专利名称：微型摄像头模块位移感知传感器的制作方法
技术领域：
本发明是包含在镜头驱动器之内，帮助小型便携式终端机实现自动对焦(Auto Focusing)和光学变焦(Zooming)功能的微型摄像头模块位移感知传感器。
背景技术：
近年来，伴随通讯技术和数字信息处理技术的不断发展，集信息处理及演算、 通讯、图像信息的输入和输出等功能为一身的便携式终端机技术也逐渐兴起。例如 安装了数码摄像和通讯功能的PDA、添加了数码摄像功能的手机、个人多媒体播放 器(PMP: personal multi-media player)等都是此类产品。由于数码摄像技术和 信息存储能力在不断发展，高水平数码摄像头模块(digital camera module)的 安装正在趋于普遍化，与此同时，各类技术的发展使得安装在便携式终端机等设备 上的数码摄像头模块开始使用百万像素(mega pixel)级别的图像传感器(image sensor),因此自动对焦及光学变焦等附加功能越来越受到人们重视，而摄像头模 块的形状尺寸(form-factor )则越来越趋于小型化。
为了在此类小型数码摄像头模块中实现自动变焦及光学变焦功能，人们正在
动的技术和更为简单、更容易实现小型化的音圈马达(VCM, voice coil motor) 驱动方式技术并将其商品化。为了实现光学变焦功能和自动对焦功能，与运动部件 一起组装在摄像头模块内部的两个以上的镜片组会分别随着运动部件移动到指定 位置，这样进来的光线就在图像传感器(image sensor)上形成图像。
步进马达只能记忆初始位置，由于驱动时是依靠接通的驱动脉沖电流对位置 进行调节的，所以此类马达其实并不具备能够判断出运动部件(moveable part) 位移的位置感测器。但是，随着小型化的发展趋势，类似步进马达、音圏马达等的 纟戋形电不兹马区动器(electromagnetic linear actuator )或者压电马区动器(piezoel electric actuator )等使用在驱动时必定会出现积累的位移误差的驱动器的时候， 为了保障需要精密控制的自动对焦和光学变焦，就需要安装能够检测出运动部件位置的位置传感器。
运动部件的驱动位置传感器一般常用于机器人工学技术并在该领域得到了长 足的发展，它不仅能够计算出直线移动、旋转角和位移，而且还能够计算出速度信
息。现有利用红外线(infrared )、电阻(resistive )、电容(capacitive )、磁性 (magnetic),霍尔传感器(hall sensor)等多种方法感知对象位置的方式。
其中，电容式位移感知传感器能够感知电极之间出现电场带来的变化，电极 是从回路中突出出来构成的，电容值决定于电场的面积、电极间的距离以及位于电 极之间的位置等因素，因此足以检测到10-"F左右的电容值。其探测灵敏度较高， 能够检测到细微的电容变化，还能够进行量程检测。它所利用的是电极电压产生的 电场，所以能够通过电场的扩散产生分解能力。由于在不同情况下，电极间的间隔 范围能够在数mm到数p m以下的接近开关范围内工作，故而也称作电容式接近开 关。
光学变焦功能虽然也需要具备类似现有的无限拍摄(camcorder)那样的连续 变焦功能，但是在有些情况下确只需要进行简单的分阶段变焦。比如像数码相机的 变焦，只需要根据2倍、3倍、4倍等不同的倍数，确定相应位置就可以了，拍照 手机也是根据不同阶段进行位移的。在这种情况下，就需要能够简单检测出各个阶 段位置的位置探测传感器，只要能够检测出各个规定位置的特定电容值，就能够探 测出位移情况。
然而，随着便携式终端机不断趋于小型化，它所安装的摄像头模块体积也越 来越小，与此同时还要求准确实现自动对焦和变焦功能，这就需要开发出一种能够 在保证较小体积的前提下准确感知摄像头模块位置变动的技术。
发明内容
本发明正是为解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够简便安装在 利用电磁方式的微型驱动器装置内部，符合要求小型化的便携式相机及相机终端机 自动对焦和变焦功能的微型摄像头模块位移感知传感器。
