CN101419322B - 镜头模组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镜头模组,包括镜筒、镜座、一永久磁铁、多个电磁铁及一个控制器,所述镜筒和镜座通过螺纹旋合,所述永久磁铁固设于镜筒,所述多个电磁铁固设于镜座,且环绕镜筒排列,至少一个电磁铁的一个磁极与永久磁铁的一个磁极相对,所述控制器用于控制与所述永久磁铁磁极相对的电磁铁产生与所述永久磁铁相斥的磁力,所述控制器同时用于控制与所述永久磁铁磁极相对的电磁铁相邻的其中一个电磁铁产生与所述永久磁铁相吸引的磁力、以及控制与所述永久磁铁磁极相对的电磁铁相邻的另一个电磁铁产生与所述永久磁铁相排斥的磁力,以带动镜筒相对于镜座旋转,从而实现自动对焦。本技术方案的镜头模组结构简单,成本较低,并具有较大的自动对焦行程。
Description
技术领域
本发明涉及镜头模组,尤其涉及一种具有自动对焦功能的镜头模组。
背景技术
随着多媒体技术的发展,数码相机、摄像机越来越为广大消费者所青睐,在人们对数码相机、摄像机追求小型化的同时,又希望在同一位置可拍摄远近距离不同的影像,并获得清晰的图像画面,由此具有自动对焦功能的镜头模组应运而生。
自动对焦技术使得镜头模组能根据物体的远近,自动调整镜头模组的成像光学元件的位置,以使得镜头模组的成像平面上的成像清晰,从而数码相机、摄像机等取像装置可拍摄距离不同的被摄物体的清晰图像。常用的具有自动对焦功能的镜头模组通常采用致动单元来调节成像光学元件的位置。
音圈马达(Voice-Coil Motor,VCM)是近来应用较多的致动单元,其通过平衡马达和弹簧回返装置控制对焦透镜组的位置。Tae-Kyu Kim等人于2006年5月发表于In Proceedings of IEEE International Conference on Acoustics,Speech,and Signal Processing(ICASSP)第3卷的文献“Fast Auto-FocusControl Algorithm Using the VCM Hysteresis Compensation in the MobilePhone Camera”揭示了一种移动电话的相机模组的快速对焦控制方法。然而,具有音圈马达致动单元的镜头模组不但结构复杂、成本较高,而且自动对焦行程也较为有限。
因此,有必要提供一种结构简单、成本较低、具有较大自动对焦行程的镜头模组。
发明内容
以下将以实施例说明一种镜头模组,其结构简单、成本较低,并具有较大的自动对焦行程。
一种镜头模组,包括镜筒、镜座、一永久磁铁、多个电磁铁及一个控制器,所述镜筒和镜座通过螺纹旋合,所述永久磁铁固设于镜筒,所述多个电磁铁固设于镜座,且等间距地环绕镜筒排列,至少一个电磁铁的一个磁极与永久磁铁的一个磁极相对,所述多个电磁铁的数量为n个,其中n≥4,所述控制器用于控制与所述永久磁铁磁极相对的电磁铁产生与所述永久磁铁相斥的磁力,所述控制器同时用于控制与所述永久磁铁磁极相对的电磁铁相邻的其中一个电磁铁产生与所述永久磁铁相吸引的磁力、以及控制与所述永久磁铁磁极相对的电磁铁相邻的另一个电磁铁产生与所述永久磁铁相排斥的磁力,所述两个排斥力及所述吸引力共同作用带动镜筒相对于镜座旋转1/n圆周,以实现自动对焦。
本技术方案的镜头模组结构简单、成本较低,其通过控制器控制所述多个电磁铁的磁场方向改变镜筒与镜座之间的扭力,从而可使得镜筒相对于镜座旋转,并进一步调节镜筒内的成像光学元件与镜座内的影像传感器之间的距离,实现焦距或放大倍数的自动调整。并且,由于镜筒和镜座具有较长的旋合螺纹,因此本技术方案的镜头模组具有较大的自动对焦行程。
