CN102053336B - 一种可自动调焦的摄像头模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可自动调焦的摄像头模组，包括镜头和镜头座，所述镜头座形成有可容置所述镜头的容置腔，所述镜头包括透镜和镜筒，所述透镜安装在镜筒内，其中，所述镜筒的外壁上部设置有螺纹、下部设置有齿轮，所述镜筒通过螺纹与镜头座配合嵌于所述镜头座中；所述摄像头模组还包括与齿轮相配合、驱动镜筒旋转的电致伸缩单元。本发明的摄像头模组与现有技术的结构相比较，用电致伸缩单元驱动镜筒旋转，这样镜头座内就不需要具有容置马达的空间了，从而减小了本发明摄像头模组的体积。

Description

一种可自动调焦的摄像头模组

技术领域

本发明属于光学摄像头技术领域，尤其涉及一种可自动调焦的摄像头模组。

背景技术

人们的生活水平的提高和科学技术的发展，带动了人们对便携式电子产品的需求，例如数码相机、手机和笔记本电脑等。现在手机上几乎都有摄像头模组，并且大都是可以实现自动变焦的摄像头模组，该模组通过自动对焦，消除手动对焦的误差，大大提高了成像质量。现有的摄像头模组包括镜头和镜头座，所述镜头座形成有可容置所述镜头的容置腔，所述镜头包括透镜和镜筒，所述透镜安装在镜筒内，所述镜筒的外壁都设置有齿轮，所述镜头座内还设置有一主动轮，以驱动镜筒旋转，达到调焦的目的，但是，这样镜头座具有需要更大的空间来安装相应的主动轮和马达，降低不了摄像头的体积。

发明内容

本发明主要为解决现有技术中变焦镜头模组体积大技术问题，提供一种可自动调焦的摄像头模组，具体技术方案如下：

一种可自动调焦的摄像头模组，包括镜头和镜头座，所述镜头座形成有可容置所述镜头的容置腔，所述镜头包括透镜和镜筒，所述透镜安装在镜筒内，其中，所述镜筒的外壁上部设置有螺纹、下部设置有齿轮，所述镜筒通过螺纹与镜头座配合嵌于所述镜头座中；所述摄像头模组还包括与齿轮相配合、驱动镜筒旋转的电致伸缩单元。

本发明的摄像头模组与现有技术的结构相比较，用电致伸缩单元驱动镜筒旋转，这样镜头座内就不需要具有容置马达的空间了，从而减小了本发明摄像头模组的体积。

附图说明

图1是本发明实施例一的可自动调焦的摄像头模组的结构分解示意图；

图2是本发明实施例一的可自动调焦的摄像头模组的立体结构示意图；

图3是本发明实施例的可自动调焦的摄像头模组的底座斜仰视图；

图4是本发明实施例二的可自动调焦的摄像头模组的凸齿横截面展开图；

图5是本发明实施例三的可自动调焦的摄像头模组的细调圈的凸齿横截面展开图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

电致伸缩单元在加电场的情况下进行形变产生一个伸的动作，在电场退去时，电致伸缩单元回到原先状态和位置。本发明的中心思想是对多个电致伸缩单元，通过控制加电顺序，在连续的不同时间内产生一个持续推力驱动镜头进行旋转，进而达到调焦的目的。下面对本发明进行详细描述，使本发明的中心思想更加明确和清楚。

实施例一

图1是本发明实施例一的可自动调焦的摄像头模组的结构分解示意图；图2是本发明实施例一的可自动调焦的摄像头模组的立体结构图；参照图1、图2，本实施例的一种可自动调焦的摄像头模组，包括镜头1、镜头座2，调焦模块，若干电极23，图像传感器4，硬性印刷电路板5和柔性电路板6。所述调焦模块为电致伸缩单元3。

所述镜头1包括透镜12和镜筒11，所述透镜12安装在镜筒11内。镜筒11包括柱状筒体和筒体一端的端盖。所述镜筒11的外壁上部具有螺纹111、下部具有齿轮112，所述齿轮112具有若干凸齿和“V”型齿槽。优选所述凸齿的横截面为梯形，所述凸齿间形成“V”型齿槽，所述镜筒11通过螺纹111与镜头座2配合嵌于所述镜头座2中；所述螺纹111的螺纹牙上也可以设置有凸齿和“V”型齿槽，当然凸齿和“V”型齿槽不能切断螺纹牙，这样可以实现更大的调焦范围。当然镜筒11下部可以先形成有下部螺纹，然后，和上面描述一样在该下部螺纹牙上形成凸齿和“V”型齿槽，这样就方便镜筒11的旋转进出，也就增加了可调焦的范围。所述齿轮112也可以由凸楞构成，所述凸楞为纵向设置。所述纵向为镜筒11的母线方向，即镜头1的光轴方向。

需要在较小范围内调焦时，只需要在镜筒11的相应位置处设置具有少量凸齿的齿轮，即部分齿轮。凸齿的数量，本领域技术人员根据本文的描述、结合本领域技术人员现有技术或者有限次试验可以得到。

需要在较大范围内调焦时，在镜筒11的外壁上设置的齿轮112具有凸齿圈，所述凸齿圈的数量可以为1圈，也可以为多圈。所述凸齿圈的数量为多圈时，优选相邻凸齿圈的间距等于所述螺纹的螺距，这样当螺纹旋转进或退一圈时，刚好凸齿圈也进或退一圈，保持良好的一致性。镜头1位于理想位置时，电致伸缩单元3所对应的凸齿圈称为细调圈，所述细调圈的齿距是凸齿圈中齿距最小的，通过齿距的大小结合，实现了调焦的粗调和细调，提高了镜头模组的调焦的速度和精度。为了进一步，提高调焦的精度，优选在细调圈中设置齿距不同的凸齿，细调圈中最小齿距的区域为微调区。在镜头1位于理想位置附近时，对应于微调区的电致伸缩单元3工作，驱动镜头1在微小的范围内微调。

在较大范围内调焦且所述凸齿圈的数量为多圈时，为了提高该摄像头模组的调焦的效率和精度，优选随着离细调圈的距离越远，位于细调圈两侧的凸齿圈的齿距也越大。这样镜头调焦开始时，可以实现镜头先大范围内粗调、渐渐转为小范围内细调，最后转为微小区域内微调。

所述镜头座2包括底座21、与底座21相配合并与底座21一起形成容置腔的连接座22和若干电极23。底座21上端部具有与镜头1配合的上端孔，所述上端孔的内壁具有与螺纹111配合的内螺纹。所述连接座22与硬性印刷电路板电路板5连接。所述若干电极23的上部分位于所述底座21的内壁上、下部分位于所述连接座22的外壁的凹陷处并与硬性印刷电路板电路板5电连接。当然，电极23也可以设置底座21和连接座22的内壁上，并与硬性印刷电路板电路板5电连接。所述容置腔容置有镜头1、图像传感器4和电致伸缩单元3。所述镜头座2和硬性印刷电路板电路板5对其内部的元件进行保护，形成一个稳定、密封的工作环境。

所述图像传感器4固定于硬性印刷电路板电路板5上同时位于连接座22内，图像传感器4正对于镜筒11。所谓正对是指，镜筒11中的透镜12的光轴正好垂直穿过图像传感器4的中心。图像传感器4可以为COMS(ComplementaryMetal-oxide-semiconductor，COMS)图像传感器，也可以为CCD(charge coupleddevice，CCD)图像传感器。本实施例优选图像传感器4为COMS图像传感器，可以节约该摄像头模组的成本。

本实施例的可自动调焦的摄像头模组还包括柔性电路板6和连接器7，柔性电路板6与硬性印刷电路板电路板5、连接器7分别电连接。这样，可以增加本实施例的摄像头模组的适用场合。

所述调焦模块为电致伸缩单元3，本发明的电致伸缩单元3的数量至少为三个，并且电致伸缩单元3的两相对表面都设置有电极层31，相邻两个电致伸缩单元3的间距是位于该两个电致伸缩单元3间的凸齿112的齿距的非整数倍。

