闭环控制移动透镜组的镜头装置的制作方法

本实用新型涉及摄像装置领域，特别是涉及一种闭环控制移动透镜组的镜头装置。

背景技术：

随着计算机技术的发展，人脸识别技术逐渐应用于安防设备中。为了准确识别人脸，对镜头的要求也越来越高，不仅依赖于更高的清晰度，而且要求对焦速度快且精准，同时对于面向消费者的产品，对焦寿命要长。现有对焦镜头大都采用步进电机进行驱动，通过光遮断器来检测透镜群组位置，这是一种开环控制方式，不能实时监测移动群组位置，从而不能控制群组在理论设计位置上，使其清晰度降低；并且步进电机驱动精度差，转速低，扭矩小，噪音大，磨损严重，寿命低，达不到快速对焦的要求。

技术实现要素：

本实用新型旨在克服现有对焦镜头的至少一个缺陷，提供一种闭环控制移动透镜组的镜头装置及其闭环控制方法，具有高精度准确的位置检测效果，保证移动透镜组移动位置的准确性，保证镜头的性能效果。

为此，一方面，本实用新型提出了一种闭环控制移动透镜组的镜头装置，包括两个可沿光轴移动且沿前后方向依次设置的移动透镜组、分别驱动两个所述移动透镜组移动的两个驱动装置，以及分别检测两个所述移动透镜组的位置的两个位置检测组件，实用新型其中，每个所述位置检测组件包括：

第一位置检测装置，配置成检测相应所述移动透镜组是否移动到初始位置；

第二位置检测装置，配置成实时检测相应所述移动透镜组在所述光轴方向上的位置，且在所述第一位置检测装置检测到相应所述移动透镜组移动到所述初始位置时，所述第二位置检测装置检测出的位置为零点位置，否则为实时位置，以在相应所述移动透镜组需要移动时，使相应所述驱动装置带动相应所述移动透镜组进行前期移动，以及使相应所述第一位置检测装置进行检测；在相应所述第一位置检测装置检测到相应所述移动透镜组处于所述初始位置时，使相应所述第二位置检测装置进行检测；从而根据所述实时位置、所述零点位置和相应所述移动透镜组的目标位置控制相应所述驱动装置，以闭环控制相应所述移动透镜组的后期移动，以及控制相应所述驱动装置的停止。

可选地，每个所述第一位置检测装置包括光遮断器；

每个所述第二位置检测装置包括磁位置检测装置，所述磁位置检测装置包括安装于相应所述移动透镜组上的磁条，以及与所述磁条相对应的磁感应器。

可选地，每个所述驱动装置包括直流电机。

可选地，所述镜头装置还包括：

导轴，两个所述移动透镜组均安装于所述导轴；

两个传动结构，分别连接一个所述直流电机与相应所述移动透镜组；

两个固定透镜组，分别设置于两个所述移动透镜组的前侧；

可变光圈，设置于处于后侧的所述固定透镜组的前侧，且位于处于前侧的所述移动透镜组的后侧；和

尾板，设置于处于后侧的所述移动透镜组的后侧。

可选地，每个所述传动结构包括安装于所述直流电机输出轴的螺杆，以及安装于相应所述移动透镜组的螺纹块，所述螺纹块上具有套装于所述螺杆的螺纹孔。

可选地，每个所述直流电机的扭矩为0.49N·m至0.51N·m，转速为 5400r/min至5600r/min；每个所述螺杆的螺距为0.38mm至0.42mm。

可选地，所述光遮断器包括发光组件和受光组件两部分；

每个所述磁条与相应所述磁感应器之间的安装间隙为100μm～200μm；

每个所述磁条带有沿其长度方向交替设置的S极与N极。

可选地，根据倍率确定处于前侧的所述移动透镜组的目标位置；

根据对焦曲线上给出的数值确定处于后侧的所述移动透镜组的目标位置。

另一方面，本实用新型还提供了一种用于上述镜头装置的闭环控制方法，包括：

接收两个所述移动透镜组的移动信号；

使每个所述驱动装置带动相应所述移动透镜组进行前期移动，以及使相应所述第一位置检测装置进行检测；

在每个所述第一位置检测装置检测到相应所述移动透镜组移动到初始位置时，使相应所述第二位置检测装置进行检测，且相应所述第二位置检测装置此时检测出的位置为零点位置；

每个所述第二位置检测装置检测相应所述移动透镜组在所述光轴方向上的实时位置，并根据所述实时位置、所述零点位置和相应所述移动透镜组的目标位置控制相应所述驱动装置，以闭环控制相应所述移动透镜组的后期移动，以及控制相应所述驱动装置的停止；且

