CN104243783B - 光学模组、电子设备和成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用液晶模组实现集成的全局快门和ND滤镜功能的光学模组、使用该光学模组的电子设备及其成像方法。所述光学模组包括：快门滤光单元，其中填充有具有可变透光率材料，以及电极单元，用于向所述快门滤光单元施加调整电压，使得所述快门滤光单元的透光率根据由所述电极单元施加的所述调整电压而变化。

Description

光学模组、电子设备和成像方法

技术领域

本发明涉及光学模组领域，更具体地，本发明涉及一种利用液晶模组实现集成的全局快门和ND滤镜功能的光学模组、使用该光学模组的电子设备及其成像方法。

背景技术

在现有的电子设备中，为了实现其中成像器件的全局快门功能，通常需要在电子设备的进光前端配置机械快门，如此使得整个电子设备的结构复杂，体积大、生产工艺要求高且成本更高。此外，如果需要实现在强环境光情况下的减光效果，则还需额外配置ND滤镜，从而进一步增加了电子设备的复杂度和成本。

因此，希望提供一种光学模组、使用该光学模组的电子设备及其成像方法，其能够以简单的结构和更低的成本实现集成的全局快门和ND滤镜功能。

发明内容

有鉴于上述情况，本发明提供了一种利用液晶模组实现集成的全局快门和ND滤镜功能的光学模组、使用该光学模组的电子设备及其成像方法。

根据本发明的一个实施例，提供了一种电子设备，包括：镜头模组，用于成像的外部光通过所述镜头模组进入所述电子设备；快门滤光模组，来自所述镜头模组的外部光进入所述快门滤光模组，所述快门滤光模组使得所述外部光一部分或全部通过；成像模组，通过所述快门滤光模组的外部光进入所述成像模组，以便形成与所述外部光对应的图像信号；以及控制模组，其控制所述镜头模组、所述快门滤光模组和所述成像模组，以获取与所述外部光对应的图像，其中，所述快门滤光模组具有快门滤光单元，其中填充有具有可变透光率材料，以及电极单元，用于向所述快门滤光单元施加调整电压，使得所述快门滤光单元的透光率根据由所述电极单元施加的所述调整电压而变化。

此外，根据本发明的一个实施例的电子设备，其中当施加的所述调整电压大于或等于预定阈值电压时，所述快门滤光单元完全不透光。

此外，根据本发明的一个实施例的电子设备，还包括：环境光感测模组，用于感测环境光的光强，其中，所述控制模组基于由所述环境光感测模组感测的环境光的光强，控制所述电极单元向所述快门滤光单元施加相应的调整电压。

此外，根据本发明的一个实施例的电子设备，还包括：指令接收模组，用于接收所述电子设备的使用者输入的指令，其中，所述控制模组基于所述输入的指令，控制所述电极单元向所述快门滤光单元施加相应的调整电压。

此外，根据本发明的一个实施例的电子设备，其中所述快门滤光模组还包括红外滤光单元，用于滤除进入的所述外部光中的红外分量。

此外，根据本发明的一个实施例的电子设备，还包括：存储模组，用于存储图像数据；其中，当施加大于或等于预定阈值电压的所述调整电压，使得所述快门滤光单元完全不透光时，所述控制模组将该时刻由所述成像模组形成的图像信号转换为图像数据，并且将所述图像数据存储在所述存储模组中。

根据本发明的另一实施例，提供了一种光学模组，包括：快门滤光单元，其中填充有具有可变透光率材料，以及电极单元，用于向所述快门滤光单元施加调整电压，使得所述快门滤光单元的透光率根据由所述电极单元施加的所述调整电压而变化。

此外，根据本发明的另一实施例的光学模组，其中当施加的所述调整电压大于或等于预定阈值电压时，所述快门滤光单元完全不透光。

此外，根据本发明的另一实施例的光学模组，还包括红外滤光单元，用于滤除进入的所述外部光中的红外分量。

根据本发明的又一实施例，提供了一种成像方法，用于电子设备，所述电子设备包括使得用于成像的外部光通过并进入所述电子设备的镜头模组、用于使得来自所述镜头模组的外部光一部分或全部通过的快门滤光模组、用于基于通过所述快门滤光模组的外部光形成与所述外部光对应的图像信号的成像模组、用于控制所述镜头模组、所述快门滤光模组和所述成像模组的控制模组，其中所述快门滤光模组具有其中填充有具有可变透光率材料的快门滤光单元，以及用于向所述快门滤光单元施加调整电压，使得所述快门滤光单元的透光率根据由所述电极单元施加的所述调整电压而变化的电极单元，所述成像方法包括：控制所述电极单元向所述快门滤光单元施加调整电压；接收使用者输入的指令，响应于所述指令，控制所述电极单元向所述快门滤光单元施加大于或等于预定阈值电压的调整电压；以及将由所述成像模组形成的图像信号转换为图像数据，其中，当施加的所述调整电压大于或等于预定阈值电压时，所述快门滤光单元完全不透光。