本实施例的电致伸缩单元3具有长方体的形变部和位于形变部一端的由两个斜面相交形成的楔形作用部。所述电致伸缩单元3的材料为具有电致伸缩性质电活性聚合物或导电聚合物或者人造肌肉。所述作用部的材料可以与形变部的材料一样，也可以不同。所述作用部具有一定刚性，在作用部的材料不一致时，优选聚碳酸酯。所述作用部的材料与形变部的材料一样时，电致伸缩单元3可以一体成型，减少生产成本。所述电极层31位于形变部的两个相对表面上，并与电极23电连接。

所述电致伸缩单元3围绕所述镜筒11设置于底座21内壁上，所述电致伸缩单元3通电后，其形变量足够，使作用部到达“V”型齿槽的底部。所述电致伸缩单元3至少为两个，从作用力的方向看，所述电致伸缩单元3位于齿轮112的凸齿的上方。所述电致伸缩单元的伸缩方向与所述齿轮的齿槽侧壁呈一大于0度小于180度的角，本实施例优选该角度为一大于10度的锐角。所述电致伸缩单元3围绕所述镜筒11在垂直于镜筒11的平面内设置，以镜筒11的母线即光轴与该垂直平面的交点为圆心，电致伸缩单元3呈一定的相位差排布，第m个电致伸缩单元与第一个电致伸缩单元相距一定相位角度，所述相位角度为

的非整数倍，其中，N为大于等于2的正整数，m为小于等于N的正整数，S为齿轮中电致伸缩单元所对应的一周的齿数。所述齿轮112具有多凸齿圈时，当每个凸齿圈都相同且“V”型齿槽的底部呈一条平行于母线的直线时，所述电致伸缩单元3的位置，可以不在垂直于镜筒11的平面内，只要投影能在相应位置即可。所述齿轮112具有多凸齿圈时，其它情况则尽量让电致伸缩单元3位于同一所述平面内，当然有一定误差也是允许的。所述相位角度

为齿轮中电致伸缩单元3所对应的凸齿圈中一个凸齿的所占的相位。优选第m个电致伸缩单元与第一个电致伸缩单元相距一定相位角度为其中， $\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(X_m-X_{m-1})=1,$ T为齿轮中电致伸缩单元所对应的一周中，第m个电致伸缩单元与第一个电致伸缩单元之间所包含的完整齿的个数，T为大于等于0、小于等于S的整数。这样可以保证调焦的高效的进行。进一步优选，所述X_m为

这样生产上易于实现。

电致伸缩单元3形变后其作用部可作用于凸齿的斜面(在横截面上体现为斜边)，由于电致伸缩单元3的位置是不动的，所以该作用力能驱动镜筒旋转。并通过对电致伸缩单元3提供不同的加电顺序即可以改变镜筒旋转的方向，进而达到调焦的目的。

本实施例的工作原理如下：

当本实施例的摄像头模组，通过连接器7连接到电脑、手机等设备上时，可以通过柔性电路板6和硬性印刷电路板电路板5对COMS图像传感器4和电极层31进行供电。在调焦时，电脑或者手机上的处理器，根据镜头1的成像情况决定对各电致伸缩单元3的加电顺序，由于电致伸缩单元3只能沿着形变部长方体长边方向伸或者缩，每伸一次，对凸齿作用一次，电致伸缩单元3按照顺序循环的伸与缩，驱动镜头1旋转，从而实现调焦目的。由于本实施例的电致伸缩单元3的数量至少为两个，并且相邻两个电致伸缩单元3间的相位差是齿轮中电致伸缩单元3所对应的凸齿圈中一个凸齿所占相位的非整数倍，所以，不会出现完成一次加电循环之后电致伸缩单元3不起作用的情况。

本发明的摄像头模组与现有技术的结构相比较，用电致伸缩单元驱动镜筒旋转，这样镜头座内就不需要具有容置马达的空间了，从而减小了本发明摄像头模组的体积。

下面再列举两个实施例对本发明作进一步阐述，使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。

实施例二

图3是本发明实施例的可自动调焦的摄像头模组的底座斜仰视图；图4是本发明实施例二的可自动调焦的摄像头模组的凸齿横截面展开图。参照图3、图4，在实施例一的基础上提出本实施例二。

