相机光阑装置和方法

专利名称：相机光阑装置和方法
技术领域：
1—OOOl]本文公开的是相机光阑装置和方法，更确切地说，是电光可 调节的相机光阑装置和方法，它们在操作中为非机械式。
背景技术：
「0002]移动通信设备的制造商，包括蜂窝电话的那些制造商，曰益 增加他们设备的功能。例如，蜂窝电话包括诸如静态和视频相机、视 频流、双向视频呼叫的特征。用户可以在其无线通信设备上获取静态 或视频图像，并且将文件通过网络发送至接收方。存在包含更多特征的并且改善现有特征的趋势的同时，也存 在移动通信设备小型化的趋势。随着移动通信设备技术不断提高，这 些设备已经日益小型化。因此，当在较小的设备中增加新的特征以及 改善现有特征时，更少和/更较小的硬件和软件是理想的。更少的硬件 组件可以为消费者提供成本益处。蜂窝电话的尺寸约束限制了在它的相机中的具有可调节光 圈或光阑的控光装置的使用。机械相机光阑是具有可变开口的控光装 置，用于相机镜头改变允许的进光量以及为图像调节可用的景深。机 械光阑会使移动通信设备相机体积增加较大，因此，制造商未将可调 节光阑包含在尤其是蜂窝电话中。美国专利申请公开No.2005/0243237描述了 一种发光装置， 包括LED元件和液晶层，该液晶层在激活和非激活状态中均是透明的。 邻近液晶层的环状电极被通电，以改变其折射率，以便其表现得像凸 透镜一样，以加宽和缩窄由该装置发射的光的方向。由于液晶层总是透明的，其不能作为可调节光阑。


图1示出了包括具有如下文所具体描述的电光光阑的相机的 移动通信设备102的侧视图；阁2示出了光穿过的相机可'调节光圈的实施例，该可调节光 阇是非机械式或电光光阑；图3描述了艰本上围绕中心或中央窗口的一组可独立控制的 K域的另一实施例；图4是具有如此处所描述的相机光圈的相机中的方法的实施 例的流程图；图5示出了具有诸如可转换镜的电致变色材料5 02的受控材
料层的光圈结构的实施例的侧视图；图6示出了具有诸如超扭曲向列型材料的电致变色材料602
的层的受控材料光圈结构的实施例的侧视图；图7示出了根据一个实施例的模拟电路，该电路与受控材料
光圈结构的多个接触器连通；图8示出了根据一个实施例的数字电路，该电路与受控材料 光圈结构的多个接触器连通。
具体实施例方式此处公开的是用于相机的非机械式光阑的方法和设备。非机 械式或电光相机光阑包括受控材料，该受控材料被构造成通过改变该 受控材料的状态，从基本透明变成基本不透明，以有效调节光阑的中 央窗口的尺寸。相应地，所述电光光阑将很少或不增加小型移动通信 设备相机的体积，并且因此，制造商可以倾向于尤其是在蜂窝电话中 包含可调节光圈。该受控材料能够被电控或热控。该受控材料可以是 基本围绕中央窗LJ的一组可独立控制的区域。该- - 组可独立控制的区 域可以具有从外至内的顺序，以便其中的外部可独立控制的区域基本 上围绕其中的内部可独立控制的区域。例如，这些可控制区域可以形成围绕巾火窗U的环状。所Yf其他构造也在木讨论的范围内。相应地， 皿过从透叨至不透叨改变该光阑的不问区域的不透明性，能够缩小可
调'々光圈的中火窗u的尺寸。具有可调节光阇或光阑的相机可以具冇比没有可调节光阑
的相机更宽的动态范围。应理解的是，相机是静态相机、视频相机、
