一种用梯形针对焦的技术方法及镜头模组与流程

1.本发明涉及摄像机领域，特别涉及摄像机的对焦技术。


背景技术：

2.摄像机早已普及大众。摄像机按大小和运用场景分类众多，照相机、汽车摄像头、手机摄像头、安防监控摄像头等。这些相机的运用场景中，变焦镜头的运用非常广。这里的变焦指的是日常媒体所说的变焦，但这变焦实际上包含两种含义：第一种是光学变焦，实现成像的放大缩小；另一种变焦其实是指对焦，指的是调整镜头和图像传感器之间的距离。大尺寸的光学变焦，一般都是手动调整或者电机直接驱动调整。中小型相机因为焦距短，精度低的电机直驱调并不适合。而大部分手机摄像像头，属于微型摄像头，对焦常用的是vcm音圈马达或干脆用定焦相机。音圈马达靠电磁作用力控制镜头与图像传感器之间的距离，其电磁作用力行程有限，并且大行程容易受到晃动影响。
3.市场上的中小镜头的焦距一般在2~7mm之间，焦距越小，成像面的距离变化也就越小。一般对于3mm焦距的镜头，当物距从0.2m到0.4m，成像面距离变化仅仅只有30um。对于6mm焦距的镜头，物距从0.2m到0.4m的，成像面挪动的距离也仅仅90um。物体距离摄像头越近，像面偏离镜头越远。但，当物距为3cm时，3mm焦距的镜头像面偏移焦点的距离也只有0.33mm。6mm的焦距的镜头，3cm物距的像面偏移的距离也只是1.5mm。而当物距大于0.4m以后，不管3mm还是6mm焦距的镜头，成像面挪动的距离就更是微乎其微。这些微小的变化用电机直接驱动，难以真正做到精准对焦的。


