CN101419379A - 具有自动对焦功能的相机模组及其对焦方法 - Google Patents

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CN101419379A CNA2007102022147A CN200710202214A CN101419379A CN 101419379 A CN101419379 A CN 101419379A CN A2007102022147 A CNA2007102022147 A CN A2007102022147A CN 200710202214 A CN200710202214 A CN 200710202214A CN 101419379 A CN101419379 A CN 101419379A
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Abstract

一种相机模组，其包括一个镜座、一个镜筒及一个影像感测器，所述镜座内容置所述镜筒和所述影像感测器，所述镜筒内具有光学元件，其与所述影像感测器光学耦合，所述相机模组进一步包括，至少一个驱动片和对应的一个弹性片，所述驱动片包括一个基底和所述基底上的一层形状记忆合金薄膜，一个控制驱动电路，所述控制驱动电路提供一个驱动电流给所述形状记忆合金薄膜使其电阻式受热产生回复应力，使得所述驱动片弯曲以驱动所述镜筒沿光轴方向移动，所述控制驱动电路停止提供所述驱动电流，使得所述形状记忆合金薄膜冷却，所述回复应力消除，所述弹性片弹回所述镜筒。

Description

具有自动对焦功能的相机模组及其对焦方法
技术领域
本发明涉及一种相机模组，尤其涉及一种具有自动对焦功能的相机模组。
背景技术
随着摄像技术的发展，相机模组在各种用途的摄像装置中得到广泛的应用，相机模组与各种便携式电子装置如手机、摄像机、电脑等的结合，更是得到众多消费者的青睐。
相机模组通常包括一个驱动马达、至少一个由驱动马达驱动的镜头模组及一个与所述镜头模组光学耦合的感光组件。镜头模组可以包括一个或多个镜片，所述镜片与感光组件光学耦合，优选地，感光组件的中心点位于该一个或多个镜片的光轴线上。所述驱动马达驱动镜头模组相对于感光组件移动，寻找一个具最佳分辨率的成像位置，从而实现自动对焦。
然而，由于驱动马达往往占用较大的空间，利用驱动马达驱动镜头模组会造成整个相机模组体积较大且结构复杂，无法满足轻薄短小的需求。
为解决上述缺点，一种现有技术的镜头模组采用音圈磁体(Voice CoilMagnet，简称VCM)，以驱动镜头模组相对感光组件移动从而达到自动对焦的目的，如Fast Auto-FocusControl Algorithm Using the VCM Hysteresis Compensation in the Mobile PhoneCamera，Tae-Kyu Kim；Jae-Sik Sohn；Suk-Hwan Lee；Ki-Ryong Kwon；Duh-Gyoo Kim；Acoustics，Speech and Signal Processing，2006.上发表的论文。另一种现有技术提出，镜头模组的镜片采用液体透镜，利用电信号来改变液体透镜的形状及焦距，从而实现自动对焦。但是采用VCM和液体透镜实现自动对焦的功能，其需要电信号进行驱动，而二者均相对于电驱动信号有较大的滞后作用，电响应速度较慢，不利于实现快速对焦。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种小型且快速自动对焦的相机模组。
一种相机模组，其包括一个镜座、一个镜筒及一个影像感测器，所述镜座内容置所述镜筒和所述影像感测器，所述镜筒内具有光学元件，与所述影像感测器光学耦合，所述相机模组还包括至少一个驱动片，所述驱动片初始状态为平直状态，所述驱动片包括一个基体和一层溅射在所述基体上的形状记忆合金薄膜。
所述相机模组进一步包括一个控制驱动电路，所述控制驱动电路提供一个驱动电流给所述形状记忆合金薄膜使其电阻式受热，当温度超过所述形状记忆合金薄膜的马氏体逆转变开始温度，所述形状记忆合金薄膜由马氏体相转变到高温母相，体积收缩，所述形状记忆合金薄膜产生回复应力，由于所述基体体积不变，使得所述驱动片发生弯曲，从而驱动所述镜筒沿光轴方向移动，进行对焦。当控制驱动电路停止提供所述驱动电流，所述形状记忆合金薄膜快速冷却，当温度低于所述形状记忆合金马氏体相变开始温度，所述形状记忆合金薄膜由高温母相转变到所述低温马氏体相，所述回复应力消除，所述驱动片回复至初始所述平直状态，所述驱动片沿光轴方向拉回所述镜筒。
本发明还提供一种自动对焦方法，其包括以下步骤：
(1)提供所述相机模组，在初始状态下，所述驱动片为平直状态，所述影像感测器纪录下此时所述光学***在初始位置第一次成像的清晰度值，并将其送至所述控制驱动电路；
(2)所述控制驱动电路提供一个驱动电流给所述驱动片使其电阻式受热发生弯曲，从而驱动所述镜筒沿光轴方向移动到一第二位置，所述影像感测器记录下此时所述光学***在所述第二位置时第二次成像的清晰度值，并将其送至所述控制驱动电路；
(3)所述控制驱动电路将所述第一次成像的清晰度值与所述第二次成像的清晰度值进行比较，如果后者大于前者，则所述控制驱动电路继续提供所述驱动电流给所述驱动片，所述第二位置为最佳聚焦位置，进而完成对焦；
(4)如果后者小于前者，则所述控制驱动电路停止提供所述驱动电流给所述驱动片，所述驱动片回复至所述平直状态，所述初始位置为最佳聚焦位置，进而完成对焦。
本发明还提供一种相机模组，所述驱动片包括N个基底和分别溅射在所述基底上的N(N为大于1的整数)层形状记忆合金薄膜，述N层形状记忆合金薄膜为不同的形状记忆合金材料，具有不同的马氏体逆相变温度。
所述控制驱动电路提供一个驱动电流给所述驱动片使其电阻式受热，所述温控电路控制所述驱动片的温度，以控制所述N层形状记忆合金薄膜依次发生马氏体逆相变，从而使驱动片获得N个对应的弯曲度，进而带动所述镜筒沿光轴方向移动到N个对应的位置，进行对焦。
本发明还提供一种自动对焦方法，包括以下步骤：
(1)提供所述相机模组，所述驱动片为初始状态，所述影像感测器纪录下此时所述光学***在初始位置第一次成像的清晰度值和对应的驱动片的初始温度，并将其送至所述控制驱动电路；
(2)所述控制驱动电路提供一个驱动电流给所述驱动片使其电阻式受热，所述温控电路控制所述驱动片的温度，以控制所述N层形状记忆合金薄膜依次发生马氏体逆相变，从而使驱动片依次获得N个对应的弯曲度，进而带动所述镜筒沿光轴方向移动到N个对应的位置；
(3)所述影像感测器依次纪录所述镜筒在N个对应的位置时N个成像的清晰度值及其对应的驱动片的温度，并依次将其传输给所述控制驱动电路；
(4)所述控制驱动电路依次比较N个成像的清晰度值，记录下其中最大的清晰度值及其对应的驱动片的温度；
(5)所述温控电路将温度控制在所述对应的驱动片的温度，使所述驱动片处在所述对应的弯曲度，此时所述对应的位置为最佳聚焦位置，完成对焦。
本发明提供的相机模组，其所述驱动片驱动所述镜筒实现自动对焦，所述驱动片的基体和位于基体上的形状记忆合金薄膜厚度相当，其尺寸可以小到长几个毫米、宽几十个微米和厚几十个微米，且所述形状记忆合金薄膜发生马氏体逆相变时具有高达几百Mpa的回复应力，能够带动所述基体弯曲，进而驱动所述镜筒沿光轴方向移动进行对焦，其适于目前相机模组小型化趋势，而且，所述形状记忆合金薄膜具有较大表面积与体积比，热交换速率高，具有比VCM和液体透镜更高的电响应速率，与控制驱动电路配合，实现快速对焦。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的相机模组剖面示意图。
图2是本发明第一实施例进行自动对焦的信号处理示意图。
图3是本发明第二实施例提供的相机模组剖面示意图。
图4是本发明第二实施例进行自动对焦的信号处理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，为本发明第一实施例提供的一种相机模组100，其包括一个镜座110、一个镜筒120及一个影像感测器130。所述镜座110具有一个顶部容置腔112及一个底部容置腔113分别用于容置镜筒120及影像感测器130，且所述镜筒120内设有光学元件，与影像感测器130光学耦合，且该镜筒120与影像感测器130的光学中心位于同一光轴60上。
所述镜筒120内设有光学元件，如按次序排列的各种镜片121，所述镜筒120外径与所述顶部容置腔112直径相等，从而使得所述镜筒120在光轴60方向移动的同时可保证镜筒120的中心轴不偏离光轴。
所述影像感测器130包括一个感光元件(Image Sensor)131和一个影像信号处理芯片(Image Signal Processing Chip，简称ISP Chip)132，所述感光元件131可以是电荷耦合器件或互补式金属氧化物半导体。优选地，所述感光元件131和所述影像信号处理电路132集成于一体，所述影像感测器130采用陶瓷引线芯片载体封装(Ceramic Leaded Chip Carrier，CLCC)，塑料引线芯片载体封装(Plastic Leaded Chip Carrier，PLCC)或芯片尺寸封装(Chip Scale Package，CSP)。
所述相机模组100还包括至少一个驱动片141和一个控制驱动电路150。
所述驱动片141包括一个基体143和一层溅射在所述基体上的形状记忆合金薄膜144。优选地，所述驱动片141的基体143上与所述形状记忆合金薄膜144相对的面两端143a和143b分别粘贴在所述镜座110内壁和镜筒120外壁的凹台上，所述形状记忆合金薄膜144受热收缩，与所述基体143之间产生收缩应力，带动所述基体143发生弯曲。
所述驱动片141在初始状态为平直状态，优选地，所述所述驱动片141位于一个垂直于光轴60的平面上。
当所述控制驱动电路150提供一个驱动电流给所述形状记忆合金薄膜144使其电阻式受热，当温度超过所述形状记忆合金薄膜144的马氏体逆转变开始温度，所述形状记忆合金薄膜由马氏体相转变到高温母相，体积收缩，所述形状记忆合金薄膜144产生较大回复应力，由于所述基体143体积不变，使得所述驱动片141发生弯曲，从而驱动所述镜筒120沿光轴60方向移动，进行对焦。
当所述控制驱动电路150停止提供所述驱动电流，所述形状记忆合金薄膜144快速冷却，当温度低于所述形状记忆合金薄膜144的马氏体相变开始温度，所述形状记忆合金薄膜144由高温母相转变到所述低温马氏体相，所述回复应力消除，所述驱动片141回至初始所述平直状态。
优选地，所述形状记忆合金薄膜144的材料为镍钛(NiTi)基合金、铜基合金、铁基合金。具体地，所述镍钛(NiTi)基合金为NiTi、NiTiAl、NiTiAlZn或者NiTiAlZnCu等合金，所述铜基合金为CuZnAl、CuZnCa、CuAlNi、CuAlBe、CuZnSi、CuAlTi或者CuSrZn等合金，所述铁基合金为FePt、FePd、FeCrNi、FeNiC、FeMn、FeNiCoTi、FeMnSi或者FeCrNiMnSi合金等。
所述驱动片141可以采用溅射工艺在所述基体143上溅射一层非晶态的所述镍钛(NiTi)基合金、铜基合金或者铁基合金薄膜，然后将其进行高温晶化处理获得所述形状记忆合金薄膜144。晶化后的所述形状记忆合金薄膜144即具有形状记忆特性。