此外，根据本发明的又一个实施例的成像方法，其中所述电子设备还包括用于感测环境光的光强的环境光感测模组，控制所述电极单元向所述快门滤光单元施加调整电压包括：基于由所述环境光感测模组感测的环境光的光强，控制所述电极单元向所述快门滤光单元施加相应的调整电压。

此外，根据本发明的又一个实施例的成像方法，其中所述使用者输入的指令为拍摄指令。

此外，根据本发明的又一个实施例的成像方法，其中所述电子设备还包括用于存储图像数据的存储模组，所述成像方法还包括：将所述图像数据存储在所述存储模组中。

根据本发明实施例的光学模组、使用该光学模组的电子设备及其成像方法，其能够以简单的结构和更低的成本实现集成的全局快门和ND滤镜功能。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1是图示根据本发明实施例的光学模组的示意图；

图2是图示根据本发明实施例的电子设备的功能性框图；

图3是图示根据本发明实施例的电子设备的结构示意图；以及

图4是图示根据本发明实施例的成像方法的流程图。

具体实施方式

下文中，将参照附图描述多个实施例、应用和修改。此外，下面描述的实施例是优选的特定示例，并且设置了技术上优选的各种限制，但是在以下描述中，本发明不限于这些实施例。

首先，将参照图1描述根据本发明实施例的光学模组。如图1所示，根据本发明实施例的光学模组10包括快门滤光单元11和电极单元12。

具体地，所述快门滤光单元11填充有具有可变透光率材料。所述电极单元12用于向所述快门滤光单元11施加调整电压，使得所述快门滤光单元11的透光率根据由所述电极单元12施加的所述调整电压而变化。在本发明的一个优选实施例中，所述可变透光率材料为液晶材料。当所述电极单元12向所述快门滤光单元11施加调整电压时，其中的液晶分子的取向随之变化，并且随着施加的调整电压的提升，所述快门滤光单元11的透光率相应地降低。当施加的所述调整电压大于或等于预定阈值电压时，所述快门滤光单元11变为完全不透光的状态。例如，当所述电极单元12施加的所述调整电压为0.5、1.0、1.5和2.0伏特时，所述快门滤光单元11分别处于75％、60％、50％和25％的透光率，而当所述调整电压大于预定阈值电压2.8伏特时，所述快门滤光单元11转换为完全不透光状态。如此，根据本发明实施例的光学模组10可以提供从完全透光到完全不透光的多种工作状态。此外，如果在所述光学模组10中进一步与所述快门滤光单元11重叠配置红外滤光单元，则除了由所述快门滤光单元11执行的滤光功能外，所述光学模组10可以实现对于红外光的滤除。

此外，根据本发明实施例的光学模组中的快门滤光单元不限于完全填充有可变透光率材料。在本发明的一个优选实施例中，根据本发明实施例的光学模组中的快门滤光单元可以具有完全透光的透光区以及填充有具有可变透光率材料的可变透光区。在一个示例中，所述透光区位于所述快门滤光单元的中心，所述可变透光区围绕所述透光区。替代地，在另一个示例中，所述可变透光区位于所述快门滤光单元的中心，所述透光区围绕所述可变透光区。由所述电极单元根据需要向所述可变透光区施加相应的调整电压。如此，通过根据需要设置具有完全透光的透光区以及填充有具有可变透光率材料的可变透光区的相对位置关系和面积，可以实现不同滤光面积和滤光区域分布的光学模组。

此外，根据本发明实施例的光学模组不限于具有单个快门滤光单元11。在本发明的一个优选实施例中，根据本发明实施例的光学模组可以具有多个快门滤光单元，多个快门滤光单元可以在所述光学模组的进光方向上以光轴为中心依次布置，并且多个快门滤光单元中填充可变透光率材料的区域的面积相互不同。由所述电极单元根据需要向多个快门滤光单元的每一个施加相应的调整电压。如此，所述多个快门滤光单元的每一个可以实现不同的透光率和有效滤光区域，多个不同的透光率和有效滤光区域的组合，为光学模组提供更精细粒度的可变透光率和有效滤光区域。

