專利名稱：用于在手持照相機中提供穩(wěn)定圖像的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及手持?jǐn)?shù)字照相機的圖像穩(wěn)定，且尤其涉及通過對附著到 柔性透鏡體的致動器施加控制信號來提供圖像穩(wěn)定性的裝置，其中根據(jù) 用于抵消手持照相機的不期望移動或振動的影響的控制信號，致動器對 柔性透鏡體的擠壓提供在通過透鏡體的光軸方向上的移位。
背景技術(shù)：
手發(fā)抖、房屋地面或地板震動，或者來自或通過保持照相機(諸如 靜止攝影照相機或視頻照相機)的人或照相機支架的其它類似的快速小 移動通常都是會導(dǎo)致圖片模糊的不期望移動，這是因為快門速度有限且 圖像場景由于照相機的不期望移動而在圖像傳感器上被掠過。為了補償 這樣的不期望移動會使用非常高的快門速度。然而，由于更高的快門速 度導(dǎo)致捕獲了更少的光，這會影響照相機的低亮度閾值。關(guān)于快門可移 動多快也有物理限制。數(shù)字照相機也具有會影響照相機的最大可能快門 速度的關(guān)于背景噪聲水平和讀出速度的問題。在現(xiàn)有技術(shù)中有若干已知 的通過使用硬件系統(tǒng)或用于對捕獲和存儲的數(shù)字圖像進行后處理的軟 件程序或者作為硬件和實時軟件的組合提供圖像穩(wěn)定的解決方案，從而 提供對捕獲的圖像中的不期望移動的消除或補償。
當(dāng)前已知的用于數(shù)字照相機(靜止圖片和視頻照相機)的圖像穩(wěn)定 的方法 一般使用插入光路中的光學(xué)透鏡元件，所述光學(xué)透鏡元件通過由 外部發(fā)動機(例如壓電致動器、音圏或步進發(fā)動機)驅(qū)動的機械機構(gòu)橫 向移動且特征在于具有許多部件的復(fù)雜布置。例如，回轉(zhuǎn)儀可提供如下 信號，該信號提供控制信號，該控制信號通過在與不期望移動相反的方 向上移動光學(xué)透鏡元件來抵消不期望移動。其他現(xiàn)有技術(shù)方法在圖像捕 獲后使用軟件算法并減小圖像模糊，但是該方案不提供捕獲的圖像幀的 改進的光學(xué)質(zhì)量，反而引入進一步降低圖片質(zhì)量的其他圖像偽影。
提供機械地驅(qū)動的機構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)解決方案使得照相機系統(tǒng)更大 且構(gòu)造起來更復(fù)雜。大量部件還帶來了可靠性的風(fēng)險。提供對所捕獲且存儲的數(shù)字圖像的圖像分析和濾波的軟件解決方案趨向于剪輯圖像，且 然后通常在圖像的邊緣處外插丟失的圖像部分以隱藏不期望的移動。在
天文學(xué)中通常使用正交轉(zhuǎn)移CCD芯片，正交轉(zhuǎn)移CCD芯片實際上在 CCD芯片自身內(nèi)移位圖像，而圖像是基于對被觀察的天空物體的明顯運 動的在線分析而^皮捕獲的。諸如Sony、 Nikon、 Konica Minolta等的照相 機制造商所提供的解決方案機械地移動圖像傳感器或具有根據(jù)回轉(zhuǎn)儀 傳感器提供的控制信號而進行移動的浮動透鏡元件，從而感測快速的不 期望的小移動的事件和方向，其中不期望運動的特征在于提供在與移動 的速度、方向和強度(加速度和持續(xù)時間)有關(guān)的預(yù)設(shè)闊值水平之上的 傳感器信號。

發(fā)明內(nèi)容
柔性透鏡體的近來發(fā)展提供了具有自動聚焦能力的緊湊型透鏡組 件。例如，挪威專利申請No.20070803和No.20065238提供了這樣的裝 置的例子。本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到這些類型的柔性透鏡組件可被修改且可 用來提供用于圖像穩(wěn)定的系統(tǒng)的簡單、緊湊和容易的可制造性。根據(jù)本 發(fā)明的光學(xué)圖像穩(wěn)定器通過提供與柔性透鏡體接觸的致動器(其提供在 通過透鏡體的光軸方向上的移位，且從而提供光軸和圖像傳感器的表面 之間的交叉點的位置的移位，從而抵消不期望的快速移動的移動)克服 了現(xiàn)有技術(shù)解決方案的復(fù)雜性。光軸方向的移位是通過根據(jù)由例如現(xiàn)有 技術(shù)中已知的回轉(zhuǎn)儀傳感器系統(tǒng)的運動傳感器所提供的控制信號來激 活致動器從而"擠壓"柔性透鏡體來獲得的。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，柔性透鏡組件提供的圖像穩(wěn)定器適于晶片級 制造，這使得新型的全自動集成照相機解決方案成為可能。