优选地，所述基体143为可挠的弹性层，能够由所述形状记忆合金薄膜144带动其弯曲，当所述形状记忆合金薄膜144快速冷却，当温度低于所述形状记忆合金薄膜144的马氏体相变开始温度，所述形状记忆合金薄膜144由高温母相转变到所述低温马氏体相，所述回复应力消除，所述基体143可以将所述形状记忆合金薄膜144弹回至初始所述平直状态，实现双程形状记忆效应。所述基体143可以为单晶硅薄膜、多晶二氧化硅(SiO2)薄膜或者弹性聚酰亚胺薄膜。
具体地，所述形状记忆合金薄膜144相对于所述基体143位于物侧，则所述驱动片141向物侧弯曲进而带动所述镜筒120沿光轴60向物侧移动，如果所述形状记忆合金薄膜144相对于所述基体143位于像侧，则所述驱动片141向像侧弯曲进而带动所述镜筒120沿光轴60向像侧移动。
优选地，所述相机模组100进一步包括至少一个弹性片142，所述弹性片一端嵌于所述镜座110内壁，另一端粘贴在所述镜筒120底部边缘区域，所述至少一个弹性片142与所述至少一个驱动片141一一对应，所述形状记忆合金薄膜144由高温母相转变到所述低温马氏体相，所述回复应力消除，所述弹性片142可以将所述形状记忆合金薄膜144弹回至初始所述平直状态。
请参阅图2，以下详细说明本发明第一实施例的自动对焦方法，所述控制驱动电路150具有一个比较器153，所述自动对焦方法包括以下步骤：
(1)提供所述相机模组100，在初始状态下，所述驱动片141为平直状态，所述镜筒处于初始位置31所述影像感测器130的感光元件131接收此时第一次成像，并将其转换成可处理的第一电信号；
(2)所述影像信号处理电路131接收所述可处理的第一电信号，获得所述与所述第一次成像的清晰度值，并将其送至所述比较器153；
(3)所述控制驱动电路150提供一个驱动电流给所述驱动片141使其电阻式受热发生弯曲，从而驱动所述镜筒120沿光轴60方向移动到一第二位置32，所述影像感测器记录下此时第二次成像的清晰度值，并将其送至所述比较器153；
(4)所述比较器153将所述第一次成像的清晰度值与所述第二次成像的清晰度值进行比较，如果后者大于前者，则所述控制驱动电路150继续提供所述驱动电流给所述驱动片141，所述第二位置32为最佳聚焦位置，进而完成对焦；
(5)如果后者小于前者，则所述控制驱动电路150停止提供所述驱动电流给所述驱动片141，所述驱动片141回复至所述平直状态，所述初始位置31为最佳聚焦位置，进而完成对焦。
所述清晰度值为解析度值、对比度值或者是模量传输函数值(Modulation TransferFunction，简称MTF)，所述模量传输函数值是对成像质量的综合评价值，比单纯解析度或者对比度能够更好反映成像质量。
本发明第一实施例提供的相机模组100，其驱动片141驱动所述镜筒120实现两段式自动对焦，且体积微小结构简单，更加适于目前相机模组微型化的趋势，而且利用形状记忆合金薄膜电响应速率快的优势，从而实现快速对焦。
请参阅图3，本发明提供的第二实施例的相机模组200的剖面示意图，其与本发明提供的第一实施例的相机模组100的区别在于，所述相机模组200的驱动片241包括N个基体243和所述基底243上的N(N为大于1的整数)层形状记忆合金薄膜244。
具体地，所述N层形状记忆合金薄膜采用不同的形状记忆合金材料，或者是相同成分不同含量的形状记忆合金材料，分别具有不同的马氏体逆相变温度，所述N层形状记忆合金薄膜分别进行热循环训练，使其在马氏体逆相变温度以上具有不同的弯曲度。
优选地，所述驱动片241制作方法为：分别在N片基体上溅射所述N种不同的形状记忆合金材料，进行高温晶化处理和热循环训练，获得N片形状记忆合金薄膜片，其分别在各自马氏体逆相变温度以上具有不同的弯曲度，然后将所述N片形状记忆薄膜片依次粘结在一起，优选地，所述基体243为单晶硅薄膜、多晶二氧化硅(SiO2)薄膜或者弹性聚酰亚胺薄膜等材料，防止形状记忆合金薄膜层之间原子扩散造成其形状记忆效应的衰减。
所述基体243可挠，任意一片所述形状记忆片发生弯曲，带动所述驱动片241弯曲，进而带动所述镜筒220沿光轴60移动。
所述控制驱动电路250进一步具有一个温控电路252，所述N片形状记忆合金薄膜片在发生马式体逆相变时其电阻率发生突变，所述温控电路252依此控制所述N片形状记忆合金薄膜的温度。
所述控制驱动电路250提供一个驱动电流给所述驱动片241使其电阻式受热，所述温控电路252控制所述驱动片241的温度，以控制所述N层形状记忆合金薄膜依次发生马氏体逆相变，从而使驱动片241获得N个对应的弯曲度，进而带动所述镜筒220沿光轴60方向移动到N个对应的位置进行对焦。
请参阅图5，本发明第二实施例的自动对焦方法，所述控制驱动电路250具有一个比较器253和一个温控电路252，所述自动对焦方法包括以下步骤：
(1)提供所述相机模组200，在初始状态下，所述驱动片241为平直状态，所述镜筒220处于初始位置，所述影像感测器230的感光元件231接收此时光学***第一次成像，并将其转换成可处理的第一电信号；
(2)所述影像信号处理电路232接收所述可处理的第一电信号，获得所述与所述第一次成像的清晰度值，并将其送至所述比较器253；
(3)所述控制驱动电路250提供一个驱动电流给所述驱动片241使其电阻式受热，所述温控电路252控制所述驱动片241的温度，以控制所述N层形状记忆合金薄膜依次发生马氏体逆相变，从而使驱动片241依次获得N个对应的弯曲度，进而带动所述镜筒220沿光轴60方向移动到N个对应的位置；
(4)所述影像感测器230的感光元件231依次接收所述镜筒220沿光轴60方向移动到N个对应位置所进行的N次成像，并依次将其转换成可处理的N个电信号；
(5)所述影像信号处理电路231依次接收所述N个成像的清晰度值及其对应的驱动片241的温度，并依次将其传输给所述比较器253；
(6)所述比较器253依次比较N个成像的清晰度值，记录下其中最大的清晰度值及其对应的驱动片241的温度；所述温控电路将温度控制在所述对应的驱动片的温度，使所述驱动片处在所述对应的弯曲度，此时所述对应的位置为最佳聚焦位置，完成对焦。
本发明第二实施例提供的所述相机模组200，其驱动片241驱动所述镜筒220实现多段式自动对焦，且体积微小结构简单，更加适于目前相机模组微型化和高像素的趋势，而且利用形状记忆合金薄膜电响应速率快的优势，从而实现快速准确对焦。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

  1. 【权利要求1】一种相机模组，其包括一个镜座、一个镜筒及一个影像感测器，所述镜座内容置所述镜筒和所述影像感测器，所述镜筒内具有光学元件，其与所述影像感测器光学耦合，其特征在于，所述相机模组还包括：
    至少一个驱动片，其包括一个基底和形成于所述基底上的形状记忆合金薄膜，所述驱动片分别与所述镜筒和镜座连接；
    一个控制驱动电路，其用以提供一个驱动电流给所述形状记忆合金薄膜使其电阻式受热收缩产生回复应力，使得所述驱动片弯曲以驱动所述镜筒沿光轴方向移动，所述控制驱动电路停止提供所述驱动电流，使得所述形状记忆合金薄膜冷却，所述回复应力消除，所述驱动片沿光轴方向拉回所述镜筒。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的相机模组，其特征在于，所述驱动片采用在所述基体上溅射一层形状记忆合金薄膜并高温晶化处理而成，所述形状记忆合金薄膜为镍钛基形状记忆合金薄膜、铜基形状记忆合金薄膜或者铁基形状记忆合金薄膜，所述基底为一层可挠的单晶硅薄膜或者一层弹性的聚酰亚胺薄膜。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的相机模组，其特征在于，所述驱动片初始状态为平直状态，其水平面与所述光轴垂直，其一端固定在所述镜座内壁上，其另一端固定在所述镜筒外壁上。