成视频/静态组合相机。在蜂窝电话中的典型相机能够容纳从5 lux至 U0klux (5至110000 lux)范围的输入光强度。利用如此处所描述的 可凋节光圈或光阑，蜂窝电话相机能够容纳超过160k lux的输入光强 皮。在包括沙漠或雪的户外设赏中，可以发现这种输入光强度。具有定焦镜头的相机通常具有从50cm至无穷大的聚焦范 围。冇光阑或可调节光圈的相机能够具有比没有可调节光圈或光阑的 相机更大的焦深或景深。只要存在适当的照明时，这种优势就能够出 现，以便可调节光阑能够被设置成任何小于完全打开的状态。在这种 条件下，山于像差的减少，利用更小的光圈尺寸，焦深得到改善。从 ]，具有可调节光圈的蜂窝电话相机的用户在适当的照明条件下能够 获得扩大的景深，例如，从12cm至无穷大，相比之下，没有可调节光 圈的相机可能被限制在仅50cm至无穷大的聚焦范围。提供本公幵，以实现的形式，解释制造和使用根据本发明的 各种实施例的鼓佳方式。进一步提供本公开，以提供对本发明原理和 优势的理解和评价，而非以任何方式限定本发明。虽然此处图示和描 述了本发明的优选实施例，应理解的是，本发明不限于此。在不脱离 负I_卜列权利要求所定义的本发明的精神和范围的条作下，本领域的技 术人员利用本公开的帮助能够实现各种修改、变更、改变、替代和等 价实施方式。应理解的是，关系型词语的使用，如果有，诸如第一和第二、 上和下以及类似词语，仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作I义别:斤，井不必然盟求或意味右-在这种实体或动作之间的任何实际这 种关系u^顺序。图1示出了包括具有如下文所具体描述的非机械式或电光 光阑的相机104的移动通信设备102的侧视图。移动通信设备102可 以实现为蜂窝电话(也被称为移动电话)。移动通信设备102代表已 被开发用于各种网络的多种设备。这种手持通信设备包括，例如，蜂 窝电话、消息发送设备、个人数字助理(PDA)、集成了通信调制解 调器的笔记本或膝上型计算机、移动数据终端、特定应用游戏设备、 集成了无线调制解调器的视频游戏设备以及类似设备等。这些便携设 备的任何一个可以被称之为移动站或用户装备。此处，无线通信技术 可以包括，例如，语音通信、传输数字数据的性能、SMS消息发送、 互联网接入、多媒体内容访问和/或互联网协议语音(VoIP)。应理解 的是，虽然图1描述了移动通信设备，但是所述电光光阑可以用于任 何相机，包括独立照相机或集成于除移动通信设备以外的设备的相机。图1示出了相机104可以在蜂窝电话的背侧。相机104可以 指向离开设备背面的方向。以这种方式，当拍摄静态照片时，用户可 以在显示器106上査看用户的目标的数字再现图像，与独立数码相机 的杏看屏幕非常相似。在移动通信设备中，静态相机104和视频相机 108可以从设备102指向相反的方向。该设备还可以包括用于接收输入 的其他控制器110和键盘。为了发送和接收图像以及其他通信，设备102可以包括收发 器12。该设备还包括处理器或控制器113以及存储器114。与处理器 113协力，模块115可以执行如下所述的方法的特定处理。这些模块可 以包括3动相机光和/或聚焦传感器模块U6、输入接收模块117以及 电压施加模块118。这些模块能够以诸如以-一个或多个预先存储的指令 集合形式的软f 1 和/或硬件实现，它们能够便利移动站或电子设备的操 作，如下文所讨论的。这些模块可以在工厂中安装或可以在分销后通过下载安装。下文将更详细地讨论根据这些模块的操作。图2示出了光穿过的相机可调节光圈的实施例，该可调节光 圈是非机械式或电光光阑。相机可以经由输入接收模块117，从用户接 收输入，和/或具有用亍通过自动相机光和/或聚焦传感模块聚焦和 光线调节的自动特征。在任何情况下，可调节光圈200具有可以取决 于相机的最大尺寸，该相机能够定义中央窗口。图2示出了围绕中心 208的受控材料的二个环202、 204和206。在第一模式中，这三个环 可以是透明的。在另--模式中，环202将其状态从透明变成不透明， 有效地縮小了中央窗口的尺寸。在另-模式中，环204将其状态从透 明变成不透明，有效地将中央窗口的尺寸縮小了更多。在又一模式中， 环206将其状态从透明改变成不透明，有效地将中央窗口尺寸縮小了 甚至更多。