CN100570468C - 带有机械光圈和快门的小型照相机组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型照相机组件，更具体地，涉及一种具有机械光圈和快门的小型照相机组件，该机械光圈和快门与现有电子快门不同，不仅能够通过调节进入图像传感器的光量来改善图像质量，而且还能通过使用电磁力来显著地降低整个***的体积，因此能够用于需要小型照相机组件的各种用途，包括手持终端等。为了实现本发明的目的，该小型照相机组件具有：用于获取物体图像的透镜组合体，其由一个以上的透镜组成；用于将由透镜获取的图像转变为电信号的图像传感器；以及与该图像传感器相连的***电路单元；还包括：光量调节装置，其能够通过控制入射区域和入射时间来调节经过该透镜组合体到达图像传感器的图像的光量。

Description

带有机械光圈和快门的小型照相机组件

技术领域

本发明涉及一种小型照相机组件(small form factor cameramodule)，更具体而言，涉及一种具有机械光圈和快门的小型照相机组件，该机械光圈和快门不仅能够通过调节进入图像传感器的光量来改善图像质量，而且还能通过利用电磁力来显著地降低整个***的体积，因此能够用于需要具有手持终端的小型照相机组件的各种场合。

根据目前通信技术和数字信息处理技术的发展，已经开发出一种用于手持终端的技术，该手持终端具有各种功能，比如信息处理、计算、通讯以及图形信息输入/输出功能。

例如，个人数字助理PDA具有数码照相机和通讯功能，而手持电话则具有数码相机和PDA功能。目前的趋势是，根据数码照相机技术和信息储存能力的发展，使数码照相机组具备高规格的配置。

根据支持上述技术的其他技术的发展，由于百万像素水平的图像传感器用于装备在手持电话上的数码照相机组件中，因此光学变焦和自动聚焦功能以及机械快门和机械光圈功能比以往更引起人们的注意。

可以使用两种扫描方法操作CCD，即隔行扫描法和逐行扫描法。

由于现有摄像CCD所采用的隔行扫描法两次扫描一幅图像两次，因此其缺点是图形质量会有所降低，这是由于在第一次扫描结束后到进行第二次扫描之前一直有光进入。

因此，为了获得高质量的图像，应该考虑在两个扫描过程中使用机械快门完全阻断光线。

背景技术

与此相反，当主要使用350,000像素级的数码相机时，适用一次扫描所有像素的逐行扫描法。该方法的优点是不会因为时间的间隔和仅在使用电子快门时才可能会有的控制而发生错误，在使用机械快门时不存在该控制。

然而，在现在使用的多于3,000,000像素的数码相机中，预期能够获得更好成像质量的隔行扫描法再次适用，这是由于使用同样尺寸的CCD能够获得更多的光。

如上文所述，使用电子快门是无法获得所期望的成像质量的，因此人们对适用于机械快门的技术进行了研究。

机械快门具有阻断不必要的光线的功能，这是通过在照相时像人眨眼一样地真正关闭阻断层来完成的，用来提高成像质量的水平。当有强反射光，比如电灯光或太阳光发出时，可能会有光线的条纹沿垂直方向出现在屏幕上，这就是拖尾现象；使用硬件可以避免拖尾现象，并由此可以获得清晰的照片；而使用软件则无法避免拖尾现象。

如果采用机械光圈，进光量就得到调节，同时使用合适的曝光值和机械快门，则可以获得清晰的图像质量。此外，景深也可以获得调节，由此可以使用小型相机获得反映摄影者视角的各种氛围的图片。

此外，带有机械光圈结构的照相机具有降低像差以通过缩小光圈来防止光线从透镜的周围单元进入的功能，像差的产生是由于从透镜中心进入的光线和从周围单元进入的光线之间存在差异，因此通过使用由透镜中央进入的光线来成像，可以获得低像差的清晰图像。

因此，人们进行了研究，将机械光圈作为必要部件装配在在需要高质量成像的百万像素相机中。

为了将机械快门和光圈的功能应用于小型数码照相机组件上，需要能够满足高速动作能力、低耗电量并且位移大的致动器，并且该致动器的体积相对较小。

特别的是，需要一种能够响应位移增加的致动器，该位移是根据图像尺寸的增加而增加的。在使用多个零件的传统的电磁致动器中，在成本、尺寸以及增加位移方面都存在限制。由于使用了开/关功能，因此传统的电磁致动器不足以实现已有的机械光圈的功能。

