CN106131431A - 一种自动对焦装置和拍摄装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动对焦装置和拍摄装置。该装置包括：依次连接的镜头组、图像传感器、数字信号处理模块和压电陶瓷，其中，所述镜头组，用于获取当前场景信息；所述图像传感器，用于将镜头组获取的当前场景信息转换为电信号得到图像信息；所述数字信号处理模块，用于分析所述图像传感器得到的图像信息，并根据分析结果输出控制信号给压电陶瓷；所述压电陶瓷，用于在所述控制信号的驱动下产生形变，带动镜头组进行位移。本发明可实现镜头快速精准对焦。

Description

一种自动对焦装置和拍摄装置

技术领域

本发明实施例涉及对焦技术，尤其涉及一种自动对焦装置和拍摄装置。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，摄影技术的快速发展，越来越多的人们使用移动终端进行拍照，即时方便记录下自己及周围人的生活瞬间。

目前，移动终端的镜头多支持自动对焦功能，使用户能够轻松的拍摄出照片。现有技术中，是通过马达来实现自动对焦操作的。在自动对焦过程中，镜头中的马达会不断改变镜头位置，通过镜头组中的图像传感器采集图像，从而在移动终端的预览窗口中呈现不同对焦效果的图像，进而根据所采集的图像信息基于预设算法判断对焦点是否合适，即判断镜头的当前位置是否达到对焦要求，如果否，则反复控制马达调整镜头位置，直至镜头位置所采集的图像与对焦要求匹配。

然而，通过马达改变镜头位置时，首先需要给马达的驱动芯片一个驱动信号，通过驱动芯片来控制马达，再通过马达来控制镜头的移动，这个响应过程需要一定的时间，且在一次对焦过程中，该响应过程需要进行多次，使得对焦时间较长。而且由于步进马达的位移分辨率为微米级，其中，位移分辨率为步进马达所驱动的工件的位移与马达的步数之比，因此，镜头移动的最小距离为微米级，使得在对焦过程中，不能更精准地对焦。因此，使用马达进行对焦，对焦时间长且精度一般。

发明内容

本发明提供一种自动对焦装置和拍摄装置，以实现镜头快速精准对焦，即时记录精彩瞬间。

第一方面，本发明实施例提供了一种自动对焦装置，该装置包括：依次连接的镜头组、图像传感器、数字信号处理模块和压电陶瓷，其中，

所述镜头组，用于获取当前场景信息；

所述图像传感器，用于将镜头组获取的当前场景信息转换为电信号得到图像信息；

所述数字信号处理模块，用于分析所述图像传感器得到的图像信息，并根据分析结果输出控制信号给压电陶瓷；

所述压电陶瓷，用于在所述控制信号的驱动下产生形变，带动镜头组进行位移。

上述方案中，可选的是，所述压电陶瓷直接与所述镜头组中的对焦镜片相连。

上述方案中，可选的是，还包括：数模转换模块、功率放大模块和电压跟随模块，其中，

所述数模转换模块，用于将所述数字信号处理模块输出的控制信号转换为模拟信号；

所述功率放大模块，用于将所述数模转换模块输出的模拟信号进行放大，放大后的模拟信号通过所述电压跟随模块输出给所述压电陶瓷。

上述方案中，可选的是，还包括：

红外线滤光片，与镜头组相连，用于滤除镜头组获取的场景信息中的红外线。

上述方案中，可选的是，还包括：

智能设备接口，用于连接智能设备，以接收对焦控制指示。

上述方案中，可选的是，还包括：

保护膜，设置在镜头组上方，用于保护镜头组。

第二方面，本发明实施例还提供了一种拍摄装置，该装置包括本发明实施例中的自动对焦装置。

本发明实施例提供的自动对焦装置，通过镜头组获取当前场景信息，通过图像传感器将获取的当前场景信息转换为电信号得到图像信息，通过数字信号处理模块分析图像信息并根据分析结果输出控制信号给压电陶瓷，压电陶瓷在控制信号的驱动下产生形变，带动镜头组进行位移。本发明实施例通过采用上述技术方案，采用了压电陶瓷的形变来带动镜头组进行位移，压电陶瓷在控制信号的驱动下可直接产生形变，响应速度快，且压电陶瓷由于形变产生的位移可实现纳米级，从而带动镜头移动的距离也可实现纳米级，解决了对焦时间长且精度一般的问题，实现了镜头快速精准对焦。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种自动对焦装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一中的一种自动对焦装置的结构示意图；

图3是本发明实施例一中的压电陶瓷驱动的结构示意图；

图4是本发明实施例二中的自动对焦装置中压电陶瓷与对焦镜片直接相连的结构示意图；

图5是本发明实施例四中的一种自动对焦装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种自动对焦装置的结构示意图，该装置可由软件和/或硬件实现，一般集成在移动终端中。如图1所示，该装置包括依次连接的镜头组1、图像传感器2、数字信号处理模块和压电陶瓷3。

其中，镜头组1，用于获取当前场景信息；图像传感器2，用于将镜头组1获取的当前场景信息转换为电信号得到图像信息；数字信号处理模块，图1中未示出，用于分析图像传感器2得到的图像信息，并根据分析结果输出控制信号给压电陶瓷3；压电陶瓷3，用于在控制信号的驱动下产生形变，带动镜头组1进行位移。

上述技术方案中，镜头组1由多个镜片组成，不同镜片具有不同的功能与作用，例如，具有用来滤除特定光线的滤光镜片和用来实现对焦功能的对焦镜片等。

图2为本发明实施例一提供的一种自动对焦装置的结构示意图。如图2所示，镜头组1中的镜片置于镜筒4中，有些镜片是固定在镜筒4上的，有些镜片是可以移动的。其中，对焦镜片便是可以移动的。其中，压电陶瓷3与镜头组1均置于镜筒4中。通过镜头组1，可获取当前的场景信息，将当前的场景信息转化为光学图像。

图像传感器2也被称为感光元件，是一种将光学图像转换成电子信号的设备。按照元件的不同，可分为电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)和金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)两大类。

示例性的，本发明实施中的图像传感器2为CCD。CCD具有灵敏度高、噪音低、响应速度快、成像质量好等优点。

示例性的，分析得到的图像信息，具体为分析图像的清晰度。图像清晰度的评价函数有多种，例如：频谱函数，熵函数和梯度函数等。图像越清晰，图像的边缘越尖锐，图像信号的频率越高；图像越清晰，图像的熵越大且图像的梯度函数越大，对焦越准确。这里对所采用的图像清晰度评价方法并不限定。

数字信号处理模块根据所采用的图像清晰度评价函数对当前得到的图像对应的信息进行计算并分析。示例性的，可根据所采用的图像清晰度评价函数设定一定的阈值M，若分析结果m>M，则图像清晰，认为镜头组1当前位置达到对焦要求，为最终的对焦位置，若分析结果m<M，则认为镜头组1当前位置未达到对焦要求，输出控制信号给压电陶瓷3，直至镜头组1位置所采集的图像与对焦要求匹配。

压电陶瓷3是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料。图3为压电陶瓷3驱动的结构示意图。如图3所示，通过控制压电陶瓷3的外电极阳极31和外电极阴极32的两端驱动电压来控制压电陶瓷3极化电场强度，从而控制压电陶瓷3内部电荷转向，获得一定方向上所需的位移。压电陶瓷3由于形变产生的位移与驱动电压成线性关系。压电陶瓷3最大的驱动电压对应其最大的位移，压电陶瓷3由于形变产生的位移为压电陶3瓷的应变系数与其两端施加的电压之积。

示例性的，当数字信号处理模块的分析结果与达到对焦要求设定的阈值相差较大时，输出控制信号，使得压电陶瓷3在该控制信号的驱动下产生较大的形变，从而带动镜头组1进行较大的位移，反之，输出控制信号，使得压电陶瓷3在该控制信号的驱动下产生较小的形变，从而带动镜头组1进行较小位移。

示例性的，压电陶瓷1可为叠堆形压电陶瓷，即将多个压电陶瓷片共烧到一起，机械结构串联，电路结构并联，从而可得到大位移输出的压电陶瓷1。其输出的位移与压电陶瓷片的个数成正比。

示例性的，当当前图像信息的分析结果与前一次图像信息的分析结果相比，当前图像更加模糊时，例如当前图像的频谱函数小于前一次图像的频谱函数时，数字信号处理模块输出控制信号，使得在该控制信号的驱动下，压电陶瓷3产生与前一次方向相反的形变。

本发明实施例提供的自动对焦装置，通过镜头组获取当前场景信息，通过图像传感器将获取的当前场景信息转换为电信号得到图像信息，通过数字信号处理模块分析图像信息并根据分析结果输出控制信号给压电陶瓷，压电陶瓷在控制信号的驱动下产生形变，带动镜头组进行位移。本发明实施例通过采用上述技术方案，采用了压电陶瓷的形变来带动镜头组进行位移，压电陶瓷在控制信号的驱动下可直接产生形变，响应速度快，且压电陶瓷由于形变产生的位移可实现纳米级，从而带动镜头移动的距离也可实现纳米级，解决了对焦时间长且精度一般的问题，实现了镜头快速精准对焦。

实施例二

图4为本发明实施例二提供的自动对焦装置中压电陶瓷3与对焦镜片11直接相连的结构示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，对压电陶瓷3与镜头组1的连接关系进行了进一步细化。其中，压电陶瓷3直接与镜头组1中的对焦镜片11的中心位置相连。

示例性的，压电陶瓷3放置的位置可为对焦镜片11的中心，使得压电陶瓷3在控制信号的驱动下产生形变，通过对焦镜片11中心带动对焦镜片11移动，进行对焦操作。压电陶瓷3放置的位置还可为对焦镜片的边缘，使得压电陶瓷3在控制信号的驱动下产生形变，通过对焦镜片11边缘带动对焦镜片11移动，进行对焦操作。

本发明实施例提供的自动对焦装置，通过压电陶瓷直接与镜头组中的对焦镜片相连，使得压电陶瓷在控制信号的驱动下快速产生形变，直接带动镜头中的对焦镜片移动，进行对焦操作，实现了更加快速地对焦。

实施例三

本实施例以上述实施例为基础进行优化。在本实施例中，自动对焦装置还包括：数模转换模块、功率放大模块和电压跟随模块，其中，数模转换模块，用于将数字信号处理模块输出的控制信号转换为模拟信号；功率放大模块，用于将数模转换模块输出的模拟信号进行放大，放大后的模拟信号通过电压跟随模块输出给压电陶瓷。

相应的，本实施提供的装置包括依次连接的镜头组1、用于获取当前场景信息；图像传感器2、用于将镜头组1获取的当前场景信息转换为电信号得到图像信息；数字信号处理模块、用于分析图像传感器2得到的图像信息，并根据分析结果输出控制信号给压电陶瓷3；数模转换模块、用于将数字信号处理模块输出的控制信号转换为模拟信号；功率放大模块、用于将数模转换模块输出的模拟信号进行放大；电压跟随模块、用于放大后的模拟信号通过电压跟随模块输出给压电陶瓷3；压电陶瓷3、用于在控制信号的驱动下产生形变，带动镜头组1进行位移。

上述方案中，数字信号处理模块输出的控制信号为数字信号，通过数模转换模块将数字信号转换为对应的模拟信号范围，使得压电陶瓷3的控制信号更加细化，在该控制信号的驱动下，可以更好地控制压电陶瓷3的形变，从而对焦更加精准。

数字信号处理模块输出的控制电压经数模转换模块得到的模拟电压的范围一般比较小，例如0V-5V，不足以驱动压电陶瓷3，因此，通过功率放大模块，将数模转换模块输出的模拟信号进行放大，可得到一个较大范围的目标电压。例如，通过功率放大模块得到的目标电压范围为0V-200V。从而可通过放大的模拟信号来控制压电陶瓷3的驱动。

电压跟随模块具有极高的输入电阻与极低的输出电阻。当输入阻抗很高时，相当于对前级电路开路，当输出阻抗很低时，对后级电路相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。电压跟随模块将功率放大模块与压电陶瓷3两部分隔开，使得前后级互不影响，从而更加稳定地控制压电陶瓷3的驱动。

本发明实施例提供的自动对焦装置，通过增加数模转换模块、功率放大模块和电压跟随模块，将数字信号处理模块输出的控制信号转换为模拟信号，将模拟信号进行放大并将放大的模拟信号输出给压电陶瓷，可使压电陶瓷在该控制信号的驱动下，更加稳定精确地带动镜头进行位移，实现更加稳定精准地对焦。

实施例四

图5为本发明实施例四提供的一种自动对焦装置的结构示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化。如图5所示，在本实施例所提供的自动对焦装置还包括：红外线滤光片6，与镜头组1相连，用于滤除镜头组1获取的场景信息中的红外线。

相应的，本实施提供的装置包括依次连接的镜头组1、用于获取当前场景信息；红外线滤光片6、与镜头组1相连，用于滤除镜头组1获取的场景信息中的红外线；图像传感器2、用于将镜头组1获取的当前场景信息转换为电信号得到图像信息；数字信号处理模块、用于分析所述图像传感器2得到的图像信息，并根据分析结果输出控制信号给压电陶瓷3；压电陶瓷3、用于在控制信号的驱动下产生形变，带动镜头组1进行位移。

示例性的，若图像传感器2为彩色CCD图像传感器或彩色CMOS图像传感器，由于彩色CCD图像传感器或彩色CMOS图像传感器会感应红外线，会导致数字信号处理模块无法计算出准确颜色，即数字信号处理模块无法通过CCD根据镜头组获取的当前场景信息获得的图像信息，正确分析图像。通过增加红外线滤光片6，可把镜头组1获取的当前场景信息中的红外线滤除以保证数字信号处理模块的分析结果正确。

上述方案中，可选的是，自动对焦装置还包括智能设备接口，图5中未示出，用于连接智能设备，以接收对焦控制指示。

示例性的，自动对焦装置通过智能设备接口与手机相连，通过手机显示屏，用户可判断当前镜头组1位置是否满足对焦要求，若不满足，可控制自动对焦装置重新进行对焦操作。示例性的，用户还可通过手机手动确定当前图像需要进行对焦的位置，数字信号处理模块分析获取的图像的对应位置信息是否达到对焦要求等。

优选的，智能设备接口与数字信号处理模块相连。

上述方案中，可选的是，自动对焦装置还包括保护膜5，设置在镜头组1上方，用于保护镜头组1。

为了保持镜头组1的清洁，防止灰尘等杂物进入镜头组1以及保护镜头组1不易被损坏，在镜头组1的上方设置有保护膜5，用于保护镜头组1，保证镜头1获取的光学图像的质量。

示例性的，保护膜5的材质为玻璃、塑料或金属等材质。保护膜5可放置于镜头组1上方，还可镀在镜头组1之上。

本发明实施例提供的自动对焦装置，通过增加红外滤光片，滤除镜头组获取的场景信息中的红外线，使得数字信号处理模块可根据图像传感器获得的图像信息正确分析图像，从而实现准确对焦，通过增加智能设备接口，使得自动对焦装置可直接与智能设备相连，从而通过智能设备进行对焦的控制知识，通过增加保护膜，可保护镜头不被损坏，保证成像质量。

本发明实施例还提供了一种拍摄装置，该装置包括本发明任意实施例中的自动对焦装置。本实施例中的拍摄装置可设置于手机、平板电脑及数码照相机等设备中。

当用户使用本实施例中的拍摄装置进行拍照时，可通过压电陶瓷的形变来带动镜头组进行位移，压电陶瓷在控制信号的驱动下可直接产生形变，响应速度快，且压电陶瓷由于形变产生的位移可实现纳米级，从而带动镜头移动的距离也可实现纳米级，解决了对焦时间长且精度一般的问题，实现了镜头快速精准对焦。

上述拍照装置对焦功能可通过本发明任意实施例提供的自动对焦装置来实现，具备自动对焦装置相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的自动对焦装置。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种自动对焦装置，其特征在于，包括：依次连接的镜头组、图像传感器、数字信号处理模块和压电陶瓷，其中，

所述镜头组，用于获取当前场景信息；

所述图像传感器，用于将镜头组获取的当前场景信息转换为电信号得到图像信息；

所述数字信号处理模块，用于分析所述图像传感器得到的图像信息，并根据分析结果输出控制信号给压电陶瓷；

所述压电陶瓷，用于在所述控制信号的驱动下产生形变，带动镜头组进行位移。

2.根据权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于，所述压电陶瓷直接与所述镜头组中的对焦镜片相连。

3.根据权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于，还包括：数模转换模块、功率放大模块和电压跟随模块，其中，

所述数模转换模块，用于将所述数字信号处理模块输出的控制信号转换为模拟信号；

所述功率放大模块，用于将所述数模转换模块输出的模拟信号进行放大，放大后的模拟信号通过所述电压跟随模块输出给所述压电陶瓷。

4.根据权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于，还包括：

红外线滤光片，与镜头组相连，用于滤除镜头组获取的场景信息中的红外线。

5.根据权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于，还包括：智能设备接口，用于连接智能设备，以接收对焦控制指示。

6.根据权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于，还包括：保护膜，设置在镜头组上方，用于保护镜头组。

7.一种拍摄装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的自动对焦装置。