根据倍率确定处于前侧的所述移动透镜组的目标位置；

根据对焦曲线上给出的数值确定处于后侧的所述移动透镜组的目标位置。

可选地，在每个所述实时位置与相应所述目标位置之间的差值小于或等于预设值时，停止相应所述驱动装置。

本实用新型的闭环控制移动透镜组的镜头装置及其闭环控制方法中，先利用开环控制移动透镜组的移动，后利用闭环控制移动透镜组的移动，具有高精度准确的位置检测效果，保证移动透镜组移动位置的准确性，保证镜头的性能效果。特别适用于对焦镜头，如用于快速识别领域的变焦安防镜头的驱动。进一步地，采用直流电机驱动，速度更快且可承受高负载，实用性更强。而且进一步地，在原有的遮光器检测位置的基础上增加了磁位置检测装置，可实时输出移动透镜组位置数据，从而达到高精度准确的检测效果。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的镜头装置的示意性结构图；

图2是图1所示镜头装置的示意性局部结构图；

图3是图1所示镜头装置中第二位置检测装置的示意性结构图；

图4是第二位置检测装置的信号输出放大处理的示意图；

图5是信号的正规化处理的示意图；

图6为利萨如波形示意图；

图7为反正切函数示意图。

具体实施方式

图1是根据本实用新型一个实施例的镜头装置的示意性结构图。如图1所示并参考图2和图3，本实用新型实施例提供了一种闭环控制移动透镜组21,22 的镜头装置，包括导轴10、两个可沿光轴移动的移动透镜组21,22、分别驱动移动透镜组21,22移动的两个驱动装置31,32、两个传动结构61,62、两个固定透镜组63,64、可变光圈65、尾板66和控制装置。

每个移动透镜组21,22可包括群组框，导轴10保证移动透镜组21,22沿光轴移动，两个移动透镜组21,22沿前后方向依次设置于导轴10上。两个传动结构61,62分别连接一个驱动装置与相应移动透镜组。两个固定透镜组63,64分别设置于两个移动透镜组21,22的前侧。可变光圈65设置于处于后侧的固定透镜组64的前侧，且位于处于前侧的移动透镜组21的后侧。尾板66设置于处于后侧的移动透镜组22的后侧。固定透镜组63,64辅助移动透镜组21,22完成光学成像过程。可变光圈65内叶片可控制内径大小来控制镜头进光量。尾板66可与图像传感器连接，完成图像接受过程。

优选地，镜头装置还包括分别检测两个移动透镜组21,22的位置的两个位置检测组件。其中，每个位置检测组件包括第一位置检测装置40、第二位置检测装置50。控制装置可具有数据存储中心，或控制装置连接有数据存储中心。

第一位置检测装置40可配置成检测移动透镜组21,22是否移动到初始位置。第二位置检测装置50可配置成实时检测移动透镜组21,22在光轴方向上的位置，且在第一位置检测装置40检测到移动透镜组21,22移动到初始位置时，第二位置检测装置50检测出的位置为零点位置，否则为实时位置。控制装置可与第一位置检测装置、第二位置检测装置50和驱动装置31,32电连接。控制装置配置成：在移动透镜组21,22需要移动时，使驱动装置31,32带动移动透镜组 21,22进行前期移动，以及使第一位置检测装置40进行检测；在第一位置检测装置40检测到移动透镜组21,22处于初始位置时，使第二位置检测装置50进行检测；以及根据实时位置、零点位置和移动透镜组21,22的目标位置控制驱动装置31,32，以闭环控制移动透镜组21,22的后期移动，以及控制驱动装置 31,32的停止。第一位置检测装置40进行检测的前期移动，也可理解为镜头装置的初始化过程，即镜头装置开启后，先进行初始化处理。

