自动聚焦和光学图像稳定化系统技术方案

本发明专利技术提供一种自动聚焦(AF)和光学图像稳定化(OIS)系统。本发明专利技术是一种用于实现自动聚焦(AF)和光学图像稳定化(OIS)的机构，其通过同时倾斜镜头和图像传感器来抵消手抖动，使得不会将渐晕效果引入图像。本发明专利技术通过在图像传感器下方结合致动器以使图像传感器倾斜与镜筒倾斜相结合来消除模糊或失真(渐晕效果)，从而实现OIS。对相机中的光学元件(镜筒和图像传感器)的这种同时且协调的倾斜保证了反射图像的平面和图像传感器的平面都是平行的，并且构造了无像差图像。

Automatic focusing and optical image stabilization system

The invention provides an automatic focusing (AF) and optical image stabilization (OIS) system. The invention is a mechanism for realizing automatic focus (AF) and optical image stabilization (OIS), which offsets hand shake by tilting the lens and image sensor at the same time, so that the vignetting effect will not be introduced into the image. The invention can eliminate blur or distortion (vignetting effect) by combining the actuator under the image sensor to combine the image sensor tilt with the mirror tube tilt, so as to realize OIS. This simultaneous and coordinated tilt of the optical elements (the barrel and the image sensor) in the camera ensures that the plane of the reflected image and the plane of the image sensor are parallel, and constructs an aberration free image.

