基于MEMS机构的调焦镜头机构及自动变焦口腔观察仪论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种基于MEMS机构的调焦镜头机构及自动变焦口腔观察仪。前者包括调焦镜筒，镜筒前部设由多个镜片组成的调焦镜片组，镜筒后部设MEMS机构；MEMS机构包括可动板、固定板、可动电极、固定电极，还包括硅电路板和上下玻璃电路板；在可动电极与固定电极之间设有外加电压；MEMS机构的前端可动板与调焦镜片组固定连接，该MEMS机构的后端与CMOS图像传感器固定连接。后者还包括具有图像采集、处理和传输功能的PCB电路板。其可通过电压控制MEMS机构上镜片的移动，从而改变整体镜片组的焦距，实现变焦功能。其相对于VCM变焦镜头，可调行程更长，对焦速度更快，更薄，具有光学防抖功能。

设计方案

1.一种基于MEMS机构的调焦镜头机构，其特征在于，它包括一个调焦镜筒，调焦镜筒前部设有由多个镜片组成的调焦镜片组，调焦镜筒后部设有MEMS机构；调焦镜筒上MEMS机构旁设有控制按钮；所述的MEMS机构包括可动板、固定板、可动电极、固定电极，还包括集成有电子电路的硅电路板和上下玻璃电路板；可动电极与可动板连接，并与上玻璃电路板和硅电路板连接；固定电极与固定板连接，并与下玻璃电路板和硅电路板连接；在可动电极与固定电极之间设有外加电压；所述的由多个镜片组成的调焦镜片组固定安装在所述MEMS机构的前端可动板上；所述MEMS机构的后端固定板上固定安装有CMOS图像传感器；亦即，该MEMS机构的前端可动板与调焦镜片组固定连接，该MEMS机构的后端与CMOS图像传感器固定连接。

2.如权利要求1所述的基于MEMS机构的调焦镜头机构，其特征在于，在所述的MEMS机构的后端与所述的CMOS图像传感器之间，也设置有镜片。

3.一种基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪，其特征在于，它包括如权利要求1或2所述的基于MEMS机构的调焦镜头机构，还包括具有图像采集、处理和传输功能的PCB电路板；所述的PCB电路板上设置有ISP图像处理芯片；所述的PCB电路板通过软PC连接线与所述的基于MEMS机构的调焦镜头机构的CMOS图像传感器连接；所述的PCB电路板可与电脑或显示器连接。

4.如权利要求3所述的基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪，其特征在于，所述的自动变焦口腔观察仪，还包括ODU接口；所述的PCB电路板可通过ODU接口与电脑或显示器连接。

5.如权利要求4所述的基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪，其特征在于，所述的PCB电路板上还设置有CPU中央处理器、显示输出模块；CMOS图像传感器分别与PCB电路板上的中央处理器、ISP图像处理芯片的信号输入口连接；图像捕捉按钮分别与PCB电路板上的中央处理器、ISP图像处理芯片的信号输出口连接；PCB电路板上的显示输出模块通过ODU接口与显示器连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，涉及一种基于MEMS机构的调焦镜头机构，以及一种基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪。

背景技术

数字口腔观察仪(口腔内窥镜)用于对口腔作局部摄影、检查、诊断等，它给牙科医生和患者带来了全新的操作便利性和舒适性。具有自动变焦功能的口腔观察仪，通常有一个调焦镜头机构，该调焦镜头机构有一个调焦镜筒，调焦镜筒前部设有由多个镜片组成的调焦镜片组，调焦镜筒后部有一个CMOS图像传感器，在CMOS图像传感器后面连接上一个PCB电路板，PCB电路板再连接上电脑或显示器，即可进行口腔摄像，使用内窥镜的全动态图像搜寻功能，找到(所要拍摄部位的)合适的角度，然后按下图像捕捉按钮，就可以得到一个理想的图像，由此可帮助检测到患者口腔内咬合部位或邻面的蛀牙,甚至被X射线忽视的初期阶段蛀牙。

现有的数字化口腔观察仪，一般是采用VCM变焦镜头进行自动变焦和对焦的，这种采用VCM变焦镜头的自动变焦和对焦方式，对焦速度慢，可调行程短，体积大，不具有光学防抖功能，拍照时手的抖动对成像质量影响较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对焦速度更快、可调行程更长、体积小、具有光学防抖功能的基于MEMS机构的调焦镜头机构，以及一种基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型一种基于MEMS机构的调焦镜头机构，它包括一个调焦镜筒，调焦镜筒前部设有由多个镜片组成的调焦镜片组，调焦镜筒后部设有MEMS机构；调焦镜筒上MEMS机构旁设有控制按钮；所述的MEMS机构包括可动板、固定板、可动电极、固定电极，还包括集成有电子电路的硅电路板和上下玻璃电路板；可动电极与可动板连接，并与上玻璃电路板和硅电路板连接；固定电极与固定板连接，并与下玻璃电路板和硅电路板连接；在可动电极与固定电极之间设有外加电压；所述的由多个镜片组成的调焦镜片组固定安装在所述MEMS机构的前端可动板上；所述 MEMS机构的后端固定板上固定安装有CMOS图像传感器；亦即，该MEMS 机构的前端可动板与调焦镜片组固定连接，该MEMS机构的后端与CMOS 图像传感器固定连接。

进一步地，所述的基于MEMS机构的调焦镜头机构，在所述的MEMS 机构的后端与所述的CMOS图像传感器之间，也设置有镜片。由此可进一步加长该调焦镜头机构的调焦范围(即景深)。

