TWI785796B - 具音圈馬達之自動對齊的對焦結構 - Google Patents

Abstract

本發明係一種具音圈馬達之自動對齊的對焦結構，能應用於一相機模組中，其中，該對焦結構的複數個音圈馬達能夠推動一電路板位移，該電路板背對各該音圈馬達的一側面設有一影像感測器，該影像感測器能將感測到的資訊傳送至一圖像處理器，以使該圖像處理器將其轉換成對應的一影像資訊，並能根據該影像資訊運算出一平整度偏差數值後，產生至少一位移控制訊息，進而令各該音圈馬達推動該電路板，以使該電路板連同該影像感測器之一側面能與一鏡頭保持對齊與平整，並使物像落在該影像感測器以完成對焦。

Description

具音圈馬達之自動對齊的對焦結構

本發明係關於對焦結構，尤指一種透過複數個音圈馬達進行自動後焦距調整的對焦結構。

隨著智慧型手機的興起，以及其上所配置的鏡頭愈來愈好，攝影風氣逐漸蔚為流行，尤其是，社群網站的蓬勃發展更是令人們無時無刻以照片書寫生活，此種情況，也導致了許多人不再只滿足手機攝像，開始追求各種類型的數位相機，例如，單眼相機、微單眼相機、類單眼相機等。

目前相機規格的主要設計趨勢，係朝向超薄外型與高畫素發展而成，故造成相機模組的尺寸持續微型化，且高畫素的相機模組產品，通常會提供自動對焦等功能。一般來說，相機中用以成像的結構至少包含了鏡頭、快門與感光元件，其中，鏡頭是由多片透鏡所組合而成，且鏡頭的光學特性(例如：焦距)亦會對成像品質造成影響，而"對焦(Focus)"是使外界的影像(或稱物像)能夠恰好落於感光元件上，以拍攝出清晰的照片。以下為凸透鏡成像公式： 1/u + 1/v = 1/f 承上，前述公式中，u指物距，v指像距，f指焦距，由於鏡頭的焦距能夠事先確定，因此，只要取得物距或像距其中之一，便能夠計算出剩餘數值，進而衍生出主動式對焦技術(active auto-focus technique)，該技術是利用外加的測距儀器(如：雷射、紅外線等)測量出物距，以達到對焦目的。然而，增添測距儀器會造成相機的成本上升，且無法有效地縮減體積，因此，又衍生出被動式對焦技術(passive auto-focus technique)，該技術是利用軟體演算法對影像進行處理，並在檢測出對高對比度(最佳清晰度)時即判定為合焦。如此，不僅能夠符合數位相機之輕薄短小的設計主流，還能免除測距儀器的成本支出。

當相機透過被動式對焦技術進行自動對焦時，普遍作法是採用音圈馬達(Voice Coil Motor，簡稱VCM)移動鏡頭，直至該鏡頭移動到影像清晰的位置(即，合焦的位置)，但是，在部分攝像裝置中，受到了機構的影響，可能會限制鏡頭的移動，此時，前述自動對焦的結構將無法妥善地應用，甚至業者需要額外設計出複雜的機構以滿足對焦需求。

為能解決前述問題，發明人憑藉著多年來專業從事各式設計、加工及製造之豐富實務經驗，且秉持著精益求精的研究精神，在經過長久的努力研究與實驗後，終於研發出本發明之一種具音圈馬達之自動對齊的對焦結構，期藉由本發明之問世，提供使用者更佳的使用經驗。

本發明之一目的，係提供一種具音圈馬達之自動對齊的對焦結構，係應用於相機模組，包括一基板、複數個音圈馬達、一電路板、一影像感測器與一圖像處理器，其中，各該音圈馬達設置於該基板之一側面，且彼此相隔一距離；該電路板係位於該等音圈馬達之一端，且能被該等音圈馬達推動而位移；該影像感測器係位於該電路板之一側面，且能將光信號轉換成類比電信號；該圖像處理器能位於該相機模組中，且能取得該影像感測器傳來的類比電信號，並直接或間接轉換成對應的一影像資訊，並能根據該影像資訊運算出一平整度偏差數值後，產生對應的至少一位移控制訊息，在將各該位移控制訊息傳送至各該音圈馬達，令各該音圈馬達推動該電路板，以使該電路板連同該影像感測器之一側面能與一鏡頭保持對齊與平整，並使物像落在該影像感測器以完成對焦。如此，本發明無需使用昂貴的校正傾斜度設備，只要控制各該音圈馬達推動電路板的距離，便能夠使電路板連同其上的影像感測器，與鏡頭間保持平整，以使鏡頭的光軸能夠與電路板(包含影像感測器)保持直交。

可選地，該圖像處理器設有一原始平整度值，在該圖像處理器產生該影像資訊的情況下，其會根據該原始平整度值與該平整度偏差數值，而產生各該位移控制訊息。

可選地，該對焦結構設有四個音圈馬達，且該等音圈馬達分別靠近該電路板的四個角落處。

可選地，該影像感測器係設置於該電路板的中央區域。

可選地，該影像感測器係為CMOS規格。

可選地，該音圈馬達僅能以自身軸向推動該電路板。

為便 貴審查委員能對本發明目的、技術特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

為使本發明之目的、技術內容與優點更加清楚明白，以下結合具體實施方式，並參照附圖，對本發明所公開的實施方式進一步詳細說明。本領域之技藝人士可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果，且本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外事先聲明，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸進行描繪。

應理解，在本發明之說明書中任何地方所使用的實施例，包括任何術語的使用，都僅是說明性，絕不限制本發明或任何術語的範圍與含義。同樣地，本發明並不侷限於說明書所揭露的各種實施例。雖然本文中可能使用術語第一、第二或第三等來描述各種元件，但各該元件不應受前述術語的限制，前述術語主要是用以區分一元件與另一元件，而不應對任何元件施加任何實質性限制，且不應限制各個元件在實際應用上的組裝或設置順序。另外實施例中提到的方向用語，例如“上(頂)”、“下(底)”、“前”、“後”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明的保護範圍。

本發明係一種具音圈馬達之自動對齊的對焦結構，且是應用於相機模組上，其中，該相機模組中所採用的鏡頭會被機構固定住而無法位移，因此，本發明的對焦結構是採用自動後焦距調整(Auto Back Focus，簡稱ABF)。請參閱第1及2圖所示，在一實施例中，該對焦結構包括一基板11、複數個音圈馬達12、一電路板13、一影像感測器14與一圖像處理器15，其中，該等音圈馬達12能設置於該基板11的一側面，且彼此相隔一距離，由於音圈馬達12的結構屬於習知技術，在此不與贅述，只要各該音圈馬達12足以達成後續說明的功效，即為本發明所稱之音圈馬達12。

承上，請參閱第3A及3B圖所示，該電路板13位於各該音圈馬達12的一端，且能被各該音圈馬達12推動而位移，以第3B圖的方向為例，該電路板13會被音圈馬達12推動而上下位移。在該實施例中，該音圈馬達12僅能以自身軸向推動該電路板13上下移動，且其數量為四個，並能分別靠近該電路板13的四個角落處，但不以此為限，在本發明之其它實施例中，業者能夠根據產品需求，調整音圈馬達12的數量以及其對應電路板13的位置。

另外，復請參閱第1及2圖所示，該影像感測器14係位於該電路板13背對該音圈馬達12的一側面，使得該影像感測器14與電路板13兩者能形成一感測器板(sensor board)，當光線經由鏡頭16而投射至該影像感測器14後，該影像感測器14能夠將光信號轉換成類比電信號。在該實施例中，該影像感測器14為CMOS規格，且設置於該電路板13的中央區域，但不以此為限，在本發明之其他實施例中，該影像感測器14還能為電荷耦合元件(Charge Coupled Device，簡稱CCD)。又，當該電路板13被該等音圈馬達12推動而上下位移時，將會改變該影像感測器14與鏡頭16間的距離，如第3A及3B圖所示，其中，第3A圖的第一間距H1係為電路板13還未被音圈馬達12推動時，影像感測器14與鏡頭16間的距離；第3B圖的第二間距H2係為電路板13已經被音圈馬達12推動時，影像感測器14與鏡頭16間的距離；且第一間距H1將會大於第二間距H2。

復請參閱第1圖所示，該圖像處理器15係位於該相機模組中，其能夠設置於該電路板13上，或者是其它電路板(第1圖係繪製為圖像處理器15非位於電路板13)，該圖像處理器15能電氣連接至該影像感測器14，以能取得該影像感測器14傳來的類比電信號，並轉換成對應的一影像資訊，其中，該影像感測器14與圖像處理器15兩者間能設有一類比/數位轉換電路(A/D Conversion Circuit)，以將該影像感測器14所形成的類比電信號，轉換成數位信號，方便圖像處理器15進行後續處理，惟，在本發明之其它實施利中，根據電路架構的設計需求，該類比/數位轉換電路亦可整合至圖像處理器15中。

承上，復請參閱第1圖所示，該圖像處理器15能根據該影像資訊運算出一平整度偏差數值。前述用以運算的演算法能夠採用快速傅利葉頻域轉換法(Fast Fourier Transform，簡稱FFT)、離散餘弦轉換法(Discrete Cosine Transform，簡稱DCT)或梯度法(Gradient Method)等。簡單來說，清晰(合焦)的影像中，相鄰像素間的灰階值之差值較大，尤其是邊緣部分，換言之，清晰(合焦)的影像會呈現出明顯的邊緣，但是模糊(失焦)的影像則無前述特性，因此，該圖像處理器15透過前述演算法將能夠取得拍攝目標影像由失焦改變至合焦所需的平整度偏差數值。之後，該圖像處理器15能依照前述的運算結果，產生對應的至少一位移控制訊息，並將各該位移控制訊息傳送至各該音圈馬達12，令各該音圈馬達12能推動該電路板13，直到該電路板13上的影像感測器14與鏡頭16間保持合焦距離。如此，由於每一個音圈馬達12的推動距離能夠相同或不同，故，透過控制不同音圈馬達12推動電路板13的方式，將能夠調整該電路板13(包含影像感測器14)與鏡頭16間的位置，以及該電路板13自身的傾斜度，以使該電路板13連同該影像感測器14之一側面能與該鏡頭16保持對齊與平整，並使物像落在該影像感測器14以完成對焦(合焦)。

再者，在該實施例中，復請參閱第1及2圖所示，該圖像處理器15設有一原始平整度值，在該圖像處理器15產生該影像資訊的情況下，其會根據該原始平整度值與該平整度偏差數值，而產生各該位移控制訊息。其中，該原始平整度值係為該電路板13(包含影像感測器14)與該鏡頭16兩者間的距離，前述距離的含意還包括了電路板13與鏡頭16的傾斜角度，又，該圖像處理器15能根據該原始平整度值與該平整度偏差數值，而計算出該電路板13需要位移的距離，並推算出各該音圈馬達12的個別推動距離，以使該影像感測器14能擷取到清晰的影像(即，對焦清楚的影像)。

一般來說，相機模組在生產初期，為了保持鏡頭16與電路板13(包含影像感測器14)兩者間的平整度，通常需要透過昂貴的設備來調整其傾斜度，以使鏡頭16之透鏡161的光軸L能夠與電路板13(包含影像感測器14)保持直交(即，保持良好的平整度)，此種情況將會造成業者負擔成本上升。然而，透過本發明的整體結構，該圖像處理器15能夠根據鏡頭16的有效焦距與對焦目標，例如，第4圖中位於左邊的透鏡161，其有效焦距為5.0毫米(mm)且對應於拍攝目標21；第4圖中位於右邊的透鏡161，其有效焦距為60.0毫米(mm)且對應於拍攝目標22；該圖像處理器15接收了影像感測器14傳來的拍攝資訊後，能夠產生對應的影像資訊，並運算出符合前述影像資訊的平整度值(如第5圖之粗黑線所示)，之後，該圖像處理器15能以該原始平整度值及前述平整度值，計算出平整度偏差數值(如第5圖之虛線所示)，並產生出各該音圈馬達12所需推動電路板13的位移控制訊息，使得該電路板13(包含影像感測器14)與鏡頭16之透鏡161的光軸L保持直交或實質上直交，令該電路板13(包含影像感測器14)達到對齊與平整的效果，如此，不僅能夠免除習知需要使用昂貴設備來調整傾斜度之設備成本，且當後續使用過程中，鏡頭16因外力或其它因素發生偏斜時，多個音圈馬達12仍然能夠便利地調整電路板13(包含影像感測器14)與鏡頭16間的平整度。

按，以上所述，僅係本發明之較佳實施例，惟，本發明所主張之權利範圍，並不侷限於此，按凡熟悉該項技藝人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

[習知] 無 [本發明] 11:基板 12:音圈馬達 13:電路板 14:影像感測器 15:圖像處理器 16:鏡頭 161:透鏡 21、22:拍攝目標 H1:第一間距 H2:第二間距 L:光軸

[第1圖]係本發明之對焦結構與鏡頭的爆炸示意圖； [第2圖]係本發明之對焦結構的立體圖； [第3A圖]係本發明之音圈馬達未推動電路板的側視圖； [第3B圖]係本發明之音圈馬達已推動電路板的側視圖； [第4圖]係本發明之對焦結構、鏡頭與拍攝目標的示意圖；及 [第5圖]係本發明之對焦結構運算拍攝目標之平整度值與平整度偏差數值的示意圖。

11:基板

12:音圈馬達

13:電路板

14:影像感測器

15:圖像處理器

16:鏡頭

Claims (5)

1. 一種具音圈馬達之自動對齊的對焦結構，係應用於相機模組，包括：一基板；四個音圈馬達，係設置於該基板之一側面，且彼此相隔一距離；一電路板，係位於該等音圈馬達之一端，且能被該等音圈馬達推動而位移，其中，該電路板靠近四個角落處分別對應於各該音圈馬達；一影像感測器，係位於該電路板之一側面，且能將光信號轉換成類比電信號；及一圖像處理器，係位於該相機模組中，且能取得該影像感測器傳來的類比電信號，並直接或間接轉換成對應的一影像資訊，並能根據該影像資訊運算出一平整度偏差數值後，產生對應的至少一位移控制訊息，在將各該位移控制訊息傳送至各該音圈馬達，令各該音圈馬達推動該電路板，以使該電路板連同該影像感測器之一側面能與一鏡頭保持對齊與平整，並使物像落在該影像感測器以完成對焦。
2. 如請求項1所述之對焦結構，其中，該圖像處理器設有一原始平整度值，在該圖像處理器產生該影像資訊的情況下，其會根據該原始平整度值與該平整度偏差數值，而產生各該位移控制訊息。
3. 如請求項1所述之對焦結構，其中，該影像感測器係設置於該電路板的中央區域。
4. 如請求項1所述之對焦結構，其中，該影像感測器係為CMOS規格。
5. 如請求項1所述之對焦結構，其中，該音圈馬達僅能以自身軸向推動該電路板。

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