CN109212711B - 自动对焦装置和操作具有温度敏感部件的自动对焦装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动对焦装置和操作具有温度敏感部件的自动对焦装置的方法。本发明解决的技术问题在于，由图像传感器生成的热量导致温度敏感部件收缩或膨胀，从而产生失焦图像。所述方法和装置可包括各种电路和/或系统，这些电路和/或系统被配置为测量透镜模块的环境温度并且基于透镜和/或透镜镜筒的已知热特性来计算校正的目标位置。用于获得所述校正的目标位置的因素可包括所述透镜镜筒的材料、所述透镜镜筒的热时间常数、所述透镜镜筒的线性膨胀系数、所述透镜的有效焦距(EFL)、所述透镜的热响应和/或所述EFL的温度特性系数。本发明实现的技术效果是提供自动对焦装置，所述自动对焦装置补偿由于温度变化引起的所述温度敏感部件的各种变化。

Description

自动对焦装置和操作具有温度敏感部件的自动对焦装置的 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月30日提交的美国临时专利申请序列号62/527,540的权益，并将该申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及自动对焦装置和操作具有温度敏感部件的自动对焦装置的方法。
背景技术
电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常将透镜模块(包括透镜和透镜镜筒)与图像传感器结合用于捕获图像。许多成像系统采用自动对焦方法和各种信号处理技术，以通过调整透镜相对于图像传感器的位置来改善图像质量。
自动对焦系统通常采用致动器来将透镜模块移动到最佳位置，以提高图像质量。在操作中，由图像传感器和/或控制电路生成的热量，以及来自外部源的热量可增加透镜模块的环境温度。环境温度的变化可导致部件(诸如透镜镜筒和透镜)收缩或膨胀。这可导致透镜相对于图像传感器的位置偏离最佳位置，从而产生失焦图像。
发明内容
本发明解决的技术问题在于，由图像传感器生成的热量导致温度敏感部件收缩或膨胀，从而产生失焦图像。
方法和装置可包括各种电路和/或系统，它们被配置为测量透镜模块的环境温度并且基于透镜和/或透镜镜筒的已知热特性来计算校正的目标位置。用于获得校正的目标位置的因素可包括透镜镜筒的材料、透镜镜筒的热时间常数、透镜镜筒的线性膨胀系数、透镜的有效焦距(EFL)、透镜的热响应、以及EFL的温度特性系数。
在一个方面，自动对焦装置包括：温度敏感部件；温度传感器，该温度传感器邻近温度敏感部件并且被配置为：测量温度敏感部件周围的环境空气温度；以及生成温度数据；和校正电路，该校正电路耦接到温度传感器并且被配置为：接收温度数据；对温度敏感部件的对焦度进行建模；以及计算校正的目标位置。
在上述自动对焦装置的一个实施方案中，温度敏感部件包括以下各项中的至少一者：透镜、透镜镜筒、驱动磁体、弹簧、衬底、感测磁体、位置传感器和图像传感器。
在上述自动对焦装置的一个实施方案中，校正电路被进一步配置为根据基准温度和环境空气温度来计算相对温度。
在上述自动对焦装置的一个实施方案中，校正电路被进一步配置为根据温度敏感部件的相对温度和热时间常数来计算温度敏感部件的热响应。
在上述自动对焦装置的一个实施方案中，校正电路被进一步配置为：根据温度敏感部件的热响应来计算位置偏移值；并且使用位置偏移值和目标位置来计算校正的目标位置。
在上述自动对焦装置的一个实施方案中，温度敏感部件包括透镜模块，该透镜模块包括：透镜和透镜镜筒；和校正电路：根据透镜的热响应来计算透镜的有效焦距的变化；以及根据透镜镜筒的热响应来计算透镜镜筒的长度的变化。
在一个实施方案中，上述自动对焦装置还包括位置传感器，该位置传感器被配置为检测透镜模块的实际位置，其中校正电路进一步使用实际位置来计算校正的目标位置。
在另一个方面，操作具有温度敏感部件的自动对焦装置的方法包括：测量温度敏感部件的环境空气温度；根据基准温度和测量的环境空气温度来计算相对温度；根据相对温度来计算温度敏感部件的热响应；以及根据计算的热响应来计算校正的目标位置。
在上述方法的一个操作中，温度敏感部件包括透镜模块，该透镜模块包括：透镜和透镜镜筒；并且计算热响应包括：根据透镜的相对温度和热时间常数来计算透镜的第一热响应；以及根据透镜镜筒的相对温度和热时间常数来计算透镜镜筒的第二热响应。
在一个操作中，上述方法还包括：计算透镜的目标位置；基于第一热响应和第二热响应来计算位置偏移值；基于所计算的位置偏移值和所计算的目标位置来计算校正的目标位置；基于透镜的温度特性系数和第一热响应来计算透镜的有效焦距的变化；以及基于透镜镜筒的线性膨胀系数和第二热响应来计算透镜镜筒的长度的变化。