优选地，根据倍率确定处于前侧的移动透镜组21,22的目标位置。根据对焦曲线上给出的数值确定处于后侧的移动透镜组21,22的目标位置。前侧的移动透镜组21可被称为第一移动透镜组21，后侧的移动透镜组22可被称为第二移动透镜组22，则相应的驱动装置31,32分别为第一驱动装置31和第二驱动装置32。根据用户需求的倍率，第一驱动装置31驱动第一移动透镜组21快速移动，同时相应第二位置检测装置50检测出第一移动透镜组21移动的相对距离，当达到使用倍率时，相应第二位置检测装置50经过控制装置第一驱动装置31 发出减速直到停止的信号。与此同时移动第二移动透镜组22，根据镜头的对焦曲线，与对焦曲线上给出的数值进行对比确定第二移动透镜组22的目标位置，由第二驱动装置32驱动，相应的第二位置检测装置50实时检测相对移动量，当画面清晰时即达到与焦曲线上给出的数值进行对比确定第二移动透镜组22 的目标位置时，相应第二位置检测装置50经过控制装置第二驱动装置32发出减速直到停止的信号。

在本实用新型的一些实施例中，在移动透镜组21,22需要移动时，使驱动装置31,32根据固定的速度模式带动移动透镜组21,22进行前期移动。根据实时位置和零点位置控制驱动装置31,32时，可实时调整驱动装置31,32的驱动速度。

在本实用新型的一些实施例中，驱动装置31,32包括直流电机。一般镜头中所使用的步进马达存在驱动精度差，转速低，扭矩小且无法达到真正的低噪等缺点，DC马达，即直流电机，运行时所产生的噪声小且运行速度快，磨耗低，寿命长。每个传动结构61,62均包括安装于直流电机输出轴的螺杆，以及安装于相应移动透镜组的螺纹块，螺纹块上具有套装于螺杆的螺纹孔。每个直流电机平稳运行时扭矩约为0.49N·m至0.51N·m，优选为0.5N·m，转速为 5400r/min至5600r/min，优选为5500r/min。每个螺杆的螺距为0.38mm至 0.42mm，优选为0.4mm。故移动透镜组21,22速度可达37mm/s，是步进马达速度2倍以上，同时磨耗低，寿命可达5000小时，是步进马达10倍以上。

在本实用新型的一些实施例中，第一位置检测装置40包括光遮断器。光遮断器具有发光组件、受光组件，以及安装于群组框上的遮光条。当移动透镜组 21,22移动到初始位置时，发光组件的光线被遮住，当受光组件变成遮光状态时，电信号发生变化，从而可以检测到移动透镜组21,22的初始位置。

第二位置检测装置50包括磁位置检测装置。磁位置检测装置包括安装于移动透镜组21,22上的磁条52，以及与磁条52相对应的磁感应器51。磁条52安装于群组框上。如图3所示，由于磁感应器灵敏度较高，所以输出信号受安装精度影响很大，当磁条移动时安装间隙L必须保证在100μm～200μm之间。

如图4至图7所示，在本实用新型的一些实施例中，磁条52上设有沿直线交替带有S极与N极，磁感应器51根据磁条52上的N极与S极生成的磁场输出两相模拟信号到信号处理部。的N极与S极为一个周期，定义一个周期的长度为dμm。当DC电机驱动移动透镜组21,22移动时，设置在移动透镜组21,22 上的磁条52与移动透镜组21,22同步移动从而与磁感应器51的位置发生变化，此时磁感应器51输出具有约90°的相位差的A相与B相的正弦波与余弦波信号，即两相模拟信号。磁感应器51的输出端与放大电路相连接，放大电路分别放大来自磁感应器51的两相模拟信号。由放大电路处理后的放大传感器信号被输出到信号处理部。

如上所述输出的两相信号会因为外界因素的影响使得两相波形的中心轴发生偏差，为了便于后期数据的处理，信号处理部会对所输出的两相信号进行正规化处理。如图5所示，设最初的输出的信号A相信号的中心值为a1，峰峰值为ap；B相信号的中心值为b1，峰峰值为bp，设定中心值为0，单峰值绝对值为1，可根据如下公式进行正规化处理，a’＝2*(a-a1)/ap；b’＝2*(b-b1)/bp。其中a’、b’为正规化后A相与B相信号曲线上所对应的值；a、b为A相与 B相初始波形函数上的值。

将A相与B相信号的峰峰值定为1，函数可以简化表达为ya＝sinkt和 yb＝coskt(k为正数)，利用函数特性sin2+cos2＝1，可将两条曲线合并为利萨如图形，如图6所示，一个周期长度d对应一个以1为半径的圆周。根据预设定的判别基准上限和下限的位置(安装间隙在100μm～200μm之间)以及圆周的圆度筛选出合格的镜头进行下一步分析，不合格的需要重新调节磁条52 和磁感应器51的精度。

对上述精度判定OK的镜头做如下运算可得出相对移动量。已简化的函数ya＝sinkt和yb＝coskt(k为正数)作除法运算的F＝tankt(k为正数)，周期减半为d/2，再将F函数作反函数运算，得出反正切图形如图7所示。如上可通过反正切函数计算出相应的一点距离，得到实时位置相对于零点位置总的移动距离为n*d/2+d/(2π)*C+d/4；其中计d/2为个反正切函数上的一周期循环，n 表示反正切函数上n个周期循环，C为反正切函数上最终所在位置数值(C＝atan (sinkt/coskt)；当coskt＝0时，定义C＝π/2)。进一步地，可将所得数值记为数据3，数据3可为实时位置，并记录于数据存储中心。

在本实用新型的一些实施例中，如上所述的数据存储中心，可记移动透镜组21,22的目标位置为数据1，数据1为提前已经存储于数据存储中心的数据。移动透镜组21,22在初始化过程中，第一位置检测装置40检测移动透镜组21,22 移动到初始位置时，即达到规定条件时，第二位置检测装置50所记录的位置信息为数据2，即零点位置为数据2。初始化完成后，即由开环控制转变为闭环控制，此时移动透镜组21,22的位置信息由第二位置检测装置50进行检测，第二位置检测装置50所记录的移动透镜组21,22位置信息为上述数据3。

如上所述的数据3与数据1进行对比，当数据3与数据1之间的差值在精度允许范围内时，即实时位置与目标位置之间的差值小于或等于预设值时，则由控制装置控制DC电机停止运动。若数据3与数据1之间位置信息差异过大，则由控制装置控制DC电机继续运动，直到实时位置与目标位置之间的差值小于可接受的差值范围，也可以说是直到到达目标位置。一般情况小精度可控制在0.005mm以下，远优于步进电机。

另一方面，本实用新型还提供了一种用于上述任一实施例的镜头装置的闭环控制方法，其包括如下步骤：

接收两个移动透镜组21,22移动信号。

使每个驱动装置31,32带动相应移动透镜组21,22进行前期移动，以及使相应第一位置检测装置40进行检测。

在每个第一位置检测装置40检测到相应移动透镜组21,22移动到初始位置时，使相应第二位置检测装置50进行检测，且相应第二位置检测装置50此时检测出的位置为零点位置。

每个第二位置检测装置50检测移动透镜组21,22在光轴方向上的实时位置，并根据实时位置、零点位置和相应移动透镜组21,22的目标位置控制相应驱动装置31,32，以闭环控制相应移动透镜组21,22的后期移动，以及控制相应驱动装置31,32的停止。可根据倍率确定处于前侧的移动透镜组21的目标位置。可根据对焦曲线上给出的数值确定处于后侧的移动透镜组22的目标位置。

优选地，第一位置检测装置40包括光遮断器；第二位置检测装置50包括磁位置检测装置，包括安装于移动透镜组21,22上的磁条52，以及与磁条52 相对应的磁感应器51。磁感应器51与放大电路和信号处理部相连接，且放大电路将磁感应器51输出的两相模拟信号进行放大并输送至信号处理部；两相模拟信号的一个周期的长度为d。信号处理部对放大后的两相模拟信号进行正规化处理，后转化为利萨如图形，后通过反正切函数计算，得到实时位置相对于零点位置总的移动距离为n*d/2+d/(2π)*C+d/4；其中，计d/2为个反正切函数上的一周期循环，n表示反正切函数上n个周期循环，C为反正切函数上最终所在位置数值。

优选地，在每个实时位置与相应目标位置之间的差值小于或等于预设值时，停止相应驱动装置31,32。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。