在参照图1描述的根据本发明实施例的光学模组中，所述快门滤光单元11可以具有完全透光到完全不透光的多种工作状态，从而在所述快门滤光单元11具有一定透光率的状态下，所述光学模组10起到传统ND滤光器的作用；而在所述快门滤光单元11从具有一定透光率的状态切换到完全不透光状态时，所述光学模组10对外界成像光的隔绝则起到成像光学系统的全局快门的作用。如此，根据本发明实施例的光学模组以简单的结构和先对低的成本，实现了传统成像光学系统中需要ND滤光器和全局快门两个模组才能实现的功能。

以下，将参照图2和图3进一步详细描述配置有根据本发明实施例的光学模组的电子设备。

图2是图示根据本发明实施例的电子设备的功能性框图。如图2所示，根据本发明实施例的电子设备20包括镜头模组21、快门滤光模组22、成像模组23、控制模组24、环境光感测模组25、指令接收模组26和存储模组27。容易理解的是，本发明不限于此。根据本发明实施例的电子设备20还可以具有其他模组，在此仅示出与本发明紧密相关的各个模组。

具体地，用于成像的外部光通过所述镜头模组21进入所述电子设备。在本发明的一个优选实施例中，所述镜头模组21由一个或多个透镜或透镜组构成，其自动地或经由用户手动地进行成像的焦点调节等功能。所述镜头模组21用于对电子设备20的成像光学系统的焦点以及变焦倍率进行调节。

所述快门滤光模组22可以采用参照图1描述的光学模组10。所述快门滤光模组22具体包括其中填充有具有可变透光率材料的快门滤光单元221，以及用于向所述快门滤光单元221施加调整电压，使得所述快门滤光单元221的透光率根据由施加的所述调整电压而变化的电极单元222。如上所述，所述快门滤光模组22可以提供从完全透光到完全不透光的多种工作状态。也就是说，当所述快门滤光模组22处于具有一定透光率的工作状态时，其可以作为减少通过所述镜头模组21的进入的成像光的光通量的减光镜，从而避免曝光过度的出现。此外，当所述快门滤光模组22处于完全不透光的工作状态时，所述快门滤光模组22可以作为用于拍摄图像的全局快门。

通过所述快门滤光模组22的外部光进入所述成像模组23，以便形成与所述外部光对应的图像信号。所述成像模组23包括诸如CCD或CMOS的图像传感器单元，用于将通过所述镜头模组21和所述快门滤光模组22采集的光学图像变换为图像信号。该图像信号可能经历A/D转换处理、数字信号处理、压缩处理等图像处理后被存储为数字图像数据。

所述控制模组24控制所述镜头模组21、所述快门滤光模组22和所述成像模组23，以获取与所述外部光对应的图像。所述控制模组24可以为所述电子设备20的主体微型计算机。可替代地，所述电子设备20的各个模组可以配置有各自专用的微处理单元，所述微处理单元为主体微型计算机的协处理器。

所述环境光感测模组25用于感测环境光的光强。所述控制模组24基于由所述环境光感测模组25感测的环境光的光强，控制所述电极单元222向所述快门滤光单元221施加相应的调整电压。例如，当所述环境光感测模组25感测的环境光的光强低时，所述控制模组24控制所述电极单元222降低向所述快门滤光单元221施加的调整电压，使得所述快门滤光模组22的透光率增加。相反地，当所述环境光感测模组25感测的环境光的光强高时，所述控制模组24控制所述电极单元222提高向所述快门滤光单元221施加的调整电压，使得所述快门滤光模组22的透光率减小。

所述指令接收模组26用于接收所述电子设备20的使用者输入的指令。所述电子设备20的使用者输入的指令包括但不限于成像指令以及各种成像参数的设置指令。例如，所述电子设备20的使用者可以通过所述指令接收模组26输入希望的滤光值，所述控制模组24响应于所述指令接收模组26的输入，控制所述电极单元222向所述快门滤光单元221施加相应的调整电压。所述指令接收模组26例如可以为所述电子设备20的快门按钮，所述电子设备20的使用者通过按压和释放快门按钮发出成像指令。此外，所述指令接收模组26还可以包括诸如快门、光圈设定拨盘的物理按键；可替代地，所述指令接收模组26可以实现为在所述电子设备20上显示的诸如指令输入和参数设置界面的用户界面。

所述存储模组27用于存储图像数据。当施加大于或等于预定阈值电压的所述调整电压，使得所述快门滤光单元完全不透光时，所述控制模组将该时刻由所述成像模组形成的图像信号转换为图像数据，并且将所述图像数据存储在所述存储模组27中。