此外，如果以旋转的致动器(比如步进电机)来驱动移动件，则要使用齿轮来传递动力。因此需要使用多个零件，由此导致其结构复杂。

此外，反应速度慢以及齿轮单元的摩擦和噪音也是缺点。如果机械快门和光圈致动器采用上述方法，则由于其结构复杂将很难生产出便宜的致动器，并且在减小尺寸方面也受到限制。

发明概述

为了获得上述目标，本发明的目的之一是提供一种照相机组件，其具有使用线性致动器的机械快门和光圈，该线性致动器由微精密处理技术中的音圈马达(Voice Coil Motor)制造，或由微机械加工工艺制造，用以改善图形质量，并且按照放置快门、光圈以及光学组件的方法可具备各种结构。

本发明的另一目的是为了使照相机最小化并且减轻其重量而集成小型的机械快门和光圈。

为了实现本发明的目的，该小型照相机组件具有：用于获取物体图像的透镜组合体，其由一个以上的透镜组成；用于将由透镜获取的图像转变为电信号的图像传感器，以及与该图像传感器相联的***电路单元；还包括：光量调节装置，其能够通过控制入射区域和入射时间来调节经过该透镜组合体到达图像传感器的成像光量。

该光量调节装置包括：具有通孔的底板；在底板上形成的快门致动器，该快门致动器具有比上述通孔更大的开孔，在该开孔的一侧形成有驱动磁铁，并且在开孔的两侧具有一对快门连杆；光圈，其由一对光圈板组成，该光圈板具有与快门连杆相连的连杆狭缝，用于通过操作快门连杆来开关通孔；通过连接件与底板相组装的盖板，盖板上的通孔与底板上的通孔的位置和尺寸相同；以及驱动线圈，用于从电源接收电流并且产生使快门驱动单元位移的电磁力；以及复位装置，用于将快门致动器复位到其初始位置。

此外，该复位装置位于盖板上。

另外，该复位装置位于底板上。

此外，该复位装置是为驱动磁铁施加电磁力的永久磁铁。

另外，该复位装置是与快门致动器相连的弹簧，用于直接提供复位力。

此外，控制供给给驱动线圈的电流的时间和大小，用以调节通孔开关的程度和时间。

此外，该连杆狭缝被制成带有预定斜度的直线形状，用以调节通孔开关的程度和时间。

此外，该连杆狭缝被制成具有曲线形状，用以调节通孔开关的程度和时间。

此外，该连杆狭缝被制成带有直线形状和曲线形状的组合，用以调节通孔开关的程度和时间。

此外，该快门致动器和光圈具有松动切口，由此使得它们的动作不受到连接件的妨碍。

在底板的下部还形成有磁体，当没有电流施加到驱动线圈时，在驱动磁铁之间产生吸引力，用于防止光圈部分和快门致动器移动。

该磁体为板状并且在位移方向上比驱动磁铁长。

附图说明

从以下结合附图对本发明优选实施例的详细说明中明显可见本发明的上述以及其它的目的、特征以及优点，所附图中：

图1是表示通常的透镜组组合体的模型图。

图2是表示通常的小型照相机组件的结构的模型图。

图3是根据本发明实施例1的光量调节装置的透视图。

图4是图3所示的光量调节装置的分解透视图。

图5和图6是用于表示本发明实施例1的操作方法的方案视图。

图7和图8是用于表示本发明实施例2的操作方法的方案视图。

图9是用于表示本发明实施例1、3-5中的快门狭缝的形状的方案视图。

图10是根据本发明实施例6的光量调节装置的透视图。

图11是根据本发明实施例6的底板的底视图。

图12是本发明实施例6的光调节装置的分解透视图。

图13是沿竖直方向的剖视图，表示本发明的实施例6在切断电流时的所产生的力的大小。

图14是沿竖直方向的剖视图，表示本发明实施例6在通有电流的情况下所产生的力的大小。

具体实施方式

下面将参照附图详细介绍本发明的实施例。参照附图，其中各附图中相同的附图标记表示相同或类似的部件。在本发明的以下说明中，省略对被认为是公知功能和结构的详细介绍，以便清楚表述本发明的要点。

图1和图2是表示通常的小型照相机组件的模型图。

采用通常的CMOS或CCD图像传感器的照相机包括透镜组组合体1，该透镜组组合体1除了***电路单元101之外还带有图像传感器100和一个以上的透镜。

因此，如图1所示，其中包括透镜组组合体1、用于容纳该透镜组组合体1的壳体10，位于透镜组组合体1下部的用于从透镜组组合体1接收图像的图像传感器100，以及与图像传感器100相连的用于获取图像传感器100的信息的***电路单元101。