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例的例子，該實施例的例子使得緊湊型照 相機(例如用于移動電話的照相機)能夠在不增加由于不期望的快速小 移動而導(dǎo)致的模糊的情況下增加曝光時間，這是因為該裝置補償該移 動。增加例如CMOS數(shù)字照相機的曝光時間意味著更大幅度地增大的信 噪比水平、對于在暗環(huán)境下拍攝的圖片的更小的背景噪聲，并減小了用 于所需的亮度的閾值。這還意味著可針對更高F數(shù)設(shè)計照相機，而與更 低的F數(shù)解決方案相比同時仍捕獲同樣量的光(在更長的時間段上)， 這將使得與現(xiàn)有技術(shù)的鏡頭相比能夠減小照相機鏡頭的尺寸、復(fù)雜性和成本。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的例子，用于提供手持照相機中的穩(wěn)定圖像的 裝置包括布置在當(dāng)施加的電壓激活至少一個致動器時提供對柔性透鏡 體的擠壓的至少 一個致動器之間的柔性透鏡體，其中激活電壓與分別感 測照相機的橫搖和俯仰移動的運動傳感器提供的信號成比例地改變通 過透鏡體的光的方向。
根據(jù)本發(fā)明實施例的例子，裝置包括在透明支持物的上面的限定填 充有透明聚合物的腔的側(cè)壁，其中在側(cè)壁和聚合物的上方布置有可彎曲 的透明罩，其包括位于在透明罩的上方被布置的壓電致動器之間的中心 附著的透明棱鏡。
根據(jù)本發(fā)明實施例的例子，裝置包括被形成為柱面透鏡的中心附著 的透鏡，其中兩個分離的壓電致動器，其中每個壓電致動器在柱面透鏡 的一側(cè)上，提供通過裝置的光的一維位移。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的例子，其中中心附著的棱鏡是球面透鏡，其 中四個分離的壓電元件在球面透鏡周圍以方形纟莫式布置，從而提供通過 裝置的光的二維位移。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的例子，裝置包括運動檢測器，該運動檢測器 是回轉(zhuǎn)儀傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的例子，裝置包括運動檢測器，該運動檢測器 僅當(dāng)信號水平高于預(yù)設(shè)閨值水平時提供信號。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的例子，使來自運動檢測器的信號與來自跟蹤 裝置的信號相結(jié)合，從而在裝置移動以跟隨通過裝置觀看的快速移動物 體的移動時，提供物體到圖像傳感器表面上的基本上相同位置上的投 影。
根據(jù)本發(fā)明實施例的例子，用于提供手持照相機中的穩(wěn)定圖像的裝 置包括布置在至少一個致動器之間的在朝外的表面上具有光反射涂層 的柔性體，當(dāng)施加的電壓激活所述至少一個致動器時該致動器提供對柔 性體的擠壓，其中激活電壓與運動傳感器提供的信號成比例地改變被所 述體反射的入射光的方向，所述運動傳感器分別感測照相機的坤黃搖和俯 仰移動。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的例子，裝置包括支持物上方的限定填充有聚 合物的腔的側(cè)壁，其中在側(cè)壁和聚合物的上方布置有可彎曲的罩，其包括位于布置在罩的上方的壓電致動器之間的中心附著體，在所述體的朝外的側(cè)上具有反射涂層。
根據(jù)本發(fā)明實施例的例子，兩個分離的壓電致動器，其中每個壓電致動器布置在中心附著體的一側(cè)上，提供從裝置反射的入射光的一維位移。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的例子，在中心附著體周圍以方形才莫式布置有四個分離的壓電致動器，從而提供從裝置反射的入射光的二維位移。


圖1描繪了照相機中的現(xiàn)有技術(shù)圖像穩(wěn)定布置的例子。
圖2描繪了照相機中的現(xiàn)有技術(shù)圖像穩(wěn)定布置的另 一例子。
圖3a和3b描繪了本發(fā)明的實施例的例子。
圖4描繪了本發(fā)明的實施例的另一例子。
圖5描繪了包括自動聚焦能力的本發(fā)明的實施例的另一例子。
圖6描繪了本發(fā)明的實施例的另一例子。