当三个环202、 204、 206不透明时，可以通过中心208透 射光线。通过控制围绕中心208的受控材料的不透明性，限制中央窗 口的尺寸。应理解的是，在本描述中，透明和不透明可以指基本透明 和基本不透明。对于基本特征的其他引用同样作此理解。在相反的情形中，这三个环能够从不透明变成透明。在第一 模式中，这三个环是不透明的，以便光线能够穿过具有中心208的尺 寸的中央窗口。在另一模式中，环206将其状态从不透明变成透明， 有效地增加了中央窗口的尺寸，以包括第三环206和中心208。在另---模式中，环204将其状态从不透明变成透明，有效地将中央窗口的尺 寸增大更多，以包含第二环204和第三环206以及中心208。在又一模 式中，环206将其状态从不透明变成透明，有效地将中央窗口的尺寸 增大甚至更多。当这三个环202、 204和206是透明的时，光能够通过 光圈200的整个尺寸而透射，因此该中央窗口可以包括这三个环202、 204和206以及中心208。相应地，中央窗口的尺寸是可调节的。—层受控材料能够包括可以处于任何形状的- - 组可独立控 制的区域。
-组可独立控制的区域可以基本围绕中心208，形成中央窗U。中心208可以是在透明区域上不具有受控材料的基本透明的窗口 成区域。虽然在图1中示出了三个环202、 204和206，但是可以存在 更多或更少的环。在一个实施例中， 一个环具有大约0.2毫米的宽度。 这些环也可以围绕一个偏离中心的中央区域。该透明区域可以在一侧 或另--侧。该透明区域可以是任何构造，只要用于该图像的视图穿过 该透明区域。在这些环围绕中心的情形下，该--组可独立控制的区域可以 具有从内至外和/或从外至内的顺序，以便该一组可独立控制的区域中 的外部可独立控制的区域202基本围绕该一组可独立控制的区域中的 内部可独立控制的区域204和206。在图l所示的实施例中，中心208 或中央窗口可以是基本圆形的，并且该组可独立控制的环状区域可以 与该中心基本同心。接触器210被构造成与电路连接，以向这些环或 受控材料部分或可独立控制的区域提供电压。 一种双稳态材料将是有 利的，以便无须持续将非零电压施加至该材料以保持其状态。图3描述了-—组可独立控制的区域和中心308的另--实施 例。在- 个实施例中，所述--组可独立控制的区域包括基本上多边形 部分。多个部分302a-f可以围绕部分304a-f，部分304a-f围绕中心308。 接触器310a、 310b和310c被构造成与电路连接，以将电压提供至受控 材料部分。应理解的是，所述电光光阑可以包括受控材料的部分的任 何构造。例如，受控材料部分可以构造成螺旋形构造，而非如在图3 中所示的同心构造。而且，基本.....匕多边形部分的一个或多个边可以是 曲线的。如上文所讨论的，受控材料被构造成通过改变受控材料的状 态，从基本不透明变成基本透明，以有效增大中央窗口的尺寸。该受 控材料包括电受控材料或热受控材料。通过电压振幅或通过经由数字式门的寻址，控制电受控材料的状态，如下文将更详细描述的。从由电转换镜面材料(electrically switchable mirror material)、聚合物液晶材料、胆固醇型液晶材料、扭 曲向列型(TN)液晶材料以及超扭曲向列型(STN)液晶材料所组成 的组中，选择受控材料。应理解的是，任何适合的材料可以被用作受 控材料。该受控材料可以通过反射和/或吸收的方式是不透明的。图4是具有一定尺寸的相机光圈的相机中的方法的流程图， 该方法用于改变相机光圈的尺寸，该相机光圈具有预定尺寸的透明窗 口，并且具有邻近该透明窗口的电受控材料。对于外环402，该方法包 括将可以为零电压的第----电压施加至电受控材料421，以便该电受控材 料变成基本透明，从而光圈的尺寸变成预定尺寸。