图3是图示根据本发明实施例的电子设备的结构示意图。如图3所示，参照图2描述的各个模组分布在诸如数字相机的电子设备20中。其中，参照图1描述的根据本发明实施例的光学模组10(即，参照图2描述的快门滤光模组22)布置在电子设备20的光学系统中。

具体地，如图3所示，参照图2描述的所述镜头模组21和所述快门滤光模组22配置在镜头体30中。而参照图2描述的所述成像模组23、所述控制模组24、所述环境光感测模组25、所述指令接收模组26和所述存储模组27则配置在相机主体40中。所述镜头体30和所述相机主体40以可拆卸的方式相互耦合。

图4是图示根据本发明实施例的成像方法的流程图。如图4所示，根据本发明实施例的成像方法包括以下步骤：

在步骤S401中，快门滤光模组中的电极单元向快门滤光单元施加调整电压。如前所述，可以基于由所述环境光感测模组感测的环境光的光强，控制所述电极单元向所述快门滤光单元施加相应的调整电压。可替代地，可以基于使用者输入的指令，控制所述电极单元向所述快门滤光单元施加相应的调整电压。例如，当所述电极单元施加的所述调整电压为0.5、1.0、1.5和2.0伏特时，所述快门滤光单元分别处于75％、60％、50％和25％的透光率状态。也就是说，此时所述快门滤光模组用作滤光模组。此后，处理进到步骤S402。

在步骤S402中，接收使用者输入的指令。在此，使用者输入的指令为成像指令。如上参照图2和图3所述，使用者输入的指令为通过按压和释放在所述电子设备的相机主体40中设置的快门按钮所输入的成像指令。此后，处理进到步骤S403。

在步骤S403中，响应于所述指令，控制所述电极单元向所述快门滤光单元施加大于或等于预定阈值电压的调整电压。例如，当所述调整电压大于预定阈值电压2.8伏特时，所述快门滤光单元11转换为完全不透光状态。在此状态下，所述快门滤光模组处于完全不透光状态，此时所述快门滤光模组用作全局快门模组。此后，处理进到步骤S404。

在步骤S404中，将由所述成像模组形成的图像信号转换为图像数据。此后，处理进到步骤S405。具体地，所述控制模组将提取所述快门滤光模组切换到完全不透光状态之前时刻由所述成像模组所拾取的图像信号。也就是说，由所述快门滤光模组实现的全局快门操作触发所述控制模组对于由所述成像模组所拾取的图像信号的提取，并且所述控制模组对所提取的图像信号进一步执行A/D转换处理、数字信号处理、压缩处理的图像处理，以得到待存储的图像数据。此外，还可以在所述电子设备上配置的显示器上为使用者提供基于所述图像数据的图像预览，并且使得使用者能够基于图像预览确认图像的拍摄和存储。

在步骤S405中，将在步骤S404中生成的图像数据存储在存储模组中。

以上，参照图1到图4描述了根据本发明实施例的光学模组、使用该光学模组的电子设备及其成像方法，通过利用具有完全透光到完全不透光的多种工作状态的快门滤光单元在具有一定透光率的状态下用作滤光器单元，而在从具有一定透光率的状态切换到完全不透光状态时，用作成像光学系统的全局快门，从而以简单的结构和更低的成本实现集成的全局快门和ND滤镜功能的光学模组。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后，还需要说明的是，上述一系列处理不仅包括以这里所述的顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行或分别地、而不是按时间顺序执行的处理。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种电子设备，包括：

镜头模组，用于成像的外部光通过所述镜头模组进入所述电子设备；

快门滤光模组，来自所述镜头模组的外部光进入所述快门滤光模组，所述快门滤光模组使得所述外部光一部分或全部通过；

成像模组，通过所述快门滤光模组的外部光进入所述成像模组，以便形成与所述外部光对应的图像信号；

控制模组，其控制所述镜头模组、所述快门滤光模组和所述成像模组，以获取与所述外部光对应的图像；以及

存储模组，用于存储图像数据，

其中，所述快门滤光模组具有

多个快门滤光单元，其由填充有可变透光率材料的可变透光区和完全透光的透光区组成，其中所述可变透光区和所述透光区的位置关系满足所述透光区位于所述多个快门滤光单元的每一个的中心并且所述可变透光区围绕所述透光区，和所述可变透光区位于所述多个快门滤光单元的每一个的中心并且所述透光区围绕所述可变透光区中的一个，其中所述可变透光区和透光区的面积是可变的，以及

