CN100370301C - 镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法 - Google Patents
镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其包括以下步骤：提供一各点均具有相同照度的特定物体；使用欲进行调整的镜头模组拍摄具有均匀照度的特定物体；在所调整的镜头模组的图像传感器的感测面上设定包括感测面的中心点及四个边缘点的多个测量点，透镜组的光轴经过该中心点，该四个边缘点顺序连线可构成一矩形；测量并比较分析图像传感器的感测面上各边缘点相对中心点的相对照度，根据余弦四次方定律推断该图像传感器的倾斜方向和角度，从而采取相应的措施调整该图像传感器和光轴的垂直度。该方法是一种光学方法，可不增加镜头模组的机构复杂度并精确调整图像传感器和透镜组的光轴的垂直度。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种用于调整图像传感器和透镜组的光轴对正的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法。
【背景技术】
随着数字技术的不断发展，数码相机已被人们广泛应用，特别是近年来移动电话及PDA(个人数字助理)等便携式电子装置也在快速向高性能、多功能化方向发展，数码相机和该等便携式电子装置的结合已成为发展移动多媒体技术的关键，和该便携式电子装置结合的数码相机体积较小且结构简单，其镜头模组的制造及维修装配过程中容易受到零组件制造及装配误差的影响，产生镜头模组的图像传感器和透镜组的光轴不垂直现象，即图像传感器具有一定倾斜的情况。该情况会导致图像传感器所接收的入射光线照度不均，引起图像一侧较亮，而另一侧较暗，从而影响图像拍摄品质。例如：中国知识产权局在2001年12月5日公告的专利号为01202112的专利公开了一种镜头模组，其利用基座和电路板的间的弹性组件及螺钉进行调焦的过程中，由于不同弹性组件的受力不均，及弹性组件的变形均会导致图像传感器的倾斜。
现有的调整技术中具有改善该情况的构造，例如：中国知识产权局在2003年5月7日公告的专利号为02230734的专利公开了一种数码相机的传感器定位装置，该定位装置是在镜头模组的基座容置室内设置定位块，从而将图像传感器定位并使其保持水平，该结构受到零组件制造精度的限制而影响调整精度，例如：定位块的长度等，不能精确控制该图像传感器保持水平。另外，该结构需增加镜头模组的机构复杂度，从而增加制造难度及成本。
有鉴于此，提供一种不增加镜头模组机构复杂度且调整精度高的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，用于调整图像传感器和透镜组的光轴垂直度，实为必要。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，该方法可不增加镜头模组机构复杂度，且可精确的调整图像传感器和透镜组的光轴的垂直度。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：本发明的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其包括以下步骤：提供一各点均具有相同照度的特定物体；使用欲进行调整的镜头模组拍摄上述的特定物体；在所调整的镜头模组的图像传感器的感测面上设定多个测量点，该多个测量点包括图像传感器的感测面的中心点及四个边缘点，透镜模的光轴经过该中心点，该四个边缘点顺序连线可构成一矩形，且该矩形的对角线相交点为所述中心点；测量上述设定的测量点的照度数值；对上述测量点的照度数值进行比较分析，分别求出各边缘点相对中心点的相对照度，比较该相对照度与光轴和图像传感器垂直时该点的相对照度的大小，从而推断出图像传感器的倾斜状况；采取相应的措施调整图像传感器和光轴的垂直度，使该图像传感器和该光轴垂直。
本发明的有益效果是：本发明是采取一种光学调整方法，不增加镜头模组的机构复杂度，且可精确的调整图像传感器和光轴的垂直度。
【附图说明】
图1是本发明的光线通过透镜组的光路示意图。
图2是本发明所应用的余弦四次方定律，被摄物照度相同时边缘像点的照度随入射光线和光轴的夹角的余弦的四次方变化的示意图。
图3是本发明的镜头模组调整方法的流程图。
图4是本发明的镜头模组调整方法在图像传感器上设定测量点的示意图。
