高速自动聚焦系统、成像装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自动聚焦系统、成像装置及其方法，所述自动聚焦系统包括：至少一个微镜阵列透镜、影像传感器、及信号处理器。该微镜阵列透镜使物体成像，且将影像聚焦在影像传感器上。该影像传感器接收光线且将该光线的光能转变为电信号形式的电能。该影像传感器传送该电信号至信号处理器，该电信号带有关于物体的影像资料。该信号处理器接收该电信号，比较该影像资料的影像品质与其聚焦标准，并产生传送至该微镜阵列透镜的控制信号，以调整微镜阵列透镜的焦距。这个重复的程序一直持续到影像资料的品质符合聚焦标准，且该程序在人类肉眼的后像速度以内完成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及一种自动聚焦系统，且更具体地说，涉及一种高速自动聚焦系统，其包括至少一个微镜阵列透镜。
技术介绍
许多传统成像装置(如，照相机、摄录像机、及其它替代物)皆使用自动聚焦系统，以轻易地捕捉较鲜明的影像。传统的自动聚焦透镜系统包括一系列的透镜、透镜移动机构、影像传感器及信号处理器。当成像装置和/或成像物体突然移动时，该成像装置会失去影像的焦点，因为传统自动聚焦系统的聚焦速度很慢。因此，该成像装置会得到模糊的影像。大部分的传统自动聚焦成像装置使用电磁驱动马达和/或压电致动装置，来使至一个或多个透镜为了聚焦而移动。然而，传统自动聚焦系统的响应速度太慢了，因为并入成像装置中的传统折射透镜及传统透镜移动机构具有相当的惯性。对电磁马达而言，响应速度会受限于磁感应。可行快速自动聚焦的成像装置迄今尚未问世。因此，存有对改良的自动聚焦系统的实际需求，其可在短暂的时间内捕捉到清晰的影像。这样的系统必须易于制造，且可调适为可以与现有的成像装置一起使用。-->
技术实现思路
本专利技术针对一种高速自动聚焦透镜系统，能够捕捉高速移动物体的清晰影像，和/或在成像装置处于移动和/或振动状态时，亦能够捕捉清晰影像。本专利技术的自动聚焦系统包括：至少一个微镜阵列透镜、影像传感器、及信号处理器。该微镜阵列透镜包括由多个致动零件所控制的多个微镜。这些致动零件可将这些微镜缩进和/或提升至一长度，或可将由物体散射的光的光径缩短，以移除影像的相位像差。根据本专利技术，该微镜阵列透镜可通过反射由物体散射的光线，而将物体成像在影像传感器。该影像传感器接收光线，并以电信号的形式将光能转变为电能。影像传感器将电信号传送至信号处理器，该电信号带有与物体相关的影像资料。信号处理器接收该电信号，将该影像资料的影像品质与其聚焦标准比较，并产生控制信号，这会传送至该微镜阵列透镜的致动零件，以调整该微镜阵列透镜的焦距。这个反复的程序会一直持续，直至影像资料的品质符合聚焦标准，并且整个反复程序会在人类肉眼的后像速度以内完成。本专利技术的主动自动聚焦系统包括距离测量装置。该距离测量装置将能量束射向一物体，并侦测由该物体所反射的能量，来确定正确的聚焦距离。一旦确定了聚焦距离，信号处理器就会应用透镜方程式(Lens Formula)来计算该系统的有效焦距。接着，信号处理器产生控制信号，并将该控制信号传送至该微镜阵列透镜，来因此而调整其焦距。当用在成像装置的成像系统及变焦系统时，本专利技术的自动聚焦系统还包括微镜阵列透镜与多个传统透镜的结合体，或不含传统透镜的微镜阵列透镜。-->本专利技术的自动聚焦系统可提供实时自动聚焦，因为该微镜阵列透镜的焦距改变速度约为10KHz。当用在成像装置的成像系统和/或变焦系统时，本专利技术的自动聚焦系统包括微镜阵列透镜与一个或多个传统折射透镜的结合体。本专利技术的自动聚焦系统通过将该微镜阵列透镜应用到聚焦元件，而消除了对传统聚焦系统的透镜移动机构的需求。因为本专利技术具有较少数量的零件，且无肉眼可见的移动零件，因此本专利技术可以降低自动聚焦系统的实体尺寸、重量、及制造成本。