然后，对于外环402， 该方法包括将第二非零电压施加至电受控材料422，以改变电受控材料 的状态423，从而该电受控材料基本不透明，以将光圈的尺寸限制为小 亍预定尺寸，以实现光圈调节，从而限定光圈尺寸。如上所述，反向 顺序可以出现，其中，该受控材料被构造成通过改变该受控材料的状 态，从基本不透明改变至基本透明，以有效地增加中央窗口的尺寸。图4的流程图还示出了内环404的方法，所述方法包括将可 以为零的第一电压施加至电受控材料424，以便该电受控材料变成基本 透明，从而光圈的尺寸是预定尺寸。然后，对于内环404，该方法可以 包括将第二非零电压施加至电受控材料425，以改变电受控材料的状态 426，从而该电受控材料是基本不透明的，以将光圈的尺寸限定为小于 预定尺寸，以实现光圈调节，从而进一步限制光圈尺寸。反向顺序能 够出现，其中，将受控材料构造成通过改变受控材料的状态，从基本 不透明变成基本透明，以有效增加中央窗口的尺寸。图4的流程图还进-步示出了内环406的方法，所述方法包 括将可以为零电压的第 -电压施加至电受控材料427，以便该电受控材 料基本透明，从而光圈的尺寸基本是预定尺寸。然后，对于内环406， 该方法可以包括将第二非零电压施加于电受控材料428，以改变电受控村料的状态429,从而该电受控材料变成基本不透明，以限制光圈的尺
寸小于预定尺寸，以实现光圈调节，从而进- -步限制光圈尺寸。反向 顺序能够出现，其中，该受控材料被构造成通过改变该受控材料的状 态，从基本不透明变成基本透明，以有效地增大中央窗口的尺寸。如在图3中所示的，所述电光光阑可以包括受控材料的部分 的任何构造，包括基本上多边形部分，这些部分可以是例如基本上梯 形。应理解的是，受控材料部分接收非零电压或热能的顺序可以是任 何顺序。相应地，以任何适合的构造，所述电光光阑能够很少或不额 外增加小型通信设备相机的体积，并且因此，制造商可以倾向亍尤其 是在蜂窝电话中包含可调节光圈，从而增加焦深的范围和感光的范围。图5示出了受控材料光圈结构500的实施例的侧视图，受控 材料光圈结构500具有一层电致变色材料502，诸如可转换镜面材料。 电光光闹的中心508可以由非活性玻璃基板509形成。邻近玻璃基板 509的电受控材料层502基本围绕中央窗口。如....t:所述，电致变色 (electro-chromic)层可以为多个部分，以便光圈500具有不同程度的 可调节性。为了将电压施加至电致变色材料，或在热控材料的情形下 加热，示出了两层透明电极532和534。可以设置催化剂层536，以改 善镜面材料的透明和不透明(即，反射性)状态之间的切换速率。钯 可以用作催化剂。在另一实施例中，电致变色层502可以由热控材料 层所替代，并且催化剂层536可以由响应在透明电极532和534之间 所施加的电压提供热能的层所取代。接触器510与数字或模拟电路连 接。相应地，电受控材料的状态通过电压振幅或通过经由数字式门的 寻址来控制。图6示出了受控材料光圈结构600的实施例的侧视图，受控 材料光圈结构600具有诸如超扭曲向列型(STN)材料的电受控材料层 602。邻近玻璃基板的电受控材料层602基本上围绕中央窗口。电光光 阑的中心608可以由非活性玻璃基板609形成。如上所述，电受控材料层可以分为多个部分，以便光圈600具有不同程度的可调节性。为
了将电压施加至电受控材料，或在热控材料的情形下加热，示出了两