近来，由于安装在手持终端上的数码相机使用百万像素的图像传感器，因此越发引起人们注意的是，是否采用多个光学部件来合并透镜组组合体、光学变焦以及自动聚焦等多项功能。

相应地，如图2所示，除透镜组组合体2之外，还具有一个以上的光学零件3和4，以及安装在最下部的图像传感器102；其中所述光学零件包括另一个透镜组组合体和/或光圈及快门。

但是，该小型数码相机组件应该具备一些能力，比如高速动作能力、耗电量低以及位移大、并且相比于整个***而言所占据的空间较小。如果像传统的步进电机一样执行转动的致动器移动驱动件，那么这样做的缺点就是需要使用多个零件，其结构变得复杂并且由于电机而使得体积增大。

图3是根据本发明的光量调节装置的透视图，图4是图3所示的光量调节装置的分解透视图。

根据本发明的该光量调节装置适于作为图1和图2中的透镜组组合体或小型相机组件结构的一部分，用以控制图像的光量。该装置的优点是相比于使用现有电机的机械快门和光圈结构而言使用较少的零件，占用较小的空间。

该光量调节装置包括：带有通孔23和连接孔29的底板28；具有开孔25和快门连杆32的快门制动器26，在该开孔25处设有驱动磁铁31；具有连杆狭缝27的光圈部分24，以及具有连接杆30的盖板20，该连接杆30用于与底板28、通孔23、驱动磁铁21以及复位磁铁22相组装。

该通孔23在光圈部分24和底板28上的相同位置以相同的大小形状形成；快门制动器26具有开孔25，开孔25的面积大于通孔23并且该开孔25为矩形。

此外，该驱动磁铁31安装在开孔25的下部。底板23的连接孔29与形成于盖板20上的连接杆30相连。

相反的是，可以在盖板20上形成连接孔29，而在底板23上形成连接杆30。

当然，除了连接杆30外也可以使用其他的连接件来连接，比如铆钉。

该连接孔29和连接杆30均位于底板23和盖板20的上部两侧，并且在本发明的实施例1中位于通孔23的下方。

该快门致动器26和光圈部分24在其上部两侧具有用作松动孔的切角，由此使得二者能够在连接杆30的作用下无障碍的活动。

因此，尽管有连接杆30存在，但是快门致动器26和光圈部分24还是能够在限定的操作范围内自由活动。

该快门致动器26具有快门连杆32，该快门连杆32被限定在光圈部分24的连杆狭缝27内。

该驱动磁铁31安装在快门致动器26上，该驱动磁铁的安装位置可以使得盖板20的驱动线圈21之间的电磁力被控制到最大。

该光圈部分24具有两个重叠的光圈板，二者相互对称。当两个光圈板之间的间距最大时，通孔23处于完全打开的状态，而当两个线圈板之间的间距变成最小时，通孔23处于关闭状态。

快门致动器26的快门连杆32分别与形成在两个光圈板上的连杆狭缝27相连，通过快门连杆32的竖直移动可以控制两个光圈板之间的间距。

在实施例1中，可以将光圈板制成由一对或两对光圈板组成。

通过驱动磁铁31、驱动线圈21和复位磁铁22可以完成快门连杆2的竖直移动。

通孔23位于盖板20的上部，而驱动线圈21则位于盖板20的下部，复位磁铁22是永久磁铁，安装在驱动磁铁21之下。

也可以将复位磁铁22安装在底板28上。

图5和图6是表示本发明实施例1的操作方法的原理图。

在本发明的光量调节装置中，位于通孔23周围的光圈部分24通过驱动线圈21和驱动磁铁31之间产生的电磁力来执行对通孔23的开关。

也就是说，如果驱动线圈21通有电流，快门致动器26就在驱动线圈和驱动磁铁31之间产生的电磁力的作用下沿竖直方向作直线运动，光圈部分24的围绕通孔23设置的两个光圈板借助快门致动器26、以递减尺度(regressive scale)设置的快门连杆32和连杆狭缝27来关闭通孔23。相反的是，如果没有电流通过驱动线圈21，则驱动磁铁31在驱动磁铁31和复位磁铁22之间产生的电磁力的作用下返回其初始位置，而光圈部分24的光圈板则通过快门连杆32的操作打开通孔23。

