CN101738698A - 相机模组及其自动对焦方法 - Google Patents
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Abstract
一种相机模组包括镜座、镜筒、影像感测器、电致变形元件和控制电路。所述影像感测器设置于镜座。所述镜筒与镜座配合，且其内设置有光学元件。所述光学元件与所述影像感测器光学耦合。所述电致变形元件与所述影像感测器相连。所述控制电路与所述影像感测器及所述电致变形元件电连接，用于提供驱动电压给所述电致变形元件，以使所述电致变形元件沿该相机模组的光轴方向变形，从而带动所述影像感测器沿光轴方向移动。本发明还提供一种自动对焦方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种相机模组，尤其涉及一种相机模组及其自动对焦方法。
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。
为克服上述缺点，一种现有技术的镜头模组采用音圈磁体(Voice Coil Magnet，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，详情请参阅Tae-KyuKim等人2006年发表于Acoustics，Speech and Signal Processing上的论文FastAuto-Focus Control Algorithm Using the VCM Hysteresis Compensation in the MobilePhone Camera。但是采用VCM驱动镜头模组相对感光组件移动实现自动对焦的功能，需要设计复杂的卡合结构，不仅制造成本高，而且良率低。
因此，有必要提供一种结构简单且制造成本低的相机模组及其自动对焦方法。
发明内容
一种相机模组包括镜座、镜筒、影像感测器、电致变形元件和控制电路。所述影像感测器设置于镜座。所述镜筒与镜座配合，且其内设置有光学元件。所述光学元件与所述影像感测器光学耦合。所述电致变形元件与所述影像感测器相连。所述控制电路与所述影像感测器及所述电致变形元件电连接，用于提供驱动电压给所述电致变形元件，以使所述电致变形元件沿该相机模组的光轴方向变形，从而带动所述影像感测器沿光轴方向移动。
一种如上所述的相机模组的自动对焦方法，包括步骤：所述控制电路提供多个驱动电压给所述电致变形元件使其发生多个相应形变，从而带动所述影像感测器沿光轴方向移动到多个位置，并使所述影像感测器获取在多个位置时的图像信号；所述控制电路接收该多个图像信号，分别计算每个图像信号的清晰度值，并记录图像清晰度值最大时的电压值；控制电路提供给电致变形元件图像信号清晰度值最大时的驱动电压，使得电致变形元件变形并带动影像感测器移动到图像清晰度值最大时的位置从而完成自动对焦。
本技术方案的相机模组具有以下优点：首先，采用移动所述影像感测器的方式实现自动对焦，相对于传统的移动镜头模组的方式，简化了相机模组的结构；其次，采用在不同的驱动电压下产生相应程度形变的电活性聚合物(Electroactive Polymer，EAP)制作电致变形元件，相对于现有技术的步进马达、音圈马达等驱动器，更加缩小了相机模组的体积，适于目前相机模组微型化的趋势。
附图说明
图1是本技术方案第一实施例提供的相机模组剖面示意图。
图2是本技术方案第一实施例提供的相机模组的位移引导元件及电路板的结构示意图。
图3是本技术方案第一实施例提供的相机模组进行自动对焦的信号处理示意图。
图4是本技术方案第一实施例提供的相机模组对焦状态的剖面示意图。
图5是本技术方案第二实施例提供的相机模组的位移引导元件结构示意图。
图6是本技术方案第三实施例提供的相机模组剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本技术方案作进一步的详细说明。
请参阅图1，为本技术方案第一实施例提供的一种相机模组100，其包括镜座110、镜筒120、影像感测器130、位移引导元件140、电致变形元件150、控制电路160和用于封装所述控制电路160的电路板170。
所述镜座110具有相连通的顶部容置腔112及底部容置腔113。所述镜筒120容置于顶部容置腔112，镜筒120内设有光学元件，如按次序排列的多个光学镜片121。本实施例中，镜筒120与镜座110之间通过点胶方式固定。所述影像感测器130、位移引导元件140、电致变形元件150和控制电路160均容置于底部容置腔113中。所述电路板170固设于镜座110远离顶部容置腔112的一侧，即远离镜筒120的一侧，控制电路160封装于电路板170。