本实施例优选电致伸缩单元3的数量为四个，分别为第一电致伸缩单元301、第二电致伸缩单元302、第三电致伸缩单元303、第四电致伸缩单元304。所述电致伸缩单元3对称设于长方体型底座的四个侧壁相交处。本实施例齿轮112的若干凸齿横截面的梯形为等腰梯形，且下底边的长度等于两倍的上底边；所述若干凸齿的规格是一致的，即所有凸齿外形参数都是等同的。本实施例优选所述若干凸齿设置为一个凸齿圈，该凸齿圈中凸齿的个数为电致伸缩单元3的数量的整数倍加一个，假设整数为n，优选相邻电致伸缩单元3间的相位角度为

优选所述电致伸缩单元3中至少有一个正对于”V”型齿槽的底部，称为有序状态，所谓正对是指电致伸缩单元3变形后楔形作用部的正好位于”V”型齿槽中，对凸齿没有转动力作用；本实施例中第一电致伸缩单元301正对于”V”型齿槽的底部。当然，也可以要求没有一个电致伸缩单元3正对于”V”型齿槽的底部，称为无序状态，但是这会影响调焦的效率，因为起始在无序状态时需要一定时间使镜头旋转至有序状态，之后才能开始正常调焦。

本实施例采用第一、第二、第三、第四电致伸缩单元加电顺序时，当电场加在第一电致伸缩单元301的电极层31上时，由于其与”V”型齿槽的底部正对，所以镜头不动。当电场加在第二电致伸缩单元302的电极层31上时，第二电致伸缩单元302的作用部对着凸齿112的斜边上顶点，在形变量的作用下，驱动镜头向右平移四分之一齿距(在此采用在平面中的表述，很容易就对应到立体状态，在此不再赘述。)。同理，当电场加在第三电致伸缩单元303的电极层31上时，作用部在形变量的作用下，驱动镜头又向右平移四分之一齿距。同理，当电场加在第四电致伸缩单元304的电极层31上时，作用部在形变量的作用下，驱动镜头又向右平移四分之一齿距。当电场再次加在第一电致伸缩单元301的电极层31上时，作用部在形变量的作用下，驱动镜头又向右平移四分之一齿距，此时正好完成一个齿距的旋转。

当然加电顺序与上述的相反时，其镜头的旋转方向也相反。

这样通过改变加电的顺序，周而复始的运作就可以使镜头进或者出，达到调焦的目的。

本发明的摄像头模组与现有技术的结构相比较，用电致伸缩单元驱动镜筒旋转，这样镜头座内就不需要具有容置马达的空间了，从而减小了本发明摄像头模组的体积。本实施例中只有4个长方体行的电致伸缩单元并且为镜头座的4个角内，进一步减少了本发明实施例的体积。

实施例三

图5是本发明实施例三的可自动调焦的摄像头模组的细调圈的凸齿横截面展开图。参照图3、图5，在实施例一的基础上提出本实施例三。

本实施例的齿轮112的凸齿设置为多凸齿圈，所述凸齿圈具有5圈，从上至下依次为第一、第二、第三、第四、第五凸齿圈。所述第三凸齿圈为细调圈，齿距为凸齿圈中最小。所述第一、第五凸齿圈的齿距相等为最大，所述第二、第四凸齿圈的齿距相等为中等。相邻凸齿圈的间距等于上部螺纹的螺距。这种设置不论镜头的起始位置位于何处，都能尽快地调好焦距，提高调焦效率。

本实施例优选在细调圈内部设置不同齿距的区域，可以分为多个区域，齿距最小的区域为微调区，这样可以进一步提高调节精度。进一步，为了减少控制难度和生产成本，本实施例优选分为两个区域，一个为细调区，另一个为微调区。

本实施例的电致伸缩单元3的数量本实施例优选6个分为两组，一组为细调单元，具有三个电致伸缩单元3， $X_{m^{\′}}=(0+\frac{m^{\′}-1}{3})\frac{2\mathrm{\π}}{S^{\′}},$ 其中，S′为镜筒11一周可以设置的细调区中凸齿的个数；另一组为微调组，也具有三个电致伸缩单元3， $X_{m^{\′\′\′\′}}=(1+\frac{m^{\′\′}-1}{3})\frac{2\mathrm{\π}}{S^{\′\′}},$ S″为镜筒11一周可以设置的微调区中凸齿的个数。所述细调组分别为第五电致伸缩单元311、第六电致伸缩单元312和第七电致伸缩单元313；所述微调组分别为第八电致伸缩单元321、第九电致伸缩单元322和第十电致伸缩单元323；

