CN1811515A - 变焦反射镜与包括其的照相机模块 - Google Patents

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Abstract

公开一种变焦反射镜和包括该变焦反射镜的照相机模块。该变焦反射镜包括基板，具有该基板支持的周边和可变曲率半径的薄膜，以及连接至该薄膜以反射光线的反射面。该反射面具有响应该薄膜的曲率半径变化而变化的曲率半径。该照相机模块通过驱动该变焦反射镜实现聚焦和光学缩放功能，而不是通过在调整透镜单元位置时使用电磁驱动器，步进电机等。通过此结构，该照相机模块可适用于需要最小化的照相机模块的各种便携数字助理，例如PDA，移动电话等。

Description

变焦反射镜与包括其的照相机模块
技术领域
本发明涉及变焦反射镜，和包括其的照相机模块。更具体地，本发明涉及变焦反射镜，和包括其的照相机模块，该模块通过驱动变焦反射镜实现聚焦和光学缩放功能，而不是使用电磁驱动器，步进电机等调整透镜单元，因此显著地降低了整体系统的体积。
背景技术
最近，随着通信技术和数字信息处理技术的进步，开发出用于在其中集成了，例如信息处理、计算、通信、图像信息的输入和输出等各种功能的个人数字助理的新技术。例如，存在在其中集成了数字照相机和通信功能的PDA，在其中集成了数字照相机和PDA功能的移动电话。在这一方面，由于数字照相机技术和信息存储能力的进步，在市场中常见将高性能数字照相机集成至PDA。
由于相关技术的进步，随着百万像素级的图像传感器应用于安装在PDA等上的数字照相机，诸如自动对焦和光学缩放的功能变得日益重要。为了在小型化的数字照相机模块中实现自动对焦和光学缩放功能，有必要提供一种驱动器，其可满足各种需求，例如，快速移动速度、低功耗、大行程等，同时在照相机模块中占据较小的空间。具体地，有必要提供一种驱动器，其可满足对应于由于光学缩放功能导致的行程增加的需求。在此方面，对于诸如传统的音圈电机(VCM)的磁动机构，存在当进行缩放功能时行程增加的限制和大功耗的缺点。此外，对于诸如步进电机的旋转驱动器，其通过利用摩擦力旋转丝杠，线性地移动可移动部分，其中存在诸如传动机构复杂和来自齿轮箱的噪声的缺点。此外，对于既使用VCM，也使用步进电机的驱动器，由于其具有复杂的结构，存在高制造成本和限制驱动器尺寸减少的问题。
图1为表示具有通过两个透镜单元实现光学缩放和自动对焦功能的传统照相机模块。根据传统方法，这些透镜在光轴上移动，以实现这样的功能。如果缩放透镜单元21移动至实现光学缩放的预定位置，并且自动对焦透镜单元22移动至根据缩放透镜单元21的位置确定的位置，则在图像传感器23上形成图像。通常，在这种两透镜型光学缩放照相机模块中，该缩放透镜单元有必要在较大的范围内移动，并且自动对焦透镜需要快速移动，此外，为了提供该光学缩放功能和图像质量，该驱动器必须满足更为严格的要求。
发明内容
本发明致力于解决上面的问题，并且本发明的目标是提供一种照相机模块，该模块具有集成至其光学系统的变焦反射镜，以实现超小型光学缩放功能。
本发明的另一目标是提供使用该变焦反射镜实现自动对焦功能的照相机模块。
本发明的还一目标是通过在其中集成该变焦反射镜，提供尺寸最小，重量减轻的照相机模块。
根据本发明的一个方面，通过提供变焦反射镜可实现上述和其它目标，该变焦反射镜包括：基板；具有由该基板支撑的周边，并具有可变曲率的薄膜；以及连接至该薄膜以反射光线，并具有响应该薄膜曲率变化的可变曲率的反射面。
优选地，该薄膜或该反射面由圆形板形成。
优选地，该薄膜或该反射面的曲率关于其中心非对称变化。
优选地，该薄膜由从硅、氮化硅、氧化硅、电介质、陶瓷、聚合物和金属构成的组中选择的至少一种材料制成。
优选地，该反射面由从金属、电介质和金属与电介质的叠层构成的组中选择的至少一种材料制成。
优选地，该薄膜的周边以桥式结构部分地连接至该基板，使得该薄膜的周边由该基板支撑。
优选地，该变焦反射镜进一步包括：与外部呈绝缘状态连接至该薄膜的金属部件，并且向该部件施加电位；以及位于该薄膜下的电极，其中，通过由该金属部件和该电极间的电位差引起的静电力，改变该薄膜的曲率。
优选地，该变焦反射镜进一步包括：连接至该薄膜的磁性部件；缠绕该薄膜的线圈；以及向该线圈施加电流的电源，其中，通过由施加至该线圈的电流产生的磁场中的该磁性部件的移动改变该薄膜的曲率。更优选地，该磁场通过施加至该线圈的电流垂直于该薄膜产生。
优选地，该变焦反射镜还包括：从外部向该薄膜提供磁场的磁场源；连接至该薄膜的线圈；向该线圈施加电流的电源，其中，通过向由该磁场源产生的磁场中的线圈施加电流而产生的静电力，改变该薄膜的曲率。该磁场源包括至少一个永磁体。更具体地，该磁场源提供垂直于该薄膜的磁场。
优选地，该变焦反射镜还包括：连接至该薄膜的压电部件；以及向该压电部件施加电压的电源，通过施加至该压电部件的电压产生的压电驱动力，改变该薄膜的曲率。
优选地，该变焦反射镜还包括：通过在垂直方向堆叠具有不同热膨胀系数的两种材料而形成的异构热膨胀材料叠层，并且连接至该薄膜，通过该异构热膨胀材料叠层中材料的热膨胀改变该薄膜的曲率。更具体地，该异构热膨胀材料叠层连接至该薄膜，以关于该薄膜的中心对称。
优选地，该薄膜和反射面在未施加力改变其曲率的初始状态具有扁平或弯曲的形状。
根据本发明的另一方面，提供一种照相机模块，其包括：根据本发明的变焦反射镜。优选地，该照相机模块通过改变该变焦反射镜中的薄膜和反射面的曲率，执行缩放调整和焦点调整。
附图说明
通过下面的详细说明，并结合附图，可更加清楚地理解本发明的前述和其它目标与特征，在附图中：
图1为表示两透镜单元型光学缩放照相机模块的图表；
图2a至2c为表示根据本发明的一个实施例的变焦反射镜的透视图；
图3a至3c为表示根据本发明的一个实施例的使用静电力驱动的变焦反射镜的剖视图；
图4a至4c为表示通过根据本发明的一个实施例的各种方法驱动的变焦反射镜的剖视图；
图5a至5c为表示根据本发明的一个实施例的由连接部件支撑、由静电力驱动的变焦反射镜的平面图和剖视图；
图6为表示根据本发明的一个实施例的集成了变焦反射镜的照相机模块的图表；
图7a至7c为表示根据本发明的另一实施例的集成了变焦反射镜的照相机模块的剖视图。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的优选实施例，在附图中，相同的元件由相同的引用号码表示，并且省略了使本发明的主题变得模糊的公知功能和配置的详细说明。
图2a至2c为表示根据本发明的一个实施例的变焦反射镜的透视图。
根据此实施例，该变焦反射镜包括薄膜和反射面。
图2a至2c示意性地表示根据本实施例堆叠该薄膜和反射面方法，以及操作该变焦反射镜的方法。
参考图2a，该变焦反射镜具有这样的结构，其中，反射面2位于圆形薄膜1上，并且通过该薄膜1和反射面2的曲率变化改变反射光线12的焦距。如图2b和2c所示，如果该反射面2的中心位置在水平线之下改变了d1或d2，则其曲率半径变为r1或r2，使得反射光线的焦距发生变化。如果该反射面2的中心进一步降低，则其曲率半径进一步增加，并且该反射光线的焦距与曲率半径的增加量成反比缩短。
可通过微加工或精加工，利用多种材料，以各种方式制造本发明的变焦反射镜，并可利用静电力、电磁力、热、压电力等各种方法进行驱动。
图3a至3c为表示根据本发明的一个实施例的使用静电力驱动的变焦反射镜的剖视图。
在此实施例中，由静电力驱动的变焦反射镜包括薄膜、反射面、上基板、电极和下基板。
图3a至3c示意性地表示利用在该薄膜和该电极间或该反射面和该电极间产生的静电力调整反射光线的焦点的装置。
图3a至3c表示变焦反射镜的一个示例，其采用静电力驱动自身。如图3a中所示，可通过将其上具有薄膜1和反射面2的上基板41连接至其上具有电极42的下基板43制备该变焦反射镜。该薄膜1可由各种材料构成，包括诸如硅、氮化硅和氧化硅的陶瓷材料，和诸如电介质、陶瓷、聚合物，金属等的其它材料。该反射面2可包括单个或多个金属或电介质层，或者金属与电介质的叠层。当制造该变焦反射镜时，可以通过调整该薄膜1和该反射面2上应力，来调整该反射面2的初始状态。从而，可以无初始偏差地制造该变焦反射镜，如图3a所示，或者具有预定初始偏差地制造该变焦反射镜，如图3b所示。
