CN112230413A - 自动校准光学轴的微型显微结构及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明为自动校准光学轴的微型显微结构及校准方法，包括镜头固定壳和透镜组，透镜组用于贴近手机镜头；透镜组的周向方向安装有感应组件，感应组件用于识别手机镜头的相对位置，镜头固定壳内还安装有与感应组件电连接的控制板；镜头固定壳的第一端嵌套有中间件，中间件内设置有直行组件和旋转组件；控制板响应手机镜头的相对位置控制直行组件和旋转组件运动，实现透镜组和手机镜头光学轴的重合；通过图像传感器对弧边进行图像摄取，然后更具预存在控制板内的相对坐标系获得需要调整的位移距离；通过直行组件和旋转组件调整相对的位移，使得透镜组的光学轴与手机镜头的光学轴重合。

Description

自动校准光学轴的微型显微结构及校准方法

技术领域

本发明涉及微型显微放大镜头技术领域，尤其涉及一种通常用于手机或者平板的外加型显微设备，具体为一种自动校准光学轴的微型显微结构及校准方法。

背景技术

随着科技快速发展，对于一般人生活带来许多进步与方便。目前，一般民众可以轻易拥有数位摄影设备，包括从简单的傻瓜相机至精密的单眼相机。此外，手机或平板电脑亦具摄影功能，故，人人皆会摄影的时代已经来临。随着成像装置的普及，人们利用成像装置所探索的世界已经不仅仅局限于宏观世界，微观世界的奥秘也吸引着越来越多的人，人们也希望能观察到近距离的微小事物。目前已经出现了手机用的外置微距镜头，以及专门的手机微距摄像头，可以让用户方便的随时随地拍摄微观物体。

超微距成像时，成像景深很浅，使用时需要进行调焦。在现有技术中多使用马达的方式进行调焦距离的调节，当超微距成像的放大率接近1或者大于等于1时，由几何光学的光具组理论可得，调焦范围(即物面移动范围)小于马达行程，导致马达行程被浪费，而马达行程是制约摄像头模组体积的重要因素，为了实现小型化通常马达行程都不大，最终导致调焦范围过小；而外加的微型显微结构本身的体积就较小，对于用户来说手动调节的过程容易碰触到整个结构产生移位，这样即会影响到微型显微结构整体与手机镜头之间的稳定，又使得调焦更加的困难；所以对于这种体积小的微型显微结构来说，调焦功能与手机的嵌接稳定性的实现是密切相关的。

并且在调焦之前，还有一个需要手动进行调节的参数就是将显微结构的光学轴和手机/平板镜头的光学轴调整到同一轴线上，使得视场成像质量最好，但是微型显微结构的镜片与手机镜头的尺寸本就比较小，所以光学轴的校准是在小位移条件下才能实现的，如果通过用户在安装后观察视场自行进行调整，往往是很难对准到比较合适的位置的，同时反复的挪移对夹持挤压的手机屏幕也会由于滑动摩擦而造成损伤，并且在每次进行调焦后，可能也会使得本该校准完成的光学轴又出现偏差，所以现有技术在这两个关键性调节动作上会出现反复的调试，非常的不方便；综上，对于微型显微结构，需要一种能够自行校准光学轴的方法和结构。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种稳定夹持在手机上，能够自动将显微结构的光学轴和镜头光学轴进行校准的结构，以解决上述背景技术中提出的现有微型显微结构无法自动校准光学轴的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种自动校准光学轴的显微结构，包括设有第一通孔的镜头固定壳，所述第一通孔中嵌合有透镜组，所述透镜组用于贴近手机镜头；所述透镜组的周向方向安装有感应组件，所述感应组件用于识别手机镜头的相对位置，所述镜头固定壳内还安装有与感应组件电连接的控制板；

所述镜头固定壳的第一端嵌套有中间件，所述中间件内设置有直行组件和旋转组件，且所述中间件远离所述第一端的端部连接有夹持部，所述夹持部向远离所述第一端的方向弯折，所述夹持部与所述中间件之间形成夹持空间；

