CN104914646A - 相机模块及其自动聚焦方法 - Google Patents

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CN104914646A CN201410331173.1A CN201410331173A CN104914646A CN 104914646 A CN104914646 A CN 104914646A CN 201410331173 A CN201410331173 A CN 201410331173A CN 104914646 A CN104914646 A CN 104914646A
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Abstract

本发明提供一种相机模块及其自动聚焦方法。所述相机模块通过致动器来调节焦距，所述致动器可包括永磁体和线圈。在永磁体的一部分上面对用于感测磁通量密度的感测传感器形成中性区，所述中性区空间地划分所述永磁体的第一极性区和第二极性区。

Description

相机模块及其自动聚焦方法
本申请要求分别于2014年3月12日和2014年4月10日提交到韩国知识产权局的第10-2014-0029260号和第10-2014-0043142号韩国专利申请的权益，所述两个韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
本公开涉及一种包括用于调节焦距的致动器的相机模块及其自动聚焦方法。
背景技术
相机模块包括用于调节焦距的致动器。在这样的致动器中，致动器可包括用于产生电磁力的永磁体和线圈。然而，由于如上所述的致动器在根据永磁体和线圈的位置改变电磁力方面不具有均匀的线性度，所以可能难以精确地调节相机模块的焦距。
发明内容
本公开的一些实施例可提供一种能够可靠地调节焦距的相机模块及其自动聚焦方法。
在根据本公开的示例性实施例的相机模块中，在永磁体中形成中性区，从而可提高致动器的驱动可靠性和驱动线性度。
另外，在根据本公开的示例性实施例的相机模块中，在永磁体的中性区中布置用于测量磁通量密度的感测传感器，从而可提高致动器的驱动可靠性和驱动线性度。
根据本公开的一方面，提供一种相机模块，所述相机模块的焦距通过包括永磁体和线圈的致动器被调节，其中，在永磁体的一部分上面对用于感测磁通量密度的感测传感器形成中性区，所述中性区空间地划分所述永磁体的第一极性区和第二极性区。
根据本公开的另一方面，一种相机模块包括：永磁体，形成在镜筒处；线圈，被布置为面对所述永磁体；感测传感器，被布置为面对中性区，所述中性区形成在永磁体的第一极性区与永磁体的第二极性区之间；图像传感器，包括相位差感测部件。
根据本公开的另一方面，一种相机模块的自动聚焦方法包括：计算入射到图像传感器上的图像的相位差；利用所述相位差计算用于对图像进行成像的焦距；计算镜筒的当前位置；将所述焦距与所述当前位置彼此比较，以确定镜筒的运动位移。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述中，本公开的以上和其它方面、特点及其它优点将变得更加清楚地被理解，附图中：
图1是用于描述自动聚焦(AF)模式的曲线图；
图2是示出了相位差AF模式和对比度AF模式的线性度的曲线图；
图3是根据本公开的示例性实施例的相机模块的结构图；
图4是图3中所示的图像传感器的平面图；
图5是图3中所示的图像传感器的另一实施例的平面图；
图6是图3中所示的致动器的主要结构的平面图；
图7是图3中所示的致动器的主要结构的正视图；
图8是图3中所示的致动器的线圈的正视图；
图9是示出了图3中所示的相机模块的控制关系的结构图；
图10是示出了根据本公开的示例性实施例的相机模块的自动聚焦方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细的描述本公开的实施例。然而，本公开可以以多种不同的形式实施，并且不应该被解释为限制于在此阐述的实施例。更确切地说，提供这些实施例以使本公开将是彻底的和完整的，并且将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，可能夸大元件的形状和尺寸，并且将始终使用相同的标号来指示相同或相似的元件。
