CN104267559A - 具有自动对焦调整的多镜头成像装置及方法 - Google Patents

具有自动对焦调整的多镜头成像装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多镜头成像装置及方法，包括多个镜头组件和一个电磁致动器，镜头组件固定在一个镜头平台上，而镜头平台与导杆滑动连接，电磁致动器用以改变多个镜头组件和多个图像感应器之间的距离。电磁致动器包括第一磁体和第二磁体，如果没有电流施加到电磁致动器上，那么第二磁体和导杆之间的磁力会将镜头平台吸在导杆上，镜头平台和导杆之间的摩擦力会让镜头平台保持/固定住。本发明能调整成像装置的放大倍数或对焦。

Description

具有自动对焦调整的多镜头成像装置及方法
【技术领域】
在此披露的本发明涉及一种光学模块，其包括多个镜头和图像感应器，以及一个电磁致动和限制机构来调节光学模块的对焦。
【背景技术】
许多便携式电子装置，包括但不限于手持设备，如手机和/或个人数字助理(PDA)，都包括一个小型照相机模块。这种模块可以包括一个图像感应器、一个成像透镜组件、和/或一个致动器以调整成像透镜组件关于图像感应器的位置。当设计师推出更薄、更小型、和/或更轻便的便携式电子装置时，小型照相机模块制造商就面对这样的挑战：需要提供更小型的照相机模块，通过减小相机模块光学系统的制造公差，来减少制造成本。
【发明内容】
因此，本发明披露一个多镜头成像装置，包括：多个镜头组件，其连接到一个镜头平台，所述镜头平台与一个导杆滑动连接；一个电磁致动器，包括：第一磁体，其连接到所述镜头平台，并靠近第一线圈安置；第二磁体，其连接到所述镜头平台，并和所述第一磁体互补安置，所述互补安置是指第二磁体安置在所述第一磁体的对面，所述第二磁体靠近第二线圈安置；其中所述电磁致动器用以改变所述多个镜头组件和多个图像感应器之间的距离；而且，其中所述电磁致动器还设置成：如果没有电流施加到所述电磁致动器，那么所述第二磁体和所述导杆之间的磁力会引起所述镜头平台相对于所述导杆的运动，还会导致所述镜头平台和所述导杆之间的摩擦力，因此所述镜头平台相对于所述导杆保持静止。
优选的，其中所述第一线圈连接到第一固定结构上，所述第二线圈连接到第二固定结构上。
优选的，还包括一个隔离元件，其安置在所述第一磁体和所述镜头平台之间。
优选的，其中所述隔离元件用于隔离所述导杆和所述第一磁体的电磁场。
优选的，其中所述导杆位于所述第二磁体产生的磁场中。
优选的，其中所述多个镜头组件中的第一镜头组件相对于所述多个图像感应器中的第一图像感应器而安置，所述多个镜头组件中的第二镜头组件相对于所述多个图像感应器中的第二图像感应器而安置。
优选的，还包括一个控制器。
优选的，其中所述第一磁体和所述第二磁体关于第一假想轴线对称安置，所述第一假想轴线是穿过所述多个镜头组件的光轴心和所述导杆轴心的一条直线，第二假想轴线穿过导杆轴心并垂直于所述第一假想轴线，所述第一磁体的结构是关于所述第二假想轴线对称的，所述第二磁体的结构也是关于所述第二假想轴线对称的。。
优选的，其中所述导杆的安置要使得，所述导杆和所述第一磁体之间的距离小于所述导杆与所述第二磁体之间的距离。
优选的，还包括一个传感器，其能感测所述多个镜头组件相对于所述多个图像感应器的位置。
本发明还披露一个多镜头成像装置，包括：一个成像模块，其包括：多个镜头组件；一个电磁致动器，包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分与所述多个镜头组件固定连接，并且所述第一部分和所述第二部分关于所述多个镜头组件互补安置，所述电磁致动器能够使所述多个镜头组件以平行于所述多个镜头组件光轴的方向而移动；一个限制机构，在没有施加电流到所述电磁致动器时，其用以限制所述镜头组件的运动。
优选的，其中所述多个镜头组件包括：具有第一放大倍数的第一镜头组件和具有第二放大倍数的第二镜头组件。
优选的，其中所述电磁致动器的第一部分和第二部分分别包括第一磁体和第二磁体。
优选的，其中所述电磁致动器还包括：靠近所述第一部分安置的第一线圈，和靠近所述第二部分安置的第二线圈。
优选的，所述成像模块包括一导杆，所述多个镜头组件可在所述导杆上以平行于所述多个镜头组件光轴的方向而移动；所述限制机构包括一隔离元件，所述隔离元件安置在所述导杆和所述电磁致动器第一部分之间。
本发明还披露一种多镜头成像方法，包括：施加电流到多个互补安置的线圈上，所述线圈连接到多个镜头组件之外的固定结构上，其中所述电流改变所述多个镜头组件的焦距；通过一个无源限制元件，限制所述多个镜头组件的运动。
优选的，其中所述施加电流的步骤会导致，在所述多个互补安置的线圈中至少一个线圈和多个磁体中至少一个磁体之间产生一个电磁力，所述多个磁体连接到所述多个镜头组件上。
优选的，其中所述无源限制元件包括一个磁体和一个金属导杆。
优选的，其中所述限制多个镜头组件的运动的步骤包括：产生一个摩擦力，其能约束所述多个镜头组件的运动。
优选的，还包括：施加另一个电流，其足以克服所述无源限制元件的力。
【附图说明】
参照以下附图，将描述非限制性和非详尽性的实施例，其中相同参照码表示相同部件，除非另外特别说明。
图1是一个实施例的一种装置的方框示意图。
图2是一个实施例的成像模块的方框示意图。