图5是本发明的光线经透镜组入射至图像传感器上的测量点上的立体光路示意图。
【具体实施方式】
请参照图1和图2所示，本发明所提供的相机镜头的图像传感器与透镜组的位置调整方法是一种光学调整方法，主要应用的光学原理是余弦四次方定律，其是指离轴光线(和光轴不平行的光线)在焦平面上成像a′的照度和与透镜组10光轴pp′平行入射的光线在焦平面上成像p′的照度比率，是与离轴光线和光轴pp′的夹角θ的四次方成正比。因此，当物ap的各点照度相同时，离轴光线在焦平面上成像点a′的照度和沿光轴方向入射的入射光线在焦平面上成像点的照度比为COS4θ。
请参照图3所示，该调整方法的调整步骤如下：
步骤1，提供一各点均具有相同照度的特定物体，即该特定物体具有均匀照度，从而使得入射至透镜组10的光线具有相同照度。该物体可以为位于同一水平面上的单色测试板，也可为一可发出均匀照度光线的光源。
步骤2，使用欲进行调整的镜头模组拍摄上述的具有均匀照度的特定物体，从而使得入射光线经透镜组10汇聚至图像传感器20的感测面上。图像传感器20将所接收到的光信号转换为电信号。
请参照图4和图5所示，步骤3，在所调整的镜头模组的图像传感器20的感测面上设定A、B、C、D、O五个测量点。其中O点为图像传感器20的感测面的中心点且透镜组10的光轴经过O点，A、B、C、D为边缘点，其位于该图像传感器20的感测面的边缘四角上。该四点顺序连线可构成一矩形，而O点即为该矩形的对角线相交点，即该边缘点A、B、C、D相对于O点中心对称。可以理解，该测量点A、B、C、D可不局限于边缘像点，只需该测量点相对于O点中心对称即可，从而可满足入射至该边缘点的入射光线和光轴的夹角相同。
步骤4，分别测量图像传感器20的感测面上A、B、C、D、O五点的照度数值。该照度测量可以直接通过相关仪器将图像传感器20的感测面上指定测量点处的感光组件所感测到的照度数值输出。也可将图像传感器20所拍摄的原始数据由信号传输线，例如：USB(Universal Serial Bus)总线，传入相关的电脑，以一定的图片文件格式，例如：JPEG(JOINT PHOTOGRAPHIC EXPERT GROUPAP，联合图像专家组)或TIFF(TAG IMAGE FILE FORMAT，卷标图像文件格式)，将其显示出来。再通过精密照度计直接测量图像传感器20的感测面上指定测量点在图像上相应的像点的照度，也可通过Photoshop等软件取得相应像点的照度。
步骤5，对所测量的A、B、C、D、O五点的照度数值进行比较分析，根据比较分析的结果判断图像传感器20的倾斜状况。
步骤6，根据步骤5判断出的图像传感器20的倾斜状况，采取相应措施调整该图像传感器20，进而使其和透镜组10的光轴对正中心点O，且和图像传感器20垂直。
本实施方式中的比较分析方法是分别求出A、B、C、D四点和O点的照度比，即A、B、C、D四点的相对照度，其分别为A/O、B/O、C/O、D/O。由于光轴经过O点，从而入射至该点的入射光线和光轴夹角始终为0，其照度始终最强。若图像传感器和光轴垂直，且透镜的光轴正对图像传感器20中心，则入射至A、B、C、D四点的入射光线和光轴的夹角相同，由余弦四次方定律，该四点的照度和该点的入射光线和光轴的夹角的余弦的四次方成比例降低，进而推出A/O＝B/O＝C/O＝D/O＝COS4θ(θ为像传感器和光轴垂直时，入射至边缘四点A、B、C、D的入射光线和光轴的夹角)。若图像传感器和光轴不垂直，则会引起入射至A、B、C、D点的入射光线和光轴的夹角不同，从而相对照度A/O、B/O、C/O、D/O的数值产生不同，由于图像传感器20倾斜的方向和角度不同，各点相对照度的数值关系也不同，反之，则可根据各点相对照度的不同数值关系推出该图像传感器20倾斜的方向和角度。
以下将举例说明计算图像传感器20倾斜方向和角度的方法，若图像传感器20和光轴垂直时，且透镜的光轴正对图像传感器20中心，而各测量点的相对照度为A/O＝B/O＝C/O＝D/O＝0.6时，即COS4θ＝0.6，从而推出θ＝28.344°该数值可以通过视场角和焦距等关系得出，也可以由实验测得。
令θ1、θ2、θ3、θ4分别为A、B、C、D四点的入射光线和光轴的夹角。
若测得相对照度(A/O＝B/O＝0.65)＞(C/O＝D/O＝0.55)，即入射至A、B点的入射光线和光轴的夹角较小，则可推断出图像传感器设定A、B测量点一侧向远离透镜组10方向倾斜，即要采取相应措施将其向靠近透镜组10一端旋转。经余弦四次方定理计算得θ1＝θ2＝26.116 °，θ3＝θ4＝30.551°，从而推出该图像传感器20的边缘点A、B连线形成的边界向靠近透镜组10一端旋转1/2(θ3-θ1)＝2.218°。
