CN101405650B - 移动相机的光圈结构 - Google Patents

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Abstract

本发明大体上涉及数码相机领域，特别是小型数码相机。特别地，本发明关于移动相机的光圈调整。本发明的可调整的光圈结构包括两个电极，和一个向电极提供电压以在电极之间产生电场的电路。另外，此结构包括位于电极之间、中部有一孔的中间单元，中间单元由电活性材料例如介电体材料或是电致伸缩聚合物制成。光圈可以通过改变中间单元的形状进行调整。中间单元可以通过所述电路产生的电极之间的电场方便的改变形状。

Description

移动相机的光圈结构
技术领域
本发明大体上涉及数码相机领域，特别是小型数码相机。特别地，本发明关于移动相机的光圈调整。
背景技术
现如今的移动相机，例如数码相机和移动电话相机是非常普遍的。当移动相机和其他移动设备例如移动电话、手表、MP3播放器或掌上电脑整合到一起时，移动相机的尺寸扮演着很重要的角色。相机的尺寸可以通过减小相机部件如镜头、快门、光圈结构(有时快门和光圈结合在一起，称为光圈快门)和图象传感器的尺寸来减小。相机部件越小，相机就越小，最终产品也就越小。同样，在移动相机设备中，相机部件的简易性、可靠性和功耗也是非常重要的因素。
为了达到小型化，将部件数量减到最小或是限制它们的可调节性同样很普遍。这些解决方法通常都是在整体尺寸和获得的图象质量间寻求折衷，或是导致可用性范围减少。
本发明致力于改进相机部件，特别是光圈结构。相机的光圈是用于控制到达胶片或数码传感器的光量。光圈意味着镜头开口的直径。光圈直径越大，到达胶片/数码传感器的光越多。光圈用F-数表示，F-数(或f/值)越小，镜头开口(光圈)越大。
光圈尺寸影响景深。小的光圈(大f-值，如图1A中f/22)增加了远距离物体的锐度，或者换句话来说增加了景深，即表示图片中从前景到后景更多的元素变得可以锐利的聚焦。这对于照片可以产生明显的深度感，将观看者带入图片中。众所周知，小光圈特别适用于大多数的风景照片。
大光圈(小的f-值，如f/4)的效果如图1B所示。大光圈产生了浅的景深，即意味着图象中锐聚焦的区域很小。众所周知，小光圈特别是用于孤立图片中的对象而将背景和其他干扰元素排除出聚焦范围。大光圈一些有益的应用包括人像以及野生动物的特写。
总的来说，由于光圈数的增加(光圈尺寸变小)，未聚焦的光线会变得锐利。
可调整光圈的传统的现有技术的装置的分解视图如图2所示。现有技术的装置包括复杂的翅片机构，其需要一个致动装置如步进电机来运转(部件数量通常超过10片)。如图2A-2D所示，翅片结构可以通过致动装置运转以达到需要的光圈尺寸。
但是，现有技术的光圈装置存在一些问题。首先，它们非常复杂以致于有损坏或卡住的风险。其次，现有技术的光圈的形状不是完全的圆形，这会影响到图象变形。另外，通过传统的方法不能够轻易的减小现有技术的光圈的重量和尺寸。此外，由于光圈结构的复杂程度，现有技术光圈装置的制造非常复杂以及耗时。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中光圈装置的相关问题。特别地，本发明的目的是减小现有技术光圈的复杂程度和尺寸，简化制造工艺以及提供一种圆形和最小功耗的可充分、无极地调整的光圈。
本发明的目的通过独立权利要求中所述的特征来达到。特别是，本发明的目的通过以下的可调整的光圈结构来达到。该可调整的光圈结构包括至少两个电极，一个向电极提供电压以在电极之间产生电场的电路，用电活性材料制成、基本位于电极之间的中间单元，其中中间单元的形状通过所述电路在所述电极之间产生的电场而改变，从而调整光圈。
本发明涉及如权利要求1的用于相机的可调整光圈结构。
另外，本发明涉及如权利要求8的包括可调整光圈结构的移动相机。
此外，本发明涉及如权利要求13的相机中光圈的调整方法。
本发明同样涉及如权利要求18的可变形的电活性材料在相机的可调整光圈结构中的应用。
本发明的实施方式将由几个运动机件(其通常用于构成可调整的孔)实现的现有技术机械结构，改成一个没有运动机件和内置传感性能的元件。因此系统的复杂程度会显著降低，尺寸也变的更小。
本发明的光圈(结构)一个重要的部分就是中间单元。没有单独的运动机件的中间单元能够膨胀和收缩中心的光圈。发明的一个优点就是基于对位于电极之间的电活性材料例如介电材料或是电致伸缩聚合物的利用。供给电压可以在电极之间产生电场，从而对电活性材料“挤压”使其变形，导致膨胀和/或收缩。光圈尺寸通过工作电路由工作电压来控制，通过电路的电容或电阻来测量。因此，通过内置传感性能而实现非常简单的应用。
本发明的实施方式相对于已知的现有技术显示出明显的优点。系统的复杂程度可以减小到一个元件来代替10-20片的小零件。而且，现在的光圈尺寸可以很容易并精确的通过控制中间单元的电路的电容或电阻而电气化的感应。光圈单元的重量和尺寸也比传统光圈小很多。另外，本发明光圈仅在光圈尺寸改变时消耗电能。在静止状态(保持固定的光圈尺寸)，系统是不通过电流的。而且，可以做出没有运动机件的可充分调整(无极)的光圈和完全圆形的光圈形状。由于光圈的中间单元使用的电活性材料的快速的响应时间(毫秒级)，本发明的光圈还可以用作光圈快门(快门和光圈的组合)。
本文中对于所描述的发明的示范的实施方式的解释并不对附加的权利要求的范围造成限制。本文中使用的动词“包括”作为开放式的限制，并没有排除同样没有陈述的特征的存在。从属权利要求中所述的特征除非明确表述了不能结合之外可以自由的互相组合。
附图说明
以下，将对照附图参照示范的实施方式来更详细的描述本发明。
图1A-B在两幅示范的图片中图示了不同光圈尺寸(f-数)对于景深的影响；
图2图示了已知现有技术的可调整光圈结构的装置的示范分解视图；
图2A-D图示了已知现有技术中通过翅片机构与致动装置获得不同光圈尺寸；
图3A作为示例，示出了根据本发明一个优选实施例的光圈结构的截面图；
图3B作为示例，示出了当在电极之间施加电场时，根据本发明一个优选实施例的光圈结构的截面图；以及
图4A-D作为示例，示出了通过改变电极之间的电场获得不同光圈尺寸的根据本发明一个优选实施例的光圈结构的透视图。
具体实施方式
图1A-B在两幅示范的图片中图示了不同光圈尺寸(f-数)对于景深的影响，图2图示了已知现有技术的可调整光圈结构的装置的示范分解视图，图2A-D图示了已知现有技术中通过翅片机构与致动装置获得不同的光圈尺寸，与现有技术描述(本发明的背景技术章节)相联系已经做过论述。
图3A图示了根据本发明一个优选实施例的光圈结构300的截面图，其中光圈结构包括正电极302和负电极304。在正负电极之间放置一个中心有孔308的中间单元306。中间单元由电活性材料制成。此外，光圈结构还包括用于向电极302、304供给电压以便在电极之间产生电场从而控制光圈尺寸的电路310。电路310还用于基于电路电容或电阻测量光圈尺寸。在电活性材料306的周围具有刚性金属框架312形成光圈结构的构架。
通过使中间单元306变形来调整光圈(孔308的尺寸)，其形状是通过利用所述电路装置310改变所述电极302、304之间的电场来改变的。
图3B图示了当在电极302、304之间施加电场314时，根据本发明一个优选实施例的光圈结构300的截面图。光圈结构300的一个示例包括位于两个电极302、304之间，中心有个孔的圆形薄片/片状介电材料(基于硅/聚合物)。当施加电压时，电极302、304由于产生的电场314而互相吸引。绝缘体(＝介电片)如图3B中粗箭头所示在厚度方向上受到挤压，而在x-y方向上膨胀(保持体积不变)。
在圆形片外部有刚性金属框架312迫使所有的膨胀朝向中心点，从而改变光圈尺寸(通常孔的尺寸可以变化数个毫米)。电场可以通过输入电压[V(+)，V(-)]的值来调整。仅当光圈尺寸改变时才会消耗电能，而当保持所需形状时没有电流流通。
图4A-D图示了根据本发明一个优选实施例的通过改变电极(+，-)之间的电场获得不同光圈尺寸A的光圈结构300的透视图。
本发明通过参照上述实施例已经作了说明，发明的一些优点也得以证实。很明显的，本发明不仅限于这些实施例，发明构思和以下的专利权利要求的精神和范围内所有可能的实施形态也包括在内。

Claims (22)

1.一种用于照相机的可调整光圈结构，该可调整光圈结构包括：
-两个电极，
-用于向所述电极供给电压以在所述电极之间产生电场的电路，
-中心具有作为光圈的孔的中间单元，所述中间单元用电活性材料制成并且位于所述电极之间，以及
-所述中间单元的形状通过利用所述电路在所述电极之间产生的电场来改变，从而调整所述光圈。
2.根据权利要求1所述的一种可调整的光圈结构，其中当施加所述电场时，所述中间单元相应地膨胀或收缩所述中间单元中心的光圈。
3.根据权利要求1所述的可调整的光圈结构，其中所述中间单元是圆形，包括在中心点的孔。
4.根据权利要求1所述的可调整的光圈结构，其中所述中间单元由介电材料制成。
5.根据权利要求1所述的可调整的光圈结构，其中所述中间单元由电致伸缩聚合物制成。
6.根据权利要求1所述的可调整的光圈结构，其中光圈尺寸通过电路的工作电压来控制。
7.根据权利要求1-6任一项所述的可调整的光圈结构，其中光圈尺寸通过向电极供给电压的电路的电容或电阻来测量。
8.一种包括可调整光圈结构的移动相机，可调整光圈结构包括
-两个电极，
-用于向所述电极供给电压以在所述电极之间产生电场的电路，
-中心具有作为光圈的孔的中间单元，所述中间单元用电活性材料制成并且位于所述电极之间，以及
-所述中间单元的形状通过利用所述电路在所述电极之间产生的电场来改变，从而调整所述光圈。
9.根据权利要求8所述的移动相机，其中当施加所述电场时，所述中间单元相应地膨胀或收缩所述中间单元中心的光圈。
10.根据权利要求8所述的移动相机，其中所述中间单元由介电材料制成。
11.根据权利要求8所述的移动相机，其中光圈尺寸通过电路的工作电压来控制。
12.根据权利要求8-11任一项所述的移动相机，其中光圈尺寸通过向电极供给电压的电路的电容或电阻来测量。
13.用于调整相机的可调整光圈结构的方法，该可调整光圈结构包括：
-两个电极，
-用于向所述电极供给电压以在所述电极之间产生电场的电路，
-中心具有作为光圈的孔的中间单元，所述中间单元用电活性材料制成并且位于所述电极之间，
该方法包括：
-通过利用所述电路在所述电极之间产生的电场来改变所述中间单元的形状，以及
-从而调整所述光圈。
14.根据权利要求13所述的方法，其中当施加所述电场时，所述中间单元相应地膨胀或收缩所述中间单元中心的光圈。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述中间单元由介电材料制成。
16.根据权利要求13所述的方法，其中光圈尺寸通过电路的工作电压来控制。
17.根据权利要求13-16任一项所述的方法，其中光圈尺寸通过向电极供给电压的电路的电容或电阻来测量。
18.可变形电活性材料在相机的可调整光圈结构中的应用，该可调整光圈结构包括：
-两个电极，
-用于向所述电极供给电压以在所述电极之间产生电场的电路，
-中心具有作为光圈的孔的中间单元，所述中间单元用电活性材料制成并且位于所述电极之间，以及
-所述中间单元的形状通过利用所述电路在所述电极之间产生的电场来改变，从而调整所述光圈。
19.根据权利要求18所述的应用，其中当施加所述电场时，所述中间单元相应地膨胀或收缩所述中间单元中心的光圈。
20.根据权利要求18所述的应用，其中所述中间单元由介电材料制成。
21.根据权利要求18所述的应用，其中光圈尺寸通过电路的工作电压来控制。
22.根据权利要求18-21任一项所述的应用，其中光圈尺寸通过向电极供给电压的电路的电容或电阻来测量。
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