本专利技术亦可促进自动聚焦系统的耐用性及使用寿命。总而言之，本专利技术所提供而相比于现有技术的自动聚焦系统而言的优点如下：1.可实时捕捉清晰的影像；2.这样的系统成本低廉且易于制造；3.无肉眼可见的透镜移动，从而可增加整个系统的可靠性；及4.通过加入一个或多个微镜阵列透镜，即可轻易地建构一高速改变的变焦系统，而无须使用肉眼可见的移动元件。附图说明通过参考下面的结合附图的详细描述，将更加了解本专利技术的这些及其它的特征、观点及优点，附图中：图1是具有根据本专利技术的自动聚焦透镜系统的成像装置的示意图；-->图2是包括在图1的自动聚焦透镜系统内的微镜阵列透镜的顶视图；图3(a)及3(b)是示出一微镜阵列透镜取代传统凹面镜的方式的示意侧视图；图4是图1的自动聚焦透镜系统的分解示意侧视图；图5是示出透镜方程式的示意图；图6是根据本专利技术的自动聚焦透镜系统的可替换实施例的示意图；图7是根据本专利技术的自动聚焦透镜系统的另一实施例的示意图；以及图8是具有根据本专利技术的主动自动聚焦透镜系统的成像装置的示意图。具体实施方式在本专利技术的具体优选实施例中，提供了一种用于现有数字和/或模拟成像装置的自动聚焦系统。该自动聚焦系统包括至少一个微镜阵列透镜，其与影像传感器及信号处理器结合。该自动聚焦系统提供了高速自动聚焦，以补偿因目标物体和/或成像装置的突然移动所造成的散焦。图1示出了成像装置10，其包括根据本专利技术的自动聚焦系统20。该自动聚焦透镜系统20包括透镜30、微镜阵列透镜40、影像传感器50、以及信号处理器60。-->透镜30优选为具有固定焦距的传统折射透镜。该透镜可由任何适用的构造制成，且可由玻璃、塑料或任何其它适用的材料制成。该透镜使物体12成像，并优选地定位为垂直于由该物体所散射的光的光径14，以使光线通过微镜阵列透镜40。微镜阵列透镜40是可变焦距透镜。这样的微镜阵列透镜的提出可参见James G. Boyd IV及Gyoungil Cho的论文，标题“快速响应可变聚焦微镜阵列透镜(Fast-response Variable FocusingMicromirror Array Lens)”，Proc.SPIE，Vol.5055，第278至286页(2003)，且该微镜阵列透镜的改良公布于美国专利申请第10/806,299号(申请日2004/03/23)，第10/855,554号(申请日2004/03/27)，第10/855,715号(申请日2004/03/27)，第10/855,287号(申请日2004/03/27)，第10/857,796号(申请日2004/03/28)，以及第10/857,280号(申请日2004/03/28)，这些文献的全部内容以引用的方式并入本文中。如图2所示，微镜阵列透镜40包括多个微镜42，这些透镜以同心地配置于一平面中，以形成一个或多个同心圆。优选地，这些微镜可通过致动零件以静电方式和/或电磁方式个别控制，这些致动零件可使这些微镜旋转及平移。每个微镜均包括优选地由金属制成的反射面。目前优选地，这些微镜的反射面包括一轻度曲率，且每个微镜的形状是扇形，以增加微镜阵列透镜的有效反射面积。这增加了透镜的光学有效性。在另一实施例中，微镜42的反射面可以是平坦的。支持微镜42及使微镜旋转和平移的致动零件的机械结构设置于微镜下方，以使这些微镜定位为彼此靠近。这亦可增加微镜阵列透镜的有效反射面积。因为这些微镜的质量很小，而仍会产生很小的惯性力矩，其位置及位向可以约10KHz的频率改变。因此，该-->微镜阵列透镜变成高速可变聚焦透镜，其具有约10KHz的聚焦响应速度。图3(a)及图3(b)示出了微镜阵列透镜40与传统凹面镜24之间的相似处。众所周知，凹面镜的作用与具有固定焦距的凸面反射透镜相同。然而，如图3(b)所示，微镜阵列透镜40包括多个微镜42，且不同于传统的凹面镜，微镜阵列透镜可以通过控制微镜42的旋转和/或平移运动来改变其焦距。