CN103744176A - 一种基于锁相环的液态镜头对焦系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于锁相环的液态镜头对焦系统，包括测距模块，数据处理模块，驱动电路和液态镜头；测距模块包括频率源，延迟模块，锁相环，光波发生器，光波接收器和滤波模块；频率源发出频率恒定的信号给光波发生器，光波发生器产生测量光波，将测量光波一部分发送给延迟模块另一部分发射出去，光波接收器接收测量光波，接收到的反射回来的测量光波为反射光波，将反射光波发送给滤波模块，将经过延迟的测量光波和经过滤波的反射光波输入到锁相环中，锁相环输出距离电压信号；所述测距模块、数据处理模块、驱动电路和液态镜头依次电连接。本发明提高了对焦精度和提高对焦速度，有效地简化对焦系统的结构、缩小对焦系统的体积、降低系统成本。

Description

一种基于锁相环的液态镜头对焦系统及方法

技术领域

本发明涉及一种对焦系统，特别涉及一种基于锁相环的液态镜头对焦系统及对焦系统及方法。

背景技术

随着移动终端的迅猛发展，集成有照相机的移动终端，特别是集成有高像素，带有自动对焦功能的移动终端的需求量不断增加。然而相关的现有技术中，对焦过程都是通过多次调整才完成的，例举几种方法：

1.先设定一张参考图片，设定动态阀值，调整光学元件的焦距，最后定焦；

2.设定预定的对焦参考位置，焦距调整机构在可调焦距范围内逐步调整焦距，捕获图片进行分析，获得最佳的聚焦位置，再控制传动机构将光学组件调整至最佳的聚焦位置；

3.先对环境进行扫描，预测焦点可能的位置，再依次确认焦点的具体位置；

4.先接收图像，判断聚焦程度，然后控制传动机构在预判断的聚焦区间进行扫描，利用图像分析处理系统判断最佳对焦图像后，控制传动机构将光学组件调整到最佳聚焦位置；

5.相对于变焦镜头的中心点位置向左或向右逐步比对，从而找到欲拍摄图像的最大评价值，任何控制传动系统机构将光学组件调整到最佳聚焦位置。

所有这些方法都有以下几个缺点：

1.对焦过程复杂，速度慢；

2.需要传动装置（扫描驱动机构和焦距调整机构），从而增加了对焦系统的结构、控制的复杂度，降低了对焦速度；

3.体积大，不轻便；

4.成本高。

上述缺点限制了带有高像素、具有自动对焦功能的移动终端的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可一步完成、增加对焦精度、提高对焦速度的基于锁相环的液态镜头对焦系统及对焦系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于锁相环的液态镜头对焦系统，包括测距模块，数据处理模块，驱动电路和液态镜头；

所述测距模块包括频率源，延迟模块，锁相环，光波发生器，光波接收器和滤波模块；

所述测距模块、数据处理模块、驱动电路和液态镜头依次电连接，数据处理模块根据测距模块输出的距离电压信号，输出物距值，并根据物距值得到驱动电路的输入值，驱动电路根据输入值调节输出到液态镜头上的控制电压，进而调节液态镜头的焦距。

所述频率源发出频率恒定的信号给光波发生器，光波发生器根据接收到的信号的频率产生相应频率的测量光波，将一部分的测量光波发送给延迟模块进行延迟，另一部分测量光波发射出去，所述光波接收器接收遇到被测物体反射回来的测量光波，接收到的反射回来的测量光波为反射光波，将反射光波发送给滤波模块进行滤波，将经过延迟的测量光波和经过滤波的反射光波输入到锁相环中，锁相环根据输入的测量光波和反射光波的相位差，输出距离电压信号。

本发明的有益效果是：本发明利用锁相环测发射光波和反射光波的相位差，算法简单，精度高，成本低；利用液态镜头变焦，既有数字变焦法的小型、紧凑的优点，又有光学变焦的高清晰分辨率，没有传动机构，结构简单，使用简单方便，对焦速度极快，对焦效果好，光波频率可调，可满足不同测距范围的测距要求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述延迟模块为延迟线或者移相器。

进一步，所述光波发生器为红外发射装置，光波接收器为红外接收装置。

进一步，所述光波发生器为激光发生器，光波接收器为激光接收器。

进一步，所述光波发生器发射的测量光波的频率与频率源发出的信号的频率相同。

进一步，一种基于锁相环的液态镜头对焦方法，包括以下步骤：

步骤1：频率源发出频率恒定的信号给光波发生器；

步骤2：光波发生器根据接收到的信号的频率产生相应频率的测量光波，将一部分的测量光波发送给延迟模块进行延迟，另一部分测量光波发射出去；

步骤3：所述光波接收器接收遇到被测物体反射回来的测量光波，接收到的反射回来的测量光波为反射光波，将反射光波发送给滤波模块进行滤波；

步骤4：将经过延迟的测量光波和经过滤波的反射光波输入到锁相环中，锁相环根据输入的测量光波和反射光波的相位差，输出距离电压信号；

步骤5：数据处理模块根据测距模块输出的距离电压信号，输出物距值，并根据物距值得到驱动电路的输入值，驱动电路根据输入值调节输出到液态镜头上的控制电压，进而调节液态镜头的焦距。

