CN116892883A - 一种倾角位移传感器及光学防抖系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种倾角位移传感器及光学防抖系统，倾角位移传感器包括第一分束镜、第二分束镜和CMOS感光器；第二分束镜配置将穿过第一分束镜的检测激光线引导至待检传感器并将经过待检传感器反射的检测激光线反射至第一分束镜；第一分束镜配置为将经由第二分束镜反射的检测激光线反射至CMOS感光器；色散镜，配置为将检测多色光束进行色散；第三分束镜，配置为将经过色散且在待检传感器发生反射的多波长混合光线组反射至光阑处。本申请公开的倾角位移传感器及光学防抖系统，使用位移测量的光线与用于倾角测量的光线共轴的方式来避免位移测量值受待检面倾角测量值的影响，用以在能够以更快的速度进行检测的同时降低制造成本和减小空间占用。

Description

一种倾角位移传感器及光学防抖系统

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种倾角位移传感器及光学防抖系统。

背景技术

图像传感器位移技术用于相机光学防抖，根据机身微小抖动信号，驱动传感器平移来校正离焦和光轴偏移，从而达到清晰成像的目的。具有机身防手震机制功能的相机由透镜及悬挂在致动装置上的传感器组成。

致动装置驱动传感器在透镜光轴（Z轴）及与透镜光轴正交的方向（X、Y轴）上平移。其中，传感器在致动装置驱动下沿光轴方向移位时，可能伴随产生有害的倾斜，因此需要事先测定传感器在致动装置驱动下的运动特性，即沿Z向的位移和绕X轴和绕Y轴的倾斜。

目前，一般采用两个独立工位测量倾斜和位移的方式：先在倾斜测量工位上测量传感器在致动装置驱动下绕X/Y轴的倾斜，若倾角大于某阈值，则认为该装置不合格；若倾角小于某阈值，则继续在位移测量工位上测量传感器在致动装置驱动下沿Z向的位移运动特性，为机身防手震机制功能提供校正依据。但是这种方式检测效率低、生产成本高、空间占用多。

发明内容

本申请提供一种倾角位移传感器及光学防抖系统，使用位移测量的光线与用于倾角测量的光线共轴的方式来避免位移测量值受待检面倾角测量值的影响，用以在能够以更快的速度进行检测的同时降低制造成本和减小空间占用。

本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种倾角位移传感器，包括：

第一分束镜、第二分束镜和CMOS感光器；

第二分束镜平行于第一分束镜，第二分束镜配置将穿过第一分束镜的检测激光线引导至待检传感器并将经过待检传感器反射的检测激光线反射至第一分束镜；

第一分束镜配置为将经由第二分束镜反射的检测激光线反射至CMOS感光器；

色散镜，配置为将检测多色光束进行色散，得到多波长混合光线组；

第三分束镜，配置为将经过色散且在待检传感器发生反射的检测多色光束反射至光阑处；

其中，第二分束镜位于待检传感器和色散镜之间；

色散镜位于第二分束镜和第三分束镜之间。

在第一方面的一种可能的实现方式中，CMOS感光器的感光面与第一分束镜的工作面的夹角为45°。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括第一光源，第一光源的工作端朝向第一分束镜。

在第一方面的一种可能的实现方式中，第一分束镜的工作面与第一光源发出的检测激光线呈45°角放置。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括第二光源，第二光源的工作端朝向色散镜。

在第一方面的一种可能的实现方式中，第二光源的轴线垂直于色散镜的工作面。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括光谱仪，光谱仪的工作端朝向光阑；

光阑位于光谱仪和第三分束镜之间。

在第一方面的一种可能的实现方式中，色散镜的工作面与第三分束镜的工作面的夹角为45°。

在第一方面的一种可能的实现方式中，光阑垂直于色散镜。

第二方面，本申请提供了一种光学防抖系统，包括如第一方面及第一方面任意实现方式中所述的倾角位移传感器。

整体而言，本申请提供的倾角位移传感器及光学防抖系统，由于入射至待检传感器的用于倾角测量的激光线与用于位移测量的多色光的光轴重合，因此待检传感器的倾斜不影响其位移的测量。因此，该方案不仅能实现倾角和位移的一体化测量，而且不需要进行复杂的位移校正，能同步测得待检传感器的倾斜和位移。

附图说明

图1是本申请提供的一种倾角位移传感器的原理性示意图。

图2是本申请提供的一种检测激光线的部分传播路径示意图。

图3是本申请提供的一种检测激光线的另一部分传播路径示意图。

图4是本申请提供的一种光斑位于CMOS感光器23的工作面中心处的示意图。

图5是本申请提供的一种光斑偏离CMOS感光器23的工作面中心处的示意图。

图6是本申请提供的一种利用光斑计算倾斜方向的原理性示意图。

图7是本申请提供的一种利用光斑计算倾斜角度的原理性示意图。

图8是本申请提供的一种检测多色光束的传播路径示意图。

图9是本申请提供的一种待检传感器发生位移时的功率峰值点与中心波长的位置示意图。

图10是本申请提供的一种待检传感器未发生位移时的功率峰值点与中心波长的位置示意图。

图中，11、第一分束镜，12、第二分束镜，13、第三分束镜，21、色散镜，22、光阑，23、CMOS感光器，31、第一光源，32、第二光源，33、光谱仪。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。

请参阅图1，本申请公开了一种倾角位移传感器，倾角位移传感器主要由第一分束镜11、第二分束镜12、第三分束镜13、色散镜21、光阑22和CMOS感光器23等组成，为了方便理解本申请提供的技术方案，下面借助检测过程对本申请公开的倾角位移传感器进行进一步描述。

本申请公开的倾角位移传感器在检测过程中需要使用两种光线，第一种光线称为检测激光线，第二种光线称为检测多色光束。检测激光线用来检测待检传感器的倾斜变化量，检测多色光束用来检测待检传感器的位移变化量。

应理解，原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，释放出的能量以光子的形式放出。被引诱（激发）出来的光子束（激光），其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。

采用光谱共焦法进行位移测量，采用激光反射测角法进行倾角测量，用于倾角测量的激光线与用于位移测量的会聚多色光共轴。检测激光线首先穿过第一分束镜11，然后到达第二分束镜12，检测激光线经过第二分束镜12的反射后到达待检传感器。

第二分束镜12平行于第一分束镜11设置，第二分束镜12的作用有两个：

将检测激光线引导（反射）至待检传感器，如2所示；

将经由待检传感器反射的检测激光线引导（反射）至第一分束镜11，如3所示。

请参阅图4，检测激光线在CMOS感光器23上形成一个光斑，当待检传感器没有发生倾斜时，该光斑位于CMOS感光器23的工作面的正中心处；当待检传感器发生倾斜时，该光斑从CMOS感光器23的工作面的正中心处离开，如图5所示。

根据光斑位置偏移量，或者CMOS感光器23的感光面上的两个光斑之间的距离，可以计算得到待检传感器的倾角。

当待检传感器发生倾斜时，光斑的移动方向和倾斜方向相关，光斑与CMOS感光器23的工作面的正中心处之间的距离与倾斜角度相关，因此通过光斑与CMOS感光器23的工作面的正中心处之间的距离和光斑与CMOS感光器23的工作面的正中心处之间的相对位置，可以确定待检传感器的具体倾斜方向（与图6中的α相关）和倾斜角度（与图7中的S相关）。

前文中提到，待检传感器的倾斜变化量使用激光进行检测，激光具有更好的单色性、方向性和相干性，单色性好可以便于滤光提高信噪比。在吸收深度和分布上也更容易控制，单色光没有色散相差，而且单色性越好，对应的波长或者频率越稳。

方向性好意味着激光在需要辅助装置的前提下就可以只朝着一个方向射出，可以使传感器的体积更加小型化，结构也能够趋于简单。

激光的位相、波长、方向一致，可维持较强的波，从而实现长距离传送，相干性较高的激光具有可长距离传送且不会扩散的特性，具备可通过镜头聚集成小光斑的优点。

请参阅图8，色散镜21的作用是将检测多色光束进行色散，得到多波长混合光线组，多波长混合光线组穿过第二分束镜12后在待检传感器发生反射，然后再次色散镜21后到达第三分束镜13处，第三分束镜13的作用是将经过色散且在待检传感器发生反射的检测多色光束反射至光阑22处。

从上文中可以看到，第二分束镜12位于待检传感器和色散镜21之间，色散镜21位于第二分束镜12和第三分束镜13之间。

应理解，色散是多色光分解为单色光而形成光谱的现象。多色光进入色散镜21后，由于色散镜21对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱。

还应理解，光学系统中单是用光学零件的金属框内孔来限制光线有时是不够的有些光学系统还设置一些带孔的金属薄片（也可能用透镜框），称为“光阑22”。光阑22可以是圆形的、长方形的或正方形的。

光学系统除应满足前述的物像共轭位置和成像放大率外，还应有两个要求：

一定的成像范围；

在像平面上有一定的光能量和反映物体细节的能力（即分辨率，由衍射理论知其和光线的孔径成正比）。

在涉及光学系统时，应按其用途，要求在成像范围内的各点以一定立体角的光线通过光学系统成像。总之，上述要求是一个如何合理地限制光线的问题。

光阑22的作用就是对经由第三分束镜13反射的多波长混合光线组进行限制。

透过光阑22的多波长混合光线组经过光谱分析后，可以得到待检传感器的位移变化量，具体的检测原理是：

若待检传感器恰好位于光谱仪光谱中心波长对应色光的焦点上，则光谱检测到在中心波长处存在功率峰值；当待检传感器发生移位时，被待检传感器表面反射的多色光在光谱上的功率谱峰值偏移光谱中心，根据功率谱峰值的波长偏移即可计算得到待检传感器的位移，对比图9和图10。

应理解，中心波长是指光谱分布曲线的中心位置所对应的波长，也就是光谱分布曲线的峰值位置，而峰值波长则是指光谱分布曲线的最高峰所对应的波长。两者的区别在于，中心波长是光谱分布曲线的中心位置，而峰值波长则是光谱分布曲线的最高峰位置。

整体而言，本申请提供的倾角位移传感器及光学防抖系统中，用于倾角测量的检测激光线与用于位移测量的检测多色光束的光轴重合，可以实现对倾角和位移的一体化测量，而且不需要进行复杂的位移校正，能同步测得待检传感器的倾斜和位移。

以分别使用倾角检测和位移检测的方式对比，倾角检测和位移检测分别需要对应的检测结构或者检测传感器，也就是需要两个空间来部署检测结构或者检测传感器，在空间占用和制造成本上，这种检测方式不具有优势。

在检测过程中，倾角检测和位移检测可以分别进行，然后借助位移校正或者特定的关联关系进行转换，位移校正或者特定的关联关系进行转换需要耗费时间，导致处理速度变慢。同时在实际的生产过程中，考虑到误差和波动等实际性的影响因素，还会导致产品的一致性较差或者为了满足一致性要求对每一台产品进行针对性调试。

在一些例子中，CMOS感光器23的感光面（指感光器上接收光线的表面）与第一分束镜11的工作面（指分束镜上参与分束的表面）的夹角为45°，该角度的优势在于对于方便进行参数固定，以垂直于反射面的直线为参考，当入射角（入射光线与垂直于反射面的直线的夹角）为45°时，入射光线与反射面的夹角同样为45°，这两个角的角度相等。

对于其他的零部件而言，可以使用水平设置、数值设置和倾斜设置三种方式部署，倾斜设置的角度同样为45°。

在一些例子中，请参阅图1和图2，增加了第一光源31，第一光源31的工作端朝向第一分束镜11，用于向第一分束镜11发射检测激光线。也就是说，第一光源31为激光源。

第一分束镜11的工作面与第一光源31发出的检测激光线呈45°角放置。

在一些例子中，请参阅图1和图2，增加了第二光源32，第二光源32的工作端朝向色散镜21，用于向色散镜21发射检测多色光束。

第二光源32的轴线垂直于色散镜21的工作面。

在一些例子中，请参阅图1和图2，还增加了光谱仪33，光谱仪33的工作端朝向光阑22，光阑22位于光谱仪33和第三分束镜13之间。光谱仪33用于接收穿过光阑22的多波长混合光线组，形成光谱后，根据光谱分析待检传感器的位移变化量。

在一些可能的实现方式中，色散镜21的工作面与第三分束镜13的工作面的夹角为45°。

在一些可能的实现方式中，光阑22垂直于色散镜21。

本申请还公开了一种光学防抖系统，包括如上述内容中记载的任意一种倾角位移传感器。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种倾角位移传感器，其特征在于，包括：

第一分束镜（11）、第二分束镜（12）和CMOS感光器（23）；

第二分束镜（12）平行于第一分束镜（11），第二分束镜（12）配置将穿过第一分束镜（11）的检测激光线引导至待检传感器并将经过待检传感器反射的检测激光线反射至第一分束镜（11）；

第一分束镜（11）配置为将经由第二分束镜（12）反射的检测激光线反射至CMOS感光器（23）；

色散镜（21），配置为将检测多色光束进行色散，得到多波长混合光线组；

第三分束镜（13），配置为将经过色散且在待检传感器发生反射的多波长混合光线组反射至光阑（22）处；

其中，第二分束镜（12）位于待检传感器和色散镜（21）之间；

色散镜（21）位于第二分束镜（12）和第三分束镜（13）之间。

2.根据权利要求1所述的倾角位移传感器，其特征在于，CMOS感光器（23）的感光面与第一分束镜（11）的工作面的夹角为45°。

3.根据权利要求1或2所述的倾角位移传感器，其特征在于，还包括第一光源（31），第一光源（31）的工作端朝向第一分束镜（11）。

4.根据权利要求3所述的倾角位移传感器，其特征在于，第一分束镜（11）的工作面与第一光源（31）发出的检测激光线呈45°角放置。

5.根据权利要求1所述的倾角位移传感器，其特征在于，还包括第二光源（32），第二光源（32）的工作端朝向色散镜（21）。

6.根据权利要求5所述的倾角位移传感器，其特征在于，第二光源（32）的轴线垂直于色散镜（21）的工作面。

7.根据权利要求1所述的倾角位移传感器，其特征在于，还包括光谱仪（33），光谱仪（33）的工作端朝向光阑（22）；

光阑（22）位于光谱仪（33）和第三分束镜（13）之间。

8.根据权利要求1或7所述的倾角位移传感器，其特征在于，色散镜（21）的工作面与第三分束镜（13）的工作面的夹角为45°。

9.根据权利要求8所述的倾角位移传感器，其特征在于，光阑（22）垂直于色散镜（21）。

10.一种光学防抖系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的倾角位移传感器。