图3是一个实施例的成像模块的示意性截面图，显示其运作机制。
图4A-4B是一些实施例的成像模块元件。图4A是一个实施例成像模块的透视图，图4B是一个实施例的成像模块的图像感应器的俯视图。
图5是另一个实施例成像模块的透视图。
图6A-6D是不同实施例电磁致动器的几个不同视图。
图7A和图7B是一个实施例成像模块的侧视图，描述其可能的运行状况。
图8是一个实施例电磁致动器的多个磁体和线圈的侧视图。
图9A-9B是成像模块的两个实施例的俯视图。
【具体实施方式】
在以下的详述里，将会阐述众多具体细节以便能够全面理解本发明。但是，本领域技术人员会明白，有时不需要这些具体细节也可以实施本发明。另外，为了不混淆本发明，本领域技术人员所熟知的方法、装置或系统将不予详细描述。
在说明书里，“一个实施例”是指在本发明至少一个实施例里的与一个特别实施例有关而描述的特别特征、结构或特性。因此，在说明书不同地方出现的“在一个实施例里”不一定是指同一实施例或描述的任何一个特定实施例。此外，应该理解，在一个或多个实施例里，描述的特别特征、结构、或特性可以以各种方式进行组合。当然，通常这些问题可能会随着上下文的特定使用而发生变化。所以，参照有关上下文，上下文的特定描述或这些术语的使用可以提供有效指引。
用来描述这些实施例的术语“在…上”、“在…下”、“上部的”、“下部的”和“在…侧”，是指相对于该小型成像模块的光轴的位置。特别是，“在…上”和“在…下”是指沿着光轴的位置，其中“在…上”是指一个元件的一侧，而“在…下”是指该元件的另一个相反侧。相对于“在…上”和“在…下”，“在…侧”是指元件的侧面，其偏离光轴，如透镜的周围。此外，应该理解，这些术语不一定是指由重力或任何其它特定朝向所定义的方向。相反，这些术语仅用来识别一个部分相对另一个部分。因此，“上部的”和“下部的”可以与“顶部的”和“底部的”、“第一”和“第二”、“右”和“左”等互换。“水平的”可以指垂直于光轴的方向，而“垂直的”可以指平行于光轴的方向。
在此所述的实施例包括一个小型成像模块，其提供一个机制和/或允许一个过程：在两个或多个单独镜头组件中，选择其中一个单独镜头组件，并调整这两个或多个单独镜头组件与两个或多个图像感应器之间的焦比(focal ratio)。图1是一个实施例的设备100的方框示意图。设备100可以是任何种类或形式的设备，例如电子设备如手持设备，如手机、平板电脑、PDA、相机、电脑等东西。设备100可以有多个与其操作和/或功能相关的模块。这多个模块可包括硬件、软件、和/或其组合。在一个实施例中，设备100包括成像模块102、接口模块104、I/O模块106、以及处理模块108等。成像模块102、接口模块104、I/O模块106、处理模块108可相互通信连接，以便能方便地发送数据给任何一个给定模块和从任何一个给定模块接收数据。
成像模块102可以包括任何合适的与成像相关的模块。例如，成像模块102可以是硬件和/或软件的组合，以便能捕获给定场景的图像。例如，在一个实施例中，成像模块102可以是一个手持设备中的相机模块的一个组件。
接口模块104可以是任何合适的与用户、设备、和/或设备100其它模块相接口而有关的模块。例如，接口模块104可以是硬件和/或软件的组合，以便能提供一个接口以允许与用户交互。在一个实施例中，接口模块104可以发送和接收与图形用户界面相关的数据，用户可以与其交互。在另一个实施例中，接口模块104可便于与设备100的一个外部设备进行通信连接。例如，接口模块104可以关于设备100的一个外部设备进行发送和接收通信数据。
I/O模块106可以是任何合适的与设备的输入/输出有关的模块。例如，I/O模块106可以是硬件和/或软件的结合，便于有关的设备100输入和输出功能。
处理模块108可以是任何合适的与设备100的处理和/或计算相关的模块。例如，在一个实施例中，处理模块108可包括一个处理器，被设置为发送和接收数据并执行与之相关的不同进程。例如，处理模块108能够接收设备100模块的功能指令，并执行该指令。
在运行时，根据设备100的一个实施例，成像模块102、接口模块104、I/O模块106、处理模块108可以交换数据，作为设备100运行的一部分。例如，一个用户可以试图与设备100的一个元件进行交互。该用户交互可以由一个信号来表示。在一个实施例中，该信号可以在I/O模块106中最先产生。然后一个额外的指令信号被发送到处理模块108。在一个例子中，该用户交互可能与成像模块102的运行相关，如指示成像模块102初始化并准备拍摄图像。然后成像模块102拍摄图像，并发送多个与之相关的信号到处理模块108、I/O模块106、和/或接口模块104等。在一个示例性实施例中，与拍摄图像相关的信号存储在设备100的存储器中，存储器可以是非暂时性计算机可读存储介质。上述介绍的是设备100的一个可能运行的一个示例性描述，不应被视为限制性的。
图2是一个实施例的成像模块202的方框图。图2显示成像模块202的不同部分间的通信连接，并不打算被解释为成像模块202的物理结构的文字描述。在这个例子中，成像模块202可以是硬件和软件的组合，包括但不限于镜头组件210、致动器212、控制器218、感测模块220、和图像感应器250。成像模块202可以包括总线222，其便于传送和接收成像模块202和/或外部模块和设备之间的数据。组成成像模块202的这些和其他模块可以是硬件、软件和/或其组合。