对于静电力驱动型变焦反射镜，在反射面2和电极42间施加电压。如果该反射面2由除了金属外的任何上述材料制成，则有必要在该薄膜1上形成金属层，以进行驱动。随着该反射面2和该电极42间电位差的增加，该反射面2的中心如图3b和3c所示降低，并且其曲率半径增加。
图4a至4c为表示通过根据本发明的一个实施例的各种方法驱动的变焦反射镜的剖视图。
在图4a中，使用电磁力驱动该变焦反射镜，并且其包括薄膜、反射面、基板、线圈和磁性部件。
图4a示意性地表示该电磁力驱动的该变焦反射镜。
参考图4a，该变焦反射镜包括由基板41支撑的薄膜1，堆叠在该薄膜1上的磁性部件45，以及堆叠在该磁性部件45上的反射面2。该变焦反射镜进一步包括缠绕在基板41上的线圈44。当电流流过该线圈44时，在线圈44周围产生磁场。这里，该磁场的强度与该电流的强度成比例。该磁场向该磁性部件45施加力，并移动该部件。当由于该磁性部件45的移动造成该磁性部件45下的薄膜1降低时，从而该反射面2移动，并且改变光线的焦距。
在图4b中，该变焦反射镜以压电部件的方式驱动，并且包括薄膜、反射面、基板，该压电部件以及电极。
图4b示意性地表示由压电部件驱动的变焦反射镜。
参考图4b，该变焦反射镜包括薄膜1，堆叠在该薄膜上中心区域的反射面2，以及在该薄膜除了反射面2的部分上堆叠的压电部件46。该压电部件关于旋转轴40对称。该变焦反射镜还包括一对电极47-1和47-2，以向该压电部件46供应电荷。该压电部件46可将电力转换为机械力，反之亦然。当向该压电部件46上的电极施加电位差时，该压电部件46产生变形，因此能够调整该反射面2的曲率。
在图4c中，该变焦反射镜以热膨胀的方式驱动，并且其包括薄膜、反射面、基板以及热膨胀部件。
图4c示意性地表示由该热膨胀部件驱动的变焦反射镜。
参考图4c，该变焦反射镜包括由基板41支撑的薄膜1，在该基板41上的中心区域堆叠的反射面2，以及在该薄膜1上、该反射面2的外部堆叠的热膨胀部件48-1和48-2。该热膨胀部件48-1和48-2由堆叠具有不同热膨胀系数的两种材料形成。优选地，该热膨胀部件48-1和48-2关于旋转轴40对称。该热膨胀部件48-1和48-2根据周围温度经历体积变化。在这一点上，由于构成每一个该热膨胀部件48-1和48-2的材料具有不同的热膨胀系数，则该热膨胀部件48-1和48-2以各不相同的长度延伸。从而，该热膨胀部件48-1和48-2中的一个朝向具有较低热膨胀系数的另一个偏移，因此能够调整该反射面2的曲率。
图5a至5c为表示根据本发明的一个实施例的由连接部件支撑、由静电力驱动的变焦反射镜的平面图和剖视图。
根据此实施例，该变焦反射镜包括桥型薄膜。
参考图5a，薄膜构成桥式结构，而不是简单的片状。该变焦反射镜包括位于外围薄膜中心处的圆形薄膜1，以及该圆形薄膜1上的圆形反射面2，其中，该薄膜1通过连接桥3与外围薄膜相连，并因此得到支撑。尽管在此实施例中，将该变焦反射镜说明为包括在其中心由连接桥支撑的圆形薄膜，但应当理解，此实施例的各种修改对于本领域的技术人员是显而易见的。
图5b为图5a沿线A-A’的剖视图，在其中显示了连接桥。图5c为图5a沿线B-B’的剖视图，在其中未显示连接桥。
图6为表示根据本发明的一个实施例的集成了变焦反射镜的照相机模块的图表。
根据此实施例，该照相机模块包括该变焦反射镜、光学系统以及图像传感器。
图6示意性地表示根据此实施例，以该照相机模块中变焦反射镜的方式聚焦在该图像传感器上的光线的路径。
参考图6，该照相机模块采用光学路径13，光线沿该路径折射两次，直到其到达在该照相机模块中垂直放置的图像传感器23。该照相机模块包括位于该照相机模块中折射部分的两个变焦反射镜24和26，以执行焦点调整功能和光学缩放功能。光学系统25位于变焦反射镜24和26之间，并且通过采用透镜、反射面、滤光镜、机械快门、光圈等制备。此外，在变焦反射镜24之前或在变焦反射镜26与图像传感器23之间可以可选地提供适当的光学系统。可以利用该变焦反射镜向采用传统方法移动透镜单元的照相机模块选择性地施加焦点调整和光学缩放功能。也可以在使用本发明的变焦反射镜的照相机模块中提供各种光学路径。
图7a至7c为表示根据本发明的另一实施例的集成了变焦反射镜的照相机模块的剖视图。
