CN101055342A - 自动对焦镜头模组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动对焦镜头模组，其包括：对焦透镜组，影像传感器，定位元件，控制单元及音圈激励元件。该对焦透镜组用于对被摄物体进行光学成像。该影像传感器设于对焦透镜组的像侧，用于感测该光学成像以输出电子影像信号。该定位元件包括磁铁及磁敏传感器，该磁铁与磁敏传感器的相对位置关系对应于所述对焦透镜组的实际位置。该磁敏传感器通过感测其与该磁铁的相对位置关系可得到对焦透镜组的实际位置。该控制单元用于接收所述电子影像信号以获取目标对焦位置并将所述对焦透镜组的实际位置与该目标对焦位置进行比较以产生控制信号。该音圈激励元件与所述对焦透镜组机械连接，其用于接收所述控制信号以将所述对焦透镜组驱动至该目标对焦位置。

Description

自动对焦镜头模组
【技本领域】
本发明涉及一种镜头模组，尤其是一种具有自动对焦功能的镜头模组。
【背景技术】
自动对焦技术已广泛应用在相机，摄像机以及影像扫描等取像领域。自动对焦技术使得镜头模组能根据物体的远近，自动调整镜头模组的对焦透镜组的位置，以使得镜头模组的成像平面上的成像清晰。
自动对焦方式大致可分为主动式自动对焦和被动式自动对焦两类。主动式自动对焦主要是利用发射红外线或超声波量度被摄物的距离，自动对焦镜头模组根据所获得的距离资料驱动透镜组来调节像距，从而完成自动对焦。被动式自动对焦主要是通过接受来自被摄物的光线，以电子视测或相位差检测的方式完成自动对焦。
目前，常用的具有自动对焦功能的镜头模组通常包括：成像光学元件；影像传感器，如电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)传感器；控制单元，如数字信号处理芯片(Digital Signal Processor，DSP)，图像信号处理芯片(Image Signal Processor，ISP)等；及激励单元。成像光学元件通常包括滤光片及对焦透镜组。激励单元包括步进马达及其驱动电路，该激励单元接受控制单元的控制，驱动成像光学元件中的对焦透镜组进行位置调节，最终使影像传感器输出准确对焦的影像。
对于该种传统的可自动对焦镜头模组，其通常需要通过设置多个传动机构如二至三个齿轮传动机构，来将步进马达的旋转运动转换成线性运动。然而，该种设置使得该种镜头模组的尺寸较大，难以满足当前手机用摄像镜头等便携式取像装置短、小、轻、薄的发展趋势；并且，由于所述多个传动机构在机械运动的传递过程中会造成背隙(Backlash)，进而会导致对焦精度不高。
有鉴于此，有必要提供一种自动对焦镜头模组，其具有对焦精度高、结构紧凑等特点。
【发明内容】
下面将以实施例说明一种自动对焦镜头模组，其可具有对焦精度高、结构紧凑等特点。
一种自动对焦镜头模组，其包括：对焦透镜组，影像传感器，定位元件，控制单元及音圈激励元件。该对焦透镜组用于对被摄物体进行光学成像。该影像传感器设于该对焦透镜组的像侧，用于感测该光学成像以输出电子影像信号。该定位元件包括磁铁及磁敏传感器，该磁铁与磁敏传感器的相对位置关系对应于所述对焦透镜组的实际位置。该磁敏传感器通过感测其与该磁铁的相对位置关系可得到对焦透镜组的实际位置。该控制单元用于接收所述电子影像信号以获取目标对焦位置并将所述对焦透镜组的实际位置与该目标对焦位置进行比较以产生控制信号。该音圈激励元件与所述对焦透镜组机械连接，其用于接收所述控制信号以将所述对焦透镜组驱动至该目标对焦位置。
相对于现有技术，所述自动对焦镜头模组的定位元件可通过磁敏传感器感测其与所述磁铁的相对位置精确感测所述对焦透镜组的实际位置；并且，该镜头模组的音圈激励元件使用直接耦合驱动，没有背隙，且可直接设计成线性运动，不必利用传动机构来将旋转运动转换成线性运动，其可具有结构紧凑等特点。
【附图说明】
图1是本发明实施例的镜头模组结构局部剖示意图。
图2A是本发明实施例定位元件中磁铁与磁敏传感器处于图1所示相对位置时磁铁产生的磁力线与磁敏传感器位置关系示意图。
图2B是图2A所示磁铁相对于磁敏传感器偏移一定距离后该磁铁产生的磁力线与磁敏传感器的位置关系示意图。