附图说明
图1是本技术方案第一实施例提供的镜头模组的剖示图。
图2是本技术方案第一实施例提供的镜头模组的俯示图。
图3是本技术方案第一实施例提供的镜头模组进行自动对焦前的俯示图。
图4是本技术方案第一实施例提供的镜头模组进行自动对焦时的俯示图。
图5是本技术方案第一实施例提供的镜头模组进行自动对焦后的俯示图。
图6是本技术方案第二实施例提供的镜头模组的俯示图。
图7是本技术方案第二实施例提供的镜头模组进行自动对焦前的俯示图。
图8是本技术方案第二实施例提供的镜头模组进行自动对焦后的俯示图。
图9是本技术方案第三实施例提供的镜头模组的剖示图。
具体实施方式
下面将结合附图及多个实施例,对本技术方案提供的镜头模组作进一步的详细说明。
请一并参阅图1及图2,本技术方案第一实施例提供的镜头模组10可进行自动对焦,其包括镜筒11、光学镜片组12、镜座13、影像传感器14、永久磁铁15、多个电磁铁16以及控制器17。
所述镜筒11为圆筒体,由筒壁110围合而成。筒壁110具有相对的内壁1101和外壁1102,所述内壁1101用于通过粘胶方式收容、固定光学镜片组12。所述外壁1102局部或全部设置有外螺纹,以便于配合旋入镜座13。所述镜筒11具有相对的第一端部111和第二端部112,所述第一端部111靠近物侧,具有阶梯孔1110,所述阶梯孔1110可用于控制经由被摄物体反射而入射至镜筒11内的光线的入射角。所述第二端部112靠近像侧,通常收容于镜座13内。本实施例中,仅在靠近第二端部112的部分外壁1102设置外螺纹。
所述光学镜片组12用于对被摄物体进行光学成像,其可包括沿光轴方向依次设置的对焦透镜组121及滤光片122。对焦透镜组121靠近第一端部111设置。本实施例中,对焦透镜组121依次包括三个透镜1211,1212及1213。三个透镜1211,1212及1213之间设置有间隔体123,以防止相邻两个透镜之间因接触或碰撞而导致透镜损伤。所述三个透镜1211,1212及1213的材料不限,其可以为玻璃、塑胶或复合透镜。所述三个透镜1211,1212及1213的形状也不限,其可以为球面透镜或非球面透镜。另外,对焦透镜组121的透镜数量也不限于三个,其可以为两个,四个或更多个透镜。所述滤光片122靠近第二端部112设置。滤光片122可以为红外截止滤波片、紫外截止滤光片或其它滤光片。
所述镜座13包括第一座体131和第二座体132。第一座体131与镜筒11的第二端部112配合,从而可收容部分或全部镜筒11。第二座体132位于第一座体131下方并与第一座体131连接成一体。所述第二座体132用于收容影像传感器14。本实施例中,第一座体131为圆环体,其内径与镜筒11的外径相同,且第一座体131的内壁1311设置有与镜筒11的外螺纹相配合的内螺纹,以收容设置有外螺纹的部分镜筒11。第二座体132为方形筒体,其长度、宽度均大于第一座体131的外径,因此,第二座体132与第一座体131的连接处具有一凸台133。当然,第二座体132也可以为其它形状,其尺寸也可以与第一座体131的尺寸大致相同。
所述影像传感器14收容于第二座体132,用于接收被摄物体经由光学镜片组12形成的光学成像,并将该光学成像转换成相应的电子影像信号作为输出信号。本实施例中,影像传感器14连接于电路板141上,并通过电路板141传输、转换影像传感器14的输出信号。所述影像传感器14可选用电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。所述影像传感器14的分辨率可为1.3百万像素,2百万像素,3百万像素或更高。通常来说,当所述影像传感器14的分辨率为3百万像素及以上时,相应的对焦透镜组121可设置有4片或更多片非球面透镜。