另外，在下文中，“高度”是指沿着大致与光轴方向平行的方向的长度，“宽度”是指沿着与光轴方向垂直的方向的长度。
将参照图1描述自动聚焦(AF)模式。
在对比度AF模式的情况下，在移动电话的相机中使用致动器的自动聚焦模式可在不需附加装备的情况下执行自动聚焦。然而，在该模式下，在由于高像素密度而导致将被处理的数据的容量增大的情况下，会增加自动聚焦的控制时间。
自动聚焦控制时间可以是影响对即时动作成像的质量的重要因素。通过利用红外线的AF模式或者利用相位差(PD)的AF模式可减少自动聚焦控制时间。然而，由于为了使用该方法需要附加的硬件，所以会使在小型终端(例如，便携式电话)中使用该方法变得困难。因此，本申请人开发了PD-AF模式，所述PD-AF模式在无需附加硬件的情况下通过在图像传感器中适当地设置位置传感器而计算散焦量。为了便于参考，在相机模块中，AF时间的差异可以是大约0.2S。
以下，将参照图2简要地描述相位差AF模式的现存问题。
为了应用相位差AF模式，确保AF致动器的线性度会是重要的。在AF致动器的线性度未被确保的情况下，对比度AF模式的代码值与相位差AF模式的预测代码值之间的差异会增加。例如，在通过相位差AF模式调节自动聚焦距离、然后通过对比度AF模式校正自动聚焦距离的情况下，由于所述两个模式之间的偏差可能导致自动聚焦控制的可靠性降低。
本公开可提供一种能够解决如上所述的问题并提高AF致动器的线性度的方法。
作为示例，根据本公开，可以通过在通过磁化两个极面而形成的永磁体中形成中性区(具有第一极性的磁力与具有第二极性的磁力大致相互抵消的区域)，来提高AF致动器的线性度。
作为另一示例，根据本公开，可通过设置用于感测永磁体的中性区附近的磁通量密度的传感器，来降低由磁场系统所产生的输入磁通量值的失真，从而可提高AF致动器的线性度。
以下，将参照图3描述相机模块的主要结构。
相机模块10可包括镜筒20、壳体30和基底40。另外，相机模块10可包括图像传感器300，图像传感器300被构造为将入射穿过镜筒20的光转换成图像信号。另外，相机模块10可包括致动器100，致动器100被构造为用于调节镜筒20相对于图像传感器300的位置。
在如上所述构造的相机模块10中，镜筒20可通过致动器100沿着平行于光轴C-C的方向运动。例如，镜筒20可具有预定的驱动距离L。因此，相机模块10可通过移动镜筒20来调节焦距。作为参考，在本示例性实施例中，镜筒20的驱动距离L可以是0.3mm至0.5mm。
致动器100可包括永磁体110、线圈120和轭部130。这里，永磁体110布置在镜筒20上，线圈120和轭部130布置在壳体30上。然而，永磁体110、线圈120和轭部130的布置位置不限于此。例如，永磁体110布置在壳体30上，线圈120和轭部130布置在镜筒20上。
致动器100还可包括感测传感器210和220。例如，致动器100还可包括被布置为面对永磁体110的一个或者更多个感测传感器210和220。在图7的描述中将再次描述感测传感器210和220的布置。
以下，将参照图4描述图像传感器300。
图像传感器300可将入射光转换成电图像信号。另外，图像传感器300可感测所述入射光的相位差。为此，图像传感器300可包括如图4中所示的多个相位差感测部件312和314。
相位差感测部件312和314可以形成在图像传感器300的边缘。在这种情况下，可通过相位差感测部件312和314显著地减少分辨率降低现象。另外，相位差感测部件312和314可形成在多个区域中。例如，第一相位差感测部件312可沿着第一方向(基于图4的Y轴方向)形成在图像传感器300中，以感测第一方向上的相位差。另外，第二相位差感测部件314可沿着第二方向(基于图4的X轴方向)形成在图像传感器300中，以感测第二方向上的相位差。
以下，将参照图5描述图像传感器300的另一示例。
图像传感器300可包括被布置为多排的多个相位差感测部件312和314。例如，第一相位差感测部件312可在图像传感器300中沿着第一方向被形成为四排，并且第二相位差感测部件314可在图像传感器300中沿着第二方向被形成为四排。另外，彼此相邻的多个相位差感测部件312和314可被形成为彼此错开。相位差感测部件312和314可有利于感测入射光的微小相位差。因此，该图像传感器300可在利用相位差调节自动聚焦距离时提高可靠性。
以下，将参照图6描述用于相机模块的自动聚焦(AF)操作的致动器的主要结构。
根据本公开的致动器100可包括永磁体110和感测传感器200(210和220)。另外，致动器100还可另外包括轭部130和驱动集成电路(IC)40。如上所述构造的致动器可以在相位差AF模式下驱动。另外，致动器可以在对比度AF模式下驱动。例如，致动器可以在相位差AF模式下调节焦距并在对比度AF模式下校正焦距。然而，致动器可以不执行上述两个模式。例如，致动器可以根据需要仅仅利用相位差AF模式调节焦距。
永磁体110、线圈120和轭部130可被布置为在彼此之间具有预定的间隙。例如，永磁体110和线圈120可被布置为在彼此之间具有第一间隙G1，线圈120和轭部130可被布置为在彼此之间具有第二间隙G2。另外，永磁体110和感测传感器200可被布置为具有第三间隙(G1+Td)。
为了便于参考，图6中的没有描述的标号Tm、Td和Ty分别是永磁体110的厚度、驱动IC140的厚度和轭部130的厚度。在本示例性实施例中，G1可以是0.15mm，Tm可以是0.45mm，Td可以是0.45mm，Ty可以是0.13mm。因此，永磁体110和感测传感器200之间的间隙可以是大约0.6mm。
感测传感器200可被布置为大致面对永磁体110。可选择地，感测传感器200可布置在可以感测到永磁体110的磁通量密度的区域。例如，感测传感器200可以布置在永磁体110与线圈120之间或者布置在线圈120的一部分上，以感测永磁体110的磁通量密度。然而，感测传感器200的布置位置不限于线圈120的一部分。例如，感测传感器200可以布置在将永磁体110的二等分线与线圈120的二等分线彼此连接的线上。
将参照图7描述永磁体110的形状。
永磁体110可具有预定的尺寸。例如，永磁体110可具有第一尺寸的厚度Tm、第二尺寸的高度hm以及第三尺寸的宽度Wm。作为参考，在本示例性实施例中，永磁体110的厚度Tm是0.45mm，永磁体110的高度hm是2.7mm，永磁体110的宽度Wm是4.5mm。然而，永磁体110的厚度、高度和宽度不限于上面描述的数值。例如，永磁体110的厚度Tm、高度hm和宽度Wm可以根据致动器的驱动距离而变化。
永磁体110是通过极化两个极面而形成的磁体。例如，具有第一极性的第一区(即，第一极性区)112可形成在永磁体110的一部分中，具有第二极性的第二区(即，第二极性区)114可形成在永磁体110的另一部分中。另外，通常不具有极性的中性区116可形成在第一区112与第二区114之间。
中性区116可具有预定的高度H。作为示例，中性区116的高度H为0.4mm至0.8mm。作为另一示例，中性区116的高度H为0.55mm至0.65mm。
中性区116的高度H关于永磁体110的高度hm可满足下面的关系式：
[关系式]0.14<H/hm<0.32。
可选择地，中性区116的高度H关于永磁体110的高度hm可满足下面的关系式：
[关系式]0.19<H/hm<0.26。
另外，中性区116的高度H关于致动器的驱动距离L可满足下面的关系式：
[关系式]0.89<H/L<2.67。
可选择地，中性区116的高度H关于致动器的驱动距离L可满足下面的关系式：
[关系式]1.22<H/L<2.17。
以下，将继续参照图7描述感测传感器的布置方式。
感测传感器210和220可感测永磁体110的磁通量密度。为此，感测传感器210和220可被布置为面对永磁体110。例如，感测传感器210和220可布置在壳体30上。然而，感测传感器210和220的布置位置不限于壳体30。例如，在永磁体110形成在壳体30上的情况下，感测传感器210和220可布置在镜筒20上。
感测传感器210和220可被布置为大致面对永磁体110的中性区116。例如，即使镜筒20沿着光轴方向运动，但是感测传感器210和220中的至少一个也可被布置为面对永磁体110的中性区116。在这种情况下，感测传感器210和220可精确地感测由镜筒20的运动引起的磁通量密度的变化。另外，感测传感器210和220的这一布置方式可以允许在镜筒20的驱动范围内磁通量密度的变化具有线性。例如，在镜筒20的驱动范围内，镜筒20的驱动位移可以与由感测传感器210和220感测到的磁通量密度成比例。因此，在识别到由感测传感器210和220感测到的磁通量密度的情况下，可识别镜筒20的驱动位移(即，当前位置)。因此，根据本示例性实施例，通过改变形成在永磁体110与线圈120之间的磁通量密度，镜筒20可以被精确地驱动至期望的位置，从而可实现精确地调节相机模块的焦距。
感测传感器210和220可被布置为偏向永磁体110的一部分。然而，如有需要，感测传感器210和220可被布置在与永磁体110的中心轴C大致一致的位置。如上所述的感测传感器210和220的这一布置方式不会影响永磁体110与线圈120之间的磁通量密度的变化，但是可以精确地感测永磁体110与线圈120之间的磁通量密度的变化。
感测传感器210和220可以被设置为多个。例如，感测传感器210和220的数量可以是两个。多个感测传感器210和220可被布置为沿着永磁体110的高度方向具有预定的间隙G。例如，第一感测传感器210和第二感测传感器220之间的间隙G可以是0.30mm至0.34mm。
感测传感器210和220之间的间隙G关于永磁体110的中性区116的高度H可满足下面的关系式：
[关系式]1.18<H/G<2.67。
可选择地，感测传感器210和220之间的间隙G关于永磁体110的中性区116的高度H可满足下面的关系式：
[关系式]1.62<H/G<2.17。
感测传感器210和220可被布置为距永磁体110预定的距离S(S＝G1+Td)。例如，感测传感器210和220可面对永磁体110，同时感测传感器210和220与永磁体110之间具有0.27mm至0.67mm的距离S。
感测传感器210和220与永磁体110之间的距离S关于永磁体110的中性区116的高度H可满足下面的关系式：
[关系式]0.60<H/S<2.96。
可选择地，感测传感器210和220与永磁体110之间的距离S关于永磁体110的中性区116的高度H可满足下面的关系式：
[关系式]0.82<H/S<2.41。
同时，感测传感器210和220可形成在驱动IC140上。例如，感测传感器210和220可以集成地形成在驱动IC140的一个表面上或者后部。然而，感测传感器210和220的形成位置不限于驱动IC140。例如，可省去驱动IC140。
感测传感器210和220可被布置为距轭部130预定的距离。例如，感测传感器210和220可被布置为距轭部130的距离为0.2mm至0.4mm。为了便于参考，轭部130的厚度可以是0.1mm至0.15mm。
感测传感器210和220可以感测预定范围内的磁通量密度。例如，感测传感器210和220可以感测-300mT至300mT的磁通量密度。
可由感测传感器210和220感测到的磁通量密度Sf关于永磁体110的中性区116的高度H可满足下面的关系式：
[关系式]-3.0<Sf/(S×H)<0.6
[关系式]-0.1<Sf/(Wm×H)<0.1
[关系式]2.79<(Mf×H)/(Sf×S)<13.83
[关系式]3.83<(Mf×H)/(Sf×S)<11.23
其中，Sf是可由所述感测传感器感测到的最大磁通量密度(单位：T)，Mf是永磁体110的磁通量密度(单位：T)，S是永磁体110与感测传感器210和220之间的距离(单位：mm)，Wm是永磁体110的宽度(单位：mm)，H是中性区116的高度(单位：mm)。
作为参考，在本示例性实施例中，永磁体110的磁通量密度是1.4T。
接下来，将参照图8描述线圈120。
线圈120的尺寸可大致等于或近似于永磁体110的尺寸。例如，线圈120的高度hc可等于或近似于永磁体110的高度hm，并且线圈120的宽度Wc可等于或近似于永磁体110的宽度Wm。另外，线圈120的厚度可大致等于永磁体110的厚度Tm。作为参考，在本公开的本示例性实施例中，hc是2.75mm，Wc是3.3mm，线圈120的厚度是0.45mm。
线圈120可具有多根导线122缠绕的形状。例如，线圈120可具有直径为0.04mm的导线缠绕180次至240次的形状。如上所述形成的线圈120可具有预定的电阻。例如，线圈120可具有15Ω至30Ω的电阻。
在线圈120的中心部分可形成中空部分124。中空部分124的高度可大致等于或者近似于中性区116的高度H。例如，在本示例性实施例中，中空部分124的高度hh可以是0.5mm至0.7mm，并且中空部分124的高度hh关于中性区116的高度H可满足下面的关系式：
[关系式]0.5<H/hh<1.5。
接下来，将参照图9描述致动器100的控制结构。
可通过从感测传感器200获得的磁通量密度和从图像传感器300获得的相位差来确定执行器100的驱动位移。例如，图像信号处理(ISP)单元400可通过从感测传感器200获得的磁通量密度来确定镜筒20的当前位置，并且通过从图像传感器300获得的相位差来计算用于实现生动的图像的焦距(例如，镜筒20的运动距离)。另外，图像信号处理单元400可将所计算的焦距与镜筒20的当前位置彼此进行比较，以确定镜筒20的运动位置。当确定了镜筒20的运动位置时，图像信号处理单元400可向致动器100发送电信号，以使镜筒20运动。也就是说，当确定了镜筒20的运动位置时，图像信号处理单元400可确定向线圈120供应的电流幅值，以使镜筒20运动。
以下，将参照图10描述相机模块10的自动聚焦方法。
相机模块10的自动聚焦方法可包括：计算图像的相位差的步骤(S10)；计算焦距的步骤(S20)；计算镜筒的当前位置的步骤(S30)；以及确定镜筒的运动位置的步骤(S40)。
1)计算图像的相位差的步骤(S10)
在该步骤中，可以感测到图像的相位差。例如，图像传感器300的相位差感测部件312和314可以通过入射的图像信息感测相位差。
2)计算焦距的步骤(S20)
在该步骤中，可计算用于实现生动的图像的焦距。例如，图像信号处理单元400可将从相位差感测部件312和314获得的相位差与第一函数(例如，指示相位差与焦距之间的关系的函数，所述函数可通过预先实验获得)进行比较，以计算所述焦距。作为示例，可基于所储存的相位差函数而计算与所获得的相位差相对应的焦距。作为参考，图像信号处理单元400可将所计算的焦距转换成镜筒20的运动位置。
3)计算镜筒的当前位置的步骤(S30)
在该步骤中，可计算镜筒20的当前位置。可通过从感测传感器200获得的磁通量密度计算镜筒20的当前位置。例如，图像信号处理单元400可将从感测传感器200获得的磁通量密度与第二函数(例如，指示磁通量密度与镜筒的运动位置之间的关系的函数)进行比较，以计算镜筒20的当前位置。
4)确定镜筒的运动位置的步骤(S40)
在该步骤中，可确定镜筒20的运动位置。例如，图像信号处理单元400可将所计算的焦距与镜筒20的当前位置彼此比较，以基于两个值之间的差异来确定镜筒20的第一运动位置。这里，第一运动位置可被确定为相机模块对相应的图像进行成像的焦点位置。
同时，相机模块的自动聚焦方法还可包括检测对比度值的步骤和校正镜筒的运动位置的步骤。
5)检测对比度值的步骤
在该步骤中，可检测入射过镜筒的图像的对比度值。例如，当通过所计算的相位差确定了镜筒的第一运动位置时，图像信号处理单元400可以设置包括第一运动位置的预定区段并操作致动器100，以测量所述预定区段中的对比度值。另外，图像信号处理单元400可确定所测量的对比度值中的最大对比度值，并且计算与所确定的最大对比度值相对应的镜筒的第二运动位置。
6)校正镜筒的运动位置的步骤
在该步骤中，可确定镜筒的最终的运动位置。例如，图像信号处理单元400可将通过相位差确定的第一运动位置与通过检测对比度值而计算的第二运动位置彼此比较，并且当第一运动位置与第二运动位置之间的偏差在可接受的范围内时，将第一运动位置与第二运动位置中的一个运动位置确定为所述相机模块的焦点位置。与此不同的是，当第一运动位置与第二运动位置之间的偏差超出可接受的范围时，图像信号处理单元400可将第二运动位置确定为所述相机模块的焦点位置。
在如上所述构造的相机模块的致动器中，在满足上述关系式的范围内，磁通量密度与镜筒的驱动位移之间的关系可以是线性的。例如，在永磁体110的中性区116的高度H是0.4mm或者更小的情况下以及在所述高度H是0.8mm或者更大的情况下，磁通量密度与镜筒的驱动位移之间的关系可以是非线性的。然而，在永磁体110的中性区116的高度H在0.4mm至0.8mm的范围内的情况下，磁通量密度与镜筒的驱动位移之间的关系可以通过可靠的线性方程来表示。
如上所述，根据本公开的示例性实施例，所述相机模块可以可靠地调节焦距。
虽然已经示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域普通技术人员明显的是，在不脱离由权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行修改和变型。

Claims (16)

1.一种相机模块，所述相机模块的焦距通过包括永磁体和线圈的致动器被调节，
其中，在永磁体的一部分上面对用于感测磁通量密度的感测传感器形成中性区，所述中性区空间地划分所述永磁体的第一极性区和第二极性区。
2.根据权利要求1所述的相机模块，其中，所述相机模块满足下面的关系式：
[关系式]0.14<H/hm<0.32
其中，H是所述中性区的高度，hm是所述永磁体的高度。
3.根据权利要求1所述的相机模块，其中，所述相机模块满足下面的关系式：
[关系式]0.5<H/hh<1.5
其中，H是所述中性区的高度，hh是所述线圈的中空部分的高度。
4.根据权利要求1所述的相机模块，其中，所述相机模块满足下面的关系式：
[关系式]0.89<H/L<2.67
其中，H是所述中性区的高度，L是所述致动器的驱动距离。
5.根据权利要求1所述的相机模块，其中，所述相机模块满足下面的关系式：
[关系式]1.18<H/G<2.67
其中，H是所述中性区的高度，G是设置在所述中性区的最上部的第一感测传感器和设置在所述中性区的最下部的第二感测传感器之间的距离。
6.根据权利要求1所述的相机模块，其中，所述相机模块满足下面的关系式：
[关系式]-3.0<Sf/(S×H)<0.6
其中，Sf是由感测传感器感测到的最大磁通量密度，S是所述永磁体与所述感测传感器之间的距离，H是所述中性区的高度。
7.根据权利要求1所述的相机模块，其中，所述相机模块满足下面的关系式：
[关系式]-0.1<Sf/(Wm×H)<0.1
其中，Sf是由感测传感器感测到的最大磁通量密度，Wm是所述永磁体的宽度，H是所述中性区的高度。
8.根据权利要求1所述的相机模块，其中，所述感测传感器被设置为多个，并被布置为沿着所述中性区的高度方向彼此之间具有间隙。
9.根据权利要求1所述的相机模块，其中，所述感测传感器被布置为基于所述永磁体的竖直的二等分线偏向所述永磁体的一部分。
10.一种相机模块，所述相机模块包括：
永磁体，形成在镜筒处；
线圈，被布置为面对所述永磁体；
感测传感器，被布置为面对中性区，所述中性区形成在永磁体的第一极性区与永磁体的第二极性区之间；
图像传感器，包括相位差感测部件。
11.根据权利要求10所述的相机模块，其中，沿着光轴方向顺序地形成第一极性区、中性区和第二极性区。
12.根据权利要求10所述的相机模块，其中，所述感测传感器被设置为多个并沿着光轴方向而设置。
13.根据权利要求10所述的相机模块，其中，所述相机模块还包括：图像信号处理单元，用于从感测传感器获得的电信号感测镜筒的位置，从相位差感测部件获得的电信号计算焦距，并且确定向线圈供应的电流幅值。
14.一种相机模块的自动聚焦方法，所述自动聚焦方法包括：
计算入射到图像传感器上的图像的相位差；
利用所述相位差计算用于对图像进行成像的焦距；
计算镜筒的当前位置；
将所述焦距与所述当前位置彼此比较，以确定镜筒的运动位移。
15.根据权利要求14所述的自动聚焦方法，所述自动聚焦方法包括：
在基于所确定的运动位移移动镜筒的同时，检测所述图像的对比度值；
确定对比度值为最大的运动位置，以确定镜筒最终的运动位移。
16.根据权利要求14或15所述的自动聚焦方法，其中，通过相机模块的永磁体的中性区附近的磁通量密度变化来感测镜筒的位置。
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