本发明的另一个目的在于提供一种仅通过便携式终端机内各个阶段的位移情 况实现自动对焦和变焦功能时所需的镜片组位置信息，以保证获得较高分辨率的拍 摄画质的微型摄像头模块位移感知传感器。
为了实现上述目的，本发明作为配备在小型便携式终端机摄像头装置镜头驱动器上，感知上述驱动器位置变化的微型摄像头模块位移感知传感器，具备以下一
些特征上述驱动器包含在内部中央位置包含由多个镜片构成的镜片组件并进行移
动的运动部件、固定安装在从外侧包住上述运动部件并支持上述运动部件移动的上 述小型便携式终端机内部的镜筒部件、包含在上述运动部件外侧一个面上形成的一 个以上的运动部件电极、对抗上述运动部件电极在上述镜筒部件的内侧一个面上依 照预定间隔排列的多个固定部件电极组成的固定部件电极阵列、平涂在上述多个固
列上并导出到外部的导线，根据上述运动部件平面电极接触上述电介质发生的移 动，感知上述固定部件电极阵列以及上述电介质产生的电容，利用连接在上述导线 上的周边回路测定上述运动部件的位移。
本发明的效果
如上所述，本发明的微型摄像头模块位移感知传感器是电容式位移感知传感 器，与其他传感器形态相比，它具有能够根据变焦功能的不同阶段感知位移、对沖 击和震动不太敏感、传感器尺寸较小等优点。
作为调节光学式自动对焦和放大被摄体等的镜头位移探测装置，当制动器线 形移动时，摄像头内部的感知传感器就能够输出和精确感知各个阶段与对应位置相 对应的电力信号，从而实现理想的自动对焦和光学变焦功能。
作为一种耗电少、易于实现小型化、适用于要求精确判断和控制运动部件位 置的各种机器的位移感知传感器，尤其能够用来感知旨在实现安装在便携式终端机 等之上的微型摄像头模块的变焦和自动对焦功能的镜片组位移情况。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本 发明进行详细的描述。
图1中的(a) ^示安装有本发明位移感知传感器的线形驱动器一个例子的 斜视图1中的(b)是展示图1中的(a)的A截面的放大截面图2中的(a)至(j)是对本发明位移感知传感器的工作情况进行说明的示
例图3a至图3d是对本发明位移感知传感器的工作原理进行说明的示例图。附图中主要部分的符号说明:
10驱动器11镜筒部件
12运动部件13固定部件电极阵列
14运动部件电极15贯通孔
16电介质17基板
31电容-电压转换器32比较器
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明的微型摄像头模块位移感知传感器的实施例进行详
细i兌明。
说明时将4巴本发明的电容式(capacitive type)位移感知传感器应用到任意 一线形驱动器上。这只是其中一个实施例，本发明也能够适当应用于其他镜头驱动 器上。
图1中的(a) ^艮示安装有本发明位移感知传感器15的线形驱动器10 —个 例子的斜-f见图；图1中的(b ) A^示图1中的(a )的A截面的方文大截面图。
首先，如图l所示，线形驱动器10虽然是音圈马达方式，但是在驱动时是运 用了压电等方式，由配备即将安装镜片组件(未图示)的内侧中央贯通孔15的逸 动部件12、用来实现运动部件12线形移动的镜筒部件11、固定在镜筒部件ll内 部一侧并按照一定的间隔隔开的多个固定部件电极组成的固定部件电极阵列13、 与固定部件电极阵列13相对在运动部件12 —个侧面上突出形成的运动部件电极 14以及分别连接在固定部件电极阵列13和运动部件电极14上的导线(未图示) 等构成。
附着在镜筒部件11 一内侧面上的固定部件电极阵列13以及附着在运动部件 12—侧面上的运动部件电极14相对，固定部件电极阵列13上涂有有电材料，即 电介质16。
固定部件电极阵列13是一定宽度的多个电极按照一定间隔固定排列在镜筒部 件11 一个内侧面的形态，由于固定部件电极阵列13和运动部件12上声称的运动 部件电极14的宽度与位移探测的分辨率(resolution)密切相关，在固定部件电 极阵列13和运动部件上形成的运动部件电极14的宽度就可以利用半导体流程当中 的光刻流程，比如在从1 M m起到指定范围内调节宽度。运动部件电极14方向与固定部件电极阵列13相对，在运动部件12的一个侧 面上突出而成，运动部件电极14与固定部件电极阵列13各个电极宽幅相同或者也 可能分别具有指定长度的宽幅。运动部件电极14的长度也和固定部件电极阵列13 相同或者分别具有指定的长度。
电介质16平涂在基板上以盖住基板上17的固定部件电极阵列13,并与运动 部件12的运动部件电极14相接。电介质16的作用在于在运动部件12电极与固定 部件的电介质16相接触的状态下移动，与固定部件的电才及阵列13形成一个电容器， 从而使得电容的检测更加容易。
此外，电介质16采用的是能够很好对抗接触时可能产生的磨损等的材料，可 在陶瓷系列的氮化硅、炭化硅、氧化铝、氧化锆等中进行选择，通过涂覆及溅镀技 术制成。
附有固定部件电极阵列13的基板17可以使用硅片等材料。
如展示图1中的(a ) A截面的图2所示，运动部件12的运动部件电极14接
触固定部件电介质进行移动，检测出电容，其工作过程如图2中的(a)至(j)所示。
图2 M示运动部件12工作情况一个例子的示例图。它展示了相对的固定部 件电极阵列13和运动部件电极14根据不同移动位置发生叠加(overlap )的过程。
图3a ^示图2所示检测运动部件电极14移动产生电容值的图表，展示了 图2中各个移动位置下电容值的变化。
在图3a的图表中，如(a)位置所示，固定部件电极阵列13和运动部件电极 14没有产生叠加部件时电容维持在一定水平上；如(b)位置所示，固定部件电极 阵列13和运动部件电极14叠加的瞬间电容上升；如(c )位置所示，当两者完全 叠加在一起时，电容达到最高值；如(d)位置所示，随着固定部件电极阵列13 和运动部件电才及14的叠加面积不断缩小，；险测出的电容也不断减少。
如上所示，检测过程反复发生，由此产生的电容检测图表如图3a所示，展示 了以分别位于固定部件电极阵列13指定位置的各个电极为基准，沿x轴方向移动
的周期相同的输出图表。
所检测到的电容变化波形由运动部件电极14宽幅尺寸决定，会出现梯形或三 角形探测波。电容值通过图3c所示的电容(C)-电压转换器31转换为电压(Vout ) 输出。此时，为了连续实现变焦功能，比如只需要得到与2倍变焦、3倍变焦、4倍 变焦相对应的各个位置的位置信息，为了检测出与2倍变焦、3倍变焦、4倍变焦 相对应的位置信息，运动部件12的位移探测可以使用相当于输出电压(Vout)最 高值的位置(相当于图3a的(c)位置)作为分别对应2倍变焦、3倍变焦、4倍 变焦的位置信息。
此外，如图3d所示，使用比较器32对指定标准电压(Vi)和输出电压(Vout) 进行对比，就可以获得与当输出电压(Vout)从较大转为较小时的位置(对应图 3b的(d)、 (i))，或者输出电压(Vout)从较大转为较小时的位置(对应图3b的 (h))相对应的位置信息作为相当于2倍变焦、3倍变焦、4倍变焦的位置信息。
具体而言，如图3b所示，如果把与x轴的dl相对应的位置d设定为2倍变 焦位置，把与d2相对应的位置(j )设定为3倍变焦位置，使用如图3d所示的比 较器32对比所检测到的输出电压(Vout)是否是与位置(d)相对应的输出电压， 如果不是与位置(d)相对应的输出电压，那么就对其电压差进行检测。此时，这 个电压差意味着运动部件12已经发生了该差值大小的位移，通过控制部件(未图 示)的作用输出相当于位置(d)的输出电压(Vout),就实现了位置控制。
利用通过输出电压(Vout)或者比较器32得到的位置信息，运动部件12就 会通过回路反馈经过收敛区间移动到正确的位置。
此外，根据固定部件电极阵列13各个电极的个数设定的各阶段位移移动时， 能够根据各个探测波形，即最大值的个数移动到指定的电极位置。因此，能够利用 相应检测最大值的输出电压值获得各个变焦阶段的位移信息并进行位置调节。
此外，通过模拟式输出，而不是通过使驱动面电极阵列宽幅相对大于固定面 电极阵列宽幅，镜片组在驱动时对相对电极的面积进行调节，通过电容的增减测定 位移的所谓、、分阶段信号输出 〃 也能够进行位置调节。
利用此类电容式位移感知传感器能够在小型便携式终端机光学变焦功能中精 确感知镜片组在各个阶段的位移，从而确保数码变焦功能的位置感知技术，还能够 调节电极宽幅感知到较为精确的自动对焦功能位置。这一电容式位置感知传感器能 够在微型驱动器装置内部轻松工作，是能够探测到精密运动部件位移信息的位置传 感器，制作非常简便。