该微镜阵列透镜是反射富斯聂(Fresnel)透镜。图3(b)示出了微镜阵列透镜40获得影像的方式。因此，通过控制微镜42本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有至少一个微镜阵列透镜的自动聚焦系统，所述微镜阵列透镜包括多个微镜，其中，每个微镜均通过致动零件控制，以调整所述微镜阵列透镜的焦距。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-7-21 10/896,1461.一种具有至少一个微镜阵列透镜的自动聚焦系统，所述微镜阵列透镜包括多个微镜，其中，每个微镜均通过致动零件控制，以调整所述微镜阵列透镜的焦距。2.根据权利要求1所述的自动聚焦系统，还包括：(a)影像传感器，接收由物体所散射的光线，其中，所述微镜阵列透镜的焦距调整为将所述物体的影像聚焦在所述影像传感器上；以及(b)信号处理器，与所述影像传感器及所述微镜阵列透镜通信。3.根据权利要求2所述的自动聚焦系统，其中，所述影像传感器将所述光线的光能转变成电信号，所述电信号带有关于所述物体的影像资料，并且其中，所述影像传感器将所述电信号传送至所述信号处理器。4.根据权利要求3所述的自动聚焦系统，其中，所述信号处理器使用一算法来比较所述影像资料的影像品质与其聚焦标准，并产生传送至所述微镜阵列透镜的控制信号。5.根据权利要求4所述的自动聚焦系统，其中，所述命令信号激活使所述微镜旋转和/或平移的所述致动零件，以调整所述微镜阵列透镜的焦距。6.根据权利要求5所述的自动聚焦系统，其中，调整所述微镜阵列透镜的焦距，直至所述影像资料的影像品质符合所述聚焦标准。7.根据权利要求1所述的自动聚焦系统，其中，所述自动聚焦系统的聚焦速度快于或等于人类肉眼的后像速度。8.根据权利要求1所述的自动聚焦系统，其中，所述自动聚焦系统用在成像装置中。9.根据权利要求2所述的自动聚焦系统，还包括：至少一个传统透镜，所述传统透镜使所述物体成像，并将由所述物体散射的光线传至所述微镜阵列透镜。10.根据权利要求1所述的自动聚焦系统，还包括：(a)影像传感器，接收由物体所散射的光线，其中，所述微镜阵列透镜的焦距调整为将所述物体的影像聚焦在所述影像传感器上；以及(b)距离测量装置，其具有发射器和侦测器，其中，所述发射器用以将能量束射至所述物体，而所述侦测器确定正确的聚焦距离。11.根据权利要求9所述的自动聚焦系统，其中，所述控制信号激活所述致动零件，以调整所述微镜阵列透镜的焦距。12.根据权利要求1所述的自动聚焦系统，其中，每个微镜是可独立控制的，以校正像差，所述像差由物体与其影像之间的媒介所导致的光学效应所造成，或由透镜系统的缺陷造成，所述缺陷会使其影像不遵守近轴影像原理。13.根据权利要求1所述的自动聚焦系统，其中，所述自动聚焦系统作为用于成像装置的变焦系统中的一部分。14.一种具有自动聚焦功能的成像装置，所述自动聚焦系统包括至少一个微镜阵列透镜，其中，所述微镜阵列透镜包括多个微镜，并且其中，每个微镜通过致动零件控制，以调整所述微镜阵列透镜的焦距。15.根据权利要求14所述的成像装置，其中，所述自动聚焦系统还包括：(a)影像传感器，接收由物体所散射的光线，其中，所述微镜阵列透镜使所述物体成像，并且其中，所述微镜阵列透镜的焦距调整为使所述影像聚焦在所述影像传感器上；以及(b)信号处理器，与所述影像传感器及与所述微镜阵列透镜通信。16.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵京一，金泰县，金东佑，徐清洙，
申请(专利权)人：立体播放有限公司，埃斯壮有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]