层透明电极632和634。可以包括另--玻璃基板638。偏光器层640a-d 也可以邻近玻璃基板609和638。在光阑的中心可以不存在偏光器，这 允许中央窗口或中心608具有更好的透射率。接触器610与数字或模 拟电路连通。相应地，电受控材料的状态通过电压振幅或通过经由数 字式门的寻址来控制。图7示出了模拟电路750，其与接触器210、 310、 510或610 (参见图2、 3、 5和6)连通，并且与电压施加模块118 (参见图1) 连通，电压施加模块118可以与自动相机光和/或聚焦传感器模块116、 和/或输入接收模块117连通。当将足够大的正电压V施加在752时， 由于穿过二极管756的电压降Vd，，电压V-v麵p出现在754。当电压 V不足够大时，出现在754的电压基本为零。以同样方式，假设V足 够大并且为正，由于穿过每个二极管756和760的电压降vdrop，电压V - 2vd,.。p出现在758，否则出现在758的电压基本为零。电路的操作能 够以这种方式继续，从而对于施加的电压V〉NVdrop，由于穿过每个二 极管756， 760， ... ， 764的电压降vdrop，电压V- Nvdr。p出现在762。 应理解的是，754连接至环202 (参见图2) , 758连接至环204，以及 762连接至环206。公共端766连接至公共电极，公共电极在环1， 2..., N， 202， 204和206下面。二极管767， 768， ...， 769分别以与二极管 756， 760， ...， 764相反的方向传输电流，以实现正和负电压驱动环202， 204， ...， 206。以这种方式，施加适当电压V能够控制可调节相机光 阑装置200的环的不透明性。图8示出了数字电路870，其与接触器210、 310、 510或610 (参见图2、 3、 5和6)连通，并且与电压施加模块]18 (参见图1) 连通，电压施加模块118可以与自动相机光和/或聚焦传感器模块116、 和/或输入接收模块117连通。数字电路870可以包括解码器芯片872。 被应用至芯片872的数字数据输入874被解码，以响应时钟信号876，以便 个或多个输出878， 880， ...， 882具有足够大的电压，以驱动--个或多个环202， 204，...不透明，并且其他输出具有基本等于零的电 压。该输出值被保持直到接续的时钟信号。应理解的是，878连接至环 202 (参见图2) ， 880连接至环204，以及882连接至环206。公共端 884连接至公共电极，该公共电极在环l， 2， ... N， 202, 204和206 的'卜'面。CS引脚886是芯片选择，用于启用该芯片。以这种方式，应 用适当数字数据874能够控制可调节相机光阑装置200的环的不透明 性。上述非机械式或电光相机光阑包括受控材利、该材料被构造 成通过改变该电受控材料的状态，从基本透明变成基本不透明，以有 效地调节光阑的中央窗口的尺寸。相应地，所述电光光阑将为小型通 信设备相机增加很少或不增加额外的体积。相应地，制造商可以倾向 于在尤其是蜂窝电话中包含电光光阑，以较之那些不具有光阑的蜂窝 电话相机，增加焦深范围和感光范围。本公开目的是解释如何形成并使用根据本技术的各种实施 例，而非限制其真实的、意向的以及合理的范围和精神。前面描述并 非是耍包含所有内容，或限于所公幵的精确形式。根据上述教导，修 改或改变是可能的。选择和描述这些实施例以为所描述的技术和其实 践应用的原理提供最佳的阐释，并且使得本领域的技术人员能够将本 技术应用于各种实施例，并且根据所考虑的特定应用而作各种适当改 变。所有这些改变和变更在由本发明的范围内，本发明范围由随附的 在本专利申请未决期间可能被修改的权利要求以及当根据其公平、合 法以及公正的归属范围对其进行解释的随附权利要求的所有等价内容 确定。
1权利要求
1. 一种相机光阑装置，包括基本透明的玻璃基板的中央窗口，所述中央窗口具有一定尺寸；以及受控材料层，所述受控材料层被构造成通过改变所述受控材料的状态，从基本透明变成基本不透明，所述受控材料层邻近所述玻璃基板，并且被构造成在所述受控材料不透明时通过有效缩小所述中央窗口的尺寸而限制所述中央窗口。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，限制所述中央窗口包括通^:控制所述受控材料的不透明性而确定所述中央窗口的范围。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述受控材料被构造成通 过改变所述受控材料的状态，从基本不透明变成基本透明，以有效增 加所述中央窗口的尺寸。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述受控材料包括电受控 材料，其中，通过电压振幅或通过经由数字式门的寻址，控制所述电受控材料的状态。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中，从由下列材料所组成的组 选择所述受控材料电转换镜面材料、聚合物液晶材料、胆固醇型液 晶材料、扭曲向列型液晶材料以及超扭曲向列型液晶材料。
6. 根据权利要求l所述的装置，其中，所述受控材料包括热控材料。
7. 根据权利要求l所述的装置，其中，所述受控材料通过反射或 吸收是不透明的。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述受控材料层包括一组 可独立控制的区域。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中所述一组可独立控制的区域基本围绕所述中央窗口，并且所述组 具有从内到外的顺序，以便所述组中的外部可独立控制的区域围绕所 述组中的内部可独立控制的区域；以及其中，所述中央窗口基本是圆形，并且所述一组可独立控制的区 域包括与所述中央窗口基本同心的环。
10. 根据权利要求8所述的装置，其中，所述一组可独立控制的 区域包括近似多边形部分。
11. 一种在带有具有一定尺寸的相机光圈的相机中的方法，所述 方法用于改变所述相机光圈的尺寸，所述相机光圈具有预定尺寸的透 明窗口，并且具有邻近所述透明窗口的电受控材料，所述方法包括将第一电压施加至所述电受控材料，以便所述电受控材料是基本 透明的，从而所述光圈的尺寸是所述预定尺寸；以及将第二电压施加至所述电受控材料，以改变所述电受控材料的状 态，以便所述电受控材料是基本不透明的，以限制所述光圈的尺寸小 于所述预定尺寸，从而实现光圈调节。
12. —种具有可调节光圈的相机，包括基本透明的玻璃基板的中央窗口，所述中央窗口具有一定尺寸；以及邻近所述玻璃基板的电受控材料层，所述电受控材料层基本围绕 所述中央窗口，其中，所述受控材料被构造成通过改变所述电受控材料的状态， 从基本透明变成基本不透明，以有效地调节所述中央窗口的尺寸，以 形成所述可调节的光圈。
全文摘要
公开的是用于相机(104)的光阑(200)的方法和设备。一种非机械式或电光相机光阑(200)包括受控材料(502)，该受控材料被构造成通过改变受控材料的状态，从基本透明变成基本不透明，以有效调节光阑的中央窗口(608)的尺寸。所述电光光阑几乎不会增加小型移动通信设备相机的体积。该受控材料能够被电控或热控，并且可以是基本围绕中央窗口(208)的一组可独立控制的区域(202、204、206)。该组可以具有从外至内的顺序，以便该组中的外部可独立控制的区域基本围绕该组中的内部可独立控制的区域。相应地，通过将外部区域的不透明性从透明变成不透明，缩小可调节光圈的中央窗口的尺寸。
文档编号G02F1/00GK101523272SQ200780037162
公开日2009年9月2日 申请日期2007年9月13日 优先权日2006年10月4日
发明者帆 何, 迈克尔·W·弗伦策 申请人:摩托罗拉公司