恒流源电路、音圈马达对焦相机、采集装置及标定系统的制作方法

1.本实用新型涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种恒流源电路、音圈马达对焦相机、采集装置及标定系统。


背景技术：

2.随着虹膜成像技术的发展，虹膜摄像头的成像距离已经从最初的单一距离发展为具有10cm、15cm甚至更广泛的景深范围，为扩展采集距离范围奠定基础。然而传统的远距离虹膜采集装置的光学成像系统，一般采用变焦系统，由马达带动镜头移动从而改变成像距离，体积大且造价较高。
3.为了使用便捷且小型化的虹膜采集设备，智能应用定焦系统，使用体积小的音圈马达(简称vcm)带动镜头可以缩小设备体积。但是，vcm驱动电流有上限限制，镜头可调范围较小，导致虹膜采集范围有限。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种恒流源电路、音圈马达对焦相机、采集装置及标定系统，以提高vcm驱动电流上限。
5.为了达到上述目的，本实用新型采用以下方案实现：
6.根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种恒流源电路，包括：第一分压电阻、第二分压电阻、第一三极管、上拉电阻、第二三极管及功率电阻；
7.其中，所述第一分压电阻的第一端用于接收可控恒定电压，所述第一分压电阻的第二端连接所述第二分压电阻的第一端，所述第二分压电阻的第二端用于接地；所述第一三极管的基极连接所述第一分压电阻的第二端，所述第一三极管的射极连接所述第二三极管的基极，所述第一三极管的集电极用于接地；所述上拉电阻的一端用于连接工作电压，另一端连接所述第一三极管的射极；所述功率电阻的一端连接所述第二三极管的射极，另一端用于接地；所述第二三极管的集电极用于连接音圈电机的一端并使所述音圈电机的另一端连接工作电压，以输出恒定电流至所述音圈电机。
8.在一些实施例中，所述第一三极管为pnp三极管，所述第二三极管为npn三极管。
9.在一些实施例中，所述第一三极管为npn三极管，所述第二三极管为pnp三极管。
10.在一些实施例中，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的阻值均小于一千欧姆；所述上拉电阻的阻值范围为0.5kω～5kω；所述功率电阻的阻值范围小于10欧姆。
11.在一些实施例中，所述第二三极管为功率三极管。
12.在一些实施例中，所述第一分压电阻的第一端连接电压输入端口，所述电压输入端口用于连接计算机的数模转换接口或数模转换芯片，以接收可控恒定电压。
13.根据本实用新型实施例的另一个方面，还提供了一种音圈马达对焦相机，包括：上述任一实施例所述的恒流源电路、音圈电机及相机；
14.其中，所述恒流源电路的第二三极管的集电极连接所述音圈电机的第一端，所述
音圈电机的第二端用于连接工作电压；所述音圈电机用于驱动所述相机的镜头相对于所述相机的传感器移动，以对所述相机调焦。
15.在一些实施例中，所述相机为焦距固定的相机。
16.根据本实用新型实施例的另一个方面，还提供了一种虹膜图像采集装置，包括上述任一实施例所述的音圈马达对焦相机。
17.根据本实用新型实施例的另一个方面，还提供了一种音圈马达对焦相机的对焦数据标定系统，包括：上述任一实施例所述的音圈马达对焦相机、物距测量装置、及计算机；
18.所述物距测量装置，用于测量相机的镜头与采集对象标识物之间的距离，得到所述相机的物距；
19.所述音圈马达对焦相机，用于接收所述计算机的数模转换接口或数模转换芯片输出的可控恒定电压并根据所述可控恒定电压输出恒定电流至其音圈电机，以调节其相机的物距并拍摄所述采集对象标识物的图像；
20.所述计算机，用于记录拍摄的所述采集对象标识物的图像对应的所述可控恒定电压或所述恒定电流与所述相机的物距的对应关系。
21.本实用新型实施例的恒流源电路通过两级功率放大，实现输出上限较高的音圈电机的驱动电流。而且通过利用外部可控恒定电压(如计算机电压输出接口)实现恒定电流的输出，电路结构较为简单。另外，通过三极管实现功率放大，成本较低。本实用新型实施例的音圈马达对焦相机通过本实用新型实施例的恒流源电路驱动对焦，使得相机在基于音圈马达调焦具有较小体积优点的同时，还可以具有较大的调焦范围，使得图像采集更便捷。本实用新型实施例的虹膜图像采集装置利用本实用新型实施例的音圈马达对焦相机实现，能够具有较大的虹膜采集区域范围，使得虹膜采集更方便且使得虹膜采集设备具有小型化的优点。本实用新型实施例的音圈马达对焦相机的对焦数据标定系统能够对本实用新型实施例的音圈马达对焦相机进行对焦数据标定，标定数据可便于使得相机方便快速地采集到较为清晰的图像。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。在附图中：