所述永久磁铁15可以设置于镜筒11的外壁1102,也可以设置于镜筒11的外壁1102与内壁1101之间,即,嵌设于镜筒11的筒壁110内。本实施例中,永久磁铁15为长条形,固设于镜筒11的外壁1102,且其纵长方向平行于镜筒11的轴线。优选的,为避免影响镜筒11的外螺纹,永久磁铁15可靠近镜筒11的第一端部111。所述永久磁铁15可以通过粘结固定、螺钉固定、支架固定等方法固设于镜筒11。所述永久磁铁15可以为合金永磁材料,例如稀土永磁材料、钐钴永磁材料、钕镍钴永磁材料等,也可以为铁氧体永磁材料,例如烧结铁氧体永磁材料、粘结铁氧体永磁材料、注塑铁氧体永磁材料等。
所述多个电磁铁16等间距地环绕镜筒11排列,且相对于镜筒11的轴线对称分布。多个电磁铁16可以固设于镜座13的第一座体131的外壁、第一座体131的顶部,也可以固设于凸台133,还可以固设于第二座体132的外壁。本实施例中,镜头模组10包括8个长条状的电磁铁16,8个电磁铁16间隔一定距离地固设于第一座体131顶部,均与永久磁铁15的纵长方向平行。并且,每一电磁铁16均包括围绕有线圈1603的软磁部1601及未围绕线圈1603的无磁部1602。所述软磁部1601与永久磁铁15相对,即,软磁部1601的磁极与永久磁铁15的磁极相对,以使电磁铁16与永久磁铁15之间具有相互作用力。本实施例中,软磁部1601与永久磁铁15平行,软磁部1601在镜筒11轴线方向上的长度相近或略大于永久磁铁15在镜筒11轴线方向上的的长度,软磁部1601的两个磁极分别与永久磁铁15的两个磁极沿垂直于镜筒11轴线方向相对色设置,从而电磁铁16与永久磁铁15之间具有较强的相互作用力。所述线圈1603与电源部1604连接,可以通过电源部1604对线圈1603中电流的流向进行控制,从而,对软磁部1601的磁场方向进行控制,这样电磁铁16的软磁部1601的磁极可以根据需要进行相应的控制或改变。
当然,每一电磁铁16可以仅具有软磁部1601。即,无磁部1602也可以围绕有线圈1603而成为软磁部。每一软磁部1601也可以不通过无磁部1602而通过一支架连接、固定于镜座13。
所述控制器17用于根据影像传感器14的输出信号控制多个电磁铁16的磁场方向,故控制器17与影像传感器14、多个电磁铁16均有连接。控制器17可以包括处理电路和驱动电路,所述处理电路用于处理影像传感器14的输出信号,所述驱动电路用于控制多个电磁铁16的线圈电流流向。确切地说,控制器17与电路板141、电源部1604均具有连接关系。处理电路从电路板141处获得图像或数字信号并对该信号进行处理,得出光学镜片组12需要移动的方向及距离。驱动电路根据处理电路的处理结果驱动电源部1604,进而控制每一电磁铁16的线圈1603的电流流向,即,控制每一电磁铁16的磁场方向。
由于多个电磁铁16的磁场方向可以改变,永久磁铁15与多个电磁铁16之间的作用力可以发生变化,从而可带动镜筒11相对于镜座13发生相对转动直至永久磁铁15与多个电磁铁16之间的作用力趋于稳定。因而,控制器17可通过控制多个电磁铁16的磁场方向使得镜筒11内的光学镜片组12相对于镜座13内的影像传感器14上下移动,从而实现镜头模组10的自动对焦过程。