进一步，所述延迟模块为延迟线或者移相器。

进一步，所述光波发生器为红外发射装置，光波接收器为红外接收装置。

进一步，所述光波发生器为激光发生器，光波接收器为激光接收器。

进一步，所述光波发生器发射的测量光波的频率与频率源发出的信号的频率相同。

附图说明

图1为本发明系统结构框图；

图2为本发明数据处理模块工作流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、测距模块，2、数据处理模块，3、驱动电路，4、液态镜头，1.1、频率源,1.2、延迟模块，1.3、锁相环，1.4、光波发生器，1.5、光波接收器，1.6、滤波模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明系统结构框图；图2为本发明数据处理模块工作流程图。

实施例1

一种基于锁相环的液态镜头对焦系统，包括测距模块1，数据处理模块2，驱动电路3和液态镜头4；

所述测距模块1包括频率源1.1，延迟模块1.2，锁相环1.3，光波发生器1.4，光波接收器1.5和滤波模块1.6；

所述测距模块1、数据处理模块2、驱动电路3和液态镜头4依次电连接，数据处理模块2根据测距模块1输出的距离电压信号，输出物距值，并根据物距值得到驱动电路3的输入值，驱动电路3根据输入值调节输出到液态镜头4上的控制电压，进而调节液态镜头4的焦距；

所述频率源1.1发出频率恒定的信号给光波发生器1.4，光波发生器1.4根据接收到的信号的频率产生相应频率的测量光波，将一部分的测量光波发送给延迟模块1.2进行延迟，另一部分测量光波发射出去，所述光波接收器1.5接收遇到被测物体反射回来的测量光波，接收到的反射回来的测量光波为反射光波，将反射光波发送给滤波模块1.6进行滤波，将经过延迟的测量光波和经过滤波的反射光波输入到锁相环1.3中，锁相环1.3根据输入的测量光波和反射光波的相位差，输出距离电压信号。

所述延迟模块1.2为延迟线或者移相器。

所述光波发生器1.4为红外发射装置，光波接收器1.5为红外接收装置。

所述光波发生器1.4为激光发生器，光波接收器1.5为激光接收器。

所述光波发生器1.4发射的测量光波的频率与频率源1.1发出的信号的频率相同。

一种基于锁相环的液态镜头对焦方法，包括以下步骤：

步骤1：频率源1.1发出频率恒定的信号给光波发生器1.4；

步骤2：光波发生器1.4根据接收到的信号的频率产生相应频率的测量光波，将一部分的测量光波发送给延迟模块1.2进行延迟，另一部分测量光波发射出去；

步骤3：所述光波接收器1.5接收遇到被测物体反射回来的测量光波，接收到的反射回来的测量光波为反射光波，将反射光波发送给滤波模块1.6进行滤波；

步骤4：将经过延迟的测量光波和经过滤波的反射光波输入到锁相环1.3中，锁相环1.3根据输入的测量光波和反射光波的相位差，输出距离电压信号；

步骤5：数据处理模块2根据测距模块1输出的距离电压信号，输出物距值，并根据物距值得到驱动电路3的输入值，驱动电路3根据输入值调节输出到液态镜头4上的控制电压，进而调节液态镜头4的焦距。

所述延迟模块1.2为延迟线或者移相器。

所述光波发生器1.4为红外发射装置，光波接收器1.5为红外接收装置。

所述光波发生器1.4为激光发生器，光波接收器1.5为激光接收器。

所述光波发生器1.4发射的测量光波的频率与频率源1.1发出的信号的频率相同。

在具体实施中，参见图1，测距模块1中，频率源1.1发出频率恒定的信号给光波发生器1.4，光波发生器1.4产生相应频率的光波，光波遇到被测物体反射回来，光波接收器1.5接收反射波，并交给滤波模块1.6处理，除去自然光的干扰。发射光波一部分传给延迟模块1.2，延迟模块会延迟发射光波的信号，其延迟时间等于反射光经过滤波模块所需的时间，具体变现为发生光波经过延迟模块以后会产生相位偏差。滤波后的反射光与经延迟模块1.2延迟的发射光作为锁相环1.3的两个输入信号。锁相环1.3输出与输入信号的相位差成正比的电压信号，将该信号交给数据处理模块2处理。

