CN100555055C - 自动对焦装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自动对焦装置，其包括一镜筒，一镜头座及一影像侦测封装件，该镜筒及影像侦测封装件均安装在镜头座内；其中，该自动对焦装置进一步包括一置于镜头座内的光学装置，所述光学装置包括一上基板，一下基板及支撑上、下基板的四压电支柱，该上、下基板与该四压电支柱之间形成一中间层，该中间层内置有一装有可透光的透明液体的可伸缩的透明胶囊，且上、下基板均为可透可见光的透明基板，该光学装置安装在镜筒与影像侦测封装件之间，且厚度可改变。

Description

自动对焦装置
技术领域
本发明涉及一种自动对焦装置，尤其涉及一种结构简单且以非机械式移动实现对焦的自动对焦装置。
背景技术
目前，数码相机已越来越普及，而大众对数码相机的要求也越来越高。而且市面上已出现众多附加数字相机功能的移动电话，且移动电话数字相机的规格也越来越高，从最早期的30万像素到现在已出现百万像素的移动电话数字相机。除像素要求外，大众对移动电话数字相机的变焦功能愈加关注。市面上的可自动变焦数字相机，常采用步进电机驱动及感应线圈驱动自动对焦两种机制，二者均为采用使镜头机械式移动的方式，实现对焦。
步进电机驱动镜头移动以对焦，会使整个镜头模组增加步进电机及与之相连的环状齿轮，体积变大，从而增加数字相机或移动电话的体积；且利用步进电机对焦，镜头与影像感光器之间发生相对旋转，从而引发偏心问题，如此易产生光轴偏斜。
感应线圈驱动镜头移动以对焦，需在感应线圈内置一磁铁，二者配合驱动镜头位移以实现自动对焦，会使整个镜头模组增加磁铁，镜头本身重量加重，因此须加大通过感应线圈的电流才能顺利移动镜头，从而也会造成电池负担过大。
由上所述，以步进电机驱动或感应线圈驱动自动对焦的镜头模组会引入驱动电机或磁铁，均会造成镜头模组体积及重量增加；同时，二者均为使镜头产生机械式移动以实现对焦，故存在镜头模组与影像感光器之间光轴是否同轴的问题。
因此，为使镜头模组体积及重量减少，目前已出现使用压电元件来实现镜头移动以实现对焦的自动对焦装置，此种结构为利用电压的改变，即可使压电材料产生机械形变的性质，以驱动镜头移动以实现对焦。
相关技术请参美国专利第6,710,950号，一种数字相机的自动对焦装置，其使用一压电致动器根据数字相机控制处理器的信号以调节镜头元件的位置，其包括一镜头座，一镜筒，一压电致动器，一弹性印刷电路板。其中，镜筒内置有透镜片，置于镜头座内，且可沿镜头座的纵向轴线产生相对移动。压电致动器包括多个压电元件，该压电元件环设于镜头座外周围，且可实现镜筒的移动。该弹性印刷电路板安装在镜头座上，与该压电致动器及一电源相连接，且该弹性印刷电路板可使压电致动器产生机械形变从而控制镜筒的位移。
此种采用压电元件的自动对焦装置，可使镜头模组移动以对焦，虽可相对减小镜头模组的体积及重量，但因其是通过使镜头模组机械移动以实现对焦，故镜头与影像感光器之间的光轴仍会产生偏移。
综上所述，以步进电机驱动、感应线圈及压电元件驱动实现自动对焦的镜头模组均为机械式移动以实现对焦，均存在镜头模组与感光器之间光轴是否同轴性的问题。
是以，提供一种降低镜头模组体积及重量且无需考虑镜头模组及感光器之间光轴的同轴性的自动对焦装置，实为必须。
发明内容
本发明之目的在于提供一种自动对焦装置，尤其提供一种结构简单且以非机械式移动实现对焦的自动对焦装置。
为实现本发明之目的，本发明的技术方案是：一种自动对焦装置，其包括一镜筒，一镜头座及一影像侦测封装件，所述镜筒及影像侦测封装件均安装在镜头座内；其中，所述自动对焦装置进一步包括一置于镜头座内的光学装置，所述光学装置包括一上基板，一下基板及支撑上、下基板的四压电支柱，该上、下基板与该四压电支柱之间形成一中间层，该中间层内置有一装有可透光的透明液体的可伸缩的透明胶囊，且上、下基板均为可透可见光的透明基板，该光学装置安装在镜筒与影像侦测封装件之间，且厚度可改变。
相较于现有技术，本发明当该压电支柱通电时，该压电支柱受电压影响产生机械形变而带动该上、下基板作相向或相对移动，从而使该光学装置的光轴方向的厚度发生变化，进而使通过该光学装置的光信号的光学路径发生变化，从而实现对焦功能。
此种自动对焦装置的镜筒，镜头座，光学装置及影像撷取元件均为固定装置，并未产生机械位移。仅须对光学装置的厚度进行调整，即可达到自动对焦，以非机械式移动实现对焦，无须考虑镜筒与影像封装件之间的光轴的同轴性。
附图说明
图1是本发明自动对焦装置的立体图；
图2是本发明自动对焦装置的剖示图；
图3是本发明自动对焦装置之光学装置的立体图；
图4是本发明自动对焦装置之入射光透过光学装置的光路图。
具体实施方式
请参阅图1及图2，本发明自动对焦装置100包括一镜筒1，一镜头座2，一光学装置3，影像侦测封装件4。所述镜筒1、光学装置3及影像侦测封装件4均安装在镜头座2内。其中，镜筒1安装在镜头座2内的顶端，光学装置3与影像侦测封装件4依次安装在镜头座2内，光学装置3安装在镜筒1与影像侦测封装件4之间。
所述镜筒1为一圆柱形体，其内置有镜片10，其外壁上环设有外螺纹12。
所述镜头座2亦为中空圆柱形体，其内径稍大于镜筒1的内径。镜头座2内壁上设有内螺纹20，内螺纹20可与镜筒1外壁上的外螺纹12相配合以将镜筒1固定在镜头座2中。
请一同参阅图3，该光学装置3为一方形腔体，可使光信号透过至影像侦测封装件4。光学装置3包括一上基板30，一下基板31及支撑上、下基板30、31的四压电支柱32。光学装置3的中心区域为光学可穿透区，与镜筒1内的镜片10的光轴同轴。
所述上、下基板30、31为可透可见光的透明基板，上基板30上镀有滤光膜，而下基板31上则镀有抗反射膜，光信号入射时，滤光膜可过滤入射光，而抗反射膜则可减少入射光在下基板上反射，二者可减少上、下基板30、31对入射至影像侦测封装件4之光信号的影响。所述压电支柱32所用的压电材料可为压电陶瓷等材料，压电材料具通电产生机械形变的特性，其形变量与电压成正比，常用作机电转换换能器。压电支柱32上连接有一压电电源，压电电源提供该压电支柱32电压，即可使压电支柱32产生形变，从而可带动上、下基板30、31上下移动，以使光学装置3的厚度发生改变。
请一同参阅图4，所述上、下基板30、31与四压电支柱32之间形成一中间层，其内置有一可伸缩透明胶囊33，其为一圆柱形体。所述胶囊33轴线与光学装置3的光学可穿透区的光轴同轴，其内装有可透光的透明液体，所述透明液体的折射率大于1.2。
所述光学装置3还包括四弹性钢片35，所述弹性钢片35呈“ㄈ”形。四弹性钢片35的横端分别贴置于上、下基板30、31上，由此可夹紧上、下基板30、31及胶囊33。该四弹性钢片35压设在上、下基板30、31上，可保持上、下基板30、31的平行性，及使其与压电支柱32紧密贴附。
请再次参阅图2，所述影像侦测封装件4置于镜头座2内底端，包括一影像撷取元件40及一封装元件42，该影像撷取元件40安装在封装元件42上。影像撷取元件40可以是CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)影像感光器或CCD(Charge CoupledDevice，电荷耦合器件)影像感光器等。所述影像撷取元件40与镜筒1内的镜片10及光学装置3的光轴共轴，可接受透过镜片10及光学装置3的光信号。
装配时，首先组装光学装置3，在可伸缩透明胶囊33内装入透明液体，并将胶囊33粘贴在上、下基板30、31及四压电支柱32上，并置于上、下基板30、31与四压电支柱32形成之光学装置3之中间层内，且使胶囊33轴线与光学装置3之光学可穿透区共轴。将四弹性钢片35分别对称夹持在光学装置3的光学可穿透区与四压电支柱32间，使光学装置3的上、下基板30、31与四压电支柱32紧密相贴，使光学装置3结构更稳定。
再次将影像侦测封装件4通过粘胶或其它方式固持在镜头座2底端，并使影像撷取元件40与镜头座2共轴；将上述组装好的光学装置3安装在影像侦测封装件4上。旋转镜筒1，将镜筒1沿轴线方向套入镜头座2内，使镜筒1外壁的外螺纹12螺接于镜头座2内壁上的内螺纹20，镜筒1藉此进入镜头座2内，进而安装在镜头座2上。至此完成自动对焦装置100的装配。
光信号透过镜筒1内的透镜10，入射至光学装置3上，光学装置3的上、下基板30、31均为可透可见光的透明基板，且上基板30上镀有滤光膜，而下基板31上镀有抗反射膜。光信号可精准地透过光学装置3至影像侦测封装件4的影像撷取元件40上。
对焦时，四压电支柱32接通与之相连的压电电源，使压电支柱32受电压影响产生机械形变，带动上、下基板30、31移动，从而使光学装置3厚度发生变化。可伸缩透明胶囊33粘贴在上、下基板30、31及四压电支柱32形成的中间层中，光学装置3的厚度变小可挤压可伸缩透明胶囊33使其产生形变，若光学装置3的厚度恢复原状，胶囊33亦可随之恢愎原状。因胶囊33内装有可透光的透明液体，光信号透过上基板30进入透明液体时，会发生折射现象，故光学路径亦会产生变化。
请再次参阅图4，光信号透过上基板30后，若未透过透明液体，而直接透过下基板31，则成像点在N处；若透过透明液体，此时，若透明液体的折射率为n，空气的折射率为n0，按照公式(1)：
n0sinθi＝nsinθt    (1)
其中，θi为入射角，θt为折射角，因透明液体的折射率n大于1.2，而空气的折射率n0为1.0，故θt小于θi。因此，可知光信号透过下基板31后，成像点会在N’处，相对N产生相对位移。
根据公式(1)及直角三角形sinθ与边长的关系，在入射角θi较小时，可推出公式(2)：
NN’＝t(1-1/n)/θt  (2).
其中，t为光学装置3的厚度，n为透明液体的折射率。由此可见，光学位移路径NN’与光学装置3的厚度t相关，且二者成正比。
因此，四个压电支柱32高度的变化可实现光学装置3厚度改变，光学装置3的厚度改变亦可使光学位移路径NN’变化，从而相当于使镜片10与影像撷取元件40间的距离改变。同时，光学装置3的厚度变化可与电压成正比，即可使得光学位移路径NN’产生连续不同的变化，从而实现自动对焦装置100进行多段式对焦。
此种结构为通过压电支柱32高度改变而使光学装置3的厚度产生变化，为通过非机械移动方式实现自动对焦功能，镜筒1与镜头座2之间的相对位置并不发生改变，无须考虑镜筒1与影像撷取元件40之间光轴的同轴问题。

Claims (8)

1.一种自动对焦装置包括一镜筒，一镜头座及一影像侦测封装件，所述镜筒及影像侦测封装件均安装在镜头座内；其特征在于：所述自动对焦装置进一步包括一置于镜头座内的光学装置，所述光学装置包括一上基板，一下基板及支撑上、下基板的四压电支柱，该上、下基板与该四压电支柱之间形成一中间层，该中间层内置有一装有可透光的透明液体的可伸缩的透明胶囊，且上、下基板均为可透可见光的透明基板，所述光学装置安装在镜筒与影像侦测封装件之间，且其厚度可改变。
2.如权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于：所述镜头座内径稍大于镜筒的内径，所述镜头座内壁上设有内螺纹，镜筒套装在镜头座内，且外壁上设有外螺纹。
3.如权利要求2所述的自动对焦装置，其特征在于：所述光学装置可透过入射光，并使其入射至影像侦测封装件上，光学装置的厚度可产生连续变化，以使自动对焦装置实现多段式对焦。
4.如权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于：所述上基板上镀有滤光膜，下基板上镀有抗反射膜。
5.如权利要求4所述的自动对焦装置，其特征在于：所述压电支柱所用的压电材料为压电陶瓷材料。
6.如权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于：所述可伸缩透明胶囊内装有透明液体，其折射率大于1.2。
7.如权利要求6所述的自动对焦装置，其特征在于：所述光学装置还包括四弹性钢片。
8.如权利要求7所述的自动对焦装置，其特征在于：所述弹性钢片横端贴置于上、下基板上，以夹紧上、下基板及可伸缩透明胶囊。
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