CN1862359A - 照相机模块用的自动聚焦控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种照相机模块的自动聚焦控制装置，包括：传感器组件，具有安装在印刷电路板上的图像传感器以及设置在图像传感器上部的红外滤光器；透镜外壳，在透镜外壳上安装有多个永磁体，所述多个磁体还安装在传感器组件的上部；安装在透镜外壳中的线圈；透镜套筒，其中沿光轴方向安装有多个聚焦控制透镜；与透镜外壳一体的透镜引导部分，透镜引导部分啮合在透镜套筒外侧，以引导透镜套筒，使透镜套筒根据线圈的电场和永磁体，沿着光轴方向线性地上下移动。

Description

照相机模块用的自动聚焦控制装置
技术领域
一般地说，本发明涉及一种照相机模块用的自动聚焦控制装置，具体地说，涉及一种可以在拍摄之前和/或采集之后编辑图像之前提供优良预览图像质量的照相机模块用的自动聚焦控制装置。
背景技术
诸如摄像机、电子照相机、PC照相机终端、照相机电话等设备中用来执行图像识别功能的照相机模块是本领域中所公知的。
随着高密度技术的发展，照相机模块的尺寸和照相机屏幕已经日益小型化，目前，各种小型化照相机模块可用户能够手动拍摄对象，而不再需要比如三角架类的支撑设备。此外，小型化使照相机模块能够直接安装在视频电话上，由此可使用户能够在电话上通话同时拍摄照片。
有如本领域中公知的，照相机模块在图像传感器表面上形成图像，其中，所述图像传感器是透镜光学系统的部件。透镜光学系统的特性是以可靠的方式将图像转移到图像表面而没有失真。
透镜光学系统的图像表面的位置随透镜和对象之间的距离而变。当图像表面的位置相对于对象位置的变化程度处于照相机的焦距之内时，才可以获得高质量的画面。然而，即使是具有深焦距的照相机模块也不能聚焦在距离照相机模块参差不齐的多个对象上。
因此，在能拍摄近距离对象并包含用以无失真地拍摄图像的微功能照相机模块中提供自动聚焦控制装置，为的是能够根据照相机模块和对象之间的距离控制透镜和传感器的相对位置。
照相机模块的自动聚焦控制装置包括能够改变透镜和传感器位置的传动器。这种自动聚焦控制装置的驱动方法包括使用步进电机、压电电机等。
在诸如数码相机和摄像头电话等设备中已经采用步进电机方法和音圈电机方法。在只需要自动聚焦控制装置功能而不需要光学变焦功能的摄像头电话中，主要使用音圈电机方法。
音圈电机方法利用处于永磁体形成的磁场中的线圈的感应磁力所产生的洛伦兹力实现线性移动，并且适于在短距离中精确的线性移动。
图1示出传统的使用音圈电机方法的照相机模块的自动聚焦控制装置1。如图1-3所示，圆筒状透镜外壳2被表示成沿着纵向延伸。透镜套筒3被表示为是沿着光轴A1安装的。多个聚焦控制透镜3a被表示为沿着光轴A1安装。沿着光轴A1的方向，沿透镜套筒3的圆周缠绕线圈4。在透镜套筒3的外圆周侧上设置有磁轭5，磁轭5上安装着永磁体5a，以与线圈4相互作用。在透镜套筒3下部设有弹性构件6，用以提供弹力，从而使透镜套筒3可以按线性方式沿光轴A1的方向移动。在图2中，把透镜外壳2表示为安装在传感器组件7的上部。
参考图2，传感器组件7包括印刷电路板7a、图像传感器7b(与印刷电路板7a的拾取设备相连)，以及设置于图像传感器7b上方的红外滤光器7c。印刷电路板7a的下端面与柔性印刷电路板(FPCB)电连接。
如图2和3所示，当对透镜套筒3的线圈4加给激励电流时，在永磁体5a的磁场中产生电磁力，使透镜套筒3以线性方式沿光轴A1的方向上下移动。电磁力与所加给的电流强度成比例。因此，通过调节所加给的电流强度调节透镜套筒3的位置，以控制透镜3a的焦点。
透镜套筒3与透镜外壳2啮合，以便在将透镜套筒3装配到透镜外壳2的过程期间调节透镜3a的焦点。将透镜外壳2与传感器组件7啮合，在将安装有透镜套筒3的透镜外壳2装配到传感器组件7的过程中，通过旋转透镜外壳2调节透镜的焦点，以调节焦点高度。
上述传统音圈电机方法的一个缺点在于，由于是自动聚焦控制装置通过旋转螺杆最初调节透镜焦点高度来调节焦点，所以，使得照相机模块的尺寸增大。另一个缺点在于最初调节焦点所需的时间，这主要是由于不能精确调节焦点高度。也就是说，由于是由操作者手动调节焦点高度，所以难以准确调节焦点高度。在这种情况下，透镜外壳2通过螺杆旋转部分与传感器组件7的上部啮合。另外，在去除螺杆旋转部分而没有适当调节焦点的情况下，会使预览图像的质量恶化。
再有一个缺点即在于，由于在透镜套筒外圆周侧沿着光轴方向缠绕有传统线圈，因而不能使照相机模块小型化，由此，而使照相机模块的厚度增大。
发明内容
由此做出本发明，提供一种具有小型化尺寸从而具有纤细外形的照相机模块的自动聚焦控制装置，以解决现有技术中出现的上述问题，并且可以在拍摄之前和/或在采集之后编辑图像之前提供高质量预览图像。
按照一种方案，提供一种可以减小照相机模块厚度的照相机模块的自动聚焦控制装置，由此而使照相机模块小型化，并变得纤细。由于是通过一体形成线圈支架部分，以便沿着与光轴垂直的方向缠绕线圈，从而不需要透镜套筒的螺杆部分，所以实现了小型化。
本发明的自动聚焦控制装置优选地包括：传感器组件，具有安装在柔性印刷电路板上的图像传感器；设在图像传感器上部的红外滤光器；透镜外壳，在透镜外壳上部安装有多个永磁体；永磁体的下侧还连接到传感器组件的上部；安装在透镜外壳中的线圈；透镜套筒，其中，沿着光轴的方向安装有多个聚焦控制透镜；与透镜外壳一体的透镜引导部分，透镜引导部分啮合在透镜套筒外侧，以引导透镜套筒，使得透镜套筒根据线圈的电场和永磁体沿着光轴方向线性上下线性移动；透镜制动单元，用于将透镜套筒安装在透镜外壳上，使透镜与传感器沿着光轴的方向分开预定距离，以确保透镜的初始分辨率；以及设置在透镜套筒的上端面上的至少一个透镜弹性装置，用以在透镜套筒与透镜外壳啮合时保持距离，确保透镜的初始分辨率，并且提供弹力，以确保透镜套筒的上下线性移动。
附图说明
图1是表示现有技术照相机模块的传统自动聚焦控制装置的侧视图；
图2是表示现有技术照相机模块的传统自动聚焦控制装置的啮合状态的侧视图；
图3是表示现有技术照相机模块的传统自动聚焦控制装置工作情况的侧视图；
图4是表示本发明一种实施例照相机模块的自动聚焦控制装置的分解透视图；
图5是表示图4中A部分的放大透视图；
图6是表示本发明一种实施例照相机模块的自动聚焦控制装置的啮合状态的局部剖面透视图；
图7是表示图6中B部分的局部放大剖面透视图；
图8是表示本发明一种实施例照相机模块的自动聚焦控制装置工作情况的侧剖面图；
图9是表示本发明一种实施例照相机模块的自动聚焦控制装置工作情况的平面图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。
参考图4-9中的各幅附图描述根据本发明自动聚焦控制装置的实施例。
如图4-9所示，自动聚焦控制装置10包括：传感器组件7(见图4和8)；沿光轴A1的方向安装在传感器组件7上部的透镜套筒3(见图4、5、8和9)，其中沿光轴A1的方向安装有多个聚焦控制透镜3a(见图5、8和9)；至少一个线圈支架部分30(见图4和5)；以及至少一个透镜弹性装置70(见图4-9)。
在透镜外壳20的内侧，沿着与光轴A1垂直的方向安装多个永磁体21(见图4和图6-9)。永磁体21响应于缠绕在线圈支架部分30(见图4和5)上的激励线圈31(见图4、5和7-8)所产生的磁场。
线圈支架部分30(见图4和5)从透镜套筒3沿着与光轴A1垂直的方向突出到靠近永磁体21。在透镜套筒3的外部形成有线圈支架部分30(见图4和5)，从而沿着与光轴A1垂直的方向缠绕激励线圈31。
透镜引导部分40限定透镜套筒3的位移室，并与透镜外壳20成为一体，以引导透镜套筒3。只要对线圈31提供电流，透镜套筒3就进行双向线性移动，线圈31产生电磁场，使永磁体21产生电动力，以沿着光轴A1的方向上下移动透镜套筒3。
沿着光轴A1的方向在透镜外壳20中形成的透镜制动单元50把透镜套筒3安装到透镜外壳20中，使透镜3a与传感器7b沿光轴A1的方向分开预定的距离L1，以确保透镜3a的初始分辨率。在透镜套筒3的上端面上设置由卷簧构成的透镜弹性装置70，以进一步协助维持距离L1，以便确保在透镜套筒3与透镜外壳20啮合时透镜3a的初始分辨率，并且在透镜套筒3上下线性移动时提供弹力。也就是说，透镜弹性装置用于维持距离L1，以确保透镜套筒与透镜外壳啮合时透镜的初始分辨率，并提供弹力，使透镜套筒上下线性移动。在透镜外壳20的上端面中形成透镜孔23。图4示出由透镜外壳20和透镜引导部分40所限定的透镜容纳空间22。在透镜外壳20中在光轴A1的方向上，形成用于顺序啮合透镜套筒3、线圈支架部分30、透镜引导部分40和透镜制动单元50的透镜容纳空间22。如图4所示，透镜引导部分40具有圆筒状形状，用于与透镜套筒3相啮合。在透镜引导部分40的内侧形成体积41，以容纳透镜套筒3的线性移动。
如图4、6和7所示，沿着光轴A1的方向，在透镜引导部分40中形成至少一个引导孔42，以充当线圈支架部分30和透镜制动单元50的正确定位的引导。透镜弹性装置70包括卷簧。
如图4-7所示，透镜制动单元50包括制动构件51(见图7)以及至少一个制动锁定器52。制动构件51形成于透镜外壳20中，并在与制动锁定器52相接触的情况下与透镜套筒3的下部啮合，其中，将制动锁定器52配置为使其延伸而通过制动构件51，并与制动构件51相啮合/脱离啮合。制动锁定器52从透镜套筒3的下表面的外圆周部分突出，以便在透镜3a可以确保其初始分辨率的位置处，与制动构件51啮合。
制动构件51包括啮合孔，用以容纳制动锁定器52，以便使透镜套筒3与透镜外壳20相啮合。制动锁定器52具有倾斜表面的形式，以便易于插入到啮合孔中。
如图8所示，图像传感器7a和透镜3a之间的距离L1在离开最佳位置为30至200微米的公差之内，从而确保优越质量的初始图像分辨率。
以下将参考图4至9详细描述本发明一种实施例照相机模块的自动聚焦控制装置10的工作情况。
如图4、5和8所示，在透镜套筒3上安装有多个聚焦控制透镜3a。在透镜外壳20的下部内侧安装有多个永磁体21。
透镜引导部分40具有圆筒形状。在透镜引导部分40的内侧形成套筒移动空间41，以容纳透镜套筒3，以便接纳透镜套筒3的上下线性移动。透镜引导部分40引导透镜套筒3，使得透镜套筒3可以沿光轴A1的方向上下线性移动。移动的方向由透镜套筒3的外圆周处设置的线圈31和永磁体21的磁场确定。
图6和7示出用于向永磁体21提供激励磁力的突出的线圈支架部分30。所述突出的线圈支架部分30被表示为与光轴A1的方向垂直。所述突出的线圈支架部分30在透镜套筒3的外圆周部分与透镜套筒3形成一体。当把透镜套筒3安装到透镜外壳20中时，透镜套筒3的线圈支架部分30被啮合为靠近安装在透镜外壳20中的永磁体21(见图4和6-9)。
在透镜引导部分40中沿着光轴A1的方向形成引导孔42(见图7)。透镜套筒3中形成的线圈支架部分30与引导孔42啮合，从而由引导孔42引导。
如图4和8所示，透镜套筒3与透镜外壳20中形成的制动构件51啮合。制动锁定器52从透镜套筒3的外圆周部分突出，并且延伸通过制动透镜51，并由此而与制动构件51啮合。透镜套筒3在两处安装到透镜外壳20上，其中，沿着光轴A1的方向透镜3a与传感器7b分离距离L1，以确保透镜3a的初始分辨率。图像传感器7b和透镜3a之间的距离L1处于最佳位置的30至200微米公差内，以确保优良的初始图像分辨率质量。
如图4至7所示，在透镜套筒3的上端面上设置有透镜弹性装置70，用以在透镜套筒3与透镜外壳20啮合时保持距离L1，以确保透镜3a的初始分辨率，并提供弹力，使透镜套筒3上下线性移动。
通过使透镜外壳20的制动构件51与透镜套筒3的制动锁定器52啮合，可以省去组装照相机模块时初始调节透镜焦点的过程。
另外，如果打开照相机模块，一定程度上可由透镜外壳20的制动构件51和透镜套筒3的制动锁定器52调节焦点。采用这种方式，焦点调节可以给出移动终端所需的分辨率等级。
照相机模块需要大于200行的初始分辨率，这是可以在制造期间通过调节透镜和传感器的相对位置而被获得的。此后，如果通过操作自动聚焦控制装置，在确保大于200行的初始分辨率的位置拍摄对象，则可以获得优越质量的图像。
通过把透镜安装在照相机模块外壳中的确保大于200行透镜初始分辨率的位置处，可以在照相机模块的预览状态下，获得优越质量的图像。
虽然已经参考本发明的具体实施例和附图表示并描述了本发明的照相机模块的自动聚焦控制装置，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离所附各权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可以做出各种形式和细节上的变化。

Claims (14)

1.一种照相机模块的自动聚焦控制装置，所述自动聚焦控制装置包括：
具有图像传感器的传感器组件，其中，所述图像传感器安装在柔性印刷电路板上；
设置在所述图像传感器上部的红外滤光器；
透镜外壳，在所述透镜外壳内壁上安装了多个永磁体，所述多个磁体还安装在所述传感器组件的上部；
安装在所述透镜外壳中的线圈；
透镜套筒；
沿着光轴方向安装在所述透镜套筒上的多个聚焦控制透镜；
与所述透镜外壳一体的透镜引导部分，所述透镜引导部分提供用来引导所述透镜套筒的位移室，以响应于源自所述线圈的电场和所述多个永磁体的电磁力，沿着光轴方向线性引导所述透镜套筒；
透镜制动单元，用于将所述透镜套筒安装在所述透镜外壳上，以将所述透镜与所述传感器在光轴的方向上分离预定距离，确保所述透镜的初始分辨率；以及
设置在所述透镜套筒的上端面上的至少一个透镜弹性装置，用于维持距离L1，以确保所述透镜的初始分辨率，并提供弹力，以确保所述透镜套筒的线性移动。
2.根据权利要求1所述的自动聚焦控制装置，其中，还包括至少一个线圈支架部分，所述线圈支架部分沿着与光轴垂直的方向突出于所述永磁体附近，并形成在所述透镜套筒的外部，所述线圈沿着与光轴A1垂直的方向缠绕在所述线圈支架部分上。
3.根据权利要求1所述的自动聚焦控制装置，其中，由所述透镜外壳和所述透镜引导部分限定容纳透镜的空间，并在所述透镜外壳的上端面中形成透镜孔。
4.根据权利要求1所述的自动聚焦控制装置，其中，所述透镜引导部分为圆筒状，由此在所述透镜引导部分内部形成套筒移动空间，以接纳所述透镜套筒的线性移动。
5.根据权利要求1所述的自动聚焦控制装置，其中，在所述透镜引导部分中，沿光轴A1的方向形成至少一个引导孔，以引导所述线圈支架部分和所述透镜制动单元。
6.根据权利要求1所述的自动聚焦控制装置，其中，所述透镜弹性装置包括卷簧。
7.根据权利要求1所述的自动聚焦控制装置，其中，所述透镜制动单元包括：
制动构件，形成在所述透镜外壳中，并与所述透镜套筒的下部啮合，以容纳并限制所述透镜套筒；以及
制动锁定器，从所述透镜套筒的外圆周部分突出，所述制动锁定器与所述制动构件接触，并延伸通过所述制动构件，以将所述制动构件保持在允许所述透镜确保其初始分辨率的位置处。
8.根据权利要求1所述的自动聚焦控制装置，其中，所述制动构件51具有啮合孔，所述制动锁定器延伸通过所述啮合孔，从而所述啮合孔啮合并限制所述制动锁定器。
9.根据权利要求7所述的自动聚焦控制装置，其中，所述制动锁定器包括倾斜表面，以有助延伸通过所述制动构件。
10.根据权利要求1所述的自动聚焦控制装置，其中，所述透镜制动单元将所述透镜套筒在所述透镜引导部分中的移动限制在预定范围之内。
11.根据权利要求1所述的自动聚焦控制装置，其中，所述图像传感器与所述透镜之间的距离L1在最佳距离的30至300微米的公差内。
12.一种照相机模块的自动聚焦控制装置，所述自动聚焦控制装置包括：
传感器组件，具有安装在柔性印刷电路板上的图像传感器以及设在所述图像传感器上部的红外滤光器；
透镜外壳，该透镜外壳上安装有多个永磁体，所述多个磁体还安装在所述传感器组件的上部；
安装在所述透镜外壳中的线圈；
透镜套筒，其中安装有多个聚焦控制透镜；
透镜制动单元，用于将所述透镜套筒安装在所述透镜外壳上，使得述透镜与所述传感器沿着光轴的方向分开预定距离，以确保所述透镜的初始分辨率；以及
设在所述透镜套筒中的至少一个透镜支撑装置，用以在所述透镜套筒与所述透镜外壳啮合时，将所述透镜啮合在确保所述透镜初始分辨率的位置，并支撑所述透镜套筒。
13.根据权利要求12所述的照相机模块的自动聚焦控制装置，其中，还包括与所述透镜外壳一体的透镜引导部分，所述透镜引导部分啮合在所述透镜套筒外侧，以引导所述透镜套筒，使所述透镜套筒根据所述线圈的电场和所述永磁体，沿着光轴方向线性上下线性移动。
14.根据权利要求12所述的照相机模块的自动聚焦控制装置，其中，所述透镜支撑装置包括弹性装置。
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