图2C是图2A所示磁铁相对于磁敏传感器旋转一定角度后该磁铁产生的磁力线与磁敏传感器的位置关系示意图。
图3是本发明实施例的镜头模组的功能方块示意图。
图4是本发明另一实施例的镜头模组结构局部剖示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
参见图1及图2A至图2C，本实施例所提供的镜头模组100，其可进行自动对焦。该镜透模组100包括：对焦透镜组10，影像传感器20，音圈激励元件30，定位元件40及控制单元50。
如图1所示，所述对焦透镜组10用于对被摄物体进行光学成像。该对焦透镜组10包括多个透镜12，14及16；该多个透镜12，14及16经由固持机构17固持在一起。该多个透镜12，14及16可全为塑胶透镜；也可部分为塑胶透镜，部分为玻璃透镜。优选的，该多个透镜12，14及16均为非球面透镜，每个透镜的相对的透镜表面均设置有抗反射层(Anti-reflectivecoating)15。该对焦透镜组10中透镜的数目不限于本实施例中的三个，其可为两个，四个或更多。该多个透镜12，14及16中相邻两个透镜之间设置有间隔体18，其可防止相邻两个透镜之间因接触或碰撞而导致元件损伤。
所述对焦透镜组10通常收容于圆筒形镜筒70内。该镜筒70的位于对焦透镜组10物侧一端可设置一阶梯孔72，该阶梯孔72可用于控制经由被摄物体反射而入射至镜筒70内的光线的入射角。该镜筒70的位于对焦透镜组10像侧一端的外圆周表面设置有外螺纹。优选的，该镜筒70还收容有位于对焦透镜组10像侧的滤光片92，如红外截止滤波片。
该镜筒70及收容于其内的光学元件，如对焦透镜组10及滤光片92，通常设置在底座80上。该底座80上设置有一个开口82，该开口82的***墙内侧设置有内螺纹。该内螺纹与设置在镜筒70的外圆周表面的外螺纹相配合。该镜筒70的一端可通过其外螺纹与所述内螺纹配合而旋入至底座80的开口82内。
所述影像传感器20设于对焦透镜组10的像侧以用于接收被摄物体经由对焦透镜组10的光学成像，并将该光学成像转换成相应的电子影像信号作为输出信号。该影像传感器20可选用电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。该影像传感器20的分辨率可为1.3百万像素，2百万像素，3百万像素或更高。通常的，当影像传感器20的分辨率为3百万像素及以上时，相应的，该对焦透镜组10可设置有4片或更多片非球面透镜。本实施例中，该影像传感器20收容于底座80的开口82内，并可由一个收容于开口82内的陶瓷基底22承载。优选的，为避免灰尘或其它污染物污染该影像传感器20的像素点，可在该影像传感器20的邻近开口82的一侧设置透明盖板94，如透明玻璃板。
所述音圈激励元件30与对焦透镜组10机械连接。该音圈激励元件30接受控制单元50的控制，可驱动对焦透镜组10至目标对焦位置。该音圈激励元件30包括永久磁铁32及线圈36。当一电流流过线圈36时，线圈36与永久磁铁32之间将产生一电磁力。在该电磁力的作用下，该线圈36与永久磁铁32之间将产生一相对运动。流经线圈36的电流的大小变化会引起线圈36产生的磁通量(Flux)变化，进而会引起线圈36与永久磁铁32之间的电磁力发生变化。通常，线圈36与永久磁铁32之间的相对位移量与流经线圈36的电流的大小成正比；也即，电流越大，该相对位移量也越大。
该音圈激励元件还可包括激励臂19。该音圈激励元件30可通过该激励壁19与对焦透镜组10实现机械连接。该激励臂19穿过设置在镜筒70侧壁的凹槽(也可为导向槽)与固持机构17相连，经由沿如图1中箭头所示方向线性移动该激励臂19可使得固持机构17沿镜筒70轴向方向作线性运动，镜筒70可保持不动。该种固持机构17的线性运动可传递给对焦透镜组10，进而可实现镜头模组100的自动对焦。优选的，在镜筒70的外侧设置有导向件60，激励臂19与该导向件60活动连接。该导向件60可用于引导激励臂19的移动方向，进而可精确引导对焦透镜组10的移动方向。该导向件60可为导向柱或导向槽。本实施例中，该导向件60为一对导向柱。