例如,请参阅图3,镜头模组10进行自动对焦前,永久磁铁15与第一电磁铁161相对,且永久磁铁15的N极靠近物侧即靠近镜筒11的第一端部111,永久磁铁15的S极靠近镜筒11的像侧即靠近镜筒11的第二端部112。当控制器17的处理电路对影像传感器14的输出信号处理后认为应当使得镜筒11带动对焦透镜组121向下移动,而镜筒11的外螺纹为向下安装的右旋螺纹时,镜筒11应当顺时针旋转即向右旋转,以向下移动。具体地,驱动电路应当控制与永久磁铁15相对的第一电磁铁161的线圈电流流向,使得第一电磁铁161的N极与永久磁铁15的N极相对、第一电磁铁161的S极与永久磁铁15的S极相对,并控制与该第一电磁铁161相邻且位于其右侧即旋转方向侧的第二电磁铁162的线圈电流流向,使得第二电磁铁162的S极靠近第一端部111,第二电磁铁162的N极靠近第二端部112,如图4所示。从而,第一电磁铁161与永久磁铁15之间具有斥力、第二电磁铁162对永久磁铁15具有引力,将使得永久磁铁15向第二电磁铁162靠近直至永久磁铁15与第二电磁铁162相对,则永久磁铁15与多个电磁铁16之间的作用力相对稳定。请参阅图5,即,永久磁铁15将带动镜筒11相对于镜座13向右旋转1/8圆周(45度),从而使得镜筒11带动对焦透镜组121向下移动1/8螺距。同理,重复如上调节,即可使得镜筒11不断向下移动,直至移动至指定距离。如此,镜头模组10通过镜筒11相对于镜座13的自动旋转而实现光学镜片组12与影像传感器14之间的距离变化,即,实现自动对焦。
请再次参阅图4,如果控制器17控制第一电磁铁161、第二电磁铁162的线圈电流流向时,同时也控制与第一电磁铁161相邻且位于其左侧即逆时针方向侧的第三电磁铁163的磁场方向,使得第三电磁铁163与永久磁铁15之间也具有斥力的话,则可使得镜筒11具有更大的扭力向右旋转即往顺时针方向旋转,从而可获得更快的自动对焦效果。
另外,镜头模组10的电磁铁16的数量可视自动对焦的精度而定,可以为4个、6个或其它个数。
当然,镜头模组10的永久磁铁15的数量也可以为两个或两个以上。
请参阅图6,本技术方案第二实施例的镜头模组20与第一实施例的镜头模组10大致相同,其不同之处在于:镜头模组20具有相对设置的第一永久磁铁251和第二永久磁铁252。
请参阅图7,如果镜头模组20进行自动对焦前,第一永久磁铁251、第二永久磁铁252分别与第一电磁铁261、第二电磁铁262相对,且第一永久磁铁251的N极、第二永久磁铁252的S极均靠近镜筒21的物侧即靠近第一端部。当控制器27认为应当使得光学镜片组向上移动,而镜筒21的外螺纹为向下安装的右旋螺纹时,控制器27应当控制第一电磁铁261的N极靠近第一端部并与第一永久磁铁251的N极相对,同时使得位于第一电磁铁261左侧的第三电磁铁263的S极、位于第一电磁铁261右侧的第四电磁铁264的N极均靠近镜筒21的第一端部。同时控制器27还可以控制第二电磁铁262的S极、位于第二电磁铁262左侧的第五电磁铁265的N极、位于第一电磁铁261右侧的第六电磁铁264的S极均靠近镜筒21的第一端部。从而,第一永久磁铁251与第一电磁铁261、第四电磁铁264相斥,与第三电磁铁263相吸,即,第一电磁铁261、第三电磁铁263、第四电磁铁264将使得第一永久磁铁251带动镜筒21向左旋动。同时,第二永久磁铁252与第二电磁铁262、第六电磁铁266相斥,与第五电磁铁265相吸,即,第二电磁铁264、第五电磁铁265、第六电磁铁266将使得第二永久磁铁252也带动镜筒21向左旋动。
由于第一永久磁铁251、第二永久磁铁252的受到的作用力方向一致,均可使得镜筒21相对于镜座23向左旋转,因此,本实施例的镜头模组20相较于第一实施例的镜头模组10可以具有更快的旋转速度,可更快地实现自动对焦过程。即,第一永久磁铁251可更快旋转至与第三电磁铁263相对,第二永久磁铁252可更快旋转至与第五电磁铁265相对,如图8所示。此时,镜筒21带动光学镜片组向上移动1/8螺距。