因此，光量调节装置限制电流进入驱动线圈21，借此控制图像的光量和图像曝露给图像传感器的时间，因此起到快门和光圈的作用。

图7和图8表示本发明实施例2的操作，其中安装复位弹簧33取代复位磁铁22作为复位装置。除了复位弹簧33之外的其它部件则与实施例1相同。

因此，实施例2的操作与实施例1是相同的。

图9表示快门狭缝的各种形状，其中最上面的一个是实施例1中的快门狭缝27，下面表示的分别是实施例3、4和5的快门狭缝34、35和36。

首先，对于实施例1中的快门狭缝27而言，为了开闭光路，快门致动器26的移动与光圈部分24的水平移动的比例为1∶1。

此外，对实施例3中的快门狭缝34而言，为了开闭光路，快门致动器26的移动与光圈部分24的水平移动之比为1∶2。

实施例4中的快门狭缝35被制成凸状，由此使得光圈部分24为开闭光路所做的水平移动随着快门致动器26移动的增加而逐渐减小。

与实施例4相反，实施例5中的快门狭缝36被制成凹状，由此使得光圈部分24为开闭光路所做的水平移动随着快门致动器26移动的增加而逐渐增加。

此外，可以将该快门狭缝27制成直线形与圆形相结合。

图10是根据本发明实施例6的光量调节装置的透视图，图11是根据本发明实施例6的底板28的底视图，图12是本发明实施例6的光调节装置的分解透视图。

与实施例1和2相似，利用驱动线圈21和驱动磁铁31之间的电磁力的致动器可能具有这样的缺点，即为了保持规则的位移，要通过施加电流而连续消耗电力。

因此，在实施例6中，在实施例1中的光量调节装置的底板28上还安装有磁体40，并且即使没有电流施加到驱动线圈21上，快门致动器26也通过磁体40和驱动磁铁31之间产生的吸引力接触底板28，因此借助接触摩擦力可以完成保持规则距离的棘齿操作。

因此，如果没有电流施加到驱动线圈21上，则快门致动器26的位置就被磁体40和驱动磁铁31之间的相互吸引力固定。

此时，优选的是，在位移方向上，磁体30的长度(基于驱动磁铁31的位移方向)大于驱动磁铁31的长度；更优选的是，该长度大于驱动磁铁31的上位移的上死点和下位移的下死点之间的距离。

图13是沿竖直方向的剖视图，表示本发明的实施例6中在切断电流时的所产生的力的大小，图14是沿竖直方向的剖视图，表示本发明实施例6中在通有电流的情况下所产生的力的大小。

如图13所示，当没有电流通过驱动磁体21时，在驱动线圈21和驱动磁铁31之间不产生力(吸引力或排斥力)，而在驱动磁铁31和磁体40之间产生吸引力F1，通过该吸引力F1产生了摩擦力F3。

这种结构应用了棘齿功能，用以在没有施加电流的情况下保持当前位置；而且，即使因外部变动，比如重力而产生干扰力F2的情况下，这种结构也可以提供棘齿功能来保持当前位置。

此外，如图14所示，如果有电流施加到驱动线圈21上，则驱动线圈21和驱动磁铁31会产生驱动力F4。如果驱动力F4大于驱动磁铁31和磁体40之间的吸引力F1所产生的摩擦力F3，则快门致动器26移动。

因此，光圈部分24可以在快门致动器26的操作下打开以及关闭。

此外，可以通过调节施加到驱动线圈21上的电流I1的大小和时间来控制打开和关闭的位移，通过改变所施加电流I1的方向来控制打开和关闭的方向。

此外，在本发明中，驱动磁铁31位于驱动单元，即快门致动器28内，并且驱动线圈21位于盖板20上，但是驱动线圈也可以安装在快门致动器上而驱动磁铁安装在盖板上。

以上参照优选实施例介绍了本发明，但是应该认识到，本领域的技术人员能够在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下对本发明进行各种修改和变动，本发明的保护范围由权利要求限定。

根据本发明的小型照相机组件具有机械光圈和快门，不仅通过调节进入图像传感器的光量而改善成像质量，而且通过利用电磁力而显著地降低了整个***的体积。因此，可以将其改动而适用于需要小型照相机组件的各种用途，包括手持终端等。

此外，本发明提供了机械快门和光圈，用以实现低功效函数并且可以预期应用到包括PDA或手持电话的各种手持设备上。

Claims (18)

1.一种小型照相机组件，其具有：透镜组合体，该透镜组合体由一个以上的透镜组成，用于获取物体的图像；图像传感器，该图像传感器用于将通过所述透镜的图像转变为电信号；以及与该图像传感器相连的***电路单元；还包括：