所述影像感测器130与镜筒120内的各种光学镜片121光学耦合，且通过所述电路板170电连接于控制电路160。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 ChipCarrier，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)。请参阅图2，本实施例中，影像感测器130为方形，其具有两根用于与所述电路板170电连接的引脚133和三个突出部134。优选地，影像感测器130靠近镜筒120的一侧还可设置一片保护玻璃(Cover Glass)，以避免灰尘等对影像感测器130的污染。
请一并参阅图1和图2，所述位移引导元件140固设于电路板170，并围绕影像感测器130，其形状与影像感测器130的形状相匹配，用于引导影像感测器130的位移方向。本实施例中，位移引导元件140是由四块矩形板体围成的方形框体，该方形框体的中心轴线与该相机模组100的光轴60平行，以确保影像感测器130的移动方向平行于光轴60。位移引导元件140上具有至少一个开口141以方便影像感测器130的引脚133可穿过开口141与电路板170电连接，从而与控制电路160电连接。位移引导元件140上还开设有与影像感测器130的突出部134相对应的滑轨142，滑轨142可以为开设于板体内壁的与光轴60方向平行的凹槽，用于收容突出部134以使得影像感测器130的移动更加平稳且方向精准。本实施例中，位移引导元件140具有一个开口141和三个滑轨142，构成方形框体的四块板体中的一块具有开口141，其余每块板体各具有一个滑轨142。
所述电致变形元件150与所述影像感测器130相连，沿垂直于光轴60方向设置于影像感测器130与电路板170之间，其为电活性聚合物(Electroactive Polymer，EAR)制成的片体、块体或其它结构，用于根据驱动电压产生平行于光轴60方向的形变。所述电活性聚合物(Flectroactive Polymer，EAP)可为电介弹性体(Dielectric Elastomer)、嫁接型弹性体(Graft Elastomer)或铁电聚合物等。本实施例中，所述电致变形元件150由电介弹性体(Dielectric Elastomer)中的聚氨酯弹性体制成，其在施加电压后，在静电力的吸引下，会沿施加电压的方向收缩，而沿垂直于施加电压的方向伸长。
可以理解，电致变形元件150还可连接于影像感测器130靠近镜筒120的一侧。例如，电致变形元件150还可设置于保护玻璃与影像感测器130之间。此时为避免影响镜头模组100的成像，电致变形元件150应当采用透光的电活性材料制成。
控制电路160包括一个电压控制模块161和一个图像处理模块162，如图3所示。所述图像处理模块162与所述影像感测器130电连接，用于获取并处理影像感测器130的图像信号。所述电压控制模块161与电致变形元件150相连接，用于提供给控制电致变形元件150驱动电压并可控制驱动电压的大小。当控制电路160给电致变形元件150提供一个垂直于光轴60方向的驱动电压时，电致变形元件150在垂直于光轴60的方向收缩，同时沿光轴60的方向延伸，从而带动与其相连的影像感测器130沿平行光轴60方向往靠近镜筒120处移动。具体地，请一并参阅图1至图4，当所述控制电路160提供一个驱动电压给所述电致变形元件150，电致变形元件150沿光轴60方向的长度增加，驱动所述影像感测器130沿平行于光轴60的方向移动，影像感测器130从初始位置相对于镜筒120移动到第一位置，增加驱动电压的大小，电致变形元件150沿光轴60的方向的长度再次增加，影像感测器130从所述第一位置相对于镜筒120移动到第二位置从而实现自动对焦。当所述控制电路160停止提供驱动电压，电致变形元件150恢复至初始状态并带动所述影像感测器130回复到初始位置。
请一并参阅图1至图4，该相机模组100的自动对焦方法可包括以下步骤：
所述控制电路160的电压控制模块161提供多个驱动电压给所述电致变形元件150使其发生多个相应形变，从而带动所述影像感测器130沿光轴60方向移动到多个位置，并使所述影像感测器130获取在多个位置时的图像信号；
所述控制电路160的图像处理模块162接收该多个图像信号，分别计算每个图像信号的清晰度值，并记录图像清晰度值最大时的电压值；
所述控制电路160的电压控制模块161提供给电致变形元件150图像信号清晰度值最大时的驱动电压，使得电致变形元件150变形并带动影像感测器130移动到图像清晰度值最大时的位置从而完成自动对焦。
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。
请参阅图5，本技术方案第二实施例提供的相机模组与第一实施例提供的相机模组100基本相似，区别点在于，本实施例的影像感测器230为圆形，且具有一个突出部234。位移引导元件240相应地为圆形筒体，且具有一个开口241和一个用于收容突出部234的滑轨242。可以理解，位移引导元件240还可以是五边形、六边形等多边形筒体或其它不规则形状的筒体，仅需位移引导元件240与影像感测器230相对应即可。
请参阅图6，本技术方案第三实施例提供的相机模组300与第一实施例提供的相机模组100基本相似，区别点在于，镜筒320部分容置于顶部容置腔312中，其余部分突出于镜座310以外。并且，镜座310与镜筒配合的一端具有内螺纹311，镜筒320容置于镜座310的一端具有外螺纹321，镜座310与镜筒320之间通过内螺纹311与外螺纹321的螺合作用而固定。正是由于本技术方案采用移动所述影像感测器330的方式实现自动对焦，镜座310的结构以及镜座310与镜筒320之间的固定方式才得以简化。
本技术方案的相机模组具有以下优点：首先，采用移动所述影像感测器的方式实现自动对焦，相对于传统的移动镜头模组的方式，简化了相机模组的结构；其次，采用在不同的驱动电压下产生相应程度形变的电活性聚合物(Electroactive Polymer，EAP)制作电致变形元件，相对于现有技术的步进马达、音圈马达等驱动器，更加缩小了相机模组的体积，适于目前相机模组微型化的趋势。
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 (9)
1.一种相机模组，其包括镜座、镜筒及影像感测器，所述影像感测器设置于镜座，所述镜筒与镜座配合，其内设置有光学元件，所述光学元件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：
电致变形元件，其与所述影像感测器相连；
控制电路，其与所述影像感测器及所述电致变形元件电连接，用于提供驱动电压给所述电致变形元件，以使所述电致变形元件沿该相机模组的光轴方向变形，从而带动所述影像感测器沿光轴方向移动。
2.如权利要求1所述的相机模组，其特征在于，所述镜座具有相连通的顶部容置腔及底部容置腔，所述镜筒设置于顶部容置腔，所述影像感测器、电致变形元件、控制电路均容置于底部容置腔。
3.如权利要求1所述的相机模组，其特征在于，所述相机模组还包括一个用于封装所述控制电路的电路板，所述电路板固设于所述镜座远离镜筒的一侧，所述电致变形元件设置于所述影像感测器与电路板之间。
4.如权利要求1所述的相机模组，其特征在于，所述相机模组还包括一片保护玻璃，所述电致变形元件设置于所述影像感测器与保护玻璃之间。
5.如权利要求1所述的相机模组，其特征在于，所述相机模组还包括一个用于引导所述影像感测器的移动方向的位移引导元件，所述位移引导元件围绕影像感测器设置，且其形状与影像感测器的形状相匹配。
6.如权利要求5所述的相机模组，其特征在于，所述影像感测器具有至少一个突出部，所述位移引导元件具有至少一个滑轨，所述滑轨与所述突出部相对应，用于收容所述突出部。
7.如权利要求1所述的相机模组，其特征在于，所述电致变形元件为由电活性材料制成的片体或块体。
8.如权利要求1所述的相机模组，其特征在于，所述控制电路包括电压控制模块和图像处理模块，所述电压控制模块与电致变形元件相连接，用于控制提供给电致变形元件的驱动电压，所述图像处理模块与所述影像感测器电连接，用于获取并处理影像感测器的图像信号。
9.一种如权利要求1所述的相机模组的自动对焦方法，包括步骤：
所述控制电路提供多个驱动电压给所述电致变形元件使其发生多个相应形变，从而带动所述影像感测器沿光轴方向移动到多个位置，并使所述影像感测器获取在多个位置时的图像信号；
所述控制电路接收该多个图像信号，分别计算每个图像信号的清晰度值，并记录图像清晰度值最大时的电压值；
所述控制电路提供给电致变形元件图像信号清晰度值最大时的驱动电压，使得电致变形元件变形并带动影像感测器移动到图像清晰度值最大时的位置从而完成自动对焦。
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