CN213780507U - 一种激光自动对焦装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种激光自动对焦装置，涉及手机自动对焦技术领域，包括激光发射端与激光接收端，所述激光发射端包括依次电连接的激光发射器、驱动器以及微控制器，所述激光接收端包括高精度时间测量单元、光电转换单元以及升压电路，其中，所述高精度时间测量单元的一端与所述微控制器电连接，所述高精度时间测量单元的另一端与所述光电转换单元电连接，所述光电转换单元的另一端与所述升压电路电连接。通过本实用新型解决了手机采用传统自动对焦方式导致成本过高，在暗光条件下出现对焦难和对焦慢的问题，还降低了激光自动对焦的开发难度。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动对焦技术领域，具体涉及一种激光自动对焦装置。
背景技术
自动对焦(Auto Focus)是利用物体光反射的原理，将反射的光被相机上的传感器CCD接受，通过计算机处理，带动电动对焦装置进行对焦。目前市面上手机的自动对焦有采用PDAF相位对焦、反差对焦以及双核对焦，其中，反差对焦的原理是通过对焦区域进行对比度检测，通过对焦马达驱动镜头模组镜片逐步移动，实时记录对比度数值，当完成一次镜片全部位移之后系统就会得出反差最大的位置，最后再回到对比最大值的地方来完成对焦过程。PDAF相位对焦的原理则是通过在感光元件上预留出一些遮蔽像素点来充当自动对焦传感器，专门进行相位检测的，同时通过比对左右两侧像素点的距离及其变化等相关因素来决定对焦的偏移值，从而实现准确对焦。双核对焦与PDAF相位对焦的基本原理一致。但是当手机处于暗光条件时，采用上述三种对焦方式往往存在对焦难与对焦慢的问题。
因此，有必要开发一种激光自动对焦装置。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种激光自动对焦装置，用于解决手机采用传统自动对焦方式导致成本过高，且在暗光条件下出现对焦难和对焦慢的问题。
本实用新型提供了一种激光自动对焦装置，包括激光发射端与激光接收端，所述激光发射端包括依次电连接的激光发射器、驱动器以及微控制器，所述激光接收端包括高精度时间测量单元、光电转换单元以及升压电路，其中，所述高精度时间测量单元的一端与所述微控制器电连接，所述高精度时间测量单元的另一端与所述光电转换单元的一端电连接，所述光电转换单元的另一端与所述升压电路电连接。
进一步地，所述激光发射器为垂直腔面激光发射器。
进一步地，所述光电转换单元包括比较器、跨阻放大器以及光电转换二极管，其中，所述比较器的一端与所述高精度时间测量单元电连接，所述比较器的另一端与所述跨阻放大器的一端电连接，所述跨阻放大器的另一端与所述光电转换二极管的一端电连接，所述光电转换二极管的另一端与所述升压电路电连接。
进一步地，所述光电转换二极管为硅光电倍增管或雪崩二极管。
进一步地，所述光电转换单元包括单光子雪崩二极管，所述单光子雪崩二极管的一端与所述高精度时间测量单元电连接，所述单光子雪崩二极管的另一端与所述升压电路电连接。
本实用新型带来了以下有益效果：
本实用新型所述的一种激光自动对焦装置，解决了手机采用传统自动对焦方式导致成本过高，在暗光条件下出现对焦难和对焦慢的问题，还降低了激光自动对焦的开发难度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实施例提供的一种激光自动对焦装置的总体结构示意图；
图2为本实施例提供的一种激光自动对焦装置的具体结构示意图
图3为本实施例提供的一种基于单光子雪崩二极管的激光自动对焦装置的结构示意图；
图4为本实施例提供的一种激光自动对焦方法的流程图；
图5为本实施例提供的一种驱动器的电路示意图；
图6为本实施例提供的一种高精度时间测量单元的电路示意图；
图中：
1-激光发射器、2-驱动器、3-微控制器、4-高精度时间测量单元、5-光电转换单元、51-比较器、52-跨阻放大器、53-光电转换二极管、6-升压电路、7-单光子雪崩二极管。
具体实施方式
如图1所示，一种激光自动对焦装置，包括激光发射端与激光接收端，所述激光发射端包括依次电连接的激光发射器1、驱动器2以及微控制器3，其中，所述激光发射器的类型包括但不限于垂直腔面发射激光器，所述激光接收端包括高精度时间测量单元4、光电转换单元5以及升压电路6，其中，高精度时间测量单元4的一端与所述微控制器3电连接，所述高精度时间测量单元4的另一端与所述升压电路6电连接，用于提高电压，以保证光电转换单元所需的额定高压。
如图2所示，光电转换单元5包括比较器51、跨阻放大器52以及光电转换二极管53，其中，所述比较器51的一端与所述高精度时间测量单元4电连接，所述比较器51的另一端与所述跨阻放大器52的一端电连接，所述跨阻放大器52的另一端与所述光电转换二极管53的一端电连接，所述光电转换二极管53的另一端与所述升压电路6电连接。所述光电转换二极管53的类型为硅光电倍增管或雪崩二极管，用于将激光接收端接收到的激光信号转换为电流信号，并将所述电流信号通过跨阻放大器52转换形成线性电压信号或非线性电压信号，比较器51基于所述电压信号的线性特征，判断高精度时间测量单元4最终接收到激光信号实际飞行时间，并最终根据读取时间差，计算激光信号飞行距离，推动AF马达会到相应位置完成对焦。通过采用本实用新型所述的一种激光自动对焦装置，解决了手机采用传统自动对焦方式所导致成本过高，且在暗光条件下出现对焦难和对焦慢的问题。
如图3所示，当光电转换单元为单光子雪崩二极管时，所述单光子雪崩二极管7的一端与所述高精度时间测量单元4电连接，所述单光子雪崩二极管7的另一端与所述升压电路6电连接。激光接收端仅需通过单光子雪崩二极管来接收激光信号，并将其转换成数字信号，直接发送高精度时间测量单元作为结束信号。然后读取时间差并计算距离，最后通过距离推动AF马达实现快速对焦。同样能够解决在暗光条件下出现对焦难和对焦慢的问题，且由于使用的元器件更少，还降低了装置的开发成本与使用成本。
在本实施例中，基于上述激光自动对焦装置的自动对焦方法，如图4所示，主要包括激光信号的发射过程与激光信号的接收过程，具体为如下步骤：
步骤1，首先通过微控制器初始化激光发射端的驱动器参数与激光接收端的高精度时间测量单元。
步骤2，当驱动器参数与激光接收端的高精度时间测量单元完成初始化后，同时向所述高精度时间测量单元与所述驱动器发送定时脉冲信号，并以高精度时间测量单元接收到所述脉冲信号时作为起始信号。
步骤3，将激光发射端发射的激光信号发送至雪崩二极管转换形成电流信号，并将所述电流信号发送至跨阻放大器处理。
步骤4，若检测到所述跨阻放大器将电流信号处理形成非线性电压信号，则以所述非线性电压信号发送至高精度时间测量单元时作为结束信号，若检测到所述跨阻放大器将电流信号处理形成线性电压信号，则将所述线性电压信号发送至比较器处理后再发送至高精度时间测量单元作为结束信号。
步骤5，通过读取步骤2至步骤4中结束信号的时间Tstop、激光发射端发射激光信号的时间Tstart以及激光信号经过驱动器与雪崩二极管所造成的
误差时间Terror，以求得激光信号在发射过程与接收过程的实际飞行时间Tflight，且由于激光信号在比较器和跨阻放大器的飞行时间较短，对结果影响很小，在计算实际飞行时间时可以忽略不计，所以得到实际飞行时间Tflight=Tstop-Tstart-Terror。
步骤6，基于所述步骤5中所求得的实际飞行时间Tflight，通过激光信
号飞行距离的公式：Sflight=Tflight* C，求得激光信号的飞行距离Sflight，其中，C为光速，即C=299792.458km/s，为方便计算，一般直接取整数光速为300000km/s。
在本实施例中，当求得飞行距离Sflight后，基于凸透镜成像原理中的光学公式：1/物距U+1/像距V=1/焦距F，其中，所述物距U即为上述求得的飞行距离Sflight，焦距F 则是根据手机所使用固定焦距镜头的已知焦距参数值，以求得像距V,并根据I=K1*V ，计算求得AF马达的马达载体驱动电流I，其中，K1表示马达位移和电流关系的斜率。当所述飞行距离Sflight达到AF马达的马达载体驱动电流I后，通过启动达AF马达实现快速对焦。
在本实施例中，激光自动对焦方法首先通过初始化高精度时间测量单元与驱动器参数，其中，所述高精度时间测量单元与所述驱动器参数的电路图可参考图5与图6，然后定时发送脉冲至驱动器以及高精度时间测量单元；然后发射激光信号通过雪崩二极管后，形成的电流通过跨阻放大器放大形成线性电压/非线性电压，若为非线性电压则直接给到高精度时间测量单元作为结束信号，若为线性电压则以通过比较器后发送至高精度时间测量单元作为结束信号；最后读取时间差，并计算实际激光信号的飞行距离，基于光学公式求得像距，进而求得计算求得AF马达的马达载体驱动电流I，在飞行距离达到AF马达的马达载体驱动电流I后，通过启动达AF马达实现快速对焦。
Claims (5)
1.一种激光自动对焦装置，包括激光发射端与激光接收端，所述激光发射端包括依次电连接的激光发射器（1）、驱动器（2）以及微控制器（3），其特征在于，所述激光接收端包括高精度时间测量单元（4）、光电转换单元（5）以及升压电路（6），其中，所述高精度时间测量单元（4）的一端与所述微控制器（3）电连接，所述高精度时间测量单元（4）的另一端与所述光电转换单元（5）的一端电连接，所述光电转换单元（5）的另一端与所述升压电路（6）电连接。
2.根据权利要求1所述的激光自动对焦装置，其特征在于，所述激光发射器（1）为垂直腔面激光发射器。
3.根据权利要求1所述的激光自动对焦装置，其特征在于，所述光电转换单元（5）包括比较器（51）、跨阻放大器（52）以及光电转换二极管（53），其中，所述比较器（51）的一端与所述高精度时间测量单元（4）电连接，所述比较器（51）的另一端与所述跨阻放大器（52）的一端电连接，所述跨阻放大器（52）的另一端与所述光电转换二极管（53）的一端电连接，所述光电转换二极管（53）的另一端与所述升压电路（6）电连接。
4.根据权利要求3所述的激光自动对焦装置，其特征在于，所述光电转换二极管为硅光电倍增管或雪崩二极管。
5.根据权利要求1所述的激光自动对焦装置，其特征在于，所述光电转换单元包括单光子雪崩二极管（7），所述单光子雪崩二极管（7）的一端与所述高精度时间测量单元（4）电连接，所述单光子雪崩二极管（7）的另一端与所述升压电路（6）电连接。
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