TWI461812B - 應用於相機模組之自動調焦方法 - Google Patents

Description

應用於相機模組之自動調焦方法

本發明係關於一種自動對焦方法，特別係一種應用於相機模組製造之自動調焦方法。

傳統的照相模組包括一影像感測器及一或多個透鏡組。透鏡組設置於影像感測器之上，以將入射光線的影像映至影像感測器之上。具有影像感測器之照相模組可以應用於數位相機、數位影像記錄器、手機、智慧型手機、監視器及其他具有照相功能的電子產品。照相模組不僅需要滿足輕薄短小之要求，且需要有較佳的照相性能。

於照相模組中，對焦是保證所記錄影像取得清晰效果的關鍵步驟。對焦係藉由調節鏡頭與影像感測元件之間的距離，使得像平面落在影像感測元件的成像表面。目前，常用的照相模組多採用自動對焦，亦即根據被拍攝物的距離，藉由驅動電路以驅動馬達而移動鏡片到相對應的位置上，以使得被拍攝物清晰成像。

自動對焦包括主動式自動對焦與被動式自動對焦。主動式自動對焦係藉由相機模組發射紅外線或超聲波到被攝物體，然後感應器根據被攝物體反射回來的紅外線或超聲波，通過數位信號處理器(Digital Signal Processor)計算，得出相機模組與被攝物體之距離，之後控制致動器以移動鏡頭而達到準確對焦。被動式自動對焦係相機模組接受來自被攝物體本身的反光來判斷距離以進行自動對焦。

於照相模組中，隨著鏡頭模組的解析度愈來愈高，為了保證影像品質，需要越來越嚴格的控制各項影響成像品質的因素。現行的照相模組組裝過程中，鏡頭與制動器的公差會造成調制轉換函數(Modulation Transfer Function：MTF)曲線偏移，使得鏡頭中央與角落的MTF值產生平衡的狀況，而影響相機模組的自動對焦與成像品質。MTF特性圖可以反映出鏡頭由中央區域到角落(邊緣)位置的畫質表現。

根據以上之習知技術的缺點，本發明提出一種嶄新的相機模組製造之自動調焦方法，以提升相機模組品質。

鑒於上述之缺點，本發明之一目的在於提供一種應用於相機模組製造之自動調焦方法，以提升因權重分配加上爬山方法而偏低的鏡頭中央清晰度。

本發明之另一目的在於提升因爬山方法而偏低的鏡頭角落清晰度。

本發明之另一目的在於改善相機模組於組裝過程中鏡頭與制動器的公差所造成的MTF曲線偏移，亦即鏡頭中央與角落的MTF值不平衡的狀況，以提升相機模組品質。

本發明提供一種應用於相機模組之自動調焦方法，包括底下之步驟：(a)藉由一處理單元計算一影像於一鏡頭的中央區域與四個角落區域的調制轉換函數之數值；(b)藉由該處理單元判斷中央區域的調制轉換函數之數值的下降或持平次數是否超過一預定值；以及(c)若超過該預定值，則 藉由該處理單元計算該四個角落區域的調制轉換函數之數值的平均值，以確定該中央區域的調制轉換函數之數值的最高值。

上述應用於相機模組之自動調焦方法更包括於步驟(a)之前進行影像的格式轉換。

若調制轉換函數之數值的下降或持平次數未超過該預定值，則推進鏡頭並重複執行步驟(a)，直到該調制轉換函數之數值的下降或持平次數超過該預定值。

其中推進鏡頭係藉由驅動一致動器以達成，致動器為一音圈馬達。其中央區域之調制轉換函數之數值決定驅動該音圈馬達步數的大小。

在確定該中央區域的調制轉換函數之數值的最高值之後，推進鏡頭回至該最高值。

本發明將配合實施例與隨附之圖式詳述於下。應可理解者為本發明中所有之實施例僅為例示之用，並非用以限制。因此除文中之實施例外，本發明亦可廣泛地應用在其他實施例中。且本發明並不受限於任何實施例，應以隨附之申請專利範圍及其同等領域而定。

本發明提供一種應用於相機模組製造之自動調焦方法。相機模組可以應用於數位相機、數位影像記錄器、手機、智慧型手機、個人數位助理、照相機、平板電腦、監視器及其他具有照相功能的電子產品手機。應用本發明的自動調焦方法，可以在相機模組(包括鏡頭、致動器以及光 學影像穩定元件等)的組裝完成之後提高鏡頭的清晰度。

在照相模組的自動對焦中，獲取相機模組與被攝物體的距離之後，需要使鏡頭移動一定距離，其係藉由致動器來控制。由於鏡頭的實際移動過程中，不會完全滑到預定位置，因此需要辨別鏡頭於相機模組中的實際滑動位置，否則難以準確控制鏡頭的移動。計算出所需移動量，藉由致動器驅動鏡頭移動所需移動量，以自動對焦。

本發明之應用於相機模組製造之自動調焦方法，包括：利用一爬山方法以找到鏡頭中央的焦點區域(MTF值最高)，並且搭配四個鏡頭角落的MTF平均值以決定該焦點區域內何處為峰值，以達到中央清晰度與角落清晰度皆佳的目的。其詳細方法如下所述。

第一圖顯示應用於相機模組之自動調焦方法之流程圖。首先，於步驟101中，啟動一開始程序。在本實施例中，例用一爬山方法(hill-climbing method)來執行自動對焦的程序。因此，底下開始啟動一爬山方法程序。爬山方法係一種自動對焦控制方法，其中攝影鏡頭起先於一方向移動，且比較攝影鏡頭移動前與移動後的對比訊號；若對比訊號位準增加，則攝影鏡頭繼續朝相同方向前進，而若對比訊號位準減少，則攝影鏡頭朝相反方向移動。爬山方法只需要短時間即可以精確控制焦距的方法。

接下來，於步驟102中，擷取一影像。例如，透過一系統板(system board)來擷取影像。系統板係為相機模組之一主板，其可為一印刷電路板。主板包括一中央處理器(或 處理單元)，得以執行指令、運算以及控制等功能。然後，於步驟103中，進行一影像格式轉換。在此步驟中，將所擷取的影像進行格式的轉換。之後，於步驟104中，計算格式轉換後的影像於鏡頭中央區域與角落區域的MFT值。然後，於步驟105中，輸出中央區域與角落區域的MFT值。其為計算後所得到的MFT值。接下來，於步驟106中，判斷MFT值是否下降。此判斷係利用計算後所得到的MFT值與一初始值作比較。若MFT值未降低，表示還在爬升階段。因此，攝影鏡頭需要繼續前進移動。接續步驟108，先行利用MFT值以決定攝影鏡頭移動大小。例如，由MFT值決定驅動音圈馬達步數的大小。然後，在步驟109中，驅動音圈馬達。推進攝影鏡頭，於步驟110中。在鏡頭推進時，透過MTF的數值大小判斷鏡頭推進的步數，在低MTF區域以跨大步方式快速增加鏡頭推進的步數，而在高MTF區域則以小步數方式搜尋。接續步驟102，重新擷取影像。透過計算MTF值和鏡頭推進持續進行尋找峰值。

上述之指令、計算或運算可以在主板的中央處理器中來執行。

相同地，於步驟106中，判斷MFT值是否下降。若MFT值開始下降，表示有一峰值產升。實際的MFT值或對比訊號有許多個子波峰(sub-peaks)，而焦距位置係在主波峰(main peak)之處。因此，在主波峰檢測到之前可能會檢測到子波峰，而攝影鏡頭停留在子波峰的位置。換言之， 於步驟106中，若MFT值下降，需要繼續下一個步驟107，考量是第幾次的下降。也就是已經有幾個峰值產升。在本實施例中，考量3次的MFT值下降或持平為基準。若MFT值下降或持平3次，則停止爬山方法的爬升階段；若MFT值下降或持平未達3次，則繼續爬山方法的爬升階段。接續步驟108，由中央MFT值決定驅動音圈馬達步數的大小。然後，在步驟109中，驅動音圈馬達，並推進攝影鏡頭，於步驟110中。再接續步驟102，重新擷取影像。重新尋找峰值。

在步驟107中，MFT值下降或持平3次，停止爬山方法的爬升階段之後。在MTF值連續下降或持平3次後判斷已越過主峰值。確定已找到鏡頭中央的焦點區域(MTF值最高)。

接下來，搭配四個鏡頭角落的MTF平均值以決定焦點區域內何處為主峰值。在步驟111中，計算鏡頭四個角落(包含左上、右上、左下與右下四個角落)MTF數值平均。亦即判斷中央峰值的角落MTF平均值。然後，在步驟112中，由角落MTF平均值來決定中央MTF峰值為何。然後，在步驟113中，驅動音圈馬達。推進攝影鏡頭，於步驟114中。因MTF數值已下降，則推進鏡頭至所紀錄MTF最高值(峰值)的步數，於步驟115中。在步驟116中，輸出MTF峰值。亦即得到中央MTF峰值，找到鏡頭中央的焦點區域(MTF值最高)。然後停止搜尋，於步驟117中。

第二圖顯示本發明之實際應用的MTF曲線圖。其中曲 線151為中央MTF曲線圖，而曲線152為四個角落的MTF平均的曲線圖。在第二圖中，橫座標表示聚焦透鏡的位置，而縱座標表示自動對焦的評估值。依照第二圖可以得知，利用本發明的方法在幾近最高值的中央MTF值150狀況下，可以得到角落MTF的較高值，同時兼顧了鏡頭中央以及角落的清晰度。直線160對應角落MTF平均值搭配中央MTF使用爬山方法。

第三圖顯示利用不同方法的MTF曲線圖。其中曲線121表示中央MTF曲線圖，曲線122表示四個角落的MTF平均的曲線圖，曲線123表示鏡頭角落與中央的權重MTF曲線圖。其中直線120係對應權重分配加上爬山方法，直線130對應角落MTF平均值搭配中央MTF使用爬山方法，直線140對應只使用爬山方法。由第三圖可知，只由爬山方法尋找峰值時，中央MTF值與角落MTF值分別為47與36，其角落的MTF值將為最低；而權重分配加上爬山方法由權重曲線123的最高點決定，中央MTF值與角落MTF值分別為45與39，雖然角落MTF值39較傳統爬山方法MTF值36上升了，但重要的中央MTF值45卻下降了。本發明所述方法可由第三圖得知，中央MTF值47與傳統爬山方法相同，但是角落MTF值38卻是大為提升；而與權重加上爬山方法相比，重要的中央MTF值提升，但角落MTF卻下降不多。

利用爬山方法加上分配鏡頭角落與中央的MTF值權重來改善角落區域的清晰度，但會影響中央MTF值；而僅 利用爬山方法將中央的清晰度提升到最佳，但角落清晰度則偏低。但本方法是利用角落MTF平均值搭配中央MTF使用爬山方法，進而達到角落與中央MTF數值皆高。

對熟悉此領域技藝者，本發明雖以實例闡明如上，然其並非用以限定本發明之精神。在不脫離本發明之精神與範圍內所作之修改與類似的配置，均應包含在下述之申請專利範圍內，此範圍應覆蓋所有類似修改與類似結構，且應做最寬廣的詮釋。

101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117‧‧‧步驟

120、130、140、160‧‧‧直線

121、122、123‧‧‧曲線

150‧‧‧中央MTF值

第一圖顯示本發明之應用於相機模組之自動調焦方法之流程圖。

第二圖顯示本發明之實際應用的MTF曲線圖。

第三圖顯示利用不同方法的MTF曲線圖。

101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種應用於相機模組之自動調焦方法，包括：(a)藉由一處理單元以決定一影像於一鏡頭的中央區域與四個角落區域的調制轉換函數之數值；(b)藉由該處理單元判斷該中央區域的該調制轉換函數之數值的下降或持平次數是否超過一預定值；以及(c)若超過該預定值，則藉由該處理單元以決定該四個角落區域的調制轉換函數之數值的平均值，以確定該中央區域的調制轉換函數之數值的最高值。
2. 如請求項第1項之應用於相機模組之自動調焦方法，更包括於該步驟(a)之前進行該影像的格式轉換。
3. 如請求項第1項之應用於相機模組之自動調焦方法，其中若該調制轉換函數之數值的下降或持平次數未超過該預定值，則推進該鏡頭並執行該步驟(a)，直到該調制轉換函數之數值的下降或持平次數超過該預定值。
4. 如請求項第3項之應用於相機模組之自動調焦方法，其中推進該鏡頭係藉由驅動一致動器以達成。
5. 如請求項第4項之應用於相機模組之自動調焦方法，其中該致動器為一音圈馬達。
6. 如請求項第5項之應用於相機模組之自動調焦方法，其該中央區域之該調制轉換函數之數值決定驅動該音圈馬達步數的大小。
7. 如請求項第1項之應用於相機模組之自動調焦方法，其中確定該中央區域的調制轉換函數之數值的最高值之後，推進該鏡頭回至該最高值。
8. 如請求項第7項之應用於相機模組之自動調焦方法，其中推進該鏡頭係藉由驅動一致動器以達成。
9. 如請求項第8項之應用於相機模組之自動調焦方法，其中該致動器為一音圈馬達。
10. 如請求項第8項之應用於相機模組之自動調焦方法，其中該預定值為三次。