图7a表示照相机模块中的光学路径13，光线沿该路径通过两个变焦反射镜折射两次，如在图6中的情形。在此实施例中，适当的光学系统25-1，25-2，25-3位于输入端和图像传感器23间的所有适当位置。
图7b表示光学路径14，光线在照相机模块中沿该路径折射一次，该照相机模块包括用于实现焦点调整功能或光学缩放功能之一的变焦反射镜24，以及用于实现另一功能的附加光学系统27-1(例如，如果该变焦反射镜24用于提供该焦点调整功能，则其用于提供光学缩放功能)。在这种情况下，该光学系统27-1按照通过例如步进电机的驱动器移动该透镜单元的方式执行该焦点调整功能或该光学缩放功能。
从上述说明可以看出，由于使用根据本发明的变焦反射镜的照相机模块可以实现光学缩放功能或焦点调整功能，而不需要附加驱动器或驱动机制，这与使用例如步进电机的驱动器或驱动机制实现这些功能的传统照相机模块不同，因而它可容易地降低尺寸和重量。
具体地，由于本发明的照相机模块能够满足功能需求，同时占据最小的空间，因而其适用于各种便携式数字助理，例如PDA、移动电话等。
应当理解，出于解释的目的说明了各个实施例和附图，并且本发明由下面的权利要求限制。另外，本领域的技术人员将明白，允许各种修改、补充和替代，而不脱离由所附权利要求阐明的本发明的范围与精神。

Claims (18)

1.一种变焦反射镜，包括：
基板；
具有由该基板支撑的周边和可变曲率的薄膜；以及
连接至该薄膜以反射光线的反射面，该反射面具有响应该薄膜曲率变化而变化的曲率。
2.权利要求1所述的变焦反射镜，其中，该薄膜或者该反射面由圆形板形成。
3.权利要求1所述的变焦反射镜，其中，该薄膜或该反射面的曲率关于其中心非对称地变化。
4.权利要求1所述的变焦反射镜，其中，该薄膜由从硅、氮化硅、氧化硅、电介质、陶瓷、聚合物和金属构成的组中选择的至少一种材料制成。
5.权利要求1所述的变焦反射镜，其中，该反射面由从金属、电介质和金属与电介质的叠层构成的组中选择的至少一种材料制成。
6.权利要求1所述的变焦反射镜，其中，该薄膜的周边以桥式结构部分地连接至该基板，使得该薄膜的周边由该基板支撑。
7.权利要求1所述的变焦反射镜，进一步包括：
与外部呈绝缘状态连接至该薄膜的金属部件，并且向该部件施加电位；以及
位于该薄膜下的电极，
其中，通过由该金属部件和该电极间的电位差引起的静电力，改变该薄膜的曲率。
8.权利要求1所述的变焦反射镜，进一步包括：
连接至该薄膜的磁性部件；
缠绕该薄膜的线圈；以及
向该线圈施加电流的电源，
其中，通过由施加至该线圈的电流产生的磁场中的该磁性部件的移动改变该薄膜的曲率。
9.权利要求8所述的变焦反射镜，其中，通过施加至该线圈的电流，垂直于该薄膜产生该磁场。
10.权利要求1所述的变焦反射镜，进一步包括：
从外部向该薄膜提供磁场的磁场源；
连接至该薄膜的线圈；以及
向该线圈施加电流的电源，
其中，通过向由该磁场源产生的磁场中的线圈施加电流而产生的静电力，改变该薄膜的曲率。
11.权利要求10所述的变焦反射镜，其中，该磁场源包括至少一个永磁体。
12.权利要求10所述的变焦反射镜，其中，该磁场源提供垂直于该薄膜的磁场。
13.权利要求1所述的变焦反射镜，进一步包括：
连接至该薄膜的压电部件；以及
向该压电部件施加电压的电源，
其中，通过施加至该压电部件的电压产生的压电驱动力，改变该薄膜的曲率。
14.权利要求1所述的变焦反射镜，进一步包括：
通过在垂直方向堆叠具有不同热膨胀系数的两种材料而形成的异构热膨胀材料叠层，并且连接至该薄膜，
其中，通过该异构热膨胀材料叠层中材料的热膨胀改变该薄膜的曲率。
15.权利要求14所述的变焦反射镜，其中，该异构热膨胀材料叠层连接至该薄膜，以关于该薄膜的中心对称。
16.权利要求1所述的变焦反射镜，其中，该薄膜和反射面在未施加力改变其曲率的初始状态具有扁平或弯曲的形状。
17.一种照相机模块，包括根据权利要求1的变焦反射镜。
18.权利要求17所述的照相机模块，其中，该照相机模块通过改变该变焦反射镜中的薄膜和反射面的曲率，进行缩放调整和焦点调整。
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