若测得相对照度A/O＝C/O＝0.6，B/O＝0.65，D/O＝0.55，则可推断出该图像传感器20设定B测量点一角向远离透镜组10一端倾斜，即要采取相应措施将其向靠近透镜组10一端旋转。经余弦四次方定理计算得知θ2＝26.116°，θ4＝30.551°，从而推出该图像传感器20的B测量点处向靠近透镜组10一端倾斜1/2(θ4-θ2)＝2.218°。
同理，其它倾斜状况也可以根据上述理论和方法，推断其图像传感器20相对于光轴的倾斜方向及角度。另外，该完全依照余弦四次方定律进行计算图像传感器20的倾斜角度的方法，仅适用于没有渐晕现象(投射到像面旁边的光线，没有全部通过光圈直径，为光圈前后的镜片框所遮挡，因而导致像面边缘照度下降，该现象通过缩小光圈即可消除)的镜头模组。
计算出图像传感器20相对于光轴的倾斜方向及角度后，即可采取相应的措施调整图像传感器20和光轴的垂直度。
可以理解，也可以不计算图像传感器20的倾斜角度，而仅通过比较边缘点相对照度的数值大小而推知其倾斜方向，从而调整倾斜状况的同时测量边缘点的相对照度，直至其相对照度相等为止，也可以达到调整图像传感器20使其和光轴垂直的目的。由于镜头的渐晕现象也具有关于像面中心对称的特性，因此该方法不受镜头渐晕现象的限制。
Claims (8)
1.一种镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其特征在于：其包括以下步骤：
提供一各点均具有相同照度的特定物体；
使用欲进行调整的镜头模组拍摄上述的特定物体；
在所调整的镜头模组的图像传感器的感测面上设定多个测量点，该多个测量点包括图像传感器的感测面的中心点及四个边缘点，透镜组的光轴经过该中心点，该四个边缘点顺序连线可构成一矩形，且该矩形的对角线相交点为所述中心点；
测量上述设定的测量点的照度数值；
对上述测量点的照度数值进行比较分析，分别求出各边缘点相对中心点的相对照度，比较该相对照度与光轴和图像传感器垂直时该点的相对照度的大小，从而推断出图像传感器的倾斜状况；
采取相应的措施调整图像传感器和光轴的垂直度，使该图像传感器和该光轴垂直。
2.如权利要求1所述的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其特征在于：所述的特定物体是位于同一水平面上的单色测试板。
3.如权利要求1所述的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其特征在于：所述的特定物体是一可发出均匀照度光线的光源。
4.如权利要求1所述的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其特征在于：所述的测量测量点的照度数值，是直接通过相关仪器将图像传感器上位于测量点的感光组件所感测到的照度数值输出。
5.如权利要求1所述的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其特征在于：所述的测量测量点的照度数值是将图像传感器所拍摄的原始数据由信号传输线，传入相关的电脑中，以一定的图片文件格式将其显示出来，再测量图像传感器上的测量点在图像上相应的像点的照度。
6.如权利要求1所述的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其特征在于：所述图像传感器的倾斜状况是根据边缘四点的相对照度的数值及利用余弦四次方定律计算出图像传感器倾斜的角度来判断。
7.如权利要求6所述的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其特征在于：所述的采取相应的措施调整图像传感器和光轴的垂直度，是根据上述比较分析所得的倾斜状况和角度进行调整图像传感器。
8.如权利要求6所述的镜头模组的图像传感器与透镜组的位置调整方法，其特征在于：所述的采取相应的措施调整图像传感器和光轴的垂直度，是根据上述比较分析所得的倾斜状况逐渐调整图像传感器并同时测量边缘各点的相对照度，直至各边缘点的相对照度相等为止。
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