技术实现要素：

4.本发明提供一种用梯形针对焦的技术方法及镜头模组，该方法可以连续对焦，精度高且具有镜头自锁防抖的功效。本方法相比其他对焦技术，更稳，更精准，更省电。本方法适用于各类型的镜头，用于调整成像面与镜头之间距离的微调。
5.本发明提供的技术方法核心是利用梯形针的坡面与镜头模组中间件的孔槽的梯形坡面的相互作用，从而使镜头上升或下沉对焦。详细方法参看附图。整个镜头模组（如图1或图2）结构包含：电机及支架和限位框（如图3或图4）、纯镜头（图7），镜头模组中间件（图8，图9），镜头底座（图10），镜头焦距微调梯形针（图11）。
6.电机和支架和限位框（如图3，图4），电机与支架和镜头底座相对位置必须固定，才能通过电机控制梯形针的位置。电机的样式和支架样式可以多种多样，电机和镜头底座相对位置并列（如图1），也可以直列（如图2）。电机可以是普通电机，也可以是直线电机。电机的性能只要能够将梯形针拉动足够的距离就行。电机推拉梯形针，可以直接螺纹配螺杆，也可以是螺杆配蜗杆，或其他结合方式。
7.电机通过螺杆直接驱动梯形针，装配难度较大。电机支架配限位框，装配时只需把镜头模组和梯形针卡在限位框里头就行，无需高精度匹配，装配难度可大幅减小。限位框内侧长度与梯形外形等长，限位框限制梯形针的滑动范围。电机驱动时，推拉限位框，就是推
拉梯形针，也就是让镜头调焦。
8.纯镜头（如图7）：带螺纹的镜头是当下市场常见的样式，螺纹用于固定镜头与镜头中间件，也用于初步镜头的调焦。
9.镜头模组中间件（如图8，图9）。中间件与梯形针是调焦的核心部件。镜头模组中间件，通过螺纹固定纯镜头。如图9剖面图所示，模组中间件两侧中的2个孔槽，具有与梯形针相同的梯面。中间件的顶部设置多个弹簧。当中间件和梯形针与镜头底座装配在一起时，中间件上的弹簧可以将中间件弹压在梯形针上，让中间件两个孔槽中的梯形面与梯形针的梯形面重合。弹簧的样式可以是螺旋弹簧，也可以是波形弹簧。弹簧的行程必须大于调焦范围，才能将中间件弹压在梯形针上，满足调焦需求。
10.镜头底座（如图10）：镜头底座是整个模组的支撑之一。镜头底座内壁与模组中间件尺寸匹配，梯形针推拉滑动时，模组中间件可以在模组底座内带着镜头上下滑动。如图5所示，梯形针外拉，镜头下沉；如图6所示，梯形针内推，镜头上升。推拉上升还是下沉，与梯形针的梯形面坡度方形有关。模组底座的两侧对穿孔尺寸匹配梯形针，确保梯形针只能在抽插方向滑动。镜头底座和电机底座的相对位置一般用金属件锁定，但也可以用其他方式。
11.梯形针（如图11）：梯形针的核心是至少有一个梯形面，两个梯形面更稳定，外形可以是匚字形，也可以是其他形状。梯形针必须能在梯形针抽插滑动过程中，稳定支撑带镜头的模组中间件。梯形针支撑镜头中间件，梯形针架在镜头模组底座上，并且彼此之间可相对滑动。
12.梯形针的梯形面（图11中标识9那一面）与中间件孔槽的梯形面的坡度相同。梯形面的坡度设计需要考虑镜头的焦距，也要考虑梯形针的进深有关。梯形针的进深指的是，梯形针在模组内推拉可滑动的深度。比如进深10mm，坡度为2
°
，则梯形针的高度调节范围为350um。
13.一般的微型摄像头，焦距为3mm左右。对于3mm的焦距的镜头而言，350um的调焦范围，可以对大于3cm远的所有物体进行清晰拍摄。对于6mm的焦距的镜头而言，如果需要对大于3cm的所有物体清晰拍摄，则镜头的调节范围需要1.5mm。1.5mm的调焦范围，若只用10mm的进深，则需要梯形面8.5
°
的坡度，坡度偏大，可以适当增长进深。事实上，6mm焦距的镜头一般都是相对较大的镜头，如车载镜头，专用相机镜头，安防监控镜头等，能将10cm外的物品看清就可以了。对于10cm外的所有物体，6mm镜头成像面距离变化小于350um。也就是说，进深10mm，坡度为2
°
的梯形针满足绝大部分的应用需求。增大调焦范围有两种方式：增加坡度和增长进深。进深增大会增加模组的尺寸，坡度增加会增加推拉阻力。
[0014]2°
的坡度对于镜头而言，弹簧的弹力在水平方向的作用力可忽略不计。靠弹簧弹力或者镜头震动把梯形针挤出去基本是不可能的，也就是说梯形针的梯形面调焦具有自锁功能，可以轻易让镜头定焦。锁定焦距，这对于拍摄近距离的照片和长时间抓拍是非常有利。焦距锁定期间，电机不动，节约电能。
附图说明
[0015]
图1是并列电机镜头模组示意图。
[0016]
图2是直列电机镜头模组示意图。
[0017]
图3是并列电机及电机支架及梯形针限位框。
[0018]
图4是直列电机及电机支架及梯形针限位框。
[0019]
图5 是梯形针外拉，镜头下沉的示意图。
[0020]
图6是梯形针内推，镜头上升的示意图。
[0021]
图7是纯镜头。
[0022]
图8是镜头模组中间件。
[0023]
图9是镜头模组中间件关于孔槽的剖面图。
[0024]
图10是镜头底座。
[0025]
图11是梯形针。
[0026]
具体实施方法以下参考附图，对本发明的一种实施方式进行详细说明。
[0027]
整个镜头模组（图1）结构包含：并列电机及电机支架及梯形针限位框（图3），纯镜头（图7），镜头模组中间件（图8），镜头底座（图10），镜头焦距微调梯形针（图11）。
[0028]
整个模组镜头与电机采用并列装配的方式。限位框卡紧梯形针，限位框通过导轨和螺杆固定在电机底座。电机驱动螺杆正转或反转，螺杆带动限位框来回运动。限位框来回运动即梯形针来回运动，带动镜头上升或下沉实现变焦。
[0029]
其中模组间顶部用的弹簧是螺旋弹簧，弹簧的伸缩范围大于1mm，满足行程要求。弹簧把镜头中间件压紧在梯形针的梯面上，镜头稳定不易晃动。
[0030]
中间件和梯形针的梯面坡度为2
°
，进深10mm，像面调整范围为350um。10mm的进深，可以让镜头实现连续高精度调焦。小坡度让镜头位置有自锁的能力，镜头自锁期间电机不耗电。
[0031]
镜头焦距为3mm。350um的像面调整距离，可以让镜头看清3cm外的物体。满足镜头绝大部分的运用场景。
[0032]
梯形针为匚字形，长度为25mm，确保整个进深行程中，梯形针都架在镜头模组底座上，都能稳定支撑模组中间件。
[0033]
镜头底座与电机底座分离式设计，方便调焦和装配。