光量调节装置，其能够通过控制入射区域和入射时间来调节经过该透镜组合体到达图像传感器的图像的光量，

其中，光量调节装置包括：

形成有通孔的底板；

在底板上形成的快门致动器，该快门致动器具有比上述通孔面积更大的开孔，在开孔的第一侧形成的驱动磁铁，以及分别处在开孔的第二侧和开孔的与第二侧相对的第三侧的一对快门连杆；

光圈，其由一对光圈板组成，所述一对光圈板中的每一个分别与所述一对快门连杆中相应的一个相连，并具有连杆狭缝，用于通过操作快门连杆来开关通孔；

通过连接件与底板相组装的盖板，盖板上的通孔与底板上的通孔的位置和尺寸相同；盖板上还有驱动线圈，用于接受所供应的电流并且产生使快门致动器位移的电磁力；以及

复位装置，用于将快门致动器复位到其初始位置。

2.如权利要求1所述的小型照相机组件，其中复位装置位于盖板上。

3.如权利要求1所述的小型照相机组件，其中复位装置位于底板上。

4.如权利要求1所述的小型照相机组件，其中复位装置是为驱动磁铁提供磁力的永磁铁。

5.如权利要求1所述的小型照相机组件，其中复位装置是与快门致动器相连的弹簧，用于直接提供复位力。

6.如权利要求1所述的小型照相机组件，其中通孔的特征在于：通过控制供给驱动线圈的电流的时间和大小来调节该通孔开关的程度和时间。

7.如权利要求1所述的小型照相机组件，其中连杆狭缝被制成带有预定斜度的直线形状，用以调节通孔开关的程度和时间。

8.如权利要求1所述的小型照相机组件，其中连杆狭缝被制成带有曲线形状，用以调节通孔开关的程度和时间。

9.如权利要求1所述的小型照相机组件，其中连杆狭缝被制成带有直线形状和曲线形状的组合，用以调节通孔开关的程度和时间。

10.如权利要求1所述的小型照相机组件，其中快门致动器和光圈具有松动切口，从而使得它们的动作不受连接件的妨碍。

11.如权利要求1所述的小型照相机组件，还包括位于底板下部的磁体，

其中当没有电流施加到驱动线圈时，在驱动磁铁之间产生吸引力，以防止光圈部分和快门致动器移动。

12.如权利要求11所述的小型照相机组件，其中磁体为板状并且在位移方向上比驱动磁铁长。

13.一种小型照相机组件，其具有：透镜组合体，该透镜组合体由一个以上的透镜组成，用于获取物体的图像；图像传感器，该图像传感器用于将通过透镜的图像转变为电信号；以及与该图像传感器相连的***电路单元；还包括：

光量调节装置，该光量调节装置具有光圈和快门致动器，该光圈能够控制经过该透镜组合体到达图像传感器的图像的光量的入射区域和入射时间，该快门致动器通过电磁力来操作该光圈；

其中光量调节装置通过控制电磁力的大小和持续时间的长短来实现对图像的光量的控制，并且

其中光量调节装置包括：

形成有通孔的底板；

在底板上形成的快门致动器，该快门致动器具有比上述通孔更大的开孔，在开孔的第一侧形成的驱动磁铁，以及分别处在开孔的第二侧和开孔的与第二侧相对的第三侧的一对快门连杆；

光圈，其由一对光圈板组成，所述一对光圈板中的每一个分别与所述一对快门连杆中相应的一个相连，并具有连杆狭缝，用于通过操作快门连杆来开关通孔；

通过连接件与底板相组装的盖板，盖板具有与底板上的通孔的位置和尺寸相同的通孔，该盖板还具有驱动线圈，用于接收所供应的电流并且产生使快门致动器位移的电磁力；以及

复位装置，用于将快门致动器复位到其初始位置。

14.如权利要求13所述的小型照相机组件，其中复位装置位于盖板上。

15.如权利要求13所述的小型照相机组件，其中复位装置位于底板上。

16.如权利要求13所述的小型照相机组件，其中复位装置是为驱动磁铁提供磁力的永久磁铁。

17.如权利要求13所述的小型照相机组件，其中复位装置是与快门致动器相连的弹簧，用于直接提供复位力。

18.如权利要求13所述的小型照相机组件，还包括位于底板下部的磁体，

其中当没有电流施加到驱动线圈时，在驱动磁铁之间产生吸引力，以防止光圈部分和快门致动器移动。

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