圖7描繪了本發(fā)明的實施例的另一例子。
具體實施例方式
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中已知的根據(jù)來自運動傳感器元件的信號來移動透鏡元件的圖像穩(wěn)定器的原理布置。如圖1所示，照相機殼10可繞指示橫搖的Y軸不期望地水平移動，和/或繞X軸移動(其是指示俯仰的移動)。沿Y軸方向布置的角速度傳感器1感測橫搖，而沿X軸布置的另一速度傳感器2感測俯仰。根據(jù)來自這些傳感器的信號幅度，各個致動器11和12分別4吏VR透鏡元件在X和Y方向上移位，從而補償由角速度檢測器1和2所檢測到的不期望運動。
圖2示出根據(jù)回轉(zhuǎn)儀信號處理移動CCD圖像傳感器芯片的圖像穩(wěn)定系統(tǒng)的原理。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，如圖1和圖2所示的這樣的布置盡管提供了針對圖像穩(wěn)定問題的功能性解決方案，但是實際上是難以制造的復(fù)雜解決方案。提供圖像穩(wěn)定的關(guān)鍵問題是在相對于檢測到的不期望運動的抵消運動中布置光軸上的光和圖像傳感器的表面之間的交叉點的移動，而不是檢測不期望運動本身。例如，現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)和微電子才幾
7械系統(tǒng)(MEMS)等提供了供應(yīng)微型化回轉(zhuǎn)儀傳感器的能力，該微型化回轉(zhuǎn)儀傳感器可被容易地集成到例如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的數(shù)字照相機中。
圖3a和3b示出了本發(fā)明的實施例的例子。根據(jù)本發(fā)明，校正通過透鏡組件的光軸的移動可通過如圖3a所示的布置來完成。透明的柔性聚合物布置在腔21中，腔21由壁22、透明支持物23和可彎曲的薄的透明罩26 (例如薄玻璃板)限定，所述透明罩26布置有在至少兩個壓電致動器24之間的中心定位的透明棱鏡25。當(dāng)例如負(fù)電壓被施加到兩個壓電致動器中的一個且正電壓被施加到另 一個壓電致動器時，透明棱鏡25如圖3b所示那樣傾斜。如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的那樣，通過調(diào)整施加到壓電致動器的電壓，可根據(jù)運動傳感器控制傾斜的量，且從而控制通過組件的光軸的位移，運動傳感器提供根據(jù)檢測到的不期望移動的信號，從而提供用于通過使光軸和圖像傳感器表面之間的交叉點的位置移位來抵消這樣的不期望移動的裝置。所需的移位量與圖l所繪的裝置和圖像傳感器(未示出)的表面之間的距離成比例。在這些原理的實際實施例中，施加到壓電致動器的電壓的量可如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的那樣由可設(shè)計電壓源、可設(shè)計或固定衰減器等來規(guī)定。
圖4示出本發(fā)明的實施例的另一例子，其中圖3a和3b中的棱鏡25被替換為在體30的朝外的表面上涂有光反射材料的體30 (可以是如圖3a和3b所示的棱鏡)。當(dāng)壓電致動器24傾斜體30時，入射到體30的反射表面上的入射光改變其反射方向。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可容易理解的那樣，該布置可用來調(diào)整從體30反射的光和圖像傳感器表面之間的交叉點以例如抵消圖像傳感器所檢測到的不期望移動的影響。施加到壓電致動器的電壓的量與移動交叉點從而抵消不期望移動所需的位移的量成比例。
圖5示出了如何布置電路以將電壓提供到壓電致動器24上的例子。實際電路或電路的配置可取決于用來檢測不期望移動的傳感器的類型。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可使用任何類型的傳感器和電路，包括數(shù)字信號處理器、微控制器和微處理器以及離散部件、才莫擬以及數(shù)字部件，只要該電路以如下方式將電壓施加到致動器上，即該方式提供了抵消所檢測到的不期望移動的影響的棱鏡25或體30的傾斜。
圖6示出包括圖3所示的圖像穩(wěn)定布置以及提供自動聚焦能力的透鏡組件的實施例的另 一例子。電路被布置成提供圖像穩(wěn)定信號以及提供聚焦點的移位。提供自動聚焦能力的透鏡布置公開在例如挪威專利申請
No.20070803中。