当然,镜头模组20的电磁铁26的数量可以为其它个数。永久磁铁25的数量也可以为两个以上,仅需每一永久磁铁25受到的作用力方向一致即可。
请参阅图9,本技术方案第三实施例的镜头模组30与第一实施例的镜头模组10大致相同,其不同之处在于:电磁铁36通过支架361固设于永久磁铁35下方,电磁铁36的一个磁极与永久磁铁35的一个磁极沿平行于镜筒31轴线方向相对设置。从而,同样可以通过控制器37改变电磁铁36的磁场方向改变电磁铁36与永久磁铁35之间的作用力,并进一步使得永久磁铁35带动镜筒31相对于镜座33旋转,实现自动对焦。
本技术方案的镜头模组结构简单、成本较低,其通过控制器控制所述多个电磁铁的磁场方向改变镜筒与镜座之间的扭力,从而可使得镜筒相对于镜座旋转,并进一步调节镜筒内的成像光学元件与镜座内的影像传感器之间的距离,实现焦距或放大倍数的自动调整。并且,由于镜筒和镜座具有较长的旋合螺纹,因此本技术方案的镜头模组具有较大的自动对焦行程。
可以理解的是,对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形,而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种镜头模组,包括镜筒和镜座,所述镜筒和镜座通过螺纹旋合,其特征在于,所述镜头模组还包括一永久磁铁、多个电磁铁及一个控制器,所述永久磁铁固设于镜筒,所述多个电磁铁固设于镜座,且等间距地环绕镜筒排列,至少一个电磁铁的一个磁极与永久磁铁的一个磁极相对,所述多个电磁铁的数量为n个,其中n≥4,所述控制器用于控制与所述永久磁铁磁极相对的电磁铁产生与所述永久磁铁相斥的磁力,所述控制器同时用于控制与所述永久磁铁磁极相对的电磁铁相邻的其中一个电磁铁产生与所述永久磁铁相吸引的磁力,以及控制与所述永久磁铁磁极相对的电磁铁相邻的另一个电磁铁产生与所述永久磁铁相排斥的磁力,所述两个排斥力及所述吸引力共同作用带动镜筒相对于镜座旋转1/n圆周,以实现自动对焦。
2.如权利要求1所述的镜头模组,其特征在于,所述永久磁铁固设于镜筒外壁。
3.如权利要求1所述的镜头模组,其特征在于,所述永久磁铁嵌设于镜筒的筒壁内。
4.如权利要求1所述的镜头模组,其特征在于,所述多个电磁铁设置于永久磁铁下方,至少一个电磁铁的一个磁极与永久磁铁的一个磁极沿平行于镜筒轴线方向相对设置。
5.如权利要求1所述的镜头模组,其特征在于,所述多个电磁铁与永久磁铁平行设置,至少一个电磁铁的两个磁极分别与永久磁铁的两个磁极沿垂直于镜筒轴线方向相对设置。
6.如权利要求5所述的镜头模组,其特征在于,每一电磁铁沿镜筒轴线方向的长度与永久磁铁沿镜筒轴线方向的长度相同。
7.如权利要求1所述的镜头模组,其特征在于,所述镜座包括用于收容镜筒的第一座体和与连接于第一座体下方的第二座体,所述第二座体与第一座体的连接处具有一凸台,所述多个电磁铁固设于第一座体的外壁、第一座体的顶部、凸台或第二座体的外壁。
8.如权利要求1所述的镜头模组,其特征在于,所述控制器包括处理电路和驱动电路,所述处理电路用于处理接收信号,所述驱动电路用于控制多个电磁铁的线圈电流流向。
9.如权利要求1所述的镜头模组,其特征在于,所述镜头模组还包括光学透镜组和影像传感器,所述光学透镜组收容于镜筒,用于对被摄物体进行光学成像,所述影像传感器收容于镜座,用于接收被摄物体经由光学透镜组形成的光学成像。
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