当镜头位于理想位置时，所述微调组正好对应于所述微调区。下面述本实施例的工作过程：

该镜头模组与手机或者电脑连接时，手机或者电脑就同时对细调组和微调组进行控制，对电致伸缩单元3进行加电，镜头快速上移，细调圈到达电致伸缩单元3正对处，此时，继续对细调组进行顺序加电，使镜头位于接近理想位置，这个时候，手机或者电脑停止对细调组加电而对微调组进行顺序加电。微调组的电致伸缩单元3在手机或者电脑的控制下，完成镜头细微调节，达到良好的调焦效果。

本发明的技术方案的可自动调焦的摄像头模组，其电致伸缩单元3的数量越多，该模组具有的调焦精度也高，但是相应的控制上也会更加复杂同时调焦效率也可能会由于设计问题而降低。当然减小凸齿的齿距也是增加调焦精度的一个方法，但是，也会面临的上述调焦效率的问题。

本发明的摄像头模组与现有技术的结构相比较，用电致伸缩单元驱动镜筒旋转，这样镜头座内就不需要具有容置马达的空间了，从而减小了本发明摄像头模组的体积。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种可自动调焦的摄像头模组，包括镜头和镜头座，所述镜头座形成有可容置所述镜头的容置腔，所述镜头包括透镜和镜筒，所述透镜安装在镜筒内，其特征在于，所述镜筒的外壁上部设置有螺纹、下部设置有齿轮，所述镜筒通过螺纹与镜头座配合嵌于所述镜头座中；所述摄像头模组还包括与齿轮相配合、驱动镜筒旋转的电致伸缩单元；

所述电致伸缩单元的两相对表面都设置有电极层，数量为N个，围绕所述镜筒设置；所述电致伸缩单元的伸缩方向与所述齿轮的齿槽侧壁呈一大于0度小于180度的角；第m个电致伸缩单元与第一个电致伸缩单元相距一定相位角度，所述相位角度为

的非整数倍，其中，N为大于等于2的正整数，m为小于等于N的正整数，S为齿轮中电致伸缩单元所对应的一周的齿数。

2.如权利要求1所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，所述相位角度为

其中，所述X_m为

T为齿轮中电致伸缩单元所对应的一周中，第m个电致伸缩单元与第一个电致伸缩单元之间所包含的完整齿的个数，T为大于等于0、小于等于S的整数。

3.如权利要求1所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，所述电致伸缩单元的材料为具有电致伸缩性质电活性聚合物或导电聚合物或者人造肌肉。

4.如权利要求1所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，所述电致伸缩单元中至少有一个正对于齿轮的齿槽的底部。

5.如权利要求1所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，所述镜筒的外壁下部设置有下部螺纹，所述齿轮位于所述下部螺纹上。

6.如权利要求1所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，所述齿轮具有多个凸齿圈，相邻凸齿圈的间距等于所述螺纹的螺距。

7.如权利要求6所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，镜头位于理想位置时，电致伸缩单元所正对的凸齿圈为细调圈，所述细调圈的齿距是凸齿圈中最小的。

8.如权利要求7所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，随着离细调圈的距离越远，位于细调圈两侧的凸齿圈中凸齿的齿距也越大。

9.如权利要求1至8任一项所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，所述齿轮的凸齿的横截面为梯形，齿槽为”V”型齿槽。

10.如权利要求1至8任一项所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，还包括若干电极和图像传感器；所述电极设置于镜头座内壁并与所述电极层电连接；所述图像传感器与镜筒正对，位于镜头座中。

11.如权利要求10所述的可自动调焦的摄像头模组，其特征在于，还包括硬性印刷电路板；所述硬性印刷电路板与镜头座密封配合，所述图像传感器设置在硬性印刷电路板上；所述硬性印刷电路板在该摄像头模组工作时对图像传感器和电致伸缩元件供电。

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