圖7示出在分別提供棱鏡25或體30的一維傾斜或二維傾斜的不同幾何形狀的致動器24之間布置棱鏡25 (或涂有光反射材料的體30)的不同例子。圖7a示出一維傾斜能力，而圖7b和7c示出二維傾斜能力。如果圖7a所繪的布置要用來抵消橫搖和俯仰，則可提供圖7a所示的兩個實施例的堆疊，例如其中 一個實施例控制橫搖而另 一個實施例控制俯
以上公開的本發(fā)明的實施例的不同例子提供了在照相機或視頻記錄機中對穿過透鏡體的光(或反射光的方向)和圖像傳感器的表面之間的交叉點的控制。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，期望的其它移動可導(dǎo)致不期望移動會在圖像中提供的相同類型的模糊。這樣的期望的快速移動可能源于被拍攝或視頻記錄的快速移動物體，例如快速跑動的l級方程式賽車。根據(jù)本發(fā)明的實施例的另一例子，可使用跟蹤裝置來將調(diào)節(jié)電壓施加到根據(jù)本發(fā)明的壓電致動器。當(dāng)拍攝或通過視頻照相機攝影快速移動物體時，保持照相機的人必須通過在物體移動的方向上轉(zhuǎn)動照相機來在物體移動時跟隨物體。由于快速移動物體的高速，這會導(dǎo)致照相機的顛簸移動。該顛簸將在圖像或視頻流中表現(xiàn)為圖像中的模糊。
根據(jù)本發(fā)明實施例的例子，與例如如圖3a或4a所繪的本發(fā)明的實施例一起使用跟蹤裝置，這將消除與拍攝或攝影快速移動物體有關(guān)的問題。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那樣，跟蹤裝置允許包括照相機或視頻記錄機的系統(tǒng)的操作員將標(biāo)記(光標(biāo))鎖定到通過照相機或視頻記錄機觀看的物體上，從而使系統(tǒng)能夠通過隨著標(biāo)記的物體在場景中移動而轉(zhuǎn)動照相機或視頻記錄器來進行"跟隨"。照相機或視頻記錄機的轉(zhuǎn)動是通過附著到照相機的照相機平臺提供的，該照相機平臺包括由與鎖定標(biāo)記在照相機后部中的圖像傳感器的表面上的所檢測到的移動(以及從而被鎖定物體的移動)有關(guān)的信號控制的發(fā)動機。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，該鎖定可通過軟件;險測標(biāo)記指向的物體的4侖廓且然后通過4企測;故鎖定物體的邊緣區(qū)域中的像素的移位值來檢效'J輪廓在任何方向上的移動來獲得。當(dāng)被鎖定物體移動到圖像傳感器表面的邊界外時，生成移動照相機或視頻記錄機平臺的信號，以使得物體仍然在圖像傳感器的表面內(nèi)。本發(fā)明的發(fā)明人已認(rèn)識到，可與本發(fā)明的實施例 一起利用將標(biāo)記鎖 定到物體上的這些原理，以消除拍攝或攝影快速移動物體的問題。根據(jù) 本發(fā)明的跟蹤裝置包括本領(lǐng)域中已知的物體的選擇和鎖定才幾構(gòu)。例如， 可使用光標(biāo)來選擇物體以通過數(shù)字照相機的取景器來鎖定。然而，本發(fā) 明實施例的該例子不包括機動化的照相機平臺。當(dāng)快速移動物體開始跨 照相機的圖像傳感器表面而移動時，在跟蹤裝置中產(chǎn)生如下信號，該信 號提供被鎖定物體的移動的信息，如被鎖定物體的速度、方向和強度(加 速度)。通過將該信息轉(zhuǎn)換成施加到根據(jù)本發(fā)明的壓電致動器上的電壓， 快速移動物體的移動被抵消，使得被成像物體自身總是被投影到圖像傳 感器的表面的相同區(qū)域。當(dāng)物體開始移動或移動到照相機的取景器之外 時，持有照相機的人將通過移動照相機來跟隨物體。然而，由于實施例 的該例子將物體鎖定到圖像傳感器的表面上的相同區(qū)域，因此通常帶來 圖像中的顛簸感覺的由手動進行的該跟隨移動被消除。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，可通過晶片級制造來提供本發(fā)明的實施
例。根據(jù)本發(fā)明的制造例子，可通過在透明支持物23的上面提供例如 矩陣模式的多個側(cè)壁22來限定根據(jù)本發(fā)明的多個裝置。然后可將聚合 物填充到由矩陣模式所限定的多個腔中。然后，可將玻璃罩26組裝到 聚合物和側(cè)壁矩陣的上面。玻璃棱鏡25可以是玻璃罩26的整體的一部 分，或者可在玻璃罩被布置在側(cè)壁矩陣和聚合物的上面之前^^皮組裝到玻 璃罩26上。多個玻璃棱鏡25可在與以矩陣模式提供的側(cè)壁26所限定 的腔一致的位置處以相似的矩陣模式布置在玻璃罩26上。如本領(lǐng)域技 術(shù)人員已知的那樣，壓電致動器24同樣地可在玻璃罩被組裝到側(cè)壁26 的上面之前或之后被布置到玻璃罩26上。在組裝處理完成之后，通過 在以矩陣模式提供的圍繞每個裝置的側(cè)壁22的每個相應(yīng)部分的中央沿 矩陣方向進行切割來使矩陣模式的每個裝置個別化。
權(quán)利要求
1.一種用于提供手持照相機中的穩(wěn)定圖像的裝置，包括布置在至少一個致動器之間的透鏡體，所述至少一個致動器在施加的電壓激活所述至少一個致動器時提供對所述柔性透鏡體的擠壓，其中激活電壓與分別感測照相機的橫搖和俯仰移動的運動傳感器所提供的信號成比例地改變通過透鏡體的光的方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置包括在透明支持物的 上面的限定填充有透明聚合物的腔的側(cè)壁，其中在所述側(cè)壁和所述聚合 物的上面布置有可彎曲的透明罩，所述透明罩包括位于壓電致動器之間 的中心附著的透明棱鏡，所述壓電致動器位于所述透明罩的上面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中中心附著的棱鏡是柱面透鏡， 其中在所述柱面透鏡的每側(cè)上一個的兩個分離的壓電致動器提供通過 所述裝置的光的 一 維位移。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中中心附著的棱鏡是球面透鏡， 其中在所述球面透鏡周圍以方形才莫式布置四個分離的壓電元件，從而提 供通過所述裝置的光的二維位移。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述運動檢測器是回轉(zhuǎn)儀傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中運動檢測器僅當(dāng)信號水平高于 預(yù)設(shè)的閾值水平時才提供信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中來自所述運動檢測器的信號與 來自跟蹤裝置的信號相結(jié)合，從而在所述裝置移動以跟隨通過所述裝置 觀看的快速移動物體的移動時，提供物體到圖像傳感器表面上基本上相 同位置的投影。
8. —種用于提供手持照相機中的穩(wěn)定圖像的裝置，包括在朝外的表 面上具有光反射涂層的柔性體，所述柔性體布置在至少一個致動器之 間，所述至少一個致動器在施加的電壓激活所述至少一個致動器時提供 對所述柔性體的擠壓，其中所述激活電壓與分別感測照相機的橫搖和俯 仰移動的運動傳感器所提供的信號成比例地改變被所述體反射的入射 光的方向。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述裝置包括在支持物上面的 限定填充有聚合物的腔的側(cè)壁，其中在所述側(cè)壁和所述聚合物的上面布置有可彎曲的罩，所述罩包括位于壓電致動器之間的中心附著體，其中 在所述體的朝外的側(cè)上具有反射涂層，所述壓電致動器位于所述罩的上面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中在所述中心附著體的每側(cè)上一 個的兩個分離的壓電致動器提供從所述裝置反射的入射光的一維位移。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中在所述中心附著體周圍以方形模式布置有四個分離的壓電致動器，從而提供從所述裝置反射的入射 光的二維位移。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述運動檢測器是回轉(zhuǎn)儀傳感器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中運動檢測器僅當(dāng)信號水平高于 預(yù)設(shè)的閾值水平時才提供信號。
全文摘要
本發(fā)明通過激活附著到柔性透鏡體的致動器來改變通過柔性透鏡的光軸方向從而提供圖像穩(wěn)定，其中施加到致動器上的電壓量與分別感測橫搖和俯仰移動的運動傳感器提供的信號成比例。
文檔編號G02B5/04GK101688976SQ200880011790
公開日2010年3月31日 申請日期2008年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者B·斯沃達爾, T·斯帕特切克, V·卡塔肖夫 申請人:珀萊特公司