所述控制板响应手机镜头的相对位置控制所述直行组件和所述旋转组件运动，实现所述透镜组和手机镜头光学轴的重合。

作为优选，所述直行组件包括安装在所述中转件内的微型推杆马达，所述微型推杆马达的输出端与所述镜头固定壳连接，且所述微型推杆马达用于控制所述镜头固定壳做直线位移；所述微型推杆马达与所述控制板电连接。

作为优选，所述旋转组件包括啮合的主动齿轮和从动齿轮、及驱动所述主动齿轮转动的转轴马达，所述主动齿轮的旋转轴与所述夹持部固定连接；所述从动齿轮设置有固定连接的输出轴，所述输出轴与所述中间件固定连接；所述转轴马达驱动所述主动齿轮转动，从而驱动所述输出轴带动所述镜头固定壳转动。

作为优选，所述感应组件包括近距离传感器和图像传感器，所述近距离传感器获取手机镜头的弧边，所述图像传感器基于所述弧边开启获取场域内图像；所述控制板基于所述场域内图像控制所述直行组件和所述旋转组件运动。

作为优选，所述固定环的外部套设有调焦套环，所述调焦套环设置有阶梯状卡槽，所述固定环设置有凸起部与所述阶梯状卡槽适配，当所述调焦套环周向旋转时，所述透镜组沿光学轴轴向位移。

作为优选，所述镜头固定壳包括有底壳和面壳，所述底壳和面壳靠近所述第一端的一侧形成有所述第一通孔；所述固定环与所述面壳部分抵接，且所述固定环与所述面壳之间具有间隙，当所述调焦套环周向旋转时驱动所述固定环在间隙间做轴向位移，从而使所述透镜组做轴向位移；所述面壳靠近所述固定环的一侧设置有限位柱，所述固定环设置有与所述限位柱适配的凹槽，当所述固定环做轴向位移时，所述限位柱与所述凹槽发生相对的轴向位移。

作为优选，所述调焦套环套设于所述固定环外部且远离所述面壳的一侧，还包括有承载件套设于所述固定环外部，且所述承载件与底壳固定连接，所述调焦套环置于所述承载件与所述面壳之间，所述调焦套环与所述承载件接触并相对所述承载件进行周向旋转。

作为优选，所述阶梯状卡槽设置有第一阶梯和第二阶梯，所述第一阶梯和所述第二阶梯不在同一平面上，所述凸起部设置有与所述第一阶梯和所述第二阶梯适配的第一凸起和第二凸起，当所述调焦卡环周向旋转时，所述第一凸起与所述第一阶梯错位移动。

还公开一种自动校准光学轴的校准方法，采用上述的自动校准光学轴的显微结构，并通过以下步骤进行校准；

所述控制板以所述透镜组的光学轴为坐标原点建立二维坐标系，在二维坐标系中标定有所述透镜组、所述感应组件的相对位置；

所述感应组件接收手机镜头的弧边位置，并获取场域内的图像；

所述控制板根据所述场域内的图像识别手机镜头的弧边，并计算出该弧边的圆心，标定该圆心为对标圆心；并由所述控制板控制所述直行组件和所述旋转组件工作，将所述坐标原点移至所述对标圆心进行光学轴校准。

作为优选，所述感应组件包括近距离传感器和图像传感器，所述图像传感器的视场与所述透镜组的视场相切；且所述图像传感器至少有4个，呈周向均匀分布在所述透镜组的四周。

本发明的有益效果是：本发明为自动校准光学轴的微型显微结构及校准方法，包括设有第一通孔的镜头固定壳，第一通孔中嵌合有透镜组，透镜组用于贴近手机镜头；透镜组的周向方向安装有感应组件，感应组件用于识别手机镜头的相对位置，镜头固定壳内还安装有与感应组件电连接的控制板；镜头固定壳的第一端嵌套有中间件，中间件内设置有直行组件和旋转组件，且中间件远离第一端的端部连接有夹持部，夹持部向远离第一端的方向弯折，在夹持部与中间件之间形成夹持空间；控制板响应手机镜头的相对位置控制直行组件和旋转组件运动，实现透镜组和手机镜头光学轴的重合；通过图像传感器对弧边进行图像摄取，然后更具预存在控制板内的相对坐标系获得需要调整的位移距离；通过直行组件和旋转组件调整相对的位移，使得透镜组的光学轴与手机镜头的光学轴重合。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明的爆炸图；

图3为本发明的面壳、调焦套环和承载件结构剖视图；

图4为本发明的固定环结构图；

图5为本发明的调焦套环结构图；

图6为本发明的中间件内部结构示意图；

图7为本发明坐标系原理图；

图8为本发明方法流程图。

主要元件符号说明如下：

1、第一通孔；2、镜头固定壳；21、底壳；22、面壳；221、限位柱；23、控制板； 231、控制开关；24、电池；3、固定环；31、凸起部；311、第一凸起；312、第二凸起；32、凹槽；4、透镜组；5、夹持部；6、调焦套环；61、阶梯状卡槽；611、第一阶梯；612、第二阶梯；62、拨手；7、承载件；8、感应组件；9、中间件；91、直行组件；92、旋转组件；A、透镜组光学轴；B、图像传感器视场；C、弧边；D、目标原点。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

为改善背景技术中提到的缺失，经由业界积极研发，于中国台湾专利第 M244478号揭露一外挂镜头模组，可以很方便地组挂搭配于手机上，使镜头模组对准内建相机镜头，可放大、拉近远距目标而取景。然而，该案并不具备显微放大功能。又，为提供显微放大功效，中国台湾专利第M444520揭露一种轻便型高倍显微放大镜头结构。其主要包括 ：一本体，其中间的前后贯穿设有一高倍率镜头 ；以及一后盖，其侧边与本体枢接对组，可掀折对盖在本体的后侧。藉此，可将其黏贴附加组合在手机、相机、或平板电脑的镜头上，以达成携带轻便及显微放大的功效；但是这样也存在调焦误触整体的情况，且调焦方式复杂，不够简便。可以知道，由于显微结构本身体积就较小，用户在第一次安装时，很难一步到位将两者的光学轴进行对准，但是显微结构是通过夹持在手机上进行固定的，如果让用户自行去挪移显微结构进行位置调节，容易在夹持部与手机屏幕产生滑动摩擦，增加了手机屏幕损坏的风险；而且校准的效果还不一定很好，并且在手动调焦的过程中，也会引起透镜组光学轴的移位，使得显微效果不好；那么就需要一种可以针对光学轴进行校准的结构和校准方法，自动进行光学轴的校准，本发明基于的发明思路就是因为在手机和平板的摄像镜头处，都采用了外部圆形周边的结构，且圆形周边结构能够反映出镜头的光学轴位置；所以通过感应组件去识别到圆形周边（弧边），再通过控制板进行图形识别计算出相应的光学轴，就可以着手对显微结构进行调整，从而达到光学轴校准的效果。

本发明提供一种自动校准光学轴的微型显微结构，请参阅图1-图8，包括设有第一通孔1的镜头固定壳2，第一通孔1中嵌合有透镜组4，透镜组4用于贴近手机镜头；透镜组4的周向方向安装有感应组件8，感应组件8用于识别手机镜头的相对位置，镜头固定壳2内还安装有与感应组件8电连接的控制板23；

镜头固定壳2的第一端嵌套有中间件9，中间件9内设置有直行组件91和旋转组件92，且中间件9远离第一端的端部连接有夹持部5，夹持部5向远离第一端的方向弯折，在夹持部5和中间件之间形成夹持空间；

控制板23响应手机镜头的相对位置控制直行组件91和旋转组件92运动，实现透镜组4和手机镜头光学轴的重合。

所采用的校准方法是，控制板23以透镜组4的光学轴为坐标原点建立二维坐标系，在二维坐标系中标定有透镜组、感应组件的相对位置；因为结构之间的尺寸是固定的，同时直行组件和旋转组件的功率也是一定的，所以在获取到了手机镜头的弧边后，计算出透镜组光学轴距离手机镜头光学轴的相对位置，通过直行组件和旋转组件就可以进行调整；

感应组件8接收手机镜头的弧边C位置，并获取场域内的图像；感应组件有近距离传感器和图像传感器，近距离传感器获取手机镜头的弧边，图像传感器基于弧边开启获取场域内图像；控制板基于场域内图像控制直行组件和旋转组件运动；如果一直开启图像传感器的话，需要一直开启照明灯才能捕捉到弧边的图像，所以只有当近距离传感器先行感应到了手机镜头弧边凸起后，得到响应，然后激活图像传感器进行图像的获取，并将该图像传感器视场B获取到的带有弧边图形的图像传输给控制板，控制板根据场域内的图像识别手机镜头的弧边，并计算出该弧边的圆心，标定该圆心为对标圆心D；这个对标圆心就是需要将坐标原点移动至的目标点位，并由控制板控制直行组件和旋转组件工作，将坐标原点A移至对标圆心进行光学轴校准。当移动的控制信号完成后，近距离传感器的感应频率可调节在10s一次。感应组件包括近距离传感器和图像传感器，图像传感器的视场与透镜组的视场相切；且图像传感器至少有4个，呈周向均匀分布在透镜组的四周；能够更加准确的识别到相应的弧边。

在本实施例中，直行组件91包括安装在中转件9内的微型推杆马达，微型推杆马达的输出端与镜头固定壳2连接，且微型推杆马达用于控制镜头固定壳做直线位移；微型推杆马达与控制板电连接。因为中间件和镜头固定壳是嵌套设置的，在嵌套的部位可以设置有滑轨，同时也使得镜头固定杆和手机壳之间是有一定间隙；所以可以进行镜头固定壳的推拉，从而改变透镜组光学轴在坐标系中的X轴向位移；旋转组件包括啮合的主动齿轮和从动齿轮、及驱动主动齿轮转动的转轴马达，主动齿轮的旋转轴与夹持部5固定连接；从动齿轮设置有固定连接的输出轴，输出轴与中间件固定连接；转轴马达驱动主动齿轮转动，从而驱动输出轴带动镜头固定壳转动。主动齿轮和转轴马达可以通过齿条进行驱动，又由于主动齿轮绕转转动，但是从动齿轮是和输出轴固定连接的，所以在啮合传动的过程中，从动齿轮的转动会带动中间件和镜头固定壳转动，然后结合推杆马达的推动位移，达到各个角度、各种距离之间的校准，使得光学轴进行对应校准。

包括有设有第一通孔1的镜头固定壳2，第一通孔1中嵌合有固定环3，固定环3与透镜组4连接，透镜组4用于贴近手机镜头；中间件的第一端延伸有夹持部5，夹持部5向远离第一端的方向弯折，夹持部自身弯折形成夹持空间；通过构成的整体夹持构造保证夹持的稳定性，；

固定环3的外部套设有调焦套环6，调焦套环6设置有阶梯状卡槽61，固定环3设置有凸起部31与阶梯状卡槽61适配，当调焦套环6周向旋转时，透镜组4沿光学轴轴向位移；因为固定环与透镜组是固定连接，且固定环与调焦套环之间通过阶梯状卡槽进行抵持，所以在调焦套环周向旋转时，会使得凸起部在阶梯状卡槽内发生错位，从而使得固定环产生光学轴方向的轴向位移，达到调焦的效果；当然，为了是调焦效果好，针对阶梯状卡槽的阶梯深度都对应有相应设置好的调焦距离；并且为了保证固定环做轴向位移，固定环和透镜组可以采用螺纹连接，且固定环通过镜头固定壳限制转动。因为采用了阶梯式的调焦方式，所以在第一次进行了光学轴校准后，直接拨动的方式不会对整体结构进行有较大移位，但是难免会出现该种情况，所以感应组件可以在调焦后又对光学轴进行校准。

在本实施例中，镜头固定壳2包括有底壳21和面壳22，底壳21和面壳22靠近第一端的一侧形成有第一通孔1；夹持部5为弹性件，且夹持部靠近面壳弯曲设置。使得受力点更少，减少损伤屏幕的可能，并且更好安装和取下。

在本实施例中，镜头固定壳2包括有底壳21和面壳22，底壳21和面壳22靠近第一端的一侧形成有第一通孔1；固定环3与面壳22部分抵接，且固定环与面壳22之间具有间隙，当调焦套环6周向旋转时驱动固定环在间隙间做轴向位移，从而使透镜组做轴向位移。具体的，面壳22靠近固定环3的一侧设置有限位柱221，固定环3设置有与限位柱221适配的凹槽32，当固定环3做轴向位移时，限位柱221与凹槽32发生相对的轴向位移；因为限位柱的长度不是和凹槽深度完全适配的，因为限位柱只是为了限制固定环可能发生的周向旋转，需要固定环发生轴向位移，而限位柱的长度和凹槽深部不是一直的，因为凹槽与限位柱之间的相对位置随着固定环发生轴向位移而发生改变。

在本实施例中，调焦套环6套设于固定环3外部且远离面壳22的一侧，还包括有承载件7套设于固定环3外部，且承载件7与底壳21固定连接，调焦套环6置于承载件7与面壳22之间，调焦套环6与承载件7接触并相对承载件7进行周向旋转。承载件7的周向方向设置有多个挡块，调焦套环在相邻两个挡块之间旋转。为了防止调焦过程超出设定范围，所以设置有挡块进行限制

在本实施例中，为了方便用户进行调节，调焦套环6的侧壁设置有拨手62，拨手突出于底壳外。

在本实施例中，阶梯状卡槽61设置有第一阶梯611和第二阶梯612，第一阶梯611和第二阶梯612不在同一平面上，凸起部31设置有与第一阶梯611和第二阶梯612适配的第一凸起311和第二凸起312，当调焦卡环周向旋转时，固定环受到限位柱的限制，第一凸起与第一阶梯错位移动进而完成调焦的位移，当然，对于不同参数的透镜可以设置有不同挡位的调焦距离。

在本实施例中，承载件7为透明材质。镜头固定壳2内还设置有电连接的控制板23和电池24，控制板23连接有和控制开关231，灯珠用于为透镜组提供光源，可以设置在壳体内或者壳体表面，因为承载件是透明材质，可以透光实现微距的光照条件，并且在控制板上还设置有充电结构进行充电。

本发明的优势在于：

1）控制板响应手机镜头的相对位置控制直行组件和旋转组件运动，实现透镜组和手机镜头光学轴的重合；通过图像传感器对弧边进行图像摄取，然后更具预存在控制板内的相对坐标系获得需要调整的位移距离；通过直行组件和旋转组件调整相对的位移，使得透镜组的光学轴与手机镜头的光学轴重合；

2）通过调焦套环上设置有阶梯状卡槽，实现定位式调焦，方便用户使用。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动校准光学轴的微型显微结构，其特征在于，包括设有第一通孔的镜头固定壳，所述第一通孔中嵌合有透镜组，所述透镜组用于贴近手机镜头；所述透镜组的周向方向安装有感应组件，所述感应组件用于识别手机镜头的相对位置，所述镜头固定壳内还安装有与感应组件电连接的控制板；

所述镜头固定壳的第一端嵌套有中间件，所述中间件内设置有直行组件和旋转组件，且所述中间件远离所述第一端的端部连接有夹持部，所述夹持部向远离所述第一端的方向弯折，所述夹持部与所述中间件之间形成夹持空间；

所述控制板响应手机镜头的相对位置控制所述直行组件和所述旋转组件运动，实现所述透镜组和手机镜头光学轴的重合。

2.根据权利要求1所述的自动校准光学轴的微型显微结构，其特征在于，所述直行组件包括安装在所述中转件内的微型推杆马达，所述微型推杆马达的输出端与所述镜头固定壳连接，且所述微型推杆马达用于控制所述镜头固定壳做直线位移；所述微型推杆马达与所述控制板电连接。

3.根据权利要求2所述的自动校准光学轴的微型显微结构，其特征在于，所述旋转组件包括啮合的主动齿轮和从动齿轮、及驱动所述主动齿轮转动的转轴马达，所述主动齿轮的旋转轴与所述夹持部固定连接；所述从动齿轮设置有固定连接的输出轴，所述输出轴与所述中间件固定连接；所述转轴马达驱动所述主动齿轮转动，从而驱动所述输出轴带动所述镜头固定壳转动。

4.根据权利要求2所述的自动校准光学轴的微型显微结构，其特征在于，所述感应组件包括近距离传感器和图像传感器，所述近距离传感器获取手机镜头的弧边，所述图像传感器基于所述弧边开启获取场域内图像；所述控制板基于所述场域内图像控制所述直行组件和所述旋转组件运动。

5.根据权利要求1所述的自动校准光学轴的微型显微结构，其特征在于，所述固定环的外部套设有调焦套环，所述调焦套环设置有阶梯状卡槽，所述固定环设置有凸起部与所述阶梯状卡槽适配，当所述调焦套环周向旋转时，所述透镜组沿光学轴轴向位移。

6.根据权利要求1所述的自动校准光学轴的微型显微结构，其特征在于，所述镜头固定壳包括有底壳和面壳，所述底壳和面壳靠近所述第一端的一侧形成有所述第一通孔；所述固定环与所述面壳部分抵接，且所述固定环与所述面壳之间具有间隙，当所述调焦套环周向旋转时驱动所述固定环在间隙间做轴向位移，从而使所述透镜组做轴向位移；所述面壳靠近所述固定环的一侧设置有限位柱，所述固定环设置有与所述限位柱适配的凹槽，当所述固定环做轴向位移时，所述限位柱与所述凹槽发生相对的轴向位移。

7.根据权利要求6所述的自动校准光学轴的微型显微结构，其特征在于，所述调焦套环套设于所述固定环外部且远离所述面壳的一侧，还包括有承载件套设于所述固定环外部，且所述承载件与底壳固定连接，所述调焦套环置于所述承载件与所述面壳之间，所述调焦套环与所述承载件接触并相对所述承载件进行周向旋转。

8.根据权利要求6所述的自动校准光学轴的微型显微结构，其特征在于，所述阶梯状卡槽设置有第一阶梯和第二阶梯，所述第一阶梯和所述第二阶梯不在同一平面上，所述凸起部设置有与所述第一阶梯和所述第二阶梯适配的第一凸起和第二凸起，当所述调焦卡环周向旋转时，所述第一凸起与所述第一阶梯错位移动。

9.一种自动校准光学轴的校准方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的自动校准光学轴的微型显微结构，并通过以下步骤进行校准；

所述控制板以所述透镜组的光学轴为坐标原点建立二维坐标系，在二维坐标系中标定有所述透镜组、所述感应组件的相对位置；

所述感应组件接收手机镜头的弧边位置，并获取场域内的图像；

所述控制板根据所述场域内的图像识别手机镜头的弧边，并计算出该弧边的圆心，标定该圆心为对标圆心；并由所述控制板控制所述直行组件和所述旋转组件工作，将所述坐标原点移至所述对标圆心进行光学轴校准。

10.根据权利要求9所述的自动校准光学轴的校准方法，其特征在于，所述感应组件包括近距离传感器和图像传感器，所述图像传感器的视场与所述透镜组的视场相切；且所述图像传感器至少有4个，呈周向均匀分布在所述透镜组的四周。

Images