上面两种方式可以实现通过电压控制MEMS机构前端镜片的移动(将电转化成机械运动)进行对焦，通过算法可以实现自动调焦功能。亦即，通过电压控制MEMS机构，从而控制MEMS机构上镜片的移动，从而改变整体镜片组的焦距，实现变焦功能。上面两种方式，主要为设计不同的焦距及景深所需要的。变焦的原理都是一样的。

本实用新型一种基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪，它包括上述基于MEMS机构的调焦镜头机构，还包括具有图像采集、处理和传输功能的PCB电路板；所述的PCB电路板上设置有ISP图像处理芯片；所述的 PCB电路板通过软PC连接线与所述的基于MEMS机构的调焦镜头机构的 CMOS图像传感器连接；所述的PCB电路板可与电脑或显示器连接。

进一步地，所述的自动变焦口腔观察仪，还包括ODU接口；所述的 PCB电路板可通过ODU接口与电脑或显示器连接。

进一步地，所述的PCB电路板上还设置有CPU中央处理器、显示输出模块；CMOS图像传感器分别与PCB电路板上的中央处理器、ISP图像处理芯片的信号输入口连接；图像捕捉按钮分别与PCB电路板上的中央处理器、ISP图像处理芯片的信号输出口连接；PCB电路板上的显示输出模块通过ODU接口与显示器连接。

MEMS机构，即微机电系统，主要包括微型机械机构(可动板、固定板)、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路(电子电路)等几部分。它是将微小的机械重要零件、微型传感器、电子电路等集成于同一硅电路板、玻璃电路板、有机材料等之上，通过半导体集成电路制作技术制作其主要部分的设备的总称。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪，相对于VCM 变焦镜头，可调行程更长；相对于VCM变焦镜头，对焦速度更快；更薄，体积小；可以整合光学防抖功能，具有光学防抖功能。

附图说明

图1是本实用新型一种基于MEMS机构的调焦镜头机构的结构示意图；

图2是本实用新型中的MEMS机构的结构和原理示意图；

图3是本实用新型一种基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪(向后调整焦距)的结构示意图；

图4是本实用新型一种基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪(向前调整焦距)的结构示意图。

图中：1、镜片 2、MEMS机构 3、CMOS图像传感器 4、控制按钮 5、PCB电路板6、ISP图像处理芯片 7、ODU接口 8、可动电极 9、固定电极 10、调焦镜筒 11、软PC连接线 A、可动板 B、固定板

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例

如图1所示，本实用新型一种基于MEMS机构的调焦镜头机构包括一个调焦镜筒10，调焦镜筒10前部设有由多个镜片1组成的调焦镜片组，调焦镜筒10后部设有MEMS机构2；调焦镜筒10上MEMS机构2旁设有控制按钮4(也是图像捕捉按钮)。

如图2所示，所述的MEMS机构2包括可动板A、固定板B、可动电极8、固定电极9，还包括集成有电子电路的硅电路板和上下玻璃电路板；可动电极8与可动板A连接，并与上玻璃电路板和硅电路板连接；固定电极9与固定板B连接，并与下玻璃电路板和硅电路板连接；在可动电极8与固定电极9之间设有外加电压。

如图3、图4所示，本实用新型一种基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪，它包括上述基于MEMS机构的调焦镜头机构，还包括具有图像采集、处理和传输功能的PCB电路板5，还包括与PCB电路板5连接的 ODU接口7。

如图3、图4所示，该MEMS机构2的前端可动板A与由多个镜片1 组成的调焦镜片组固定连接，该MEMS机构3的后端与CMOS图像传感器 3固定连接；PCB电路板5上设置有ISP图像处理芯片6；PCB电路板5 通过软PC连接线11与CMOS图像传感器3连接；PCB电路板5可通过ODU 接口7与电脑或显示器连接。

如图3、图4中所示，MEMS机构2可以通过电压控制固定连接在 MEMS机构上的由多个镜片1组成的调焦镜片组向前或向后移动，由此改变整体镜片组的焦距(即向前或向后调整焦距)，实现变焦功能。

PCB电路板5上除设有ISP图像处理芯片6，还设有CPU中央处理器、显示输出模块；CMOS图像传感器2分别与PCB电路板5上的中央处理器、 ISP图像处理芯片6的信号输入口连接；由多个镜片1组成的调焦镜片组依次通过MEMS机构2、CMOS图像传感器3与PCB电路板5上的ISP 图像处理芯片6连接；控制按钮4分别与PCB电路板5上的中央处理器、ISP图像处理芯片6的信号输出口连接；PCB电路板5上的显示输出模块通过ODU接口7与显示器连接。

本实用新型的基于MEMS机构的自动变焦口腔观察仪，通过MEMS机构实现自动变焦，能够达到以下功能及效果：

1)摄像镜头固定于MEMS机构内部的一个结构件(即可动板A)上， CMOS图像传感器固定于MEMS机构内部的另一个结构件(即固定板B)上，通过控制电压可以控制MEMS机构内部的两个结构件即可动板A、固定板 B的相对位置，从而实现变焦。

2)相对VCM变焦来说，可动板A、固定板B之间的距离(即镜头行程)可以做得更长。

3)相对VCM变焦来说，MEMS机构直接将电转化成机械运动，可以实现更宽速度的调焦，因此，调焦速度更快。

4)MEMS机构通过机械的方式来变焦，镜头不容易抖动；而VCM变焦是通过将电转化成磁场，利用磁场产生的作用力来实现变焦的，这种 VCM变焦的方式相比MEMS机构的自动变焦，镜头更容易抖动。

设计图

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