镜头组件210是一个结构组合，如玻璃、塑料和/或金属等，以便构成一元件能接收和发送电磁辐射，在至少一个实施方式中，该电磁辐射包括可见光。当然，镜头组件210还可包括其他的结构和功能。在一个实施例中，镜头组件210可包括一个或多个镜头元件(图中未示出)，它们共同运行以折射光线。在某些实施例中，成像模块202可以包括多个镜头组件210。
致动器212可以是任何适当形式的能够关于图像感应器250而移动镜头组件210(反之亦然)的致动器。在一个实施例中，致动器212可以是包括至少一个磁体和至少一个线圈的电磁致动器，磁体和线圈之间通过电磁力而相互作用。当然，本披露还可以有其他形式的致动器212，包括但不限于机电和压电相关的致动器。
控制器218可以是硬件、软件、和任何合适的软硬件组合。在一个实施例中，控制器218包括一个I/O多路复用器，其能够在多个图像感应器250之间置换。控制器218可以包括一个ISP模块，其能改变镜头组件210的特性，包括但不限于曝光时间、光圈值、焦距和焦比、以及镜头畸变映射等。比如，在一个实施例中，控制器218能够确定离一个物体的距离、一个镜头的焦距，并能因此调整镜头高度。在一些例子中，控制器218可以和一个或多个图像感应器250集成在同一芯片上。当然，控制器218的前面所述的和其他的功能，可以是任意单一地或部分地执行，可以更概括地认为控制器218是促成成像模块202运行的硬件和软件的象征性代表。
可选的感测模块220可以是能够感测镜头组件210关于图像感应器250的位置的任何硬件、软件、及其组合。在一个实施例中，感测模块220可以是一个根据磁场强度而感测镜头组件210位置的元件。另外一个实施例中，感测模块220可以是感测电流或电阻的传感器，等等。当然，本披露还可以有任何其它合适的装置或机制。
总线222能够传送和接收数据，往来于镜头组件210、致动器212、控制器218、感测模块220、图像感应器250、和成像模块202的外部设备和模块。
在运行时，信号通过总线222在成像模块202处接收到，并被传送到相应模块。信号也可以通过总线222从成像模块202发送出去。信号可以通过总线222在成像模块202的模块之间接收和发送。
图3是成像模块302的示意性截面图。成像模块302包括第一镜头组件310a和第二镜头组件310b。第一镜头组件和第二镜头组件310a和310b可包括多个光学元件，包括但不限于第一光学元件324a和第二光学元件324b。在一个例子中，第一镜头组件310a可包括第一组图像特征(如缩放倍数、宽高比等)，第二镜头组件310b可包括第二组图像特征。例如，在一个实施例中，第一镜头组件310a为成像模块提供的缩放倍数，与第二镜头组件310b提供的不同。被选中的镜头组件(如第一镜头组件310a或第二镜头组件310b)接收光线326，并提供一个图像到相应的图像感应器350a或350b上。图像感应器包括一个有效成像区(图中未示出)，该有效成像区可以是像素化电荷耦合器件(CCD)阵列和/或一个或多个互补金属氧化物半导体(CMOS)器件阵列，这只是其中的几个例子。图像感应器350a或350b也可包括一个非成像区(图中未示出)，非成像区至少部分地包围住有效成像区。该非成像区通常是有效成像区的边界或边框，可用于物理支撑小型成像模块的其它部分，而不干扰投射到有效成像区上的光线。
假设在图3中，被选中的镜头组件是第一镜头组件310a，其靠近图像感应器350a并提供一个图像到图像感应器350a的有效成像区上(未显示)，而未被选中的第二镜头组件310b的位置，要使得经由第一光学元件324a折射的光线326远离图像感应器350a。第一镜头组件310a或第二镜头组件310b的选择可以通过选择性地接受信号来完成，所述信号与第一图像感应器或第二图像感应器350a或350b拍摄的图像有关。或者，第一图像感应器和第二图像感应器350a和350b可传输拍摄的图像，成像模块302的其中一个模组或其他相关的硬件和/或软件可以选择性地使用和/或丢弃来自第一图像感应器和第二图像感应器350a和350b的信号。通过选择性地改变各个镜头组件(如310a或310b)与图像感应器(如第一图像感应器350a)之间的距离，成像模块302还可以调整对焦。例如，第一镜头组件310a和第二镜头组件310b可以沿图3中双箭头所示的方向移动。例如，第一镜头组件310a和第一图像感应器350a之间的距离可以至少部分地通过由一个或多个磁体和线圈产生的电磁力，而得到调整的，这将在以下描述。
选中的镜头组件可以是第一镜头组件310a，其靠近第一图像感应器350a并提供一个图像到第一图像感应器350a的有效成像区上(未显示)。第二镜头组件310b靠近第二图像感应器350b，并提供一个图像到第二图像感应器350b的有效成像区上(未显示)。在一个实施例中，第一和第二图像感应器350a和350b都接收光线326，但第一和第二图像感应器350a和350b中只有一个被设置发送数据，所述数据与成像模块302要使用的图像有关。但本发明也可以有其他实施例。
