CN101398526A

CN101398526A - 电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统

Info

Publication number: CN101398526A
Application number: CNA2007100306549A
Authority: CN
Inventors: 韦义壮; 邱盛平; 蔡宾
Original assignee: Union Optech Co Ltd
Current assignee: Union Optech Co Ltd
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-01

Abstract

本发明公开了一种电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统。它包括座体，它的技术要点在于座体包括导向的镜筒，镜筒的空腔中设有可沿镜筒上下运动的镜头座，镜头座上缠绕有多匝线圈，在镜筒内装有磁铁，在镜头座上设有复位弹簧；座体还可以包括承座、上盖，镜筒套合在承座上，上盖压住镜筒后与承座连接；所述磁铁是四块，磁铁在镜筒的四角均匀安装。本发明的目的是为了克服现有对焦系统精度不高、外形偏大、拍摄距离受限制的不足而提供的一种采用电磁力驱动及弹簧弹力平衡方式实现高像素镜头的自动对焦系统，它实现了镜头自动对焦的动作精准性、自动对焦系统的微型化、解决了镜头微距拍摄问题。

Description

电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统

【技术领域】

本发明涉及一种用于摄像设备上的对焦装置，尤其是涉及高像素手机镜头、照相机、摄像头等类似产品的自动对焦系统。

【背景技术】

数码照相技术的发展趋势是数码镜头由低像质到高像质，由定焦数码镜头到对焦数码镜头。

目前市场上销售的照相手机用数码镜头，主要是30万、130万像素的镜头；比较高档的照相手机，配置有200万甚至300万像素的数码镜头，这类镜头由于没有对焦功能，景物的拍摄距离受到限制，拍摄近距离(5-30cm)或远距离(200cm以外)的景物，景物影像就会模糊不清。无论是整体的清晰度，明亮度还是像面的对比度，都不是很理想；而市场上已出现的一些具有对焦功能的镜头，虽然具有一定的对焦功能，但大多采用传统的机械传动机构，传动精度不能满足光学系统的高精度要求，且外形偏大。这样的对焦功能镜头不能满足照相手机薄且小巧、质量可靠的发展方向。

【发明内容】

本发明的目的是为了克服上述对焦系统精度不高、外形偏大、拍摄距离受限制的不足而提供的一种采用电磁力驱动及弹簧弹力平衡方式实现高像素镜头的自动对焦系统。本发明实现了镜头自动对焦的动作精准性、自动对焦系统的微型化、解决了镜头微距拍摄问题，5cm至无穷远景物可对焦拍摄。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下列技术方案：

一种电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统，包括座体，其特征在于座体包括导向的镜筒，镜筒的空腔中设有可沿镜筒上下运动的镜头座，镜头座上缠绕有多匝线圈，在镜筒内装有磁铁，在镜头座上设有复位弹簧；

如上所述的座体还可以包括承座、上盖，镜筒套合在承座上，上盖压住镜筒后与承座连接；

如上所述的弹簧卡在镜头座和上盖之间而固定；

如上所述磁铁是四块，磁铁在镜筒的四角均匀安装；

如上所述镜头座的底面连接有一带有引出部的柔软平衡片，平衡片的引出部压在承座与镜筒之间而伸出；平衡片上有导电通路，导电通路与线圈连接并伸出到引出部；

如上所述的镜头座外圆周的上部设有多个导向块，镜头座外圆周的下部伸出有多个方块，线圈绕在导向块与方块之间；

如上所述的镜筒的内圆周上设有多个形状与镜头座导向块配合的导槽。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

1、机构形式上：现有对焦系统采用传统机械传动机构；本对焦系统采用电磁驱动、弹簧弹力平衡机构，结构简单实用；

2、传动方式：现有对焦系统采用旋转移动对焦，成像像面不一致；本对焦系统采用直线移动对焦，成像系统稳定；

3、信赖性：现有对焦系统重复精度低，不稳定；本对焦系统重复精度高，精度可靠；本对焦系统采用电磁力驱动，弹簧弹力平衡循环运动；利用通电线圈在磁场中受到电磁力的作用，推动镜头运动，而弹簧，其不仅推动镜头往复运动，而且保证系统运动的平衡性和准确性；还由于电磁力与通电电流的线性关系及弹簧弹力与伸长量的线性关系，从而保证了对焦系统的对焦精度的一致性和精确度；

