圖對本 發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。


圖1中的(a) ^示安裝有本發(fā)明位移感知傳感器的線形驅(qū)動器一個例子的 斜視圖1中的(b)是展示圖1中的(a)的A截面的放大截面圖2中的(a)至(j)是對本發(fā)明位移感知傳感器的工作情況進(jìn)行說明的示
例圖3a至圖3d是對本發(fā)明位移感知傳感器的工作原理進(jìn)行說明的示例圖。附圖中主要部分的符號說明:
10驅(qū)動器11鏡筒部件
12運動部件13固定部件電極陣列
14運動部件電極15貫通孔
16電介質(zhì)17基板
31電容-電壓轉(zhuǎn)換器32比較器
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發(fā)明的微型攝像頭模塊位移感知傳感器的實施例進(jìn)行詳
細(xì)i兌明。
說明時將4巴本發(fā)明的電容式(capacitive type)位移感知傳感器應(yīng)用到任意 一線形驅(qū)動器上。這只是其中一個實施例，本發(fā)明也能夠適當(dāng)應(yīng)用于其他鏡頭驅(qū)動 器上。
圖1中的(a) ^艮示安裝有本發(fā)明位移感知傳感器15的線形驅(qū)動器10 —個 例子的斜-f見圖；圖1中的(b ) A^示圖1中的(a )的A截面的方文大截面圖。
首先，如圖l所示，線形驅(qū)動器10雖然是音圈馬達(dá)方式，但是在驅(qū)動時是運 用了壓電等方式，由配備即將安裝鏡片組件(未圖示)的內(nèi)側(cè)中央貫通孔15的逸 動部件12、用來實現(xiàn)運動部件12線形移動的鏡筒部件11、固定在鏡筒部件ll內(nèi) 部一側(cè)并按照一定的間隔隔開的多個固定部件電極組成的固定部件電極陣列13、 與固定部件電極陣列13相對在運動部件12 —個側(cè)面上突出形成的運動部件電極 14以及分別連接在固定部件電極陣列13和運動部件電極14上的導(dǎo)線(未圖示) 等構(gòu)成。
附著在鏡筒部件11 一內(nèi)側(cè)面上的固定部件電極陣列13以及附著在運動部件 12—側(cè)面上的運動部件電極14相對，固定部件電極陣列13上涂有有電材料，即 電介質(zhì)16。
固定部件電極陣列13是一定寬度的多個電極按照一定間隔固定排列在鏡筒部 件11 一個內(nèi)側(cè)面的形態(tài)，由于固定部件電極陣列13和運動部件12上聲稱的運動 部件電極14的寬度與位移探測的分辨率(resolution)密切相關(guān)，在固定部件電 極陣列13和運動部件上形成的運動部件電極14的寬度就可以利用半導(dǎo)體流程當(dāng)中 的光刻流程，比如在從1 M m起到指定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)寬度。運動部件電極14方向與固定部件電極陣列13相對，在運動部件12的一個側(cè) 面上突出而成，運動部件電極14與固定部件電極陣列13各個電極寬幅相同或者也 可能分別具有指定長度的寬幅。運動部件電極14的長度也和固定部件電極陣列13 相同或者分別具有指定的長度。
電介質(zhì)16平涂在基板上以蓋住基板上17的固定部件電極陣列13,并與運動 部件12的運動部件電極14相接。電介質(zhì)16的作用在于在運動部件12電極與固定 部件的電介質(zhì)16相接觸的狀態(tài)下移動，與固定部件的電才及陣列13形成一個電容器， 從而使得電容的檢測更加容易。
此外，電介質(zhì)16采用的是能夠很好對抗接觸時可能產(chǎn)生的磨損等的材料，可 在陶瓷系列的氮化硅、炭化硅、氧化鋁、氧化鋯等中進(jìn)行選擇，通過涂覆及濺鍍技 術(shù)制成。
附有固定部件電極陣列13的基板17可以使用硅片等材料。
如展示圖1中的(a ) A截面的圖2所示，運動部件12的運動部件電極14接
觸固定部件電介質(zhì)進(jìn)行移動，檢測出電容，其工作過程如圖2中的(a)至(j)所示。
圖2 M示運動部件12工作情況一個例子的示例圖。它展示了相對的固定部 件電極陣列13和運動部件電極14根據(jù)不同移動位置發(fā)生疊加(overlap )的過程。
圖3a ^示圖2所示檢測運動部件電極14移動產(chǎn)生電容值的圖表，展示了 圖2中各個移動位置下電容值的變化。
在圖3a的圖表中，如(a)位置所示，固定部件電極陣列13和運動部件電極 14沒有產(chǎn)生疊加部件時電容維持在一定水平上；如(b)位置所示，固定部件電極 陣列13和運動部件電極14疊加的瞬間電容上升；如(c )位置所示，當(dāng)兩者完全 疊加在一起時，電容達(dá)到最高值；如(d)位置所示，隨著固定部件電極陣列13 和運動部件電才及14的疊加面積不斷縮小，；險測出的電容也不斷減少。