成像模块302还可以通过选择性地改变单独镜头组件(第一镜头组件310a和第二镜头组件310b)和图像感应器(350a或350b)之间的距离，而调整对焦。镜头组件(如第一镜头组件310a)与图像感应器(如第一图像感应器350a)之间的距离是可以至少部分地通过一个机械力或电磁力而得到调整的。所述距离是指沿着镜头组件的光轴而度量的。在一个实施中，可以使用机械力来调整第一镜头组件和第二镜头组件310a、310b的对焦。在另一个实施中，可以使用电磁力来调整第一和第二镜头组件310a、310b的对焦。在一个实施例中，电磁力可以通过两个或多个线圈以及两个或多个磁体阵列来产生，这将在以下描述。例如，在一个特别实施例中，一个包含成像模块302的结构，通过调整单独镜头组件和图像感应器之间的距离，可以提供缩放功能、自动对焦、和/或其他成像功能。成像模块302可以为设计师提供一个优势：就是将该模块集成入愈加纤薄、小巧、和/或轻便的便携式电子装置中，诸如袖珍相机或手机。当然，小型成像模块的这些细节仅仅是例子，本发明主题不受此限制。
在一个实施例中，小型成像模块包括具有第一有效焦距的第一镜头组件310a和具有第二有效焦距的第二镜头组件310b。术语“有效焦距”是指由单个镜头组成的一个组件的焦距，而不是一个单个镜头的焦距。一个镜头组件的放大率或缩放倍数是至少部分地基于该镜头组件的有效焦距的。因此，具有第一有效焦距的第一镜头组件310a可以产生一个缩放倍数的图像，而具有第二有效焦距的第二镜头组件310b可以产生另一个缩放倍数的图像。在一个实施中，成像模块302可以包括一个或多个传感器去检测可移动平台的位置(可移动平台将在以下段落中介绍)。例如，位置传感器可以检测可移动平台关于一个参考位置的水平和/或垂直位置。
成像模块302可以包括磁体和线圈的组合，用以沿着第一方向移动可移动平台(图中未显示)，以改变图像感应器(如第一图像感应器350a)和第一镜头组件310a之间的距离。该磁体线圈组合可以根据接收的电流而产生吸引力、排斥力或其他力。在一个例子中，电磁动力源可以包括第一和第二磁体以及第一线圈和第二线圈。在另一个例子中，第一线圈可以是靠近第一磁体排列的一个或多个线圈，第二线圈可以是靠近第二磁体排列的一个或多个线圈。
第一镜头组件和第二镜头组件310a和310b的运动是发生在至少第一方向上的，如图3的双箭头所示。例如，在该方向上的运动可以是线性垂直运动。在该方向上的移动可以改变镜头组件(如310a或310b)和图像感应器(如350a或350b)之间的距离，和/或调节镜头组件(如310a或310b)关于图像感应器(如350a或350b)的对焦。换言之，可以调整镜头组件(如310a或310b)和图像感应器(如350a或350b)之间的距离，使得图像感应器(如350a或350b)能接收到由镜头组件产生的聚焦图像。
在一个实施例中，电磁致动器可以提供一个连续的线性运动，使得选中的镜头组件(如310a或310b)和图像感应器(如350a或350b)之间的距离可以任意数量地进行调整。例如，可以做出所述调整而将镜头组件(如310a)的图像聚焦到图像感应器(如350a)上。例如，电磁致动器可以为一部分可移动平台提供不同幅度的垂直位移量。这个不同幅度的位移量就为镜头组件和图像感应器之间提供了不同的距离，从而精确控制光线聚焦到图像感应器上。
在一个实施例中，成像模块302可以包括一个可移动镜头平台，可移动镜头平台支撑具有第一有效焦距的第一镜头组件310a和具有第二有效焦距的第二镜头组件310b。例如，第一镜头组件和第二镜头组件310a、310b可以安装在该镜头平台的一部分上并由其物理支撑。图像感应器350a可以从第一镜头组件310a接收光线326，图像感应器350b可以从第二镜头组件310b接收光线326，成像模块302和/或另一个模块或器件可以决定使用哪个图像感应器，350a或350b。
在一个实施例中，镜头平台可以在垂直方向上运动，如箭头所示，以改变图像感应器350a和第一镜头组件310a之间的距离。任一镜头组件的对焦都可以通过该距离改变而得到调整。当然，小型成像模块的这些细节仅仅是例子，本发明主题不受此限制。
图4A是一个成像模块402的透视图。成像模块402包括一个镜头平台428，其上安装有多个成像组件，如第一镜头组件410a和第二镜头组件410b。在一个实施例中，第一镜头组件410a可以有第一有效焦距，第二镜头组件410b可以有第二有效焦距。镜头平台428与一个或多个导杆(如导杆430a和430b)滑动连接，这样就能沿着这一个或多个导杆而移动。镜头平台428也与一个或多个磁体固定连接，如第一磁体434a和第二磁体434b。此外，第一结构432a和第二结构432b靠近镜头平台428而安置。第一线圈436a与第一结构432a固定连接，第二线圈436b与第二结构432b固定连接。第一和第二线圈436a、436b以及第一和第二结构432a、432b分别靠近第一和第二磁体434a、434b。在一个实施例中，第一和第二结构432a、432b是固定的或相对镜头平台428是固定的。如这里所使用的，一个给定线圈靠近一个给定磁体，这样的话，在给定线圈和给定磁体之间就有电磁场，每个给定线圈和每个给定磁体都可以布置成有另一个电磁场，和/或反之亦然。第一镜头组件410a可以相对于第一图像感应器450a而布置(参见图4B)，第二镜头组件410b可以相对于第二图像感应器450b而布置(参见图4A)。第一和第二线圈436a、436b以及第一和第二磁体434a、434b的组合可以被认为是一个电磁致动器。
在一个实施例中，磁体(如第一磁体434a)可以是由一种被磁化而产生自身永久磁场的材料制成的永久磁体。例如，这样的材料可以是铁磁材料，如铁、镍、钴、或一些稀土金属合金，这只是其中的几个例子。线圈(如第二线圈436b)可以是缠绕线圈、印刷线圈、或者是在一个基板上的电镀线圈。当然，小型成像模块的这些细节仅仅是例子，本发明主题并不受限于此。
在一个实施例中，第一镜头组件410a和第二镜头组件410b与镜头平台428固定连接，因此可以垂直移动，或改变第一镜头组件、第二镜头组件410a、410b和第一图像感应器、第二图像感应器450a、450b之间的距离。电磁致动器包括多个磁体和线圈，如第一磁体和第二磁体434a和434b以及第一线圈和第二线圈436a和436b。电磁致动器可以产生排斥力和/或吸引力，从而驱动镜头平台428和/或第一镜头组件、第二镜头组件410a、410b的移动。例如，在一个实施中，施加电流到第一线圈、第二线圈436a、436b，因此产生一个电磁场。第一磁体和第二磁体434a和434b的极性排列布置，要使得产生的磁场能产生吸引力，驱动第一方向上的移动，同时产生排斥力也驱动第一方向上的移动。
成像模块402还可以包括一个限制机构，其可以与所述电磁致动器集成在一起，或是分离的。例如，成像模块402可以包括一个机械的、电磁的、或其他方式的限制机构来限制镜头平台428和/或第一镜头组件、第二镜头组件410a、410b的移动。在一个例子中，成像模块402的电磁致动器可驱动镜头平台428的移动，而一旦镜头平台428位于理想位置时，限制机构就将镜头平台428保持/固定在那个位置。
图4B显示一部分成像模块402，其包括第一图像感应器450a和第二图像感应器450b。在一个实施例中，成像模块502还包括一个便于操作和/或功能的控制器。例如，控制器可以控制第一和第二图像感应器450a、450b之间的帧互换(frame swapping)。在另一例子中，控制器可控制调整第一镜头组件或第二镜头组件410a、410b的曝光时间。控制器还可以控制第一镜头组件和第二镜头组件410a、410b的高度调整。控制器还可以控制镜头畸变映射等等。在一个实施例中，控制器可以和第一图像感应器和第二图像感应器450a、450b被集成在同一个芯片或电路板上。在一个实施中，控制器可包括多个不同的子部分。举例来说，专用I/O多路复用器414可以控制帧互换等。在另一例子中，ISP模块416可控制曝光时间、镜头高度调节、镜头畸变映射等。
在运行时，成像模块402接收一个与拍摄场景图像的命令有关的信号。进入成像模块402的光线穿过或被第一和第二镜头组件折射，投射在第一和第二图像感应器450a、450b上。在一个实施例中，根据接收到的信号，I/O多路复用器414只启动第一图像感应器或第二图像感应器450a、450b中的一个。在另一实施例中，第一图像感应器和第二图像感应器450a、450b可以都被启动，但是与图像有关的信号只从一个预选的图像感应器中发出，要么450a要么450b。在另一个实施例中，与图像有关的信号也可以都从第一图像感应器和第二图像感应器450a和450b中发出。
一旦接收到拍摄场景图像的命令信号，ISP模块416会确定或以其它方式检测是否需要调整第一镜头组件、第二镜头组件410a、410b和第一图像感应器、第二图像感应器450a、450b之间的距离。在一个实施例中，发送一个信号到成像模块402的电磁致动器，例如，发送一个或多个电流脉冲到第一线圈和第二线圈436a和436b。根据这一个或多个电流脉冲，第一镜头组件和第二镜头组件410a、410b移动到期望位置上。在一个例子中，镜头平台428的最低位置就对应第一镜头组件、第二镜头组件410a、410b和第一图像感应器、第二图像感应器450a、450b之间的最小距离。镜头平台428的最高位置就对应第一镜头组件、第二镜头组件410a、410b和第一图像感应器、第二图像感应器450a、450b之间的最大距离。在一些实施例中，镜头平台428以及第一镜头组件、第二镜头组件410a、410b在最高和最低位置之间的移动可以基本上是连续的。因此，至少在理论上，镜头平台428在最低和最高端之间可能存在无数位置。在一个例子中，会有多个脉冲传送到电磁致动器，以便能到达期望的焦点上。例如，第一镜头组件、第二镜头组件410a、410b和第一图像感应器、第二图像感应器450a、450b之间的距离可通过一个闭环系统来反馈，该闭环系统包括一个反馈环路，由此，期望的距离可以通过反馈和微调直到达到期望的距离/焦点。一旦位于期望的位置时，限制机构会保持/固定住所述期望的位置。在另一个例子中，接收到的拍摄图像的信号会产生一个与曝光时间或镜头畸变映射等有关的信号。
图5是一个实施例的成像模块502的透视图。图5的成像模块502不包括图4A中的第一结构和第二结构432a、432b。成像模块502包括第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b。在一个实施例中，第一镜头组件510a有第一缩放倍数，第二镜头组件510b有第二缩放倍数。在另一个实施例中，第一镜头组件510a包括广角镜头，第二镜头组件510b包括窄角镜头。第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b连接到一个镜头平台528上。在一个实施例中，第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b可集成到镜头平台528内，以形成一个整体元件。在其它实施例中，第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b可以从镜头平台528中取出/卸除。
第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b与第一导杆530a滑动连接，可以沿着第一导杆530a在第一方向上移动。在一个实施例中，第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b通过镜头平台528与第一导杆530a连接。成像模块502还包括第二导杆530b。第一导杆和第二导杆530a、530b的组合有助于第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b平稳移动，避免第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b其中一个的移动多于或少于另一个。如果沿着第一导杆530a，第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b其中一个的移动多于或少于另一个，那么就会出现非平稳移动，也称为光学抖动。光学抖动会发生在各种情况下，第一导杆和第二导杆530a和530b一起协作，以试图减少所述光学抖动。
成像模块502的镜头平台528上连接有传感器540，用以检测第一镜头组件或第二镜头组件510a、510b相对于图像感应器(未示出)和/或第一导杆530a的位置。传感器540可以根据电磁场的变化、光学、或任何其它合适的器件或装置，来检测第一镜头组件和/或第二镜头组件510a、510b的位置。
在运行时，成像模块502接收一个使用第一镜头组件和第二镜头组件510a、510b中的一个镜头组件来拍摄图像的信号。在这个例子中，接收的信号是使用第一镜头组件510a来拍摄图像。传感器540感测或以其它方式检测第一镜头组件510a的位置，确定第一镜头组件510a应该移动到第二位置。施加电流到第一线圈和第二线圈536a、536b，在相对于第一线圈和第二线圈536a、536b的第一磁体和第二磁体534a、534b之间产生电磁力。根据产生的电磁力，第一镜头组件510a移动。传感器540再次去感测第一镜头组件510a的位置，以确定第一镜头组件510a是否处于预定的第二位置。在另一个实施例中，传感器540可连续地感测第一镜头组件510a的位置，并促使发出一个信号，停止施加电流到第一线圈和第二线圈536a、536b。也有其他实施例，包括使用查找表来确定需要多少电流，在一个闭环系统中使用递增离散的电流脉冲，等等。
一旦不再施加电流脉冲到第一线圈和第二线圈536a、536b，成像模块502就使用限制机构将第一镜头组件510a保持/固定在期望的位置上。例如，在一个例子中，成像模块502包括一个隔离元件538，其将第一导杆530a和第一磁体534a隔离开来，但是第一导杆530a暴露在第二磁体534b产生的电磁场中。在本实施例中，一旦不再施加电流脉冲到第一线圈和第二线圈536a、536b，第二磁体534b和第一导杆530a之间的电磁场和/或电磁力就会吸引镜头平台528朝第一导杆530a做轻微的水平运动，这会引起镜头平台528和第一导杆530a之间有摩擦力。在一个例子中，这个摩擦力足以限制镜头平台528以及第一镜头组件、第二镜头组件510a、510b的移动。在一个实施例中，第二线圈536b产生的电磁场足以克服该摩擦力。当然，这仅仅是一个合适的限制机构的例子。本发明也可以有各种其它限制机构，包括其它电磁系统、机械系统、机电系统。
图6A-6D还显示了本发明一个实施例的电磁致动器的运作。图6A是线圈636和磁体634的截面示意图。磁体634可以布置成各种极性，但在图6A，磁体634的N极安排在S极之上。线圈636则以一个实心点“·”表示一部分环，以“x”表示第二部分环。这只是随意标示的，并不一定表示电流流经线圈636。
图6B是侧视图，显示线圈636靠近磁体634。和图6A显示的一样，磁体634包括一个N极部分和一个S极部分。在一个实施例中，线圈636可以接收电流脉冲。当电流脉冲通过线圈636时，就形成一个围绕线圈636的电磁场，并相对于磁体634。如上面已经讨论的那样，电磁场的形成会导致产生电磁力，其包括吸引力和排斥力。
图6C和6D显示包括线圈636和磁体634的电磁致动器相对于导杆630的运作。在一个实施例中，磁体634可以连接到如上所述的镜头平台(未示出)。磁体634包括一个N极部分和一个S极部分。磁体634长度可跨越线圈636，施加电流到线圈636，产生电磁力，在导杆630的第一方向(如图6C和图6D之间的双箭头)上驱动磁体634。例如，图6D显示了一个例子，其中线圈636和磁体634之间的电磁力会使磁体634移动到第二位置。一旦磁体634和镜头平台(未示出)位于导杆630的期望位置时，限制机构就限制其进一步移动。可以施加相同或不同大小和极性的额外电流脉冲到线圈636上，以引起进一步的运动。