23.图1是本实用新型一实施例的恒流源电路的结构示意图；
24.图2是本实用新型一实施例的恒流源电路中一级模拟功率放大电路示意图；
25.图3是本实用新型一实施例的恒流源电路的功率放大三极管特性示意图；
26.图4是本实用新型一实施例的音圈马达对焦相机的对焦原理示意图；
27.图5是本实用新型一实施例的音圈马达对焦相机的对焦数据标定系统的结构示意图；
28.图6是本实用新型一具体实施例的音圈马达对焦相机的对焦数据曲线示意图。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
30.需要预先说明的是，下述实施例或示例的描述或其中所提及的特征可以以相同或类似的方式，与其他实施例或示例中的特征组合，或替换其他实施例或示例中的特征，以形成可能的实施方式。另外，本文所使用的术语“包括/包含”是指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除还存在一个或多个其他特征、要素、步骤或组件。
31.为了虹膜采集设备使用便捷且小型化，实用新型人考虑使用体积小的音圈马达 (vcm)带动镜头缩小设备体积，但是，传统vcm的驱动ic体积太小且结构复杂，驱动电路成本较高、功能单一，大部分ic只能实现固定电流控制，并且有驱动电流上限的限制问题。在电流上限限制问题下，音圈马达对焦相机的对焦数据有限制范围，仍有受限于景深，采集范围较小的问题。
32.对此，本实用新型提出了一种恒流源电路，能够通过简单、低成本的方式提高 vcm驱动电流上限。
33.图1是本实用新型一实施例的恒流源电路的结构示意图，参见图1，该些实施例的恒流源电路可包括：第一分压电阻r1、第二分压电阻r2、第一三极管110、上拉电阻r3、第二三极管120及功率电阻r4。
34.其中，所述第一分压电阻r1的第一端用于接收可控恒定电压vdac，所述第一分压电阻r1的第二端连接所述第二分压电阻r2的第一端，所述第二分压电阻r2的第二端用于接地；所述第一三极管110的基极连接所述第一分压电阻r1的第二端，所述第一三极管110的射极连接所述第二三极管120的基极，所述第一三极管110的集电极用于接地；所述上拉电阻r3的一端用于连接工作电压vcc，另一端连接所述第一三极管110的射极；所述功率电阻r4的一端连接所述第二三极管120的射极，另一端用于接地；所述第二三极管120的集电极用于连接音圈电机(负载rload)的一端并使所述音圈电机的另一端连接工作电压vcc，以输出恒定电流至所述音圈电机。
35.具体实施时，上述各三极管器件可以根据需要进行选择。例如，再参见图1，所述第一三极管110可以为pnp三极管，所述第二三极管120可以为npn三极管。在另一些实施例中，所述第一三极管110可以为npn三极管，所述第二三极管可以为 pnp三极管。另外，所述第二三极管120可以为功率三极管。
36.在一些实施例中，可以通过选择器件进一步优化恒流源电路。例如，所述第一分压电阻r1和所述第二分压电阻r2的阻值可均小于一千欧。所述上拉电阻r3的阻值范围可为0.5kω～5kω，例如，可以为1kω、2kω、3kω、4.7kω等；所述功率电阻的阻值范围小于10欧姆，例如，可以为3ω、5ω、6ω、7ω等。
37.在一些实施例中，参见图2所示的一级功率放大电路，可控恒定电压vdac可以来自计算机pc的数模转换接口或数模转换芯片，在此情况下，所述第一分压电阻 r1的第一端连接电压输入端口，所述电压输入端口用于连接计算机pc的数模转换接口或数模转换芯片，以接收可控恒定电压vdac。
38.上述各实施例的恒流源电路包括两级模拟功率放大电路，可以通过功率放大对可
控恒定电压进行信号放大。功率放大电路基于三极管输出特性实现，如图3所示，由三极管输出曲线可以看出，三极管工作在放大区的时候，ic电流的变化受ib电流变化的控制，即
△
ic和
△
ib成正比，两者之间具有一定的线性关系。那么，只需要控制 ib生成恒定的电流，那么ic(或者ie，因为ie＝ib+ic)就为恒定的，同时由于uce 电压变化不影响ic的变化，所以被驱设备的电压可以灵活调整。
39.如图2所示，一级模拟功率放大电路由三极管的放大特性得到三极管调理电路及方程，其中vdac是dac电路输出值，vb是三极管基极电压，ve是三极管射极电压， ib是三极管基极电流，r1、r2、r3是分压电阻，vcc是系统供电电压，ie是射极电极， veb是三极管射极基极间电压，β是三极管放大系数，通过上述功率放大电路，能够将输入电压vdac进行放大，输出电流ie。