参见图2，数据处理模块2是以单片机为核心的电路，在单片机中建立查找表1和查找表2。查找表1接收锁相环输出的电压信号的电压值，输出对应的物距值；再将计算得到的物距值输入到查找表2，输出液态镜头的驱动电路3的输入值。单片机中的两个查找表表内的值是通过实验测定的，测定n个不同的物距值下，锁相环的输出电压值，并将这n对电压-物距值写到查找表1内，n不小于50，n越大测量越精确。在测距时，测出的锁相环的电压值不在查找表1中时，采用插值法计算其对应的距离值；查找表2是通过光学透镜中物距、相距、焦距满足的关系式，液态镜头驱动芯片中输入值与输出电压值的关系来确定的。

液态镜头的驱动电路3的核心部分是液态镜头的驱动芯片，给驱动芯片写入不同的值，会输出相应的液态镜头的控制电压。

驱动电路3输出控制液态镜头4的电压，改变镜片的曲率，从而改变镜片的焦点，使镜片的焦距达到最佳焦距。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于锁相环的液态镜头对焦系统，其特征在于：包括测距模块（1），数据处理模块（2），驱动电路（3）和液态镜头（4）；

所述测距模块（1）包括频率源（1.1），延迟模块（1.2），锁相环（1.3），光波发生器（1.4），光波接收器（1.5）和滤波模块（1.6）；

所述测距模块（1）、数据处理模块（2）、驱动电路（3）和液态镜头（4）依次电连接，数据处理模块（2）根据测距模块（1）输出的距离电压信号，输出物距值，并根据物距值得到驱动电路（3）的输入值，驱动电路（3）根据输入值调节输出到液态镜头（4）上的控制电压，进而调节液态镜头（4）的焦距；

所述频率源（1.1）发出频率恒定的信号给光波发生器（1.4），光波发生器（1.4）根据接收到的信号的频率产生相应频率的测量光波，将一部分的测量光波发送给延迟模块（1.2）进行延迟，另一部分测量光波发射出去，所述光波接收器（1.5）接收遇到被测物体反射回来的测量光波，接收到的反射回来的测量光波为反射光波，将反射光波发送给滤波模块（1.6）进行滤波，将经过延迟的测量光波和经过滤波的反射光波输入到锁相环（1.3）中，锁相环（1.3）根据输入的测量光波和反射光波的相位差，输出距离电压信号。

2.根据权利要求1所述的液态镜头对焦系统，其特征在于：所述延迟模块（1.2）为延迟线或者移相器。

3.根据权利要求1所述的液态镜头对焦系统，其特征在于：所述光波发生器（1.4）为红外发射装置，光波接收器（1.5）为红外接收装置。

4.根据权利要求1所述的液态镜头对焦系统，其特征在于：所述光波发生器（1.4）为激光发生器，光波接收器（1.5）为激光接收器。

5.根据权利要求1至4任一所述的液态镜头对焦系统，其特征在于：所述光波发生器（1.4）发射的测量光波的频率与频率源（1.1）发出的信号的频率相同。

6.一种基于锁相环的液态镜头对焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：频率源（1.1）发出频率恒定的信号给光波发生器（1.4）；

步骤2：光波发生器（1.4）根据接收到的信号的频率产生相应频率的测量光波，将一部分的测量光波发送给延迟模块（1.2）进行延迟，另一部分测量光波发射出去；

步骤3：所述光波接收器（1.5）接收遇到被测物体反射回来的测量光波，接收到的反射回来的测量光波为反射光波，将反射光波发送给滤波模块（1.6）进行滤波；

步骤4：将经过延迟的测量光波和经过滤波的反射光波输入到锁相环（1.3）中，锁相环（1.3）根据输入的测量光波和反射光波的相位差，输出距离电压信号；

步骤5：数据处理模块（2）根据测距模块（1）输出的距离电压信号，输出物距值，并根据物距值得到驱动电路（3）的输入值，驱动电路（3）根据输入值调节输出到液态镜头（4）上的控制电压，进而调节液态镜头（4）的焦距。

7.根据权利要求6所述的液态镜头对焦方法，其特征在于：所述延迟模块（1.2）为延迟线或者移相器。

8.根据权利要求6所述的液态镜头对焦方法，其特征在于：所述光波发生器（1.4）为红外发射装置，光波接收器（1.5）为红外接收装置。

9.根据权利要求6所述的液态镜头对焦方法，其特征在于：所述光波发生器（1.4）为激光发生器，光波接收器（1.5）为激光接收器。

10.根据权利要求6至9任一所述的液态镜头对焦系统，其特征在于：所述光波发生器（1.4）发射的测量光波的频率与频率源（1.1）发出的信号的频率相同。

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