【技术实现步骤摘要】
自动聚焦和光学图像稳定化系统相关申请本申请要求2018年6月1日提交的题为“OpticalImageStabilizerSystem”的美国临时专利申请号62/679,234的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及自动聚焦(AF)和光学图像稳定化(OIS)系统的领域，其利用微致动器来移动光学和传感元件以补偿手抖动模糊并实现自动聚焦。实现AF和OIS的新颖机构被用于集成在各种电子设备(例如智能手机、iPad、笔记本电脑和其他需要微型相机模块进行成像的电子设备)中的相机。
技术介绍
已经开发出用于在相机中实现光学图像稳定化(OIS)的不同机构，以消除对图像或视频的手抖动效果。这些方法包括镜筒移位、图像传感器移位、仅镜筒倾斜或整个相机倾斜。沿垂直于光轴(Z轴)的X-Y平面的镜筒和图像传感器移位容易使图像变形，尤其是使边缘周围变形。专利号US8,866,918B2中公开的整个相机倾斜机构需要围绕整个相机的大型致动单元，并且该机构由于有效负载大(整个相机)而消耗高功率以实现OIS。仅镜头倾斜机构也已被用于通过使镜筒围绕X-Y轴倾斜来抵消手抖动失真。这种机构被公开在以下专利和专利申请中：US9602726B2、US9329356、US7725014、US8982464。这些专利中提出的所有设计仅通过倾斜镜头来实现OIS。这种倾斜为图像引入明显的失真，称为渐晕效果(一种效果，其显示图像的一部分聚焦，而其他部分则失焦，尤其是在边缘处失焦)。这是因为以下事实：当镜头倾斜时，反射的图像平面也倾斜并且该平面变得不平行于传感器平面。这种缺点妨碍了镜头倾斜机构在相机中的广泛使用，因为图像的质量受到损害。
技术实现思路
本专利技术是一种用于实现OIS的机构，其通过同时倾斜镜头和图像传感器来抵消手抖动，使得不会将渐晕效果引入图像。系统还通过沿光轴移动图像传感器和/或镜筒来实现AF。通过将两个致动器用于AF，可用于AF的可实现的冲程是当这样的冲程不用于OIS补偿时两个致动器中的每一个的冲程的总和。用于实现这种机构的致动器的示例被公开在专利技术人在美国专利申请号15/413,213和美国专利号US9,813,602B2中提出的现有专利技术中，这些专利通过引用并入本文。现有的专利技术仅公开了相机模块，其利用MEMS静电致动器以通过仅倾斜镜筒实现OIS。然而，使用这种技术不可避免地使图像模糊。本专利技术通过在图像传感器下方结合致动器以使图像传感器倾斜与镜筒倾斜相结合来消除模糊或失真(渐晕效果)，从而实现OIS。对相机中的光学元件(镜筒和图像传感器)的这种同时且协调的倾斜保证了反射图像的平面和图像传感器的平面都是平行的，并且构造了无像差图像。在美国专利申请号15/413,213中公开的致动镜筒的MEMS静电致动器具有三个自由度运动(沿光轴Z平移，以及围绕X和Y轴的双轴倾斜)。致动器设计成适配和接收与致动器中心开口一起放置的镜筒。平移用于实现AF，而双轴倾斜用于实现OIS。在专利号US9,813,602B2中公开的致动图像传感器的MEMS静电致动器具有三个自由度运动(沿光轴Z平移，以及围绕X和Y轴的双轴倾斜)，但它仅用于通过沿Z轴(即光轴)平移图像传感器来实现AF。本专利技术利用每个致动器的三个自由度运动来实现最佳AF和OIS系统，所述系统通过镜筒和图像传感器的双重倾斜来校正手抖动模糊，使得没有将渐晕效果引入图像。系统还能够通过沿Z轴平移镜筒和图像传感器来实现AF。同一专利技术人的美国专利号9,813,602B2公开了一种自动聚焦机构，其使用提供三个自由度运动的致动器：沿光轴(即Z轴)的平移和围绕平面内X和Y轴的双轴倾斜。双轴倾斜被用于消除由于镜筒组件中的缺陷引起的任何不期望的镜头倾斜以及在使用相机模块期间发生的任何倾斜。使活塞-管致动器能够满足这种自动聚焦机构(即图像传感器致动)的要求的主要特征包括将MEMS硅芯片与图像传感器结合和封装的能力、基于具有大宽度和大高度的弹簧的致动器的弹簧的高可靠性、弹簧的长度大以及致动器的超薄高度。附图说明在下文中将结合附图来描述本文的实施方式，提供附图是为了说明而不是限制权利要求书的范围，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中：图1A示出了在使用镜头和图像传感器双倾斜机构进行OIS补偿之后相机的光学系统的示意图。图1B示出了在引入手抖动倾斜之前相机的光学系统的示意图。图1C示出了在引入手抖动倾斜之后相机的光学系统的示意图，其中物体的反射图像向下移位。图1D示出了在引入手抖动倾斜之后相机的光学系统的示意图，并且仅镜筒倾斜以进行OIS补偿，而图像传感器仍未倾斜。图1E示出了在引入手抖动倾斜之后相机的光学系统的示意图，并且镜筒和图像传感器都倾斜以进行OIS补偿。图2A示出了OIS和AF相机系统的横截面视图，其中两个微致动器集成在镜筒和图像传感器周围以实现OIS和/或AF特征。图2B示出了OIS和AF系统的横截面视图，其中两个微致动器沿光学Z轴平移镜筒和图像传感器以找到图像的焦点。图2C示出了OIS和AF系统的横截面视图，其中镜筒致动器使镜筒围绕X和Y轴倾斜，同时图像传感器未倾斜。图2D示出了OIS和AF系统的横截面视图，其中两个微致动器使镜筒和图像传感器围绕X和Y轴倾斜。图3A示出了镜筒致动器的透视图。图3B示出了镜筒致动器的俯视图和剖视图。图3C示出了在致动器处于平移和倾斜运动时镜筒致动器的横截面视图。图4示出了图像传感器致动器的透视图。具体实施方式前述内容被认为仅是对本专利技术原理的说明。此外，由于本领域技术人员将容易想到许多修改和变化，因此不希望将本专利技术限制于所示和所描述的确切结构和操作，并且相应地，可以采用落入本专利技术的范围内的所有适当的修改和等同物。关于以上描述，应认识到，本专利技术的部件在尺寸、形状、形式、材料、功能以及操作、组装和使用方式方面的最佳关系被认为对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且与附图中所示和说明书中所描述的那些关系等同的所有关系都旨在被本专利技术所涵盖。本专利技术提出了一种用于利用分别倾斜镜筒和图像传感器两者来实现AF和OIS补偿的新方法。这种方法通过使图像传感器的平面和反射图像的平面对准来消除由于倾斜镜筒而引起的任何模糊。图1A示出了一旦实现补偿后的完整OIS和AF系统。为了解释本专利技术中的新方法，图1B示出了在引入任何手抖动倾斜之前相机的光学系统的示意图。物体11沿光轴14的反射图像18位于图像传感器13上的初始位置15。参考图1C，当整个相机向下倾斜时，由于手抖动倾斜19(俯仰或偏转运动)，图像传感器上的物体的反射图像向下位移，因此引入模糊。为了校正这种模糊，物体的图像17必须返回到图像传感器上的初始位置15。为此，致动器必须使镜筒在手抖动倾斜的方向20上倾斜，以便使物体的反射图像向上位移并恢复其在图像传感器上的初始位置，参见图1D。然后恢复对象图像18，但是当图像的边缘失焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动聚焦(AF)和光学图像稳定化(OIS)系统，其包括：/na)包括一个或多个光学镜头的镜筒；/nb)附接到所述镜筒的镜筒致动器；/nc)图像传感器，以及/nd)附接到所述图像传感器的图像传感器致动器，/n由此所述致动器中的每一个提供三个自由度运动，包括沿Z轴的平移和围绕X轴和Y轴的双轴倾斜，并且由此两个所述致动器均围绕所述X轴和所述Y轴倾斜以实现光学图像稳定化和/或沿所述Z轴平移以实现自动聚焦。/n

【技术特征摘要】
20180601 US 62/679,234;20190516 US 16/413,7541.一种自动聚焦(AF)和光学图像稳定化(OIS)系统，其包括：
a)包括一个或多个光学镜头的镜筒；
b)附接到所述镜筒的镜筒致动器；
c)图像传感器，以及
d)附接到所述图像传感器的图像传感器致动器，
由此所述致动器中的每一个提供三个自由度运动，包括沿Z轴的平移和围绕X轴和Y轴的双轴倾斜，并且由此两个所述致动器均围绕所述X轴和所述Y轴倾斜以实现光学图像稳定化和/或沿所述Z轴平移以实现自动聚焦。


2.如权利要求1所述的系统，其中所述镜筒致动器和所述图像传感器致动器是MEMS活塞管致动器。


3.如权利要求1所述的系统，其中光学图像补偿通过使所述镜筒致动器和所述图像传感器致动器沿各方向倾斜以实现OIS同时消除渐晕效果来实现。


4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：费斯·巴提斯，里哈德·本马德，
申请(专利权)人：费斯·巴提斯，里哈德·本马德，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA