專利名稱：帶有機械光圈和快門的小型照相機組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種小型照相機組件(small form factor cameramodule)，更具體而言，涉及一種具有機械光圈和快門的小型照相機組件，該機械光圈和快門不僅能夠通過調節(jié)進入圖像傳感器的光量來改善圖像質量，而且還能通過利用電磁力來顯著地降低整個系統(tǒng)的體積，因此能夠用于需要具有手持終端的小型照相機組件的各種場合。
根據目前通信技術和數字信息處理技術的發(fā)展，已經開發(fā)出一種用于手持終端的技術，該手持終端具有各種功能，比如信息處理、計算、通訊以及圖形信息輸入/輸出功能。
例如，個人數字助理PDA具有數碼照相機和通訊功能，而手持電話則具有數碼相機和PDA功能。目前的趨勢是，根據數碼照相機技術和信息儲存能力的發(fā)展，使數碼照相機組具備高規(guī)格的配置。
根據支持上述技術的其他技術的發(fā)展，由于百萬像素水平的圖像傳感器用于裝備在手持電話上的數碼照相機組件中，因此光學變焦和自動聚焦功能以及機械快門和機械光圈功能比以往更引起人們的注意。
可以使用兩種掃描方法操作CCD，即隔行掃描法和逐行掃描法。
由于現(xiàn)有攝像CCD所采用的隔行掃描法兩次掃描一幅圖像兩次，因此其缺點是圖形質量會有所降低，這是由于在第一次掃描結束后到進行第二次掃描之前一直有光進入。
因此，為了獲得高質量的圖像，應該考慮在兩個掃描過程中使用機械快門完全阻斷光線。
背景技術：
與此相反，當主要使用350,000像素級的數碼相機時，適用一次掃描所有像素的逐行掃描法。該方法的優(yōu)點是不會因為時間的間隔和僅在使用電子快門時才可能會有的控制而發(fā)生錯誤，在使用機械快門時不存在該控制。
然而，在現(xiàn)在使用的多于3,000,000像素的數碼相機中，預期能夠獲得更好成像質量的隔行掃描法再次適用，這是由于使用同樣尺寸的CCD能夠獲得更多的光。
如上文所述，使用電子快門是無法獲得所期望的成像質量的，因此人們對適用于機械快門的技術進行了研究。
機械快門具有阻斷不必要的光線的功能，這是通過在照相時像人眨眼一樣地真正關閉阻斷層來完成的，用來提高成像質量的水平。當有強反射光，比如電燈光或太陽光發(fā)出時，可能會有光線的條紋沿垂直方向出現(xiàn)在屏幕上，這就是拖尾現(xiàn)象；使用硬件可以避免拖尾現(xiàn)象，并由此可以獲得清晰的照片；而使用軟件則無法避免拖尾現(xiàn)象。
如果采用機械光圈，進光量就得到調節(jié)，同時使用合適的曝光值和機械快門，則可以獲得清晰的圖像質量。此外，景深也可以獲得調節(jié)，由此可以使用小型相機獲得反映攝影者視角的各種氛圍的圖片。
此外，帶有機械光圈結構的照相機具有降低像差以通過縮小光圈來防止光線從透鏡的周圍單元進入的功能，像差的產生是由于從透鏡中心進入的光線和從周圍單元進入的光線之間存在差異，因此通過使用由透鏡中央進入的光線來成像，可以獲得低像差的清晰圖像。
因此，人們進行了研究，將機械光圈作為必要部件裝配在在需要高質量成像的百萬像素相機中。
為了將機械快門和光圈的功能應用于小型數碼照相機組件上，需要能夠滿足高速動作能力、低耗電量并且位移大的致動器，并且該致動器的體積相對較小。
特別的是，需要一種能夠響應位移增加的致動器，該位移是根據圖像尺寸的增加而增加的。在使用多個零件的傳統(tǒng)的電磁致動器中，在成本、尺寸以及增加位移方面都存在限制。由于使用了開/關功能，因此傳統(tǒng)的電磁致動器不足以實現(xiàn)已有的機械光圈的功能。
此外，如果以旋轉的致動器(比如步進電機)來驅動移動件，則要使用齒輪來傳遞動力。因此需要使用多個零件，由此導致其結構復雜。
此外，反應速度慢以及齒輪單元的摩擦和噪音也是缺點。如果機械快門和光圈致動器采用上述方法，則由于其結構復雜將很難生產出便宜的致動器，并且在減小尺寸方面也受到限制。
發(fā)明概述為了獲得上述目標，本發(fā)明的目的之一是提供一種照相機組件，其具有使用線性致動器的機械快門和光圈，該線性致動器由微精密處理技術中的音圈馬達(Voice Coil Motor)制造，或由微機械加工工藝制造，用以改善圖形質量，并且按照放置快門、光圈以及光學組件的方法可具備各種結構。
本發(fā)明的另一目的是為了使照相機最小化并且減輕其重量而集成小型的機械快門和光圈。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，該小型照相機組件具有用于獲取物體圖像的透鏡組合體，其由一個以上的透鏡組成；用于將由透鏡獲取的圖像轉變?yōu)殡娦盘柕膱D像傳感器，以及與該圖像傳感器相聯(lián)的外圍電路單元；還包括光量調節(jié)裝置，其能夠通過控制入射區(qū)域和入射時間來調節(jié)經過該透鏡組合體到達圖像傳感器的成像光量。
該光量調節(jié)裝置包括具有通孔的底板；在底板上形成的快門致動器，該快門致動器具有比上述通孔更大的開孔，在該開孔的一側形成有驅動磁鐵，并且在開孔的兩側具有一對快門連桿；光圈，其由一對光圈板組成，該光圈板具有與快門連桿相連的連桿狹縫，用于通過操作快門連桿來開關通孔；通過連接件與底板相組裝的蓋板，蓋板上的通孔與底板上的通孔的位置和尺寸相同；以及驅動線圈，用于從電源接收電流并且產生使快門驅動單元位移的電磁力；以及復位裝置，用于將快門致動器復位到其初始位置。
此外，該復位裝置位于蓋板上。
另外，該復位裝置位于底板上。
此外，該復位裝置是為驅動磁鐵施加電磁力的永久磁鐵。
另外，該復位裝置是與快門致動器相連的彈簧，用于直接提供復位力。
此外，控制供給給驅動線圈的電流的時間和大小，用以調節(jié)通孔開關的程度和時間。
此外，該連桿狹縫被制成帶有預定斜度的直線形狀，用以調節(jié)通孔開關的程度和時間。
此外，該連桿狹縫被制成具有曲線形狀，用以調節(jié)通孔開關的程度和時間。
此外，該連桿狹縫被制成帶有直線形狀和曲線形狀的組合，用以調節(jié)通孔開關的程度和時間。
此外，該快門致動器和光圈具有松動切口，由此使得它們的動作不受到連接件的妨礙。
在底板的下部還形成有磁體，當沒有電流施加到驅動線圈時，在驅動磁鐵之間產生吸引力，用于防止光圈部分和快門致動器移動。
該磁體為板狀并且在位移方向上比驅動磁鐵長。


從以下結合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細說明中明顯可見本發(fā)明的上述以及其它的目的、特征以及優(yōu)點，所附圖中圖1是表示通常的透鏡組組合體的模型圖。
圖2是表示通常的小型照相機組件的結構的模型圖。
圖3是根據本發(fā)明實施例1的光量調節(jié)裝置的透視圖。
圖4是圖3所示的光量調節(jié)裝置的分解透視圖。
圖5和圖6是用于表示本發(fā)明實施例1的操作方法的方案視圖。
圖7和圖8是用于表示本發(fā)明實施例2的操作方法的方案視圖。
圖9是用于表示本發(fā)明實施例1、3-5中的快門狹縫的形狀的方案視圖。
圖10是根據本發(fā)明實施例6的光量調節(jié)裝置的透視圖。
圖11是根據本發(fā)明實施例6的底板的底視圖。
圖12是本發(fā)明實施例6的光調節(jié)裝置的分解透視圖。
圖13是沿豎直方向的剖視圖，表示本發(fā)明的實施例6在切斷電流時的所產生的力的大小。
圖14是沿豎直方向的剖視圖，表示本發(fā)明實施例6在通有電流的情況下所產生的力的大小。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細介紹本發(fā)明的實施例。參照附圖，其中各附圖中相同的附圖標記表示相同或類似的部件。在本發(fā)明的以下說明中，省略對被認為是公知功能和結構的詳細介紹，以便清楚表述本發(fā)明的要點。
圖1和圖2是表示通常的小型照相機組件的模型圖。
采用通常的CMOS或CCD圖像傳感器的照相機包括透鏡組組合體1，該透鏡組組合體1除了外圍電路單元101之外還帶有圖像傳感器100和一個以上的透鏡。
因此，如圖1所示，其中包括透鏡組組合體1、用于容納該透鏡組組合體1的殼體10，位于透鏡組組合體1下部的用于從透鏡組組合體1接收圖像的圖像傳感器100，以及與圖像傳感器100相連的用于獲取圖像傳感器100的信息的外圍電路單元101。
近來，由于安裝在手持終端上的數碼相機使用百萬像素的圖像傳感器，因此越發(fā)引起人們注意的是，是否采用多個光學部件來合并透鏡組組合體、光學變焦以及自動聚焦等多項功能。
相應地，如圖2所示，除透鏡組組合體2之外，還具有一個以上的光學零件3和4，以及安裝在最下部的圖像傳感器102；其中所述光學零件包括另一個透鏡組組合體和/或光圈及快門。
但是，該小型數碼相機組件應該具備一些能力，比如高速動作能力、耗電量低以及位移大、并且相比于整個系統(tǒng)而言所占據的空間較小。如果像傳統(tǒng)的步進電機一樣執(zhí)行轉動的致動器移動驅動件，那么這樣做的缺點就是需要使用多個零件，其結構變得復雜并且由于電機而使得體積增大。
圖3是根據本發(fā)明的光量調節(jié)裝置的透視圖，圖4是圖3所示的光量調節(jié)裝置的分解透視圖。
根據本發(fā)明的該光量調節(jié)裝置適于作為圖1和圖2中的透鏡組組合體或小型相機組件結構的一部分，用以控制圖像的光量。該裝置的優(yōu)點是相比于使用現(xiàn)有電機的機械快門和光圈結構而言使用較少的零件，占用較小的空間。
該光量調節(jié)裝置包括帶有通孔23和連接孔29的底板28；具有開孔25和快門連桿32的快門制動器26，在該開孔25處設有驅動磁鐵31；具有連桿狹縫27的光圈部分24，以及具有連接桿30的蓋板20，該連接桿30用于與底板28、通孔23、驅動磁鐵21以及復位磁鐵22相組裝。
該通孔23在光圈部分24和底板28上的相同位置以相同的大小形狀形成；快門制動器26具有開孔25，開孔25的面積大于通孔23并且該開孔25為矩形。
此外，該驅動磁鐵31安裝在開孔25的下部。底板23的連接孔29與形成于蓋板20上的連接桿30相連。
相反的是，可以在蓋板20上形成連接孔29，而在底板23上形成連接桿30。
當然，除了連接桿30外也可以使用其他的連接件來連接，比如鉚釘。
該連接孔29和連接桿30均位于底板23和蓋板20的上部兩側，并且在本發(fā)明的實施例1中位于通孔23的下方。
該快門致動器26和光圈部分24在其上部兩側具有用作松動孔的切角，由此使得二者能夠在連接桿30的作用下無障礙的活動。
因此，盡管有連接桿30存在，但是快門致動器26和光圈部分24還是能夠在限定的操作范圍內自由活動。
該快門致動器26具有快門連桿32，該快門連桿32被限定在光圈部分24的連桿狹縫27內。
該驅動磁鐵31安裝在快門致動器26上，該驅動磁鐵的安裝位置可以使得蓋板20的驅動線圈21之間的電磁力被控制到最大。
該光圈部分24具有兩個重疊的光圈板，二者相互對稱。當兩個光圈板之間的間距最大時，通孔23處于完全打開的狀態(tài)，而當兩個線圈板之間的間距變成最小時，通孔23處于關閉狀態(tài)。
快門致動器26的快門連桿32分別與形成在兩個光圈板上的連桿狹縫27相連，通過快門連桿32的豎直移動可以控制兩個光圈板之間的間距。
在實施例1中，可以將光圈板制成由一對或兩對光圈板組成。
通過驅動磁鐵31、驅動線圈21和復位磁鐵22可以完成快門連桿2的豎直移動。
通孔23位于蓋板20的上部，而驅動線圈21則位于蓋板20的下部，復位磁鐵22是永久磁鐵，安裝在驅動磁鐵21之下。
也可以將復位磁鐵22安裝在底板28上。
圖5和圖6是表示本發(fā)明實施例1的操作方法的原理圖。
在本發(fā)明的光量調節(jié)裝置中，位于通孔23周圍的光圈部分24通過驅動線圈21和驅動磁鐵31之間產生的電磁力來執(zhí)行對通孔23的開關。
也就是說，如果驅動線圈21通有電流，快門致動器26就在驅動線圈和驅動磁鐵31之間產生的電磁力的作用下沿豎直方向作直線運動，光圈部分24的圍繞通孔23設置的兩個光圈板借助快門致動器26、以遞減尺度(regressive scale)設置的快門連桿32和連桿狹縫27來關閉通孔23。相反的是，如果沒有電流通過驅動線圈21，則驅動磁鐵31在驅動磁鐵31和復位磁鐵22之間產生的電磁力的作用下返回其初始位置，而光圈部分24的光圈板則通過快門連桿32的操作打開通孔23。
因此，光量調節(jié)裝置限制電流進入驅動線圈21，借此控制圖像的光量和圖像曝露給圖像傳感器的時間，因此起到快門和光圈的作用。
圖7和圖8表示本發(fā)明實施例2的操作，其中安裝復位彈簧33取代復位磁鐵22作為復位裝置。除了復位彈簧33之外的其它部件則與因此，實施例2的操作與實施例1是相同的。
圖9表示快門狹縫的各種形狀，其中最上面的一個是實施例1中的快門狹縫27，下面表示的分別是實施例3、4和5的快門狹縫34、35和36。
首先，對于實施例1中的快門狹縫27而言，為了開閉光路，快門致動器26的移動與光圈部分24的水平移動的比例為1∶1。
此外，對實施例3中的快門狹縫34而言，為了開閉光路，快門致動器26的移動與光圈部分24的水平移動之比為1∶2。
實施例4中的快門狹縫35被制成凸狀，由此使得光圈部分24為開閉光路所做的水平移動隨著快門致動器26移動的增加而逐漸減小。
與實施例4相反，實施例5中的快門狹縫36被制成凹狀，由此使得光圈部分24為開閉光路所做的水平移動隨著快門致動器26移動的增加而逐漸增加。
此外，可以將該快門狹縫27制成直線形與圓形相結合。
圖10是根據本發(fā)明實施例6的光量調節(jié)裝置的透視圖，圖11是根據本發(fā)明實施例6的底板28的底視圖，圖12是本發(fā)明實施例6的光調節(jié)裝置的分解透視圖。
與實施例1和2相似，利用驅動線圈21和驅動磁鐵31之間的電磁力的致動器可能具有這樣的缺點，即為了保持規(guī)則的位移，要通過施加電流而連續(xù)消耗電力。
因此，在實施例6中，在實施例1中的光量調節(jié)裝置的底板28上還安裝有磁體40，并且即使沒有電流施加到驅動線圈21上，快門致動器26也通過磁體40和驅動磁鐵31之間產生的吸引力接觸底板28，因此借助接觸摩擦力可以完成保持規(guī)則距離的棘齒操作。
因此，如果沒有電流施加到驅動線圈21上，則快門致動器26的位置就被磁體40和驅動磁鐵31之間的相互吸引力固定。
此時，優(yōu)選的是，在位移方向上，磁體30的長度(基于驅動磁鐵31的位移方向)大于驅動磁鐵31的長度；更優(yōu)選的是，該長度大于驅動磁鐵31的上位移的上死點和下位移的下死點之間的距離。
圖13是沿豎直方向的剖視圖，表示本發(fā)明的實施例6中在切斷電流時的所產生的力的大小，圖14是沿豎直方向的剖視圖，表示本發(fā)明實施例6中在通有電流的情況下所產生的力的大小。
如圖13所示，當沒有電流通過驅動磁體21時，在驅動線圈21和驅動磁鐵31之間不產生力(吸引力或排斥力)，而在驅動磁鐵31和磁體40之間產生吸引力F1，通過該吸引力F1產生了摩擦力F3。
這種結構應用了棘齒功能，用以在沒有施加電流的情況下保持當前位置；而且，即使因外部變動，比如重力而產生干擾力F2的情況下，這種結構也可以提供棘齒功能來保持當前位置。
此外，如圖14所示，如果有電流施加到驅動線圈21上，則驅動線圈21和驅動磁鐵31會產生驅動力F4。如果驅動力F4大于驅動磁鐵31和磁體40之間的吸引力F1所產生的摩擦力F3，則快門致動器26移動。
因此，光圈部分24可以在快門致動器26的操作下打開以及關閉。
此外，可以通過調節(jié)施加到驅動線圈21上的電流I1的大小和時間來控制打開和關閉的位移，通過改變所施加電流I1的方向來控制打開和關閉的方向。
此外，在本發(fā)明中，驅動磁鐵31位于驅動單元，即快門致動器28內，并且驅動線圈21位于蓋板20上，但是驅動線圈也可以安裝在快門致動器上而驅動磁鐵安裝在蓋板上。
以上參照優(yōu)選實施例介紹了本發(fā)明，但是應該認識到，本領域的技術人員能夠在不脫離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下對本發(fā)明進行各種修改和變動，本發(fā)明的保護范圍由權利要求限定。
根據本發(fā)明的小型照相機組件具有機械光圈和快門，不僅通過調節(jié)進入圖像傳感器的光量而改善成像質量，而且通過利用電磁力而顯著地降低了整個系統(tǒng)的體積。因此，可以將其改動而適用于需要小型照相機組件的各種用途，包括手持終端等。
此外，本發(fā)明提供了機械快門和光圈，用以實現(xiàn)低功效函數并且可以預期應用到包括PDA或手持電話的各種手持設備上。
權利要求
1.一種小型照相機組件，其具有透鏡組合體，該透鏡組合體由一個以上的透鏡組成，用于獲取物體的圖像；圖像傳感器，該圖像傳感器用于將通過所述透鏡的圖像轉變?yōu)殡娦盘?；以及與該圖像傳感器相連的外圍電路單元；還包括光量調節(jié)裝置，其能夠通過控制入射區(qū)域和入射時間來調節(jié)經過該透鏡組合體到達圖像傳感器的圖像的光量。
2.如權利要求1所述的小型照相機組件，其中光量調節(jié)裝置包括形成有通孔的底板；在底板上形成的快門致動器，該快門致動器具有比上述通孔面積更大的開孔，在開孔的一側形成有驅動磁鐵，并且在開孔的兩側具有一對快門連桿；光圈，其由一對光圈板組成，該光圈板具有與快門連桿相連的連桿狹縫，用于通過操作快門連桿來開關通孔；通過連接件與底板相組裝的蓋板，蓋板上的通孔與底板上的通孔的位置和尺寸相同；蓋板上還有驅動線圈，用于接受所供應的電流并且產生使快門驅動單元位移的電磁力；以及復位裝置，用于將快門致動器復位到其初始位置。
3.如權利要求2所述的小型照相機組件，其中復位裝置位于蓋板上。
4.如權利要求2所述的小型照相機組件，其中復位裝置位于底板上。
5.如權利要求2所述的小型照相機組件，其中復位裝置是為驅動磁鐵提供電磁力的永磁鐵。
6.如權利要求2所述的小型照相機組件，其中復位裝置是與快門致動器相連的彈簧，用于直接提供復位力。
7.如權利要求2所述的小型照相機組件，其中通孔的特征在于通過控制供給驅動線圈的電流的時間和大小來調節(jié)該通孔開關的程度和時間。
8.如權利要求2所述的小型照相機組件，其中連桿狹縫被制成帶有預定斜度的直線形狀，用以調節(jié)通孔開關的程度和時間。
9.如權利要求2所述的小型照相機組件，其中連桿狹縫被制成帶有曲線形狀，用以調節(jié)通孔開關的程度和時間。
10.如權利要求2所述的小型照相機組件，其中連桿狹縫被制成帶有直線形狀和曲線形狀的組合，用以調節(jié)通孔開關的程度和時間。
11.如權利要求2所述的小型照相機組件，其中快門致動器和光圈具有松動切口，從而使得它們的動作不受連接件的妨礙。
12.如權利要求2所述的小型照相機組件，還包括位于底板下部的磁體，其中當沒有電流施加到驅動線圈時，在驅動磁鐵之間產生吸引力，以防止光圈部分和快門致動器移動。
13.如權利要求12所述的小型照相機組件，其中磁體為板狀并且在位移方向上比驅動磁鐵長。
14.一種小型照相機組件，其具有透鏡組合體，該透鏡組合體由一個以上的透鏡組成，用于獲取物體的圖像；圖像傳感器，該圖像傳感器用于將通過透鏡的圖像轉變?yōu)殡娦盘?；以及與該圖像傳感器相連的外圍電路單元；還包括光量調節(jié)裝置，該光量調節(jié)裝置具有光圈和快門致動器，該光圈能夠控制經過該透鏡組合體到達圖像傳感器的圖像的光量的入射區(qū)域和入射時間，該快門致動器通過電磁力來操作該光圈；其中光量調節(jié)裝置通過控制電磁力的大小和持續(xù)時間的長短來實現(xiàn)對圖像的光量的控制。
15.如權利要求14所述的小型照相機組件，其中光量調節(jié)裝置包括形成有通孔的底板；在底板上形成的快門致動器，該快門致動器具有比上述通孔更大的開孔，在該開孔的一側形成有驅動磁鐵，并且在該開孔的兩側具有一對快門連桿；光圈部分，其由一對光圈板組成，該光圈板具有與快門連桿相連的連桿狹縫，用于通過操作快門連桿來開關通孔；通過連接件與底板相組裝的蓋板，蓋板具有與底板上的通孔的位置和尺寸相同的通孔，該蓋板還具有驅動線圈，用于接收所供應的電流并且產生使快門驅動單元位移的電磁力；以及復位裝置，用于將快門致動器復位到其初始位置。
16.如權利要求15所述的小型照相機組件，其中復位裝置位于蓋板上。
17.如權利要求15所述的小型照相機組件，其中復位裝置位于底板上。
18.如權利要求15所述的小型照相機組件，其中復位裝置是為驅動磁鐵提供電磁力的永久磁鐵。
19.如權利要求15所述的小型照相機組件，其中復位裝置是與快門致動器相連的彈簧，用于直接提供復位力。
20.如權利要求15所述的小型照相機組件，還包括位于底板下部的磁體，其中當沒有電流施加到驅動線圈時，在驅動磁鐵之間產生吸引力，以防止光圈部分和快門致動器移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型照相機組件，更具體地，涉及一種具有機械光圈和快門的小型照相機組件，該機械光圈和快門與現(xiàn)有電子快門不同，不僅能夠通過調節(jié)進入圖像傳感器的光量來改善圖像質量，而且還能通過使用電磁力來顯著地降低整個系統(tǒng)的體積，因此能夠用于需要小型照相機組件的各種用途，包括手持終端等。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，該小型照相機組件具有用于獲取物體圖像的透鏡組合體，其由一個以上的透鏡組成；用于將由透鏡獲取的圖像轉變?yōu)殡娦盘柕膱D像傳感器；以及與該圖像傳感器相連的外圍電路單元；還包括光量調節(jié)裝置，其能夠通過控制入射區(qū)域和入射時間來調節(jié)經過該透鏡組合體到達圖像傳感器的圖像的光量。
文檔編號H04N5/225GK1854879SQ20061007366
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月18日 優(yōu)先權日2005年4月18日
發(fā)明者池昌炫, 夫鐘郁, 金相天, 金聲赫, 崔正薰 申請人:Lg電子株式會社