本发明实现的技术效果是提供自动对焦装置，该自动对焦装置补偿由于温度变化引起的温度敏感部件的各种变化。
附图说明
当结合以下示例性附图考虑时，可参照具体实施方式更全面地了解本技术。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图当中的类似元件和步骤。
图1是根据本技术的示例性实施方案的自动对焦系统的框图；
图2是根据本技术的示例性实施方案的闭环自动对焦系统的一部分的框图；
图3是根据本技术的示例性实施方案的开环自动对焦系统的一部分的框图；
图4是根据本技术的示例性实施方案的校正电路的框图；
图5A-图5B是根据本技术的示例性实施方案的成像系统的剖视图并且代表性地示出热量对自动对焦系统的各种部件的影响；
图6是根据本技术的示例性实施方案的环境温度与时间的曲线图；
图7是根据本技术的示例性实施方案的自动对焦系统的实际对焦度与时间的曲线图；
图8是根据本技术的示例性实施方案的用于根据各个部件计算来调整致动器的流程图；
图9是根据本技术的示例性实施方案的自动对焦系统的预测对焦度与时间的曲线图；并且
图10是根据本技术的示例性实施方案的在施加位置偏移值之后实际对焦度与时间的曲线图。
具体实施方式
本技术可在功能块部件和各种加工步骤方面进行描述。此类功能块可通过被配置成执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的部件来实现。例如，本技术可采用各种类型的致动器、图像传感器、位置传感器、温度传感器等，它们可执行各种功能。此外，本技术可结合任何数量的应用来实施，并且所述装置仅为该技术的一种示例性应用。另外，本技术可采用任何数量的常规技术来执行各种计算、处理图像数据等。
本技术可结合任何合适的电子设备或系统(诸如数字相机、智能电话、膝上型电脑、便携式设备等)来使用。现在参见图1，在本技术的示例性实施方案中，成像系统100能够执行自动对焦(automatic focus)(自动对焦(autofocus))。根据示例性实施方案，并且为了改善自动对焦功能，成像系统100被配置为根据环境空气温度T来预测各种部件的单独热响应，并且根据各种部件的热响应来计算位置偏移值PSFT和校正的目标位置PTARGET_COR。成像系统100可包括被配置为将图像对焦在感测表面上并且捕获图像数据的任何合适的设备和/或系统。例如，在示例性实施方案中，成像系统100可包括相机模块105和图像信号处理器(ISP)125。
相机模块105可捕获图像数据并且执行各种操作功能，诸如自动对焦和/或光学图像稳定性。相机模块105可包括透镜组件110、用以捕获图像数据的图像传感器120、被配置为移动透镜组件110的致动器140、以及控制电路115。根据各种实施方案，相机模块105还包括外壳(未示出)，该外壳部分或完全地包封透镜组件110、图像传感器120和控制电路115。根据各种实施方案，相机模块105还可包括将透镜组件110连接到外壳的一个或多个弹簧(未示出)。
图像传感器120可适当地被配置为捕获图像数据。例如，图像传感器120可包括像素阵列(未示出)以检测光并通过以下方式传送构成图像的信息：将光波的可变衰减(在它们穿过物体或经物体反射时)转换成电信号。像素阵列可包括被布置成行和列的多个像素，并且像素阵列可包含任何数量的行和列，例如数百或数千行和列。每个像素可包括任何合适的光传感器，诸如光电门、光电二极管等，以检测光并将所检测的光转换成电荷。图像传感器120可结合任何合适的技术来实现，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)和电荷耦合器件中的有源像素传感器。在各种实施方案中，图像传感器120可被安装在印刷电路板(PCB)500(图5)上。
致动器140可被配置为使透镜组件110沿着各个轴线(例如，沿着x轴、y轴和/或z轴)移动以改善图像质量。致动器140可包括能够响应于信号而移动和/或重新定位透镜组件110的任何合适的设备或系统。为了执行自动对焦功能、抵消诸如手抖动或晃动之类的不自主移动等目的，致动器140可被配置为移动透镜组件110。例如，在一个实施方案中，致动器140可包括音圈电机，该音圈电机包括驱动磁体(未示出)和感测磁体(未示出)，其响应于来自控制电路115的控制信号。致动器140可在其可执行的移动量方面受到限制，不论是自限制还是因系统的设计的原因。例如，相机模块105可包括具有侧壁的外壳(未示出)以容纳透镜组件110、致动器140和图像传感器120。因此，致动器140可赋予透镜组件110的最大移动范围可能受到相机模块外壳的内部尺寸的限制。
根据各种实施方案，致动器140的部分(诸如感测磁体)可物理地耦接到透镜镜筒135。然而，在其他实施方案中，致动器140可被定位在透镜组件110内或与透镜组件110相邻。特定布置可基于所使用的致动器140的类型、透镜组件110的尺寸和形状、设计选择等。
透镜组件110可被配置为使光对焦在图像传感器120的感测表面上。例如，根据各种实施方案，透镜组件110被定位成与图像传感器120相邻。透镜组件110可包括用以将图像对焦在图像传感器120上的透镜，以及用以保持透镜的透镜镜筒135。透镜组件110、致动器140和控制电路115可彼此结合操作以提供自动对焦功能。例如，致动器140响应于控制电路115以将透镜组件110移动到更靠近图像传感器120或远离图像传感器120以将图像对焦在图像传感器120上。
透镜130可包括适于将光对焦在图像传感器120上的任何透镜或透镜系统，并且可被定位成邻近图像传感器120的感测表面。透镜130相对于图像传感器120可为可调或固定的。例如，在示例性实施方案中，透镜130可耦接到致动器140并且被配置为沿着垂直于图像传感器120的感测表面的平面移动(即，沿z方向更靠近或远离图像传感器的表面的移动)。透镜130可被进一步配置为沿着平行于图像传感器120的感测表面的平面(即，沿x方向以及沿y方向)移动。在各种实施方案中，透镜130可包括彼此相邻布置的多个透镜元件。透镜130可使用任何合适的材料形成，诸如玻璃、石英玻璃、萤石、锗、陨石玻璃、聚碳酸酯、塑料、高折射率塑料等、或它们的任何组合。
透镜镜筒135包括被配置为保持透镜130的结构。例如，可采用各种安装技术来将透镜130安装到透镜镜筒135，诸如硬安装、嵌入式安装、弹性体安装等。透镜镜筒135还可包括各种元件以维持透镜130(或透镜元件)的适当空气间隔和/或对准，诸如保持器环、卡环、旋转轮圈等。
透镜镜筒135可使用金属(诸如铝、不锈钢、铍、钛和金属合金)，和/或非金属(诸如玻璃、碳纤维复合材料或塑料)形成，其中每种材料可根据热膨胀系数来描述。因此，透镜镜筒135可基于用于形成透镜镜筒135的材料的类型来膨胀和收缩。例如，包含金属的透镜镜筒135可具有比包含玻璃的透镜镜筒135更大的热膨胀系数。在各种实施方案中，用于形成透镜镜筒135的材料可不同于用于形成透镜130的材料。
在各种实施方案中，相机模块105可被进一步配置为测量透镜相对于图像传感器120的位置并且测量相机模块105的温度。例如，根据示例性实施方案，相机模块105包括位置传感器145和温度传感器150。
位置传感器145检测透镜130的移动和位置。位置传感器145可包括用于确定透镜130的位置的任何合适的电路，诸如霍尔传感器。在这样的情况下，位置传感器145可通过响应于磁场而改变输出电压来确定透镜130的位置。输出电压可对应于透镜130相对于参考点的大小和方向。根据各种实施方案，位置传感器145可形成在与控制电路115相同的芯片上。在替代实施方案中，位置传感器145可形成在配套芯片上。
温度传感器150可适当地被配置为监测和报告成像系统100内部和/或外部的环境空气温度T。温度传感器150可包括用于监测和报告温度的任何合适的设备，诸如热敏电阻。温度传感器150可被配置为将对应于成像系统100的测量的环境空气温度T的信号传输到温度寄存器225。根据各种实施方案，温度传感器150可形成在与控制电路115相同的芯片上。在替代实施方案中，温度传感器150可形成在配套芯片上。
在各种实施方案中，ISP 125可执行各种数字信号处理功能(诸如彩色插值、彩色校正、促进自动对焦、曝光调整、降噪、白平衡调整、压缩等)以产生输出图像。在示例性实施方案中，ISP 125可被配置为接收并处理图像数据以确定图像的对焦度(即，图像对焦/失焦的量)。对焦度可由数值表示。ISP 125可使用数值来进一步确定透镜130(和透镜镜筒135)的初始目标位置PTARGET_0，其中初始目标位置PTARGET_0表示透镜130对焦图像所需的位置。一般来讲，ISP 125不使用与透镜130和/或透镜镜筒135的物理变化有关的信息来确定初始目标位置PTARGET_0。
ISP 125可包括用于执行计算、传输和接收图像像素数据、测量对焦度的任何数量的设备和/或系统，以及用于存储像素数据的存储单元，诸如随机存取存储器，非易失性存储器或适用于特定应用的任何其他存储器设备。另外，ISP 125可使用用于确定和/或计算图像的对焦度的任何合适的技术和/或方法。在各种实施方案中，ISP 125可用可编程逻辑设备(诸如现场可编程门阵列(FPGA))或具有可重配置数字电路的任何其他设备实现。在其他实施方案中，ISP 125可在使用不可编程设备的硬件中实现。ISP 125可使用任何合适的CMOS技术或制造工艺部分或完全地形成于含硅的集成电路内，使用处理器和存储器系统部分或完全地形成于ASIC(专用集成电路)中，或使用另一合适的实施方式部分或完全地形成。
ISP 125可将输出图像传输到用于存储和/或查看图像数据的输出设备，诸如显示屏或存储器部件。输出设备可从ISP 125接收数字图像数据，诸如视频数据、图像数据、帧数据和/或增益信息。在各种实施方案中，输出设备可包括外部设备，诸如计算机显示器、存储卡或一些其他外部单元。
参见图1-图3，控制电路115控制功率并将功率提供给系统内的各种设备。例如，控制电路115可控制功率并将功率提供给致动器140以将透镜模块110移动到期望的位置。根据各种实施方案，控制电路115可将具有一定大小和方向的电流提供给致动器140。一般来讲，致动器140通过以下方式对电流作出响应：将透镜模块110移动与控制电路115所提供的功率量成比例的量。
控制电路115可包括能够为致动器140提供能量的任何合适的设备和/或系统。例如，控制电路115可包括驱动器电路205以将电流提供给致动器140，其中致动器140通过移动透镜模块110来对电流的大小和符号作出响应。
驱动器电路205促进透镜模块110移动到期望的位置。驱动器电路205可包括响应于控制信号而改变电路两端的电压以便保持恒定电流输出的任何合适的电路。例如，驱动器电路205可通过生成驱动信号SDR从操作单元200接收校正的目标位置PTARGET_COR并且响应于该校正的目标位置PTARGET_COR。驱动器电路205可将驱动信号SDR施加到致动器140，其中驱动信号SDR可对应于校正的目标位置PTARGET_COR。作为另外一种选择或除此之外，驱动器电路205可通过控制到致动器140的电流来促进透镜130和/或透镜镜筒135的移动以实现期望的位置，这继而控制透镜模块110的移动的大小和方向。例如，驱动器电路205可沿第一方向或相对的第二方向生成电流。可根据所需的目标位置来计算电流的方向。
根据各种实施方案，控制电路115可结合ISP 125、图像传感器120和其他传感器电路(诸如位置传感器145和温度传感器150)操作并且从ISP 125、图像传感器120和其他传感器电路(诸如位置传感器145和温度传感器150)接收各种信号，以确定供应到致动器140的适当功率量和/或透镜模块110的适当位置。例如，在示例性实施方案中，控制电路115可耦接到ISP 125，并且被配置为从ISP 125接收初始目标位置PTARGET_0。在各种实施方案中，控制电路115可进一步从致动器140接收反馈信号。
根据各种实施方案，控制电路115可进一步细化初始目标位置PTARGET_0。例如，控制电路115可被配置为计算校正的目标位置PTARGET_COR。校正的目标位置PTARGET_COR可以是透镜130和/或透镜镜筒135的提供最佳图像质量和/或对焦图像的位置。控制电路115可包括适用于存储各种数据、执行逻辑功能、调制控制信号和/或执行各种计算的任何设备和/或系统。例如，控制电路115可包括被配置为存储数据并且执行各种计算的操作单元200。操作单元200可耦接到驱动器电路205并且向驱动器电路205提供位置信息。
根据一个实施方案，位置传感器145和操作单元200可形成在相同芯片上。在替代实施方案中，位置传感器145可形成在配套芯片上。类似地，温度传感器150可形成在与操作单元200相同的芯片上或配套芯片上。
根据各种实施方案，操作单元200可包括目标调整电路245。目标调整电路245(A/B)可被配置为进一步修改、细化和/或调整初始目标位置Ptarget_0。例如，目标调整电路245(A/B)可根据各种方法和技术来使用初始目标位置PTARGET_0并且调整初始目标位置PTARGET_0。在一个实施方案中，并且参见图2，目标调整电路245(A)可被配置为根据美国专利9,520,823中公开的方法和技术来操作。在替代实施方案中，并且参见图3，目标调整电路245(B)可被配置为根据2017年3月6日提交的美国专利申请序列号15/450,640中公开的方法和技术来操作。目标调整电路245可被进一步配置为将中间目标位置传输到加法器电路240。例如，目标调整电路245(A/B)的输出端子可耦接到加法器电路240的输入端子。
根据各种实施方案，操作单元200可包括一个或多个加法器电路240，其中每个加法器电路240被配置为对一个或多个输入值进行求和(即，相加)。加法器电路240可包括适于求和的任何设备和/或系统。
根据示例性实施方案，并且参见图2，操作单元200可包括第一加法器电路240(1)，该第一加法器电路被配置为接收来自目标调整电路245(A)的数据并且将该数据与透镜模块110的实际位置PACTUAL进行求和以生成目标位置PTARGET。在当前情况下，操作单元200还包括第二加法器电路240(2)，该第二加法器电路被配置为接收目标位置PTARGET和位置偏移值PSFT并对其进行求和以生成校正的目标位置PTARGET_COR。在当前情况下，第二加法器电路240(2)可耦接到均衡器电路235并且被配置为将校正的目标位置PTARGET_COR传输到均衡器电路235，以在被传输到驱动器电路205之前进行进一步处理和/或调制。
在各种实施方案中，诸如在闭环系统中，控制电路115和/或操作单元200可包括均衡器电路235。均衡器电路235可被配置为计算误差值并且基于比例、积分和微分项来施加校正，并且通过调整选择的控制变量来操作以随时间推移最小化误差。例如，均衡器电路235可包括常规PID控制器电路(未示出)，该电路包括用以计算当前误差值的P控制器、用以计算过去误差值的I控制器、以及用以计算可能的未来误差趋势的D控制器(基于当前的变化率)。在各种实施方案中，均衡器电路235还可包括耦接到PID控制器的滤波器(未示出)，以从各种PID过程信号去除噪声。
根据替代实施方案，并且参见图3，操作单元200包括第二加法器电路240(2)，该第二加法器电路被配置为接收目标位置PTARGET和位置偏移值PSFT并对其进行求和，并且生成校正的目标位置PTARGET_COR。然而，在当前情况下，目标调整电路245(B)生成目标位置PTARGET，并且第二加法器电路240(2)可耦接到驱动器电路205并且被配置为将校正的目标位置PTARGET_COR直接传输到驱动器电路205。
根据各种实施方案，操作单元200可被配置为存储温度数据和其他相关数据。例如，操作单元200可包括温度寄存器225以存储来自温度传感器150的温度数据。操作单元200还可包括其他寄存器以存储其他数据，诸如目标位置PTARGET。
温度寄存器225可被配置为存储相关数据并且与温度传感器150和/或校正电路230进行通信。例如，温度寄存器225可接收并存储来自温度传感器150的各种温度数据(例如，环境空气温度T)，并且将温度数据传输到校正电路230，或允许校正电路230访问温度数据以执行各种计算。温度寄存器225可包括能够存储数据的任何合适的存储器或存储设备。
参见图1和图4，根据各种实施方案，校正电路230单独地对由于成像系统100中的一个或多个温度敏感部件(诸如透镜130、透镜镜筒135、图像传感器120、位置传感器145、驱动磁体(未示出)、感测磁体(未示出)、弹簧(未示出)、PCB(未示出)等)的环境空气温度变化而导致的焦点偏移程度进行建模，并且使用模型信息来校正散焦。在各种实施方案中，校正电路230可使用各种温度敏感部件的已知热特性来确定焦点偏移的程度和/或校正的目标位置PTARGET_COR。在各种实施方案中，校正电路230可包括任何合适数量的计算电路、存储设备等。
例如，在示例性实施方案中，校正电路230被配置为计算透镜130的热响应ΔTL和有效焦距(EFL)的变化ΔEFL，以及透镜镜筒135的热响应ΔTB和长度变化ΔL(即，热膨胀)来校正。此外，校正电路230可被进一步配置为根据热响应和有效焦距来计算位置偏移值PSFT。校正电路230可耦接到第二加法器电路240(2)并且被配置为将位置偏移值PSFT传输到第二加法器电路240(2)。
根据示例性实施方案，校正电路230可包括基准温度寄存器400以存储预定基准温度TBASE，例如25摄氏度。校正电路230还可包括多个计算电路405、410、415、420，其中每个计算电路405、410、415、420被配置为采用预定公式来计算期望的变量。
校正电路230还可包括适于执行计算(诸如加法、减法等)以计算位置偏移值PSFT的其他电路。例如，根据示例性实施方案，校正电路230可包括被配置为计算相对温度ΔT的第三加法器电路240(3)，由下式给出：
ΔT＝T-TBASE (公式1)
其中T是环境空气温度，并且TBASE是基准温度。
第一计算电路405可被配置为计算透镜130的温度变化ΔTL(即，热响应)，由下式给出：
Figure GDA0002779863910000111
其中RLTCLT是透镜的热时间常数，ΔT是环境空气温度变化，并且s是以秒计的时间。
第二计算电路410可被配置为计算透镜130的有效焦距的变化ΔEFL，由下式给出：
ΔEFL＝ΔTL×CEFL (公式3)，
其中ΔTL是如在公式1中计算的透镜的热响应，并且CEFL是EFL的温度特性系数。
第三计算电路415可被配置为计算透镜镜筒135的温度变化ΔTB(即，热响应)，由下式给出：
Figure GDA0002779863910000112
其中RBTCBT是透镜镜筒135的热时间常数，并且ΔT是环境空气温度的变化。
第四计算电路420可被配置为计算透镜镜筒135的长度变化ΔL，由下式给出：
ΔL＝LBASE×α×ΔTB (公式5)，
其中LBASE是透镜镜筒135的基准长度，α是透镜镜筒135的线性膨胀系数，并且ΔTB是如在公式4中计算的透镜镜筒135的温度变化。
校正电路230还可包括第四加法器电路240(4)以计算位置偏移值PSFT，由下式给出：
PSFT＝ΔEFL+ΔL (公式6)，
其中ΔEFL是如在公式3中计算的透镜的有效焦距的变化，并且ΔL是如在公式5中计算的透镜镜筒135的长度变化。第四加法器电路240(4)可耦接到第二加法器电路240(2)，其中第二加法器电路240(2)可被配置为计算校正的目标位置TARGET_COR，由下式给出：
PTARGET_COR＝PTARGET-PSFT (公式7)，
其中PTARGET是由ISP 125提供的目标位置，并且PSFT是根据公式6的位置偏移值。
根据其中校正电路230根据不同的温度敏感部件(诸如弹簧、驱动磁体和/或感测磁体)来对对焦度进行建模的替代实施方案，热响应和热响应的影响可对于每个部件以与上述相同或相似的方式进行确定。
在操作中，成像系统100使用各种等式来单独对成像系统100的多个部件的热响应进行建模以调整透镜模块110的目标位置。根据各种实施方案，成像系统100可根据成像系统100的环境空气温度来调整目标位置，并且使用环境空气温度来计算透镜镜筒135的热响应和热膨胀的变化，以及透镜130的热响应和有效焦距的变化。根据各种实施方案，成像系统100使用这些变量来进一步计算位置偏移值，该位置偏移值用于调整透镜模块110的目标位置以确定校正的目标位置。
在示例性操作中，并且参见图1、图3、图4、图5A-图5B和图8，成像系统100可被配置为检测环境空气温度T(805)。例如，成像系统100可使用温度传感器150来测量和/或检测相机模块105的环境空气温度T。成像系统100可进一步存储和/或更新环境空气温度T(810)。例如，温度寄存器225可存储当前环境空气温度T。温度传感器150和温度寄存器225可结合操作以在预定的时间间隔处检测并存储测量的环境空气温度T。
成像系统100可进一步计算相对温度ΔT(815)。例如，校正电路230可使用存储在基准温度寄存器400中的基准温度TBASE以及存储在温度寄存器225中的环境空气温度T以根据公式1计算相对温度ΔT。根据示例性实施方案，加法器电路240(4)可用于计算公式1。
成像系统100然后可使用相对温度ΔT来对透镜130的位置偏移进行建模(820)。例如，校正电路230可采用第一计算电路405来根据公式2计算透镜的热响应(825)。校正电路230然后可采用第二计算电路410来根据公式3计算透镜130的有效焦距的变化(830)。
成像系统100可进一步使用相对温度ΔT来对透镜镜筒135的热膨胀进行建模(835)。例如，校正电路230可采用第三计算电路415来根据公式4计算透镜镜筒135的热响应ΔTB(840)。校正电路230然后可采用第四计算电路420来根据公式5计算透镜镜筒135的长度变化ΔL(845)。
成像系统100然后可使用透镜镜筒135的长度变化ΔL以及透镜130的有效焦距的变化ΔEFL来计算位置偏移值PSFT(850)。例如，校正电路230可采用加法器电路240(5)来根据公式6计算位置偏移值PSFT。
成像系统100然后可使用位置偏移值PSFT和目标位置PTARGET来计算校正的目标位置PTARGET_COR。例如，操作单元200可采用第二加法器电路240(2)来根据公式7计算校正的目标位置PTARGET_COR。成像系统100可通过以下方式继续调整目标位置：连续测量环境空气温度T，更新温度寄存器225中的温度数据，重新计算与透镜130和透镜镜筒135相关的热响应(例如，ΔTL、ΔTB)和其他相关变量(例如，ΔL、ΔEFL)，以及重新计算位置偏移值PSFT和校正的目标位置PTARGET_COR(860)。例如，成像系统100可根据预定时间间隔(例如，在初始启动之后每5秒)执行操作(800)。
在操作中并且在某个时间段内，观察到成像系统100能够基本上预测(即，建模)透镜130和透镜镜筒135的热响应，并且由于环境空气温度的变化造成透镜130与目标位置的偏差，例如如图9和图6分别所示，以及根据对焦度所述。图7示出由于温度变化以及对透镜130和透镜镜筒135的影响而通常会出现的对焦度。当校正电路230从目标位置PTARGET减去位置偏移值PSFT时，由于温度变化而通常会出现的对焦度被有效地抵消，例如如图10所示。因此，对焦度被改善(例如，透镜130与目标位置的偏差减小，从而产生改善的(即，对焦的)图像)。
根据一个方面，自动对焦装置包括：温度敏感部件；温度传感器，该温度传感器邻近温度敏感部件并且被配置为：测量温度敏感部件周围的环境空气温度；以及生成温度数据；和校正电路，该校正电路耦接到温度传感器并且被配置为：接收温度数据；对温度敏感部件的对焦度进行建模；以及计算校正的目标位置。
在一个实施方案中，温度敏感部件包括以下各项中的至少一者：透镜、透镜镜筒、驱动磁体、弹簧、衬底、感测磁体、位置传感器和图像传感器。
在一个实施方案中，校正电路被进一步配置为根据基准温度和环境空气温度来计算相对温度。
在一个实施方案中，校正电路被进一步配置为根据温度敏感部件的相对温度和热时间常数来计算温度敏感部件的热响应。
在一个实施方案中，校正电路被进一步配置为根据温度敏感部件的热响应来计算位置偏移值。
在一个实施方案中，校正电路使用位置偏移值和目标位置来计算校正的目标位置。
在一个实施方案中，温度敏感部件包括透镜模块，该透镜模块包括：透镜和透镜镜筒。
在一个实施方案中，校正电路：根据透镜的热响应来计算透镜的有效焦距的变化；并且根据透镜镜筒的热响应来计算透镜镜筒的长度的变化。
在一个实施方案中，自动对焦装置还包括位置传感器，该位置传感器被配置为检测透镜模块的实际位置，其中校正电路进一步使用实际位置来计算校正的目标位置。
根据另一个方面，操作具有温度敏感部件的自动对焦装置的方法包括：测量温度敏感部件的环境空气温度；根据基准温度和测量的环境空气温度来计算相对温度；根据相对温度来计算温度敏感部件的热响应；以及根据所计算的热响应来计算校正的目标位置。
在一个操作中，温度敏感部件包括以下各项中的至少一者：透镜、透镜镜筒、驱动磁体、弹簧、衬底、感测磁体、位置传感器和图像传感器。
在一个操作中，计算热响应包括：根据相对温度来计算透镜的第一热响应；以及根据相对温度来计算透镜镜筒的第二热响应。
在一个操作中，该方法还包括：计算透镜的目标位置；基于第一热响应和第二热响应来计算位置偏移值；以及基于所计算的位置偏移值和所计算的目标位置来计算校正的目标位置。
在一个操作中，该方法还包括：根据透镜的温度特性系数和透镜的第一热响应来计算透镜的有效焦距的变化；以及根据透镜镜筒的线性膨胀系数和透镜镜筒的第二热响应来计算透镜镜筒的长度的变化。
在又一个方面，成像系统包括：图像信号处理器，该图像信号处理器被配置为生成目标位置信号；以及耦接到图像信号处理器的相机模块，包括：图像传感器；邻近图像传感器定位的透镜模块，包括：耦接到透镜镜筒的透镜；以及控制电路，该控制电路响应于图像信号处理器并且被配置为生成用于移动透镜模块的驱动信号，包括：温度传感器，该温度传感器邻近透镜模块定位并且被配置为：测量透镜模块的环境空气温度；以及生成温度数据；以及校正电路，该校正电路耦接到温度传感器并且被配置为：接收所生成的温度数据；以及使用以下各项来计算校正的目标位置：所生成的温度数据；目标位置信号；透镜的热响应；以及透镜镜筒的热响应。
在一个实施方案中，校正电路被进一步配置为根据基准温度和环境空气温度来计算相对温度。
在一个实施方案中，校正电路被进一步配置为：计算透镜的有效焦距的变化；计算透镜镜筒的热膨胀；以及根据透镜的有效焦距的变化和透镜镜筒的热膨胀来计算位置偏移值。
在一个实施方案中，透镜的有效焦距的变化基于温度特性系数；并且透镜镜筒的长度的变化基于线性膨胀系数。
在一个实施方案中，校正电路使用位置偏移值和目标位置信号来计算校正的目标位置。
在一个实施方案中，透镜的热响应基于透镜的环境空气温度和热时间常数；并且透镜镜筒的热响应基于透镜镜筒的环境空气温度和热时间常数。
在上述描述中，已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。所示和所述特定具体实施方式用于展示所述技术及其最佳模式，而不旨在以任何方式另外限制本技术的范围。实际上，为简洁起见，方法和系统的常规制造、连接、制备和其它功能方面可能未详细描述。此外，多张图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或步骤。在实际系统中可能存在多个替代的或另外的功能关系或物理连接。
已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。然而，可在不脱离本技术的范围的情况下作出各种修改和变化。以示例性而非限制性方式考虑说明和附图，并且所有此类修改旨在包括在本技术的范围内。因此，应通过所述的一般实施方案及其在法律意义上的等同形式，而不是仅通过上述具体示例确定所述技术的范围。例如，除非另外明确说明，否则可以任何顺序执行任何方法或工艺实施方案中列举的步骤，并且不限于具体示例中提供的明确顺序。另外，任何装置实施方案中列举的部件和/或元件可以多种排列组装或者以其他方式进行操作配置，以产生与本技术基本上相同的结果，因此不限于具体示例中阐述的具体配置。
上文已经针对具体实施方案描述了有益效果、其他优点和问题解决方案。然而，任何有益效果、优点、问题解决方案或者可使任何具体有益效果、优点或解决方案出现或变得更明显的任何要素都不应被解释为关键、所需或必要特征或组成部分。
术语“包含”、“包括”或其任何变型形式旨在提及非排他性的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、制品、组合物或装置不仅仅包括这些列举的要素，而且还可包括未明确列出的或此类过程、方法、制品、组合物或装置固有的其他要素。除了未具体引用的那些，本技术的实施所用的上述结构、布置、应用、比例、元件、材料或部件的其他组合和/或修改可在不脱离其一般原理的情况下变化或以其他方式特别适于具体环境、制造规范、设计参数或其他操作要求。
上文已结合示例性实施方案描述了本技术。然而，可在不脱离本技术的范围的情况下对示例性实施方案作出变化和修改。这些和其他变化或修改旨在包括在本技术的范围内，如随附权利要求所述。

Claims (10)

1.一种自动对焦装置，其特征在于包括：
第一温度敏感部件，所述第一温度敏感部件具有第一物理性质；
第二温度敏感部件，所述第二温度敏感部件定位成邻近所述第一温度敏感部件并且具有第二物理性质；
温度传感器，所述温度传感器邻近所述第一温度敏感部件和所述第二温度敏感部件并且被配置为：
测量温度敏感部件周围的环境空气温度；以及
生成温度数据；和
校正电路，所述校正电路耦接到所述温度传感器并且被配置为：
接收所述温度数据；
基于测量的环境温度和第一热响应计算第一物理性质的值；
基于测量的环境温度和第二热响应计算第二物理性质的值；和
使用第一物理性质的值和第二物理性质的值计算偏移值。
2.根据权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于所述第一温度敏感部件包括透镜，并且第二温度敏感部件包括透镜镜筒。
3.根据权利要求2所述的自动对焦装置，其中计算电路被进一步配置为：
基于测量的环境温度计算透镜的第一热响应；以及
基于测量的环境温度计算透镜镜筒的第二热响应。
4.根据权利要求3所述的自动对焦装置，其中计算电路：
还基于透镜的第一热时间常数计算第一热响应；以及
还基于透镜镜筒的第二热时间常数计算第二热响应。
5.根据权利要求3所述的自动对焦装置，其中
第一物理性质包括透镜的有效焦距并且第二物理性质包括透镜镜筒的长度；以及
计算电路被进一步配置为：
基于第一热响应计算透镜的有效焦距；和
基于第二热响应计算透镜镜筒的长度。
6.根据权利要求5所述的自动对焦装置，其中计算电路：
还基于透镜的温度系数计算所述有效焦距；
还基于线性膨胀系数计算所述长度；和
基于计算的有效焦距和计算的长度计算偏移值。
7.根据权利要求1所述的自动对焦装置，其中计算电路使用偏移值和目标位置来计算校正的目标位置。
8.一种操作具有温度敏感部件的自动对焦装置的方法，其特征在于包括：
测量环境空气温度；
使用测量的环境温度计算第一温度敏感部件的第一热响应；
使用计算的第一热响应计算第一温度敏感部件的第一特性；
使用测量的环境温度计算第二温度敏感部件的第二热响应；
使用计算的第二热响应计算第二温度敏感部件的第二特性；以及
使用计算的第一特性和第二特性计算位置偏移的大小。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
计算的第一热响应还基于透镜的第一热时间常数；以及
计算的第二热响应还基于透镜镜筒的第二热时间常数。
10.根据权利要求8所述的方法，其中：
计算的第一特性还基于透镜的温度系数；以及
计算的第二特性还基于透镜镜筒的线性膨胀系数。
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