如上所示，檢測過程反復(fù)發(fā)生，由此產(chǎn)生的電容檢測圖表如圖3a所示，展示 了以分別位于固定部件電極陣列13指定位置的各個電極為基準(zhǔn)，沿x軸方向移動
的周期相同的輸出圖表。
所檢測到的電容變化波形由運動部件電極14寬幅尺寸決定，會出現(xiàn)梯形或三 角形探測波。電容值通過圖3c所示的電容(C)-電壓轉(zhuǎn)換器31轉(zhuǎn)換為電壓(Vout ) 輸出。此時，為了連續(xù)實現(xiàn)變焦功能，比如只需要得到與2倍變焦、3倍變焦、4倍 變焦相對應(yīng)的各個位置的位置信息，為了檢測出與2倍變焦、3倍變焦、4倍變焦 相對應(yīng)的位置信息，運動部件12的位移探測可以使用相當(dāng)于輸出電壓(Vout)最 高值的位置(相當(dāng)于圖3a的(c)位置)作為分別對應(yīng)2倍變焦、3倍變焦、4倍 變焦的位置信息。
此外，如圖3d所示，使用比較器32對指定標(biāo)準(zhǔn)電壓(Vi)和輸出電壓(Vout) 進(jìn)行對比，就可以獲得與當(dāng)輸出電壓(Vout)從較大轉(zhuǎn)為較小時的位置(對應(yīng)圖 3b的(d)、 (i))，或者輸出電壓(Vout)從較大轉(zhuǎn)為較小時的位置(對應(yīng)圖3b的 (h))相對應(yīng)的位置信息作為相當(dāng)于2倍變焦、3倍變焦、4倍變焦的位置信息。
具體而言，如圖3b所示，如果把與x軸的dl相對應(yīng)的位置d設(shè)定為2倍變 焦位置，把與d2相對應(yīng)的位置(j )設(shè)定為3倍變焦位置，使用如圖3d所示的比 較器32對比所檢測到的輸出電壓(Vout)是否是與位置(d)相對應(yīng)的輸出電壓， 如果不是與位置(d)相對應(yīng)的輸出電壓，那么就對其電壓差進(jìn)行檢測。此時，這 個電壓差意味著運動部件12已經(jīng)發(fā)生了該差值大小的位移，通過控制部件(未圖 示)的作用輸出相當(dāng)于位置(d)的輸出電壓(Vout),就實現(xiàn)了位置控制。
利用通過輸出電壓(Vout)或者比較器32得到的位置信息，運動部件12就 會通過回路反饋經(jīng)過收斂區(qū)間移動到正確的位置。
此外，根據(jù)固定部件電極陣列13各個電極的個數(shù)設(shè)定的各階段位移移動時， 能夠根據(jù)各個探測波形，即最大值的個數(shù)移動到指定的電極位置。因此，能夠利用 相應(yīng)檢測最大值的輸出電壓值獲得各個變焦階段的位移信息并進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。
此外，通過模擬式輸出，而不是通過使驅(qū)動面電極陣列寬幅相對大于固定面 電極陣列寬幅，鏡片組在驅(qū)動時對相對電極的面積進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過電容的增減測定 位移的所謂、、分階段信號輸出 〃 也能夠進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。
利用此類電容式位移感知傳感器能夠在小型便攜式終端機(jī)光學(xué)變焦功能中精 確感知鏡片組在各個階段的位移，從而確保數(shù)碼變焦功能的位置感知技術(shù)，還能夠 調(diào)節(jié)電極寬幅感知到較為精確的自動對焦功能位置。這一電容式位置感知傳感器能 夠在微型驅(qū)動器裝置內(nèi)部輕松工作，是能夠探測到精密運動部件位移信息的位置傳 感器，制作非常簡便。
通過上述的說明，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員完全可以在不偏離本發(fā)明技術(shù)思想的 范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。但是，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的目的，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只 要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán) 利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、 一種微型攝像頭模塊位移感知傳感器，是配備在小型便攜式終端機(jī)攝像頭裝置鏡頭驅(qū)動器上，用以感知上述驅(qū)動器位置變化的位移感知傳感器，其特征在于上述驅(qū)動器包含在內(nèi)部中央位置包含由多個鏡片構(gòu)成的鏡片組件并進(jìn)行移動的運動部件；固定安裝在從外側(cè)包住上述運動部件并支持上述運動部件移動的上述小型便攜式終端機(jī)內(nèi)部的鏡筒部件；包含在上述運動部件外側(cè)一個面上形成的一個以上的運動部件電極；對抗上述運動部件電極在上述鏡筒部件的內(nèi)側(cè)一個面上依照預(yù)定間隔排列的多個固定部件電極組成的固定部件電極陣列；平涂在上述固定部件電極上的電介質(zhì)；以及分別連接在上述運動部件電極和上述固定部件電極陣列上并導(dǎo)出到外部的導(dǎo)線；根據(jù)上述運動部件電極接觸上述電介質(zhì)發(fā)生的移動，感知上述固定部件電極陣列以及上述電介質(zhì)產(chǎn)生的電容，利用連接在上述導(dǎo)線上的周邊回路測定上述運動部件的位移。
2、 如權(quán)利要求1所述的微型攝像頭模塊位移感知傳感器，其特征在于 上述位移感知傳感器采取的是所述固定部件電極陣列利用與位置相對應(yīng)的電容檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)各階段數(shù)字輸出或者模擬輸出的設(shè)計。
3、 如權(quán)利要求l所述的微型攝像頭模塊位移感知傳感器，其特征在于 上述多個固定部件電極的寬度由上述鏡筒部件的尺寸和上述位移檢測的精確度所決定，上述多個固定部件電極的各個電極的寬度和上述運動部件平面電極的寬 度相同。
4、 如權(quán)利要求1所述的微型攝像頭模塊位移感知傳感器，其特征在于 上述電介質(zhì)采用的是能夠抵抗上述運動部件電極的接觸所帶來的磨損的材料，是在氮化硅或炭化硅或氧化鋁或氧化鋯中選擇一種材料制成的。
5、 如權(quán)利要求1所述的微型攝像頭模塊位移感知傳感器，其特征在于 上述周邊回路包括電容-電壓轉(zhuǎn)換器，把上述感知到的電容轉(zhuǎn)換為輸出電壓進(jìn)行輸出。
6、 如權(quán)利要求5所述的微型攝像頭模塊位移感知傳感器，其特征在于 把輸出上述輸出電壓最高值的各個位置設(shè)定為已設(shè)的變焦倍數(shù)或者各個被攝體焦點的位置。
7、 如權(quán)利要求6所述的微型攝像頭模塊位移感知傳感器，其特征在于 把上述運動部件電極的移動所帶來的上述輸出電壓最高值的個數(shù)合起來檢測上述運動部件電極的位移信息。
8、 如權(quán)利要求5所述的微型攝像頭模塊位移感知傳感器，其特征在于 上述周邊回路還包含比較器，把經(jīng)過上述電容-電壓轉(zhuǎn)換器輸出的上述輸出電壓與已經(jīng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行對比，作為位移信息輸出上述輸出電壓和上述標(biāo)準(zhǔn) 電壓之差。
9、 如權(quán)利要求項所述的微型攝像頭模塊位移感知傳感器，其特征在于 把輸出上述標(biāo)準(zhǔn)電壓的上述運動部件電極的各個移動位置設(shè)定為已經(jīng)設(shè)定的變焦倍數(shù)或者各個被攝體焦點的位置。
全文摘要
一種微型攝像頭模塊位移感知傳感器，是配備在小型便攜式終端機(jī)攝像頭裝置鏡頭驅(qū)動器上，感知驅(qū)動器位置變化的位移感知傳感器，該驅(qū)動器包含在內(nèi)部中央位置包含由多個鏡片構(gòu)成的鏡片組件并進(jìn)行移動的運動部件、固定在從外側(cè)包住運動部件并支持運動部件移動的鏡筒部件，在運動部件外側(cè)一個面上形成的運動部件電極、對抗運動部件電極在鏡筒部件內(nèi)側(cè)一個面上依間隔排列的多個固定部件電極組成的固定部件電極陣列、平涂在多個固定式平面電極上的電介質(zhì)及連接在運動部件電極和固定部件電極陣列上并導(dǎo)出到外部的導(dǎo)線，根據(jù)運動部件電極接觸電介質(zhì)發(fā)生的移動，感知固定部件電極陣列及電介質(zhì)產(chǎn)生的電容，利用連接在導(dǎo)線上的周邊回路測定運動部件的位移。
文檔編號G02B7/04GK101285988SQ200710039320
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者仁太善, 赫 全, 吳昌熏, 李英珠 申請人:上海樂金廣電電子有限公司