  4. 【权利要求4】如权利要求1所述的相机模组，其特征在于，所述相机模组进一步包括至少一个弹性片，所述至少一个弹性片与所述至少一个驱动片一一对应，所述弹性片两端分别固定在所述镜座与镜筒上，所述控制驱动电路停止提供所述驱动电流，使得所述形状记忆合金薄膜冷却，所述回复应力消除，所述弹性片用以沿光轴方向弹回所述镜筒。
  5. 【权利要求5】一种自动对焦方法，其包括以下步骤：
    (1)提供一个相机模组，其包括一个光学***、一个形状记忆合金薄膜驱动片、一个控制驱动电路和一个影像感测器，所述控制驱动电路具有一个比较器，所述影像感测器纪录下此时所述光学***在初始位置第一次成像的清晰度值，并将其送至所述比较器；
    (2)所述控制驱动电路提供一个驱动电流给所述形状记忆合金薄膜驱动片使其电阻式受热发生形状变化，以驱动所述光学***沿光轴方向移动到一第二位置，所述影像感测器记录下此时所述光学***在所述第二位置时第二次成像的清晰度值，并将其送至所述比较器；
    (3)所述比较器将所述第一次成像的清晰度值与所述第二次成像的清晰度值进行比较，如果后者大于前者，则所述控制驱动电路继续提供所述驱动电流给所述形状记忆合金薄膜驱动片，所述第二位置为最佳聚焦位置，进而完成对焦；
    (4)如果后者小于前者，则所述控制驱动电路停止提供所述驱动电流给所述形状记忆合金薄膜驱动片，所述驱动片回复至所述平直状态，所述初始位置为最佳聚焦位置，进而完成对焦。
  6. 【权利要求6】如权利要求5所述的自动对焦方法，所述清晰度值为模量传递函数值。
  7. 【权利要求7】一种相机模组，其包括一个镜座、一个镜筒及一个影像感测器，所述镜座内容置所述镜筒和所述影像感测器，所述镜筒内具有光学元件，所述镜筒与所述影像感测器光学耦合，其特征在于，所述相机模组还包括：
    至少一个驱动片及其对应的一个弹性片，所述驱动片包括N个基底和依次位于所述基底上的N层形状记忆合金薄膜，N为大于1的整数，所述控制驱动电路具有一个温控电路，所述控制驱动电路提供一个驱动电流给所述驱动片使其电阻式受热，所述温控电路控制所述驱动片的温度，以控制所述N层形状记忆合金薄膜依次发生马氏体逆相变，从而使驱动片获得N个对应的弯曲度，进而带动所述镜筒沿光轴方向移动到N个对应的位置，进行对焦。
  8. 【权利要求8】如权利要求7所述的相机模组，所述N层形状记忆合金薄膜为N种不同的形状记忆合金材料，具有N种不同的马氏体逆相变温度，所述N层形状记忆合金薄膜分别经过不同的热循环训练，在马氏体逆相变温度以上具有不同的弯曲度。
  9. 【权利要求9】一种自动对焦方法，包括以下步骤：
    (1)提供一个相机模组，其包括一个光学***、一个形状记忆合金薄膜驱动片、一个控制驱动电路和一个影像感测器，所述形状记忆合金薄膜驱动器包括N层形状记忆合金薄膜，N为大于1的整数，所述控制驱动电路具有一个比较器，所述影像感测器纪录下此时所述光学***在初始位置第一次成像的清晰度值，并将其送至所述比较器；
    (2)所述控制驱动电路提供一个驱动电流给所述驱动片使其电阻式受热，所述温控电路控制所述驱动片的温度，以控制所述N层形状记忆合金薄膜依次发生马氏体逆相变，从而使驱动片依次获得N个对应的弯曲度，进而带动所述镜筒沿光轴方向移动到N个对应的位置；
    (3)所述影像感测器依次纪录所述镜筒在N个对应的位置时N个成像的清晰度值及其对应的驱动片的温度，并依次将其传输给所述控制驱动电路；
    (4)所述控制驱动电路依次比较N个成像的清晰度值，记录下其中最大的清晰度值及其对应的驱动片的温度；
    (5)所述温控电路将温度控制在所述对应的驱动片的温度，使所述驱动片处在所述对应的弯曲度，此时所述对应的位置为最佳聚焦位置，完成对焦。
  10. 【权利要求10】如权利要求9所述的自动对焦方法，所述清晰度值为模量传递函数值。
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