40.采用二级模拟功率放大电路，可保证驱动足够大功率的负载，前一模拟功率放大电路可以起到功率放大作用，后一级模拟功率放大电路可以调理、隔离等作用。示例性地，如图1所示，参数ib
′
是npn三极管的基极电流，ic
′
是该三极管的集电极电流，ie
′
是该三极管的射极电流，β
′
该三极管放大系数，vb
′
e
′
是该三极管基极和射极间电压，r4是功率采样电阻，rload是音圈马达。
41.在采用上述二级模拟功率放大电路的情况下，恒流源恒定电流即为ic
′
，得到电路元件关系等式和恒流源等式可以为：
[0042][0043][0044]
具体实施例中，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的阻值可以均小于一千欧姆。所述上拉电阻的阻值能够使所述pnp三极管的射极下偏。所述二级功率模拟放大电路中pnp三极管可以是能够实现控制信号调理的各种三极管；所述二级功率模拟放大电路中npn三极管可以选择功率三极管，以此可以保证较大的集电极电流通过性及耐高压性。
[0045]
另外，基于与图1所示的恒流源电路相同的实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种音圈马达对焦相机。
[0046]
该些实施例的音圈马达对焦相机可包括如上述任一实施例所述的恒流源电路，还包括音圈电机及相机。其中，所述恒流源电路的第二三极管的集电极连接所述音圈电机的第一端，所述音圈电机的第二端用于连接工作电压；所述音圈电机用于驱动所述相机的镜头相对于所述相机的传感器移动，以对所述相机调焦。
[0047]
该些实施例中，音圈电机串联于恒流源电路的第二三极管的集电极和工作电压之间，从而恒流源电路可以为音圈电机提供恒定驱动电流。上述音圈电机可以作为相机的镜头底座，形成vcm相机(音圈马达相机)，以利用音圈电机驱动相机调焦。
[0048]
进一步的实施例中，所述相机可以为焦距固定的相机。以此，可以减小相机的体积。
[0049]
在一个具体实施例中，参见图4，在具体实施例的成像系统中，相机镜头的焦距为f、像距为所述对焦相机镜头与所述处理模块图像传感器的相应距离f
像
及物距为所述测量相机的镜头与采集对象标识物之间的距离f
物
，三者具有关系式在焦距f一定的情况下，由图4可见，像距f
像
一般需要大于焦距f，则物距f
物
不能无限增大，即需要在一定范围内，超过该范围，就不能采集到清晰的图像，因此，需要采集对象标识物在一定虹膜采集区域内才能够采集到清晰的图像。
[0050]
其中，根据成像公式可以在焦距f固定的情况下，对于不同物距 f
物
下，可以计算得到相应的像距f
像
，从而通过不断改变物距f
物
可以得到一系列物距和像距的对应关系，镜头可以有一个初始位置，每个像距相对于初始位置的像距的距离差值可以通过vcm带动镜头来调节，而可以通过为vcm设置一个电流使其移动该距离差值。
[0051]
另外，本实用新型实施例还提供了一种虹膜图像采集装置。该些实施例的虹膜图像采集装置包括上述任一实施例所述的音圈马达对焦相机。通过使用本实用新型实施例的音圈马达对焦相机实现虹膜图像采集装置，能够使虹膜采集设备具有小型化的优点，同时，由于音圈马达对焦相机恒流源电路提高了vcm驱动电流上限，所以虹膜采集设备可以在较大虹膜采集区域内采集虹膜图像，使得虹膜图像采集更便捷。
[0052]
另外，本实用新型实施例还提供了一种音圈马达对焦相机的对焦数据标定系统。图5是本实用新型一实施例的音圈马达对焦相机的对焦数据标定系统的结构示意图，参见图5，该实施例的音圈马达对焦相机的对焦数据标定系统可包括如上述任一实施例所述的音圈马达对焦相机170，还可包括物距测量装置及计算机130。
[0053]
其中，所述物距测量装置可用于测量相机的镜头与采集对象标识物之间的距离，得到所述相机的物距。所述音圈马达对焦相机170可用于接收所述计算机130的数模转换接口或数模转换芯片输出的可控恒定电压并根据所述可控恒定电压输出恒定电流至其音圈电机，以调节其相机的物距并拍摄所述采集对象标识物的图像。所述计算机130可用于记录拍摄的所述采集对象标识物的图像对应的所述可控恒定电压或所述恒定电流与所述相机的物距的对应关系。
[0054]
其中，所述相机镜头可以是常用的m12，fno为2.4的镜头，这种镜头其景深可以达到5～10cm，可以很好的容错对焦误差，对对焦曲线误差有一定的抗干扰能力。再参见图5，所述采集对象标识物可以为背光板或标卡140，测量相机的镜头与采集对象标识物之间的距离具体可以是指背光板或标卡140与虹膜图像采集模块的镜头的光心所在平面(垂直于光轴)之间的距离。
[0055]