本实施例中，该永久磁铁32固定在U形轭铁34的一端；线圈36环绕在轭铁34的另一端且可动。该线圈36与激励臂19机械连接。当向线圈36通入一电流时，线圈36将沿垂直方向(如图1中箭头方向所示)产生一相对于永久磁铁32的偏移，并可将该偏移经由激励臂19传递给对焦透镜组10以实现镜头模组100的自动对焦。
可以理解的，也可将线圈36与永久磁铁32换位固定，也即，线圈36固定在轭铁34的一端，永久磁铁32与激励臂19机械连接且可动。当向线圈36通入电流时，永久磁铁32将可产生一相对于线圈36的偏移，并可将该偏移经由激励臂19传递给对焦透镜组10以实现镜头模组100的自动对焦。
所述定位元件40用于获取所述对焦透镜组10实际所处位置，将该对焦透镜组10的实际位置信息输出至控制单元50。该定位元件40包括磁铁42及磁敏传感器44。该磁铁42可为永久磁铁或电磁铁。该磁敏传感器44与磁铁42相对设置(如图2A所示，图中虚线为磁力线)，其与磁铁42的距离优选为5毫米。该种距离设置可以满足磁铁42与磁敏传感器44的最小距离要求。该磁铁42可经由连接杆11与固持机构17固定或活动连接以使得磁铁42的位置变化能与对焦透镜组10实际所处的位置关联在一起；也即，对焦透镜组10的位置变化可改变磁铁42的位置，进而可改变磁铁42与磁敏传感器44的相对位置关系。
该磁敏传感器44与一直流电源(未示出)形成电连接。当磁铁42在镜头模组100的自动对焦过程中因对焦透镜组10的位置发生变化而发生位置改变时，例如，磁铁42相对于磁敏传感器44偏移一定距离(如图2B所示，图中虚线为磁力线)，或磁铁42相对于磁敏传感器44旋转一定角度(如图2C所示，图中虚线为磁力线)等；由于该磁敏传感器44在其磁敏感方向感测到的外加磁场大小及方向可发生相应变化。该磁敏传感器44会根据其感测到的外加磁场的大小或方向变化而呈现出不同的电阻值，进而可产生不同的输出值。该输出值与对焦透镜组10的实际位置相对应。
该磁敏传感器44可选用巨磁阻(Giant Magneto Resistance，GMR)传感器。对于巨磁阻传感器，其主要包括由第一铁磁层(如NiFe或NiFeCo/Cu/NiFe薄膜)，第二铁磁层，及位于该第一及第二铁磁层之间的中间夹层(如Cu等非铁磁材料层)构成的多层膜结构，该第一铁磁层与第二铁磁层成反铁磁耦合。该多层膜结构具有较大的磁阻效应，称之为巨磁阻效应。巨磁阻效应的工作原理通常为：当向该多层膜结构通入电流，电子在通过第一铁磁层时会被极化成单一自旋电子；当第一及第二铁磁层的磁化方向相同，该自旋电子容易通过第二铁磁层，从而使得该多层膜结构的电阻值较小；当第一及第二铁磁层的磁化方向相反，该自旋电子会产生自旋相依散射(Spin DependentScattering)，从而使得该多层结构电阻值较大。当然，该磁敏传感器44也可选用磁阻传感器(Magneto Resistance，MR)等。
控制单元50用于接收影像传感器20产生的电子影像信号以获得目标对焦位置，并将定位元件40输入给该控制单元50的对焦透镜组10的实际位置与该目标对焦位置信号进行比较以输出控制信号。该控制信号用于控制音圈激励元件30以实现其对对焦透镜组10的位置调节。该控制单元50与影像传感器20，音圈激励元件30及定位元件40的磁敏传感器44形成电连接(未示出)。该磁敏传感器44输出的对焦透镜组10的实际位置信号可先经信号放大器(Amplifier)放大之后再输入控制单元50。
如图3所示，其为本实施例中镜头模组100的功能方块示意图，箭头所指方向为信号传输方向。该镜头模组100的工作过程可为：对焦透镜组10将被摄物体聚焦至影像传感器20并产生表征该被摄物体的光学成像；该影像传感器20感测该光学成像并将其转换成电子影像信号，并将该电子影像信号输出至控制单元50。同时，定位元件40将表征对焦透镜组10实际位置的信号输出至控制单元50。该控制单元50根据输入的电子影像信号设定目标对焦位置并将该目标对焦位置与对焦透镜组10的实际位置进行比较以获取该目标对焦位置与实际位置的差值，并将该差值作为控制信号输出至音圈激励元件30；该音圈激励元件30根据输入的控制信号驱动对焦透镜组10沿图1中箭头所指方向进行位置调节(也即对焦)，最终使影像传感器20输出准确对焦的影像。
参见图4，另一实施例中，对焦透镜组10收容在镜筒70′内并直接固持在镜筒70′上而无须设置如上述实施例所述的固持机构，镜筒70′的外侧设置有导向件60。相应的，定位元件40的磁铁42直接与镜筒70′相连；激励臂19与镜筒70′直接相连且与导向件60活动连接。在镜头模组100′的自动对焦过程中，音圈激励元件30可经由其激励臂19直接驱动镜筒70′沿图4中箭头方向移动以实现镜头模组100′自动对焦。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，如适当音圈激励元件的结构配置，定位元件的结构配置以用于本发明等设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种自动对焦镜头模组，其包括：对焦透镜组，用于将被摄物体进行光学成像；以及影像传感器，其设于所述对焦透镜组的像侧，用于感测所述光学成像以输出电子影像信号；其特征在于该镜头模组还包括：
定位元件，其包括磁铁及磁敏传感器，该磁铁与磁敏传感器的相对位置关系对应于所述对焦透镜组的实际位置，该磁敏传感器通过感测其与该磁铁的相对位置关系可得到对焦透镜组的实际位置；
控制单元，用于接收所述电子影像信号以获取目标对焦位置并将所述对焦透镜组的实际位置与该目标对焦位置进行比较以产生控制信号；及
音圈激励元件，其与所述对焦透镜组机械连接，用于接收所述控制信号以将所述对焦透镜组驱动至该目标对焦位置。
2.如权利要求1所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述影像传感器选自电荷耦合器件传感器及互补金属氧化物半导体传感器。
3.如权利要求1所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述对焦透镜组包括多个非球面透镜。
4.如权利要求3所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述多个非球面透镜中每一个非球面透镜的透镜表面设置有抗反射层。
5.如权利要求3所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述自动对焦镜头模组还包括固持机构以将所述多个非球面透镜固持在一起。
6.如权利要求5所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述定位元件还包括连接杆，所述磁铁经由该连接杆与固持机构相连。
7.如权利要求1所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述磁铁选自永久磁铁及电磁铁。
8.如权利要求1所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述磁敏传感器选自磁阻传感器及巨磁阻传感器。
9.如权利要求1所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述音圈激励元件包括永久磁铁及线圈，所述永久磁铁与线圈两者中有一个可动，该可动者与对焦透镜组机械连接。
10.如权利要求9所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述音圈激励元件还包括激励臂，所述永久磁铁与线圈两者中可动者经由该激励臂与所述对焦透镜组机械连接。
11.如权利要求10所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述自动对焦镜头模组还包括导向件，所述导向件与该激励臂活动连接。
12.如权利要求11所述的自动对焦镜头模组，其特征在于所述导向件选自导向柱及导向槽。
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