图7A和图7B是成像模块702的侧视图，显示镜头平台728相对于第一导杆和第二导杆730a、730b的运动，镜头平台728与第一导杆和第二导杆730a、730b是滑动连接的。在一个实施例中，镜头平台728包括一个或多个镜头组件，如镜头组件710。镜头平台728与磁体734固定连接，线圈736与一个结构732连接，靠近磁体734。
在一个实施例中，施加一个电流脉冲到线圈736，在线圈736和磁体734之间产生电磁力。产生的电磁力会使镜头平台728从图7A所示的第一位置移动到图7B所示的第二位置。如果没有电流脉冲施加到线圈736，限制机构会将镜头平台728保持/固定在一个给定位置。然后施加一个或多个其它电流脉冲到线圈736，以产生镜头平台728的其它移动。
图8显示本发明一个限制机构。当然，本领域普通技术人员将认识到，本发明可以有任何数目的其它合适实施方式的限制机构。在这个例子中，镜头平台(未示出)与第一磁体834a和第二磁体834b连接。镜头平台与导杆830滑动连接。隔离元件838位于第一磁体834a和导杆830之间，用以隔离导杆830和第一磁体834a。隔离元件838可以包含任何合适的材料，用于隔离导杆830和第一磁体834a的电磁场。导杆830可包含任何合适的能与电磁场(包括由第一线圈、第二线圈836a、836b和/或第一磁体、第二磁体834a、834b产生的电磁场)发生作用的材料。例如，在一个示例中，导杆830可以是金属的和/或金属合金的，等等。在一个例子中，导杆830靠近第一磁体和第二磁体834a、834b安置。
在运行时，施加电流脉冲到第一线圈和第二线圈836a、836b，从而产生第一磁体和第二磁体834a、834b相对导杆830的移动。一旦第一磁体和第二磁体834a、834b到达期望的位置时，第一线圈和第二线圈836a、836b停止接收电流脉冲。在一个示例中，一旦第一线圈和第二线圈836a、836b不再感生电磁场，导杆830和第二磁体834b之间的磁力足以吸引镜头平台和/或第二磁体834b朝着导杆830轻微移动(未示出)。镜头平台和/或第二磁体834b和导杆830之间的摩擦力，足以保持住第二磁体834b的位置。为了再次驱使第一磁体和第二磁体834a、834b相对导杆830的移动，要再次施加足够的电流脉冲给第一线圈和第二线圈836a、836b，用以克服摩擦力约束。前述仅仅是众多的本发明可用的限制机构中的一个例子。不要被理解为限制性的。
图9A和图9B显示本发明成像模块902的两个例子。正如前面已经提到的，在调整多镜头系统的焦点时的一个挑战是避免和/或减少光学抖动。例如，如果第一镜头组件和第一图像感应器之间的距离，与第二镜头组件和第二图像感应器之间的距离显著不同，而其中第一镜头组件和第二镜头组件都在同一个镜头平台上，那么拍摄的图像就会表现出不好的成像效果，包括但不限于，图像模糊。
图9A是一个实施例的成像模块902的俯视图，成像模块902能避免光学抖动。成像模块902包括第一镜头组件910a和第二镜头组件910b，它们安置在镜头平台928上，镜头平台928与第一导杆和第二导杆930a、930b滑动连接。镜头平台928还可以与第一磁体和第二磁体934a、934b连接，第一磁体和第二磁体934a、934b靠近第一线圈和第二线圈936a、936b安置。第一线圈和第二线圈936a、936b可分别连接到第一结构和第二结构932a、932b。隔离元件938可以相对于第一磁体934a和第一导杆930a而安置，以便于限制其运动。
第一磁体和第二磁体934a、934b是关于第一导杆930a互补对称布置的。举例来说，如果第一假想直线(用虚线示出)是与第一镜头组件和第二镜头组件910a、910b的光轴垂直相交，那么该第一假想直线就垂直穿过第一导杆轴，将镜头平台928分成两个对称的部分。在图9A中镜头平台928两个对称部分上的第一磁体和第二磁体934a、934b就是互补对称的，这就平衡了镜头平台928的两个对称部分。在一个实施例中，事实上第一磁体和第二磁体934a、934b中每个磁体都以第二假想直线为中心对称，第二假想直线垂直于所述第一假想直线，并且垂直穿过第一导杆930a的轴线。当然，本领域普通技术人员会认识到，本发明也支持许多其他可能的实现方式。
图9B显示第二个实施例的成像模块902，其包括布置以互补对称方式排列的第一磁体和第二磁体。但是在图9B，第一导杆930a有少少偏移。根据该实施例，第一导杆930a布置得更靠近第二磁体934b，位于第一磁体934a的电磁场之外。在这个特定实施例中，对于成像模块902的限制机构的运作，不需要一个隔离元件，如图9A的隔离元件938。例如，当没有电流流过第一线圈和第二线圈936a、936b时，第一导杆930a的位置安排，使得它与第二磁体934b的电磁场相互作用，而不会与第一磁体934a的电磁场相互作用。第一导杆930a以及第二磁体934b之间的磁力可使得它们之间产生摩擦力，从而限制镜头平台928的运动。在一个这样的实施例中，施加到第一线圈936a的电流脉冲，可以不同于施加到第二线圈936b的电流脉冲，用以克服第一导杆930a和第二磁体934b之间的电磁力和/或克服光学抖动。
本领域技术人员将会认识到，对于以上描述，可能会有几乎无限数量的变化，这些例子和所附附图仅仅是用于描述一个或多个特定实施。它们不应理解为限制性的。
在此使用的“和”、“和/或”和“或”可以包含各种涵义，同样至少部分取决于这些术语使用的上下文。通常，使用时，如果“或”和“和/或”关联到一个列表，如A、B或C，其可以是包含涵义，是指A、B和C，也可以是排他涵义，是A、B或C。另外，在此使用的“一个或多个”可以用来描述单数的任何特征、结构或特性，或可以用来描述特征、结构或特性的一些组合。尽管如此，应该注意到，这仅是一个描述例子，本发明并不受限于此例子。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

Claims (20)

1.一个多镜头成像装置，包括：
多个镜头组件，其连接到一个镜头平台；
所述镜头平台与一个导杆滑动连接；
一个电磁致动器，包括：
第一磁体，其连接到所述镜头平台，并靠近第一线圈安置；
第二磁体，其连接到所述镜头平台，并和所述第一磁体互补安置，所述第二磁体靠近第二线圈安置；
其中所述电磁致动器用以改变所述多个镜头组件和多个图像感应器之间的距离；
而且，其中所述电磁致动器还设置成：如果没有电流施加到所述电磁致动器，那么所述第二磁体和所述导杆之间的磁力会引起所述镜头平台相对于所述导杆的运动，还会使所述镜头平台和所述导杆之间的引起摩擦力，使所述镜头平台相对于所述导杆保持静止。
2.根据权利要求1所述的多镜头成像装置，其中所述第一线圈连接到第一固定结构上，所述第二线圈连接到第二固定结构上。
3.根据权利要求1所述的多镜头成像装置，还包括一个隔离元件，其安置在所述第一磁体和所述镜头平台之间。
4.根据权利要求3所述的多镜头成像装置，其中所述隔离元件用于隔离所述导杆和所述第一磁体的电磁场。
5.根据权利要求4所述的多镜头成像装置，其中所述导杆位于所述第二磁体产生的磁场中。
6.根据权利要求1所述的多镜头成像装置，其中所述多个镜头组件中的第一镜头组件相对于所述多个图像感应器中的第一图像感应器而安置，所述多个镜头组件中的第二镜头组件相对于所述多个图像感应器中的第二图像感应器而安置。
7.根据权利要求1所述的多镜头成像装置，还包括一个控制器。
8.根据权利要求1所述的多镜头成像装置，其中所述第一磁体和所述第二磁体是关于第二假想轴线对称的，所述第二假想轴线与所述导杆轴线垂直相交并垂直于所述第一假想轴线，所述第一假想轴线是与所述多个镜头组件的一个光轴和所述导杆轴线垂直相交的一条直线，。
9.根据权利要求1所述的多镜头成像装置，其中所述导杆的安置要使得，所述导杆和所述第一磁体之间的距离小于所述导杆与所述第二磁体之间的距离。
10.根据权利要求1所述的多镜头成像装置，还包括一个传感器，其能感测所述多个镜头组件相对于所述多个图像感应器的位置。
11.一个多镜头成像装置，包括：
一个成像模块，其包括：
多个镜头组件；
一个电磁致动器，包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分与所述多个镜头组件固定连接，并且所述第一部分和所述第二部分关于所述多个镜头组件互补安置，所述电磁致动器能够使所述多个镜头组件以平行于所述多个镜头组件光轴的方向而移动；
一个限制机构，在没有施加电流到所述电磁致动器时，其用以限制所述镜头组件的运动。
12.根据权利要求11所述的多镜头成像装置，其中所述多个镜头组件包括：具有第一放大倍数的第一镜头组件和具有第二放大倍数的第二镜头组件。
13.根据权利要求11所述的多镜头成像装置，其中所述电磁致动器的第一部分和第二部分分别包括第一磁体和第二磁体。
14.根据权利要求13所述的多镜头成像装置，其中所述电磁致动器还包括：靠近所述第一部分安置的第一线圈，和靠近所述第二部分安置的第二线圈。
15.根据权利要求11所述的多镜头成像装置，其中：
所述成像模块包括一导杆，所述多个镜头组件可在所述导杆上以平行于所述多个镜头组件光轴的方向而移动；
所述限制机构包括一隔离元件，所述隔离元件安置在所述导杆和所述电磁致动器第一部分之间。
16.一种多镜头成像方法，包括：
施加电流到多个互补安置的线圈上，所述线圈连接到多个镜头组件之外的固定结构上，其中所述电流改变所述多个镜头组件的焦距；
通过一个无源限制元件，限制所述多个镜头组件的运动。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述施加电流的步骤会导致，在所述多个互补安置的线圈中至少一个线圈和多个磁体中至少一个磁体之间产生一个电磁力，所述多个磁体连接到所述多个镜头组件上。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述无源限制元件包括一个磁体和一个金属导杆。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述限制多个镜头组件的运动的步骤包括：产生一个摩擦力，其能约束所述多个镜头组件的运动。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：施加另一个电流，其足以克服所述无源限制元件的力。
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