所述物距测量装置可以包括标尺160、滑轨150等。滑轨除了用于承载所述采集对象标识物之外，还可以保证所述采集对象标识物能够在所述相机的光轴上移动。另外，相机
也可以设置于滑轨上，保证在不偏离所述相机的光轴的情况下，所述采集对象标识物可以在一定范围内自由调节物距。
[0056]
在一些实施例中，计算机130记录拍摄的所述采集对象标识物的图像对应的所述可控恒定电压或所述恒定电流与所述相机的物距的对应关系，例如，可以找到每个物距对应的能够使所述采集对象标识物清晰的恒定电流区段，并取所述恒定电流区段的中间值，与相应物距对应起来，得到对焦数据点。参见图5，具体对焦过程可如下：
[0057]
第一步，标尺确定初始位置；
[0058]
第二步，将恒定电流设置为0，通过所述图像传感器获取所述相机在移动相应距离后对所述采集对象标识物的成像；
[0059]
第三步，人工或计算机130确定所述采集对象标识物的成像是否清晰；
[0060]
第四步，若清晰，可增加恒定电流，以使所述音圈马达带动所述相机的镜头在所述采集对象标识物和所述相机的图像传感器之间移动相应距离；
[0061]
第五步，调节采集对象标识物位置，人工或计算机130确定所述采集对象标识物的成像是否清晰；
[0062]
第六步，若清晰，利用计算机130记录当前物距和恒定电流，若不清晰，返回第五步；
[0063]
第七步，标定物距范围内，判断标定是否结束；
[0064]
第八步，若结束，找到每个物距对应的能够使所述采集对象标识物清晰的恒定电流区段，并取所述恒定电流区段的中间值，与相应物距对应起来，得到对焦数据点，否则返回第四步；
[0065]
第九步，标定结束，根据多个物距对应的对焦数据点得到利用所述对焦相机的对焦数据。
[0066]
在另一示例中，人工或计算机130可以找到一个恒定电流值对应的能够使所述采集对象标识物清晰的物距区段，并取所述物距区段的中间值，与相应恒定电流值对应起来，得到对焦数据点。参见图5，具体对焦过程可如下：
[0067]
第一步，标尺确定初始位置；
[0068]
第二步，将恒定电流设置为0，通过所述图像传感器获取所述相机在移动相应距离后对所述采集对象标识物的成像；
[0069]
第三步，人工或计算机130确定所述采集对象标识物的成像是否清晰；
[0070]
第四步，若清晰，调节采集对象标识物位置，改变物距大小；
[0071]
第五步，调节恒定电流大小，音圈马达带动所述相机的镜头在所述采集对象标识物和所述相机的图像传感器之间移动相应距离，人工或计算机130确定所述采集对象标识物的成像是否清晰；
[0072]
第六步，若清晰，记录当前物距和恒定电流，若不清晰，返回第五步；
[0073]
第七步，标定物距范围内，判断标定是否结束；
[0074]
第八步，若结束，找到一个恒定电流值对应的能够使所述采集对象标识物清晰的物距区段，并取所述物距区段的中间值，与相应恒定电流值对应起来，得到对焦数据点，否则返回第四步；
[0075]
第九步，标定结束，根据多个物距对应的对焦数据点得到利用所述对焦相机的对
焦数据。
[0076]
该示例与前一示例的区别，主要在于调节的变量不同，即标定环节中的物距和恒定电流。同时通过对恒流源电路的设计，扩大了标定环节中可成像的物距范围。通过上述对焦标定过程，可得到如图6所示的对焦相机的物距和所需恒定电流的对应关系，其中，曲线1为理论计算的曲线，曲线2为实测的曲线，通过对比曲线1和曲线 2可见，实测曲线与理论计算曲线的线性特性较为一致，且电流上限较高。
[0077]
综上所述，本实用新型实施例的恒流源电路通过两级功率放大，实现输出上限较高的音圈电机的驱动电流。而且通过利用外部可控恒定电压(如计算机电压输出接口) 实现恒定电流的输出，电路结构较为简单。另外，通过三极管实现功率放大，成本较低。本实用新型实施例的音圈马达对焦相机通过本实用新型实施例的恒流源电路驱动对焦，使得相机在基于音圈马达调焦具有较小体积优点的同时，还可以具有较大的调焦范围，使得图像采集更便捷。本实用新型实施例的虹膜图像采集装置利用本实用新型实施例的音圈马达对焦相机实现，能够具有较大的虹膜采集区域范围，使得虹膜采集更方便且使得虹膜采集设备具有小型化的优点。本实用新型实施例的音圈马达对焦相机的对焦数据标定系统能够对本实用新型实施例的音圈马达对焦相机进行对焦数据标定，标定数据可便于使得相机方便快速地采集到较为清晰的图像。
[0078]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本实用新型的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
[0079]
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。