CN1945416A - 电子图像拾取设备和配有摄像头的便携式电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电子图像拾取设备，它能够在不增大压电元件的大小或所加电压的情况下减小抖动补偿所必需的驱动量并实现尺寸减小。透镜L2附着于用于使光轴弯曲的棱镜P1的输出侧表面上，并且棱镜P1和透镜L2整合在一起。当发生手抖动振动时，随着棱镜P1被驱动构件17旋转地驱动着，透镜L2也在与光轴大致垂直的方向上平移。通过棱镜P1和透镜L2的移动，可以用很小的驱动量来实现手抖动补偿。因此，驱动构件17可以做得尺寸很小且紧凑，并且可以使带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备在尺寸方面有所减小。

Description

电子图像拾取设备和配有摄像头的便携式电子设备
技术领域
本发明涉及一种带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备以及能够防止因手抖动和振动等导致图像模糊的配有摄像头的便携式电子设备中的一种配有摄像头的便携式电子设备。本发明尤其涉及能够通过驱动弯曲构件使弯曲光学系统的光轴弯曲从而做出手抖动补偿的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备以及配有摄像头的便携式电子设备。
背景技术
在用配有摄像头的便携式电子设备进行摄影的过程中，如果因手抖动振动等导致电子图像拾取设备发生振动，则物体相对于光接收表面的图像形成位置发生变化，从而使图像上下滚动，结果是所拾取的图像不清晰。由此，已经提出了一种带手抖动补偿功能的配有摄像头的便携式电子设备，该电子设备能够在当配有摄像头的便携式电子设备相对于物体发生抖动时使该光学系统的光轴偏转以补偿该物体相对于摄像头的图像形成位置的移动从而消除图像模糊。这种手抖动补偿方法包括：在与光轴正交的方向上平移一校正透镜的方法(JPH04-180040 A：专利文献1)；以及改变顶角可变棱镜的输入或输出面的另一种方法(JP H05-11304 A：专利文献2)。
此外，近年来，通过使用其光轴是弯曲的弯曲光学系统，已经有了朝着厚度和尺寸更小的方向不断进展的摄像头。在这种弯曲光学系统中，移动使光轴弯曲的弯曲构件的反射表面以便在不牺牲摄像头轻薄特点的情况下获得手抖动补偿功能(JP 2004-219930 A：专利文献3)。
对于小尺寸摄像头中用作手抖动补偿驱动构件的压电元件而言，其位移量一般取决于该压电元件的大小和所加的电压，所以获得大的位移量牵涉到增大压电元件的尺寸或施加更高的电压。
同时，要求配有摄像头的便携式电话(它们需要更小的尺寸并很难使用高电压)，其抖动补偿部分的驱动量应该尽可能小。
因此，即使是专利文献3中的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备(其中移动使光轴弯曲的弯曲构件的反射表面)，用于手抖动补偿的反射表面的驱动量仍然太大，使驱动构件的尺寸无法减小到足够的程度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备，它能够用简单的结构来减小手抖动补偿所必需的驱动量并由此使驱动构件尺寸变小。
为了实现上述目的，提供了一种带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备，它包括：弯曲构件，用于使光轴弯曲；透镜系统，用于接收来自弯曲构件的光线；图像拾取元件，来自透镜系统的光线在该元件上形成了物体的图像；以及用于驱动弯曲构件的驱动构件，其中当发生手抖动振动时，由驱动构件驱动弯曲构件，所以补偿了物体图像的移动，其中
该弯曲构件和该透镜系统中的至少一个透镜集成在一起。
根据上述结构，当手抖动振动发生时，驱动构件使弯曲构件与该透镜整体地移动。因此，弯曲构件和透镜都用来校正物体图像的模糊，所以当手抖动发生时所要求的弯曲构件的驱动量可以减小并且因此可以实现使用于驱动弯曲构件的驱动构件尺寸减小。
在一个实施例中，弯曲构件是棱镜，并且该透镜附着于该棱镜上。
在这个实施例中，因为该透镜附着于该棱镜上，所以那些构件紧凑地结合在一起，简单且成本低。
同样，因为与透镜结合在一起的棱镜可以由与只用来驱动棱镜的常规驱动构件完全相同的驱动构件来驱动，所以通过用与常规构件相同的驱动构件使透镜和棱镜移位，便可以获得很大的手抖动补偿量。
在一个实施例中，弯曲构件和透镜都固定到一个共用的固定构件上。
在这个实施例中，因为弯曲构件和透镜都固定到一个共用的固定构件上，所以与透镜直接固定到弯曲构件上的情况相比，可以增大从弯曲构件的旋转中心到透镜的距离。因此，透镜在与光轴大致正交的方向上移动至的量以及弯曲构件的旋转移动都可以增大，所以手抖动补偿的量可以增大并且驱动构件的驱动量可以减小。因此，带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备可以在尺寸方面做得更小且紧凑。
此外，因为弯曲构件和透镜固定到一个共用的固定构件上以便结合到一起，所以即使当弯曲构件是一面镜子使得透镜无法附着于其上时，将弯曲构件和透镜固定到构件上以便结合在一起并使之可驱动这种做法也同样变得可行。因此，可以减小当发生手抖动时诸如镜子等弯曲构件所必需的驱动量，所以驱动构件可以在尺寸方面做得更小。
此外，因为弯曲构件和透镜固定到一个共用的构件上，所以用于这些构件结合的结构变得简单并且可以使它们的组装很容易。
在一个实施例中，该弯曲构件是镜子。
提供了一种配有摄像头的便携式电子设备，它包括带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备。
因为这个实施例中配有摄像头的便携式电子设备包括能够实现驱动构件尺寸减小的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备，所以该配有摄像头的便携式电子设备可以在尺寸方面有所减小。
根据本发明，弯曲构件和透镜结合在一起，并且当发生手抖动振动时驱动构件驱动该透镜和该弯曲构件，所以可以减小弯曲构件的驱动量，实现用于弯曲构件的驱动构件的尺寸减小。
附图说明
从下文的详细说明和附图中，将更为全面地理解本发明，该详细说明和附图仅作为解释说明而给出，因此并不旨在限制本发明，其中：
图1是示出了根据本发明一实施例的摄像头单元的图，其中透镜附着于棱镜；
图2是示出了根据本发明一实施例的摄像头单元的图，其中镜子和透镜固定到一个共用的支架上；
图3是示出了根据本发明一实施例的摄像头单元的图，其中棱镜和透镜结合在一起；
图4是示出了该实施例中的摄像头单元的变焦状态的图；
图5是示出了手抖动量和驱动构件的驱动量之间的关系的图；
图6是用于解释配有摄像头的便携式电话的第一取像模式的透视图，该便携式电话包含根据本发明的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备；
图7是用于解释该便携式电话的第二取像模式的透视图；以及
图8是含根据本发明的摄像头用抖动补偿单元的配有摄像头的便携式电话的主部件的方框图。
具体实施方式
在下文中，将通过附图中所示的各实施例来详细描述一种配有摄像头的便携式电子设备，该便携式电子设备应用了根据本发明的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备。
首先，将参照图6到8来解释一种配有摄像头的便携式电话，它是包括根据本发明带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备在内的配有摄像头的便携式电子设备的一个示例。
图6是示出了在其中含摄像头用抖动补偿单元的配有摄像头的便携式电话200的取像模式的透视图。图7是该配有摄像头的便携式电话200将盖子部分合上后从后面看的透视图。此外，图8是包括摄像头用抖动补偿单元201在内的配有摄像头的便携式电话200的主部件的方框图。
参照图6和7，配有摄像头的便携式电话200大致包括：便携式电话主体154，其上有各种拨号按钮和操作按钮；以及盖子部分153，它用铰链将自身可旋转地连接到便携式电话主体154并且在其中具有显示屏。然后，通过操作位于操作面上的第一拍摄开关150或位于便携式电话主体154侧面上的第二拍摄开关151，摄像头单元152便完成了取像，该摄像头单元152是安装在便携式电话主体154中的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备的一个示例。
参照图8的方框图来解释该取像过程的操作。参照图8，配有摄像头的便携式电话200大致包括：摄像头用抖动补偿单元201；摄像头单元152；A/D转换器107，用于将来自摄像头单元152的模拟图像信号从模拟转变为数字形式；数字信号处理部分108，用于处理来自A/D转换器107的数字信号；以及存储器109，用于将经数字信号处理部分108进行信号处理后的图像存储到其中。
此外，摄像头用抖动补偿单元201具有：作为手抖动检测传感器的一个示例的第一角速度检测传感器101，它由陀螺传感器等来实现；作为手抖动检测传感器的一个示例的第二角速度检测传感器102，它由陀螺传感器等来实现；HPF(高通滤波器)103，用于从来自第一、第二角速度检测传感器101、102的角速度信号中去除DC(直流)成分；AMP(放大器)104，用于放大来自HPF 103的角速度信号；以及积分电路105，用于对来自AMP 104的角速度信号求积分以确定角度信号。然后，当接收到来自图6和7所示的第一拍摄开关150或第二拍摄开关151的操作信号时，控制部分120基于来自积分电路105的角度信号来产生并输出用于控制抖动补偿部分10的控制信号。驱动电路106基于来自控制部分120的控制信号产生并输出驱动信号。然后，驱动构件17由来自驱动电路106的驱动信号来驱动，以便在正交的两轴方向上驱动抖动补偿部分10，由此执行了手抖动补偿。
即，使抖动补偿部分10移位以便抵消基于由第一角速度检测传感器101和第二角速度检测传感器102得出的角速度信号而确定出的俯仰角和偏转角。然后，通过光学系统30，将物体的图像取入CCD(电荷耦合器件)40，CCD 40是图像拾取元件的一个示例。由A/D转换器107将如此获得的来自CCD 40的模拟图像信号从模拟转变为数字形式，由数字信号处理部分108来处理来自A/D转换器107的数字信号，并且将所得的图像信号存储到存储器109中。
摄像头单元152由驱动构件17、抖动补偿部分10、光学系统30和CCