CN115508974A - 透镜组驱动装置和自动聚焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明的一种透镜组驱动装置和自动聚焦镜头，包括：驱动线圈，与透镜组固定连接；封闭磁环，驱动线圈穿过封闭磁环形成交叉结构；至少两根导向杆，用于对透镜组移动方向进行限位，任一导向杆与透镜组的光轴平行；驱动线圈在通电状态下驱动透镜组沿导向杆可移动。驱动线圈在通电并驱动透镜组的时候，与封闭磁环之间不存在接触，从而减少摩擦或者震动导致的噪音，使得变焦或聚焦时产生的噪音减少。相比步进马达因自身高频震动导致噪音以及步进马达驱动频率限制导致的聚焦速度缓慢等问题，本申请中利用驱动线圈与封闭磁环产生的磁场间的相互作用力，推动驱动线圈产生于封闭磁环无接触的运动，能够有效避免噪音以及提升聚焦的速度。

Description

透镜组驱动装置和自动聚焦镜头

技术领域

本发明涉及一种光学成像装置，尤其涉及一种透镜组驱动装置和自动聚焦镜头。

背景技术

近年来，因疫情的影响因素，视频设备在人类生活中使用越来越普遍，随着成像芯片技术、图像处理、网络传输技术的发展，视频会议设备、网络直播、教育录播设备对成像的要求也越来越高，因为拍摄的对象主要为人物，且需要语音录制，因此直接要求摄像镜头逐渐往高像素、大光圈、快速聚焦及低噪音方向发展，为了满足该趋势，对于搭载在视频会议设备、直播设备、教育录播设备等产品上的光学镜头的聚焦结构也进一步要求快速精准聚焦及低噪音等性能。

传统的光学镜头自动聚焦方式，一般是采用步进马达自带的螺杆连接导向结构带动镜头实现线性运动，作为自动聚焦传动功能；采用光耦元件实现位置检测功能，此方式虽然设计简单，但步进马达作动有较大的振动，从而产生无法避免的噪音；步进马达驱动自动对焦结构，存在马达固有的传动背隙和步进马达固有的失步现象，影响对焦精度，步进马达因为其固有的驱动频率原因，对焦速度无法进一步提升，另外光耦的响应速度也影响对焦的速度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种透镜组驱动装置和自动聚焦镜头，这种透镜组驱动装置和自动聚焦镜头能够减少对焦产生的噪音并且提升对焦速度。

本发明的目的在于提供一种透镜组驱动装置，包括：驱动线圈，与透镜组固定连接；封闭磁环，所述驱动线圈穿过所述封闭磁环形成交叉结构；至少两根导向杆，用于对透镜组移动方向进行限位，任一所述导向杆与所述透镜组的光轴平行；所述驱动线圈在通电状态下驱动所述透镜组沿导向杆可移动。

在一些实施例中，所述透镜组驱动装置配置有精度装置，所述精度装置还包括：阵列磁条，固定于所述透镜组上；巨磁阻传感器，用于检测所述阵列磁条的位置变化。

在一些实施例中，所述封闭磁环包括：两块U型铁板，开口方向正对扣合设置，两个所述U型铁板之间设置有用于限位所述驱动线圈的限位杆，两块所述U型铁板与所述限位杆组成“日”字型；

两块永磁体，分别设置于两块所述U型铁板内。

本发明还提出一种自动聚焦镜头，包括：镜筒；设置于所述镜筒内变焦透镜组和聚焦透镜组，所述变焦透镜组和所述聚焦透镜组均配置有上述的透镜组驱动装置；控制器，用于控制所述变焦透镜组移动，及控制所述聚焦透镜组根据所述变焦透镜组的移动距离而移动。

在一些实施例中，还包括：设置于所述镜筒内的三组固定透镜组，所述固定透镜组沿光轴从物侧面到像侧面的方向分别为第一固定透镜组、第二固定透镜组以及第三固定透镜组；所述聚焦透镜组设置于所述第三固定透镜组与所述第二固定透镜组之间；所述变焦透镜组设置于所述第一固定透镜组与所述第二固定透镜组之间；光阑，设置在所述变焦透镜组与第二固定透镜组之间。

进一步地，所述镜筒包括用于固定所述第一固定透镜组的第一镜筒、用于固定所述第二固定透镜组的第二镜筒以及用于固定所述第三固定透镜组的第三镜筒，所述第一镜筒、所述第二镜筒和所述第三镜筒依次通过螺钉锁付固定。

在一些实施例中，所述聚焦透镜组设置于聚焦壳体内；用于驱动所述聚焦透镜的透镜组驱动装置为第一驱动装置，所述第一驱动装置对应的驱动线圈固定于所述聚焦壳体上；所述变焦透镜组设置于变焦壳体内；用于驱动所述变焦透镜的透镜组驱动装置为第二驱动装置，所述第二驱动装置对应的驱动线圈固定于所述变焦壳体上。

进一步地，所述导向杆为两根，包括第一导向杆和第二导向杆，所述第一导向杆和所述第二导向杆设置于所述第一镜筒和所述第三镜筒之间。

在一些实施例中，所述导向杆为四根，包括第一导向杆、第二导向杆、第三导向杆和第四导向杆，所述第一导向杆和所述第三导向杆设置于所述第一镜筒和所述第二镜筒之间，用于导向所述变焦透镜组；所述第二导向杆和所述第四导向杆设置于所述第二镜筒和所述第三镜筒之间，用于导向所述聚焦透镜组。

在一些实施例中，任一所述导向杆固定于所述镜筒上，所述聚焦透镜组和所述变焦透镜组上配置有导向臂，所述导向臂上设置有U型槽，所述导向杆穿过所述U型槽。

驱动线圈在通电并驱动透镜组的时候，与封闭磁环之间不存在接触，从而减少摩擦或者震动导致的噪音，使得变焦或聚焦时产生的噪音减少。相比步进马达因自身高频震动导致噪音以及步进马达驱动频率限制导致的聚焦速度缓慢等问题，本申请中利用驱动线圈与封闭磁环产生的磁场间的相互作用力，推动驱动线圈产生于封闭磁环无接触的运动，能够有效避免噪音以及提升聚焦的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种实施例中的聚焦驱动装置示意图；

图2为本发明提供的一种实施例中的镜头结构示意图；

图3为本发明提供的一种实施例中的光学原理示意图；

图4为本发明提供的一种实施例中的阵列磁条示意图；

图5为本发明提供的一种实施例中的巨磁阻传感器输出信号示意图。

附图标记：

自动聚焦镜头100；透镜组驱动装置10；驱动线圈11；透镜组12；封闭磁环13；导向杆14；阵列磁条15；巨磁阻传感器16；第一镜筒21；第二镜筒22；第三镜筒23；变焦透镜组30；变焦壳体31；聚焦透镜组40；聚焦壳体41；光阑50；第一固定透镜组60；第二固定透镜组70；第三固定透镜组80。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

参见图1至图5描述根据本发明实施例的透镜组驱动装置10和自动聚焦镜头100。

如图1所示，透镜组驱动装置10包括：驱动线圈11，与透镜组12固定连接，通常情况下，透镜组12至少包括透镜和外侧壳体，驱动线圈11通过外侧壳体与透镜组12固定连接；封闭磁环13，驱动线圈11穿过封闭磁环13形成交叉结构，通常为垂直的形式，即驱动线圈11任一圈形成的面垂直于封闭磁环13的磁场；至少两根导向杆14，用于对透镜组12移动方向进行限位，任一导向杆14与透镜组12的光轴平行；驱动线圈11在通电状态下驱动透镜组12沿导向杆14可移动。

固定了透镜组12的驱动线圈11与封闭磁环13形成交叉结构，封闭磁环13的周围形成磁场，在线圈通电的时候，封闭磁环13产生的磁场对驱动线圈11产生的磁场互相作用产生驱动力，驱动线圈11以及固定在驱动线圈11上的透镜组12进行移动。将透镜组12设置于导向杆14上并且导向杆14被设置为与透镜组12的光轴平行，透镜组12可以沿着导向杆14的方向进行移动，当透镜组驱动装置10通电的时候，磁场间的相互作用力使得驱动线圈11连同透镜组12沿导向杆14进行移动。可以理解的是，通过改变驱动线圈11中通过的电流方向以及大小，可以改变驱动线圈11产生的磁场大小，从而改变驱动线圈11对透镜组12的驱动方向与移动速度。可以根据实际小的驱动力大小而对驱动线圈11内的电流方向及大小做出调整。

驱动线圈11在通电并驱动透镜组12的时候，与封闭磁环13之间不存在接触，从而减少摩擦或者震动导致的噪音，使得变焦或聚焦时产生的噪音减少。相比步进马达因自身高频震动导致噪音以及步进马达驱动频率限制导致的聚焦速度缓慢等问题，本申请中利用驱动线圈11与封闭磁环13产生的磁场间的相互作用力，推动驱动线圈11产生于封闭磁环13无接触的运动，能够有效避免噪音以及提升聚焦的速度。

在一些实施例中，透镜组驱动装置10配置有精度装置，精度装置还包括：阵列磁条15，阵列磁条15的排列方式如图4所示，固定于透镜组12上；巨磁阻传感器16，用于检测阵列磁条15的位置变化。

当驱动线圈11通电后进行移动时，固定于透镜组12上的阵列磁条15也随透镜组12沿导向杆14移动，阵列磁条15的每一个磁极通过巨磁阻传感器16时，产生两相磁场高斯曲线，如图5所示，该高斯曲线为正弦波。巨磁阻传感器16的后端电路以及算法将高斯曲线信号放大后进行处理。将两相正弦波的相位差进行分割若干份，在后端算法进行识别，以获得较高的位移精度，如在一些实施例中，选择阵列磁条15的间隔为264um，反馈正弦波的相位差为66um，将后端电路算法将相位差分割64份，每份的精度为66um/64＝1.03um。聚焦精度到达1um聚焦精度，有效的改善了传统步进马达传动受其步进精度、螺杆传动精度、还有步进马达固有的背隙导致的精度不足问题点。可以理解的是，在一些实施例中，可以根据所需精度决定后端电路将相位差分割的份数，并不限于分割成64份。

在一些实施例中，封闭磁环13包括：两块U型铁板，开口方向正对扣合设置，两个U型铁板之间设置有用于限位驱动线圈11的限位杆，限位杆用于组装封闭磁环13和驱动线圈11时进行快速定位，同时也能避免驱动线圈11脱落，两块U型铁板与限位杆组成“日”字型；

两块永磁体，分别设置于两块U型铁板内。

两块U型铁板将开口方向正对扣合后，两块永磁体分别设置于两块U型铁板内形成磁场，其中，U型铁板包括一个水平部和两个竖直部，任一永磁体设置于对应的U型铁板的水平部，位于U型铁板的内侧。在封闭磁环13内的磁场与通电后的驱动线圈11形成的磁场进行相互作用，驱动驱动线圈11沿着光轴移动，限位杆与光轴平行。

驱动线圈11可以通过两块U型铁板的开口处安装进封闭磁环13，与封闭磁环13形成交叉结构，两块永磁体设置对应的U型铁板的水平部，即两块永磁体对向设置，产生垂直的磁场。

本发明还提出一种自动聚焦镜头100，如图3所示，包括：镜筒；设置于镜筒内变焦透镜组30和聚焦透镜组40，变焦透镜组30和聚焦透镜组40均配置有上述的透镜组驱动装置10；控制器，用于控制变焦透镜组30移动，及控制聚焦透镜组40根据变焦透镜组30的移动距离而移动。

配置有透镜组驱动装置10的变焦透镜组30和聚焦透镜组40能够做平行光轴的直线运动，当像面与物距固定，在变焦透镜组30的位置确定的时候，光学理论上聚焦透镜组40都有唯一的与之对应的位置，使得获得清晰的呈像图像。并且当变焦透镜组30移动时，聚焦透镜组40根据变焦透镜组30的位置与移动距离也发生改变，以获得清晰的呈像图像。通过在变焦透镜组30以及聚焦透镜组40上配置透镜组驱动装置10，透镜组驱动装置10的驱动线圈11与封闭磁环13产生的磁场相互作用形成的驱动力驱动变焦透镜组30以及聚焦透镜组40进行移动，因驱动线圈11与封闭磁环13之间在移动期间没有接触，所以防止了因摩擦或者震动而产生的噪音，有效缓解了镜头在变焦以及聚焦的过程中的噪音问题。并且因为透镜驱动装置不存在传动背隙和失步现象，所以对焦的精度得到改善，驱动线圈11与封闭磁环13之间为磁场间的相互作用产生驱动力，也有效改善了因传统步进马达因固有驱动频率以及光耦的响应速度慢造成的对焦速度无法提升的问题。

可以理解的是，变焦透镜组30可以根据实际情况配置驱动装置，本领域技术人员可以根据实际使用情况选择透镜组驱动装置10或者普通的步进马达。

自动聚焦的实现通过控制器的软件算法实现，当相机发现虚焦时，控制器控制透镜驱动装置按设定的算法要求，搜索聚焦最清晰点，并根据位置和位移反馈装置所反馈的聚焦透镜组40当前的位置与目标位置的差距，驱动聚焦透镜组40到指定位置。

在一些实施例中，还包括：设置于镜筒内的三组固定透镜组，如图3所示，固定透镜组沿光轴从物侧面到像侧面的方向分别为第一固定透镜组60、第二固定透镜组70以及第三固定透镜组80；聚焦透镜组40设置于第三固定透镜组80与第二固定透镜组70之间；变焦透镜组30设置于第一固定透镜组60与第二固定透镜组70之间；光阑50，设置在变焦透镜组30与第二固定透镜组70之间。

第一固定透镜组60与变焦透镜组30之间的距离为L1，第三固定透镜组80与聚焦透镜组40之间的距离为L2。当像面和物距固定，L1改变时，L2在光学理论上都有唯一对应的值以达到最佳成像分辨率，整个镜头有对应的焦距值；当拍摄物距放生变化时，可以调整L2距离重新获得清晰图像。

进一步地，如图3所示，镜筒包括用于固定第一固定透镜组60的第一镜筒21、用于固定第二固定透镜组70的第二镜筒22以及用于固定第三固定透镜组80的第三镜筒23，第一镜筒21、第二镜筒22和第三镜筒23依次通过螺钉锁付固定。

第一镜筒21、第二镜筒22和第三镜筒23之间通过锁付固定，使得第一固定透镜组60、第二固定透镜组70与第三固定透镜组80之间相互固定并保护固定透镜组，防止固定透镜组因磕碰而损坏。同时保证了第一固定透镜组60、第二固定透镜组70与第三固定透镜组80之间的距离固定，并为聚焦透镜组40与变焦透镜组30提供了支撑以及活动空间。其中，巨磁阻传感器16设置在第三镜筒23上。

在一些实施例中，聚焦透镜组40设置于聚焦壳体41内；用于驱动聚焦透镜的透镜组驱动装置10为第一驱动装置，第一驱动装置对应的驱动线圈11固定于聚焦壳体41上；变焦透镜组30设置于变焦壳体31内；用于驱动变焦透镜的透镜组驱动装置10为第二驱动装置，第二驱动装置对应的驱动线圈11固定于变焦壳体31上。

聚焦壳体41与变焦壳体31对聚焦透镜组40与变焦透镜组30中的透镜变焦镜头组形成了保护，也具有支撑透镜的作用，防止因外部零件或者装置因磕碰或者摩擦，对聚焦透镜组40与变焦镜头造成的损伤或者损毁，同时，聚焦壳体41与变焦壳体31有利于聚焦透镜组40和变焦透镜组30的快速组装，便于安装驱动装置。

进一步地，在聚焦透镜组40和变焦透镜组30具有不同质量及尺寸时，第一驱动装置对应的驱动线圈与第二驱动装置对应的驱动线圈也具有不同的尺寸参数，同理，对应的封闭磁环也会有尺寸参数不同。

进一步地，导向杆14为两根，包括第一导向杆和第二导向杆，第一导向杆和第二导向杆设置于第一镜筒21和第三镜筒23之间。

第一导向杆用于导向变焦透镜组30，第二导向杆用于导向聚焦透镜组40，，聚焦透镜组40和变焦透镜组30使得变焦透镜组30与聚焦透镜组40在第一镜筒21和第三镜筒23之间移动，限制了变焦透镜组30与聚焦透镜组40的移动范围。

在一些实施例中，导向杆14为四根，包括第一导向杆、第二导向杆、第三导向杆和第四导向杆，第一导向杆和第三导向杆设置于第一镜筒21和第二镜筒22之间，用于导向变焦透镜组30；第二导向杆和第四导向杆设置于第二镜筒22和第三镜筒23之间，用于导向聚焦透镜组40。

第一导向杆、第二导向杆、第三导向杆和第四导向杆与镜头的光轴平行设置，在导向变焦透镜组30与聚焦透镜组40的同时，固定变焦透镜组30与聚焦透镜组40的移动路线，使得变焦透镜组30与聚焦透镜组40能够沿镜头光轴的方向移动，并且使得变焦透镜组30与聚焦透镜组40的光轴与整个镜头光轴重合，以满足光学系统的要求。

在一些实施例中，任一导向杆14固定于镜筒上，聚焦透镜组40和变焦透镜组30上配置有导向臂，导向臂上设置有U型槽，导向杆14穿过U型槽。

通过设置导向臂与U型槽，将聚焦透镜组40和变焦透镜组30设定在导向杆14上，使得聚焦透镜组40和变焦透镜组30与导向杆14的固定更为稳固，并且满足了聚焦透镜组40和变焦透镜组30在导向杆14上移动的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜组驱动装置，其特征在于，包括：

驱动线圈(11)，与透镜组(12)固定连接；

封闭磁环(13)，所述驱动线圈(11)穿过所述封闭磁环(13)形成交叉结构；

至少两根导向杆(14)，用于对所述透镜组(12)移动方向进行限位，任一所述导向杆(14)与所述透镜组(12)的光轴平行；

所述驱动线圈(11)在通电状态下驱动所述透镜组(12)沿导向杆(14)可移动。

2.根据权利要求1所述的透镜组驱动装置，其特征在于，所述透镜组驱动装置配置有精度装置，所述精度装置还包括：

阵列磁条(15)，固定于所述透镜组(12)上；

巨磁阻传感器(16)，用于检测所述阵列磁条(15)的位置变化。

3.根据权利要求1所述的透镜组驱动装置，其特征在于，所述封闭磁环(13)包括：

两块U型铁板，开口方向正对扣合设置，两个所述U型铁板之间设置有用于限位所述驱动线圈(11)的限位杆，两块所述U型铁板与所述限位杆组成“日”字型；

两块永磁体，分别设置于两块所述U型铁板内。

4.一种自动聚焦镜头，其特征在于，包括：

镜筒；

设置于所述镜筒内变焦透镜组(30)和聚焦透镜组(40)，所述变焦透镜组(30)和所述聚焦透镜组(40)均配置有如权利要求1～3中任一项所述的透镜组驱动装置；

控制器，用于控制所述变焦透镜组(30)移动，及控制所述聚焦透镜组(40)根据所述变焦透镜组(30)的移动距离而移动。

5.根据权利要求4所述的自动聚焦镜头，其特征在于，还包括：

设置于所述镜筒内的三组固定透镜组，所述固定透镜组沿光轴从物侧面到像侧面的方向分别为第一固定透镜组(60)、第二固定透镜组(70)以及第三固定透镜组(80)；

所述聚焦透镜组(40)设置于所述第三固定透镜组(80)与所述第二固定透镜组(70)之间；

所述变焦透镜组(30)设置于所述第一固定透镜组(60)与所述第二固定透镜组(70)之间；

光阑(50)，设置在所述变焦透镜组(30)与第二固定透镜组(70)之间。

6.根据权利要求5所述的自动聚焦镜头，其特征在于，所述镜筒包括用于固定所述第一固定透镜组(60)的第一镜筒(21)、用于固定所述第二固定透镜组(70)的第二镜筒(22)以及用于固定所述第三固定透镜组(80)的第三镜筒(23)，所述第一镜筒(21)、所述第二镜筒(22)和所述第三镜筒(23)依次通过螺钉锁付固定。

7.根据权利要求4所述的自动聚焦镜头，其特征在于，所述聚焦透镜组(40)设置于聚焦壳体(41)内；

用于驱动所述聚焦透镜的透镜组驱动装置为第一驱动装置，所述第一驱动装置对应的驱动线圈(11)固定于所述聚焦壳体(41)上；

所述变焦透镜组(30)设置于变焦壳体(31)内；

用于驱动所述变焦透镜的透镜组驱动装置为第二驱动装置，所述第二驱动装置对应的驱动线圈(11)固定于所述变焦壳体(31)上。

8.根据权利要求6所述的自动聚焦镜头，其特征在于，所述导向杆(14)为两根，包括第一导向杆和第二导向杆，所述第一导向杆和所述第二导向杆设置于所述第一镜筒(21)和所述第三镜筒(23)之间。

9.根据权利要求6所述的自动聚焦镜头，其特征在于，所述导向杆(14)为四根，包括第一导向杆、第二导向杆、第三导向杆和第四导向杆，

所述第一导向杆和所述第三导向杆设置于所述第一镜筒(21)和所述第二镜筒(22)之间，用于导向所述变焦透镜组(30)；

所述第二导向杆和所述第四导向杆设置于所述第二镜筒(22)和所述第三镜筒(23)之间，用于导向所述聚焦透镜组(40)。

10.根据权利要求4所述的自动聚焦镜头，其特征在于，任一所述导向杆(14)固定于所述镜筒上，所述聚焦透镜组(40)和所述变焦透镜组(30)上配置有导向臂，所述导向臂上设置有U型槽，所述导向杆(14)穿过所述U型槽。

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