电极单元，用于向所述多个快门滤光单元的每一个施加调整电压，使得所述多个快门滤光单元的每一个的透光率根据由所述电极单元施加的所述调整电压的提升而相应地降低，

其中，所述多个快门滤光单元在所述快门滤光模组的进光方向上以光轴为中心依次布置，并且所述多个快门滤光单元的所述可变透光区的面积互不相同，

其中，当施加大于或等于预定阈值电压的所述调整电压，使得所述多个快门滤光单元的每一个完全不透光时，所述控制模组将该时刻由所述成像模组形成的图像信号转换为图像数据，并且将所述图像数据存储在所述存储模组中。

2.如权利要求1所述的电子设备，还包括：

环境光感测模组，用于感测环境光的光强，

其中，所述控制模组基于由所述环境光感测模组感测的环境光的光强，控制所述电极单元向所述多个快门滤光单元的每一个施加相应的调整电压。

3.如权利要求1所述的电子设备，还包括：

指令接收模组，用于接收所述电子设备的使用者输入的指令，

其中，所述控制模组基于所述输入的指令，控制所述电极单元向所述多个快门滤光单元的每一个施加相应的调整电压。

4.如权利要求1所述的电子设备，其中所述快门滤光模组还包括红外滤光单元，用于滤除进入的所述外部光中的红外分量。

5.一种光学模组，包括：

多个快门滤光单元，其由填充有可变透光率材料的可变透光区和完全透光的透光区组成，其中所述可变透光区和所述透光区的位置关系满足所述透光区位于所述多个快门滤光单元的每一个的中心并且所述可变透光区围绕所述透光区，和所述可变透光区位于所述多个快门滤光单元的每一个的中心并且所述透光区围绕所述可变透光区中的一个，其中所述可变透光区和透光区的面积是可变的，以及

电极单元，用于向所述多个快门滤光单元的每一个施加调整电压，使得所述多个快门滤光单元的每一个的透光率根据由所述电极单元施加的所述调整电压的提升而相应地降低，

其中，所述多个快门滤光单元在所述快门滤光模组的进光方向上以光轴为中心依次布置，并且所述多个快门滤光单元的所述可变透光区的面积互不相同，其中，当施加的所述调整电压大于或等于预定阈值电压时，所述多个快门滤光单元的每一个完全不透光，且所述多个快门滤光单元的每一个用作拍摄图像的全局快门。

6.如权利要求5所述的光学模组，还包括红外滤光单元，用于滤除进入的所述外部光中的红外分量。

7.一种成像方法，用于电子设备，所述电子设备包括使得用于成像的外部光通过并进入所述电子设备的镜头模组、用于使得来自所述镜头模组的外部光一部分或全部通过的快门滤光模组、用于基于通过所述快门滤光模组的外部光形成与所述外部光对应的图像信号的成像模组、用于控制所述镜头模组、所述快门滤光模组和所述成像模组的控制模组、用于存储图像数据的存储模组，其中所述快门滤光模组具有由填充有可变透光率材料的可变透光区和完全透光的透光区组成的快门滤光单元，其中所述可变透光区和所述透光区的位置关系满足所述透光区位于所述多个快门滤光单元的每一个的中心并且所述可变透光区围绕所述透光区，和所述可变透光区位于所述多个快门滤光单元的每一个的中心并且所述透光区围绕所述可变透光区中的一个，其中所述可变透光区和透光区的面积是可变的，以及用于向所述多个快门滤光单元的每一个施加调整电压，使得所述多个快门滤光单元的每一个的透光率根据由所述电极单元施加的所述调整电压的提升而相应地降低的电极单元，其中，所述多个快门滤光单元在所述快门滤光模组的进光方向上以光轴为中心依次布置，并且所述多个快门滤光单元的所述可变透光区的面积互不相同，所述成像方法包括：

控制所述电极单元向所述多个快门滤光单元的每一个施加调整电压；

接收使用者输入的指令，响应于所述指令，控制所述电极单元向所述多个快门滤光单元的每一个施加大于或等于预定阈值电压的调整电压；以及

将由所述成像模组形成的图像信号转换为图像数据，

其中，当施加的所述调整电压大于或等于预定阈值电压，使得所述多个快门滤光单元的每一个完全不透光时，所述控制模组将该时刻由所述成像模组形成的图像信号转换为图像数据，并且将所述图像数据存储在所述存储模组中。

8.如权利要求7所述的成像方法，其中所述电子设备还包括用于感测环境光的光强的环境光感测模组，控制所述电极单元向所述多个快门滤光单元的每一个施加调整电压包括：

基于由所述环境光感测模组感测的环境光的光强，控制所述电极单元向所述多个快门滤光单元的每一个施加相应的调整电压。

9.如权利要求7所述的成像方法，其中所述使用者输入的指令为拍摄指令。