4、拍摄距离：现有对焦系统拍摄距离50cm至200cm；本对焦系统可拍摄5cm至无穷远景物；

5、对焦范围：现有对焦系统固定距离点对焦；本对焦系统5cm至无穷远任一点对焦；

6、外形大小：现有对焦系统外形尺寸偏大；本对焦系统外形尺寸小，结构紧凑；因为承座、镜筒、上盖组成的机构，既是整个对焦系统的支撑主体，也是磁铁的组装限位体，还是镜头座上下运动的导向导轨，多种功能的整合，从而使得自动对焦机构的体积微型化。

【附图说明】

图1是本发明的爆炸图；

图2是本发明的立体组装图；

图3是承座的立体图一；

图4是承座的立体图二；

图5是镜筒的立体图一；

图6是镜筒的立体图二；

图7是上盖的立体图一；

图8是上盖的立体图二；

图9是镜头座及线圈的立体图一；

图10是镜头座及线圈的立体图二；

图11是镜头座、线圈、平衡片的立体图一；

图12是镜头座、线圈、平衡片的立体图二；

图13是平衡片的立体图。

【具体实施方式】

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1，本发明的光学自动对焦系统，包括座体1，座体包括导向的镜筒110，镜筒的空腔111中设有可沿镜筒上下运动的镜头座2，镜头座上缠绕有多匝线圈20，在镜筒内装有磁铁3，在镜头座上设有复位弹簧4。

当要对焦时，我们给线圈通某一个方向的电流，线圈在磁场中受安培力的作用，线圈带动镜头座在镜筒的空腔中向上运动，设置在镜头座中的镜头随之运动，从而进行对焦；当我们要让镜头向下运动，减小电流大小直至为0。控制镜头的上下运动是通过改变电流的大小，方向不变。当不需要镜头对焦，镜头需要返回原位时，弹簧使镜头座及镜头回位。

通电线圈在安培力作用下的运动方向根据左手定则进行判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向就是通电线圈在磁场中所受安培力的方向。

通电线圈在磁场中受到的磁场作用力与磁场的磁场强度及通电电流成正比，具体公式为：F1＝nBIL1；式中：F1表示电磁力，n表示线圈的匝数，B表示磁场强度，I表示线圈中电流，L1表示线圈在磁场中的有效长度；这样，我们可以通过控制电磁力F1的大小来实现镜头自动对焦的精准性。

图1、2中，座体1还可以包括承座120、上盖130，镜筒110套合在承座上，上盖130压住镜筒110后与承座120连接。承座起定位支撑作用，镜筒起限位作用让镜头座2等零件固定在其中，上盖起固定及限位作用。图3、4中，承座120包括四方的底板121和四个角柱122，底板的中间开有圆孔123并设有圆台阶124，底板上设有一个与圆台阶相通的通口125，底板的四个角设有四个竖立的角柱122，角柱上设有凸块126。图5、6中，镜筒包括八边底板112，八边底板中间开有圆孔113，八边底板每隔一个边设有一个竖板114，竖板之间是缺口115；图2中，镜筒的竖板114插在承座的角柱122之间而套合连接。图7、8中，上盖130中间开有孔131并设有方台阶132，上盖的四个角上设有勾块133，上盖的勾块133压住镜筒后与承座的凸块126勾住而连接(图2)。座体的承座、上盖、镜筒可以做成一体，但是这样制造过程麻烦，不能拆装。

图1、5、6中，磁铁3可以是四块，在镜筒110的四角均匀安装，具体来说可以设置在镜筒的四角缺口115处。这样，可以产生均匀磁场的磁铁，既减小系统的结构尺寸，还可以使系统产生均匀稳定的永磁场，使镜头座的运动平稳精准、无磁滞现象。线圈外的磁铁可以是以线圈圆心为中心对称安装的2块、3块、5块或更多，当然也可以是一个整块环形磁铁。

图9-12中，镜头座2设置在承座120的圆台阶124上。镜头座为一圆环柱，镜头座的内圆周上设有螺纹22用于固定镜头。镜头座外圆周的上部设有多个带凹槽23的导向块24，镜头座外圆周的下部伸出有多个方块25，线圈20绕在导向块24与方块25之间而不会脱落。线圈可以绕有多层；每层按照一定的方向，有一定的圈数。图5、6中，镜筒的内圆周上设有多个形状与上述镜头座导向块24配合的导槽117；镜头座导向块在导槽中运动，这样镜筒就可以在镜头座中沿直线上下运动，使镜头对焦不会出现成像像面不一致的现象。

图1、8、9中，弹簧4卡在镜头座2的凹槽23和上盖方台阶132的凸耳135之间而固定；弹簧的伸长与其受到的力成正比，具体公式为：F2＝aL2；式中：F2表示弹力，a表示弹簧的弹性常数，L表示弹簧的伸长量。当通有电流的线圈在磁场中运动时，弹簧就会弹性变形，从而平衡镜头座的运动，其特殊的弹簧材质——有弹性而无磁性以及大的材质线径比例——线径比达1/35-40，从而可以保证镜头座的运动达到可以控制且任意位置可停留的准确移动。

图11、12、13中，镜头座2的圆环底面连接有一柔软平衡片5，平衡片为一带有引出部51的圆环，平衡片焊接在镜头座2的圆环底面。图2中，平衡片的引出部51从承座的通口125伸出而压在承座120与镜筒110之间，这样，当镜头座向上运动时，因为与镜头座连接的平衡片的引出部卡住不动，平衡片是柔软的可以做一些弹性变形，牵制了镜头座向上运动，起到运动平衡的作用，而使系统上下运动平稳。平衡片5上有导电通路52的，导电通路与线圈20连接并伸出到引出部，方便线圈引入电流。

本发明的对焦系统，其系统满足以下表达式：

0<AF-d<＝0.3mm

0.5mm<＝AF-m<＝1.5mm

AF-s＝0.05mm

其中，AF-d为对焦系统的行程范围；AF-m为对焦系统允许镜头机械后焦范围，AF-s为对焦系统每一步移动的距离。

本发明经过系列的信赖性试验——高温高湿试验(温度80℃，湿度95％-)，温度循环试验(-30℃和70℃之间循环72小时)，振动试验(频率10-50-10Hz，振幅2mm，时间30分钟)，跌落试验(1.5米高处跌落)，其系统精度不变，外观无损伤。

Claims

1、一种电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统，包括座体(1)，其特征在于座体包括导向的镜筒(110)，镜筒的空腔(111)中设有可沿镜筒上下运动的镜头座(2)，镜头座上缠绕有多匝线圈(20)，在镜筒内装有磁铁(3)，在镜头座上设有复位弹簧(4)。

2、根据权利要求1所述的一种电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统，其特征在于所述的座体(1)还可以包括承座(120)、上盖(130)，镜筒(110)套合在承座(120)上，上盖压住镜筒后与承座连接。

3、根据权利要求2所述的一种电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统，其特征在于所述的弹簧(4)卡在镜头座(2)和上盖(130)之间而固定。

4、根据权利要求1或2或3所述的一种电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统，其特征在于所述磁铁(3)是四块，磁铁在镜筒(110)的四角均匀安装。

5、根据权利要求4所述的一种电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统，其特征在于所述镜头座(2)的底面连接有一带有引出部(51)的柔软平衡片(5)，平衡片的引出部(51)压在承座(120)与镜筒(110)之间而伸出；平衡片(5)上有导电通路(52)，导电通路与线圈(20)连接并伸出到引出部。

6、根据权利要求4所述的一种电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统，其特征在于所述的镜头座(2)外圆周的上部设有多个导向块(24)，镜头座外圆周的下部伸出有多个方块(25)，线圈(20)绕在导向块与方块之间。

7、根据权利要求4所述的一种电磁力驱动对焦的高像素微型光学自动对焦系统，其特征在于所述的镜筒(110)的内圆周上设有多个形状与镜头座(2)导向块(24)配合的导槽(117)。