通过上述的说明，本领域熟练技术人员完全可以在不偏离本发明技术思想的 范围内，进行多样的变更以及修改。但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作为对本发明的限定，只 要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权 利要求书的范围内。
权利要求
1、 一种微型摄像头模块位移感知传感器，是配备在小型便携式终端机摄像头装置镜头驱动器上，用以感知上述驱动器位置变化的位移感知传感器，其特征在于上述驱动器包含在内部中央位置包含由多个镜片构成的镜片组件并进行移动的运动部件；固定安装在从外侧包住上述运动部件并支持上述运动部件移动的上述小型便携式终端机内部的镜筒部件；包含在上述运动部件外侧一个面上形成的一个以上的运动部件电极；对抗上述运动部件电极在上述镜筒部件的内侧一个面上依照预定间隔排列的多个固定部件电极组成的固定部件电极阵列；平涂在上述固定部件电极上的电介质；以及分别连接在上述运动部件电极和上述固定部件电极阵列上并导出到外部的导线；根据上述运动部件电极接触上述电介质发生的移动，感知上述固定部件电极阵列以及上述电介质产生的电容，利用连接在上述导线上的周边回路测定上述运动部件的位移。
2、 如权利要求1所述的微型摄像头模块位移感知传感器，其特征在于 上述位移感知传感器采取的是所述固定部件电极阵列利用与位置相对应的电容检测，能够实现各阶段数字输出或者模拟输出的设计。
3、 如权利要求l所述的微型摄像头模块位移感知传感器，其特征在于 上述多个固定部件电极的宽度由上述镜筒部件的尺寸和上述位移检测的精确度所决定，上述多个固定部件电极的各个电极的宽度和上述运动部件平面电极的宽 度相同。
4、 如权利要求1所述的微型摄像头模块位移感知传感器，其特征在于 上述电介质采用的是能够抵抗上述运动部件电极的接触所带来的磨损的材料，是在氮化硅或炭化硅或氧化铝或氧化锆中选择一种材料制成的。
5、 如权利要求1所述的微型摄像头模块位移感知传感器，其特征在于 上述周边回路包括电容-电压转换器，把上述感知到的电容转换为输出电压进行输出。
6、 如权利要求5所述的微型摄像头模块位移感知传感器，其特征在于 把输出上述输出电压最高值的各个位置设定为已设的变焦倍数或者各个被摄体焦点的位置。
7、 如权利要求6所述的微型摄像头模块位移感知传感器，其特征在于 把上述运动部件电极的移动所带来的上述输出电压最高值的个数合起来检测上述运动部件电极的位移信息。
8、 如权利要求5所述的微型摄像头模块位移感知传感器，其特征在于 上述周边回路还包含比较器，把经过上述电容-电压转换器输出的上述输出电压与已经设定的标准电压进行对比，作为位移信息输出上述输出电压和上述标准 电压之差。
9、 如权利要求项所述的微型摄像头模块位移感知传感器，其特征在于 把输出上述标准电压的上述运动部件电极的各个移动位置设定为已经设定的变焦倍数或者各个被摄体焦点的位置。
全文摘要
一种微型摄像头模块位移感知传感器，是配备在小型便携式终端机摄像头装置镜头驱动器上，感知驱动器位置变化的位移感知传感器，该驱动器包含在内部中央位置包含由多个镜片构成的镜片组件并进行移动的运动部件、固定在从外侧包住运动部件并支持运动部件移动的镜筒部件，在运动部件外侧一个面上形成的运动部件电极、对抗运动部件电极在镜筒部件内侧一个面上依间隔排列的多个固定部件电极组成的固定部件电极阵列、平涂在多个固定式平面电极上的电介质及连接在运动部件电极和固定部件电极阵列上并导出到外部的导线，根据运动部件电极接触电介质发生的移动，感知固定部件电极阵列及电介质产生的电容，利用连接在导线上的周边回路测定运动部件的位移。
文档编号G02B7/04GK101285988SQ200710039320
公开日2008年10月15日 申请日期2007年4月10日 优先权日2007年4月10日
发明者仁太善, 赫 全, 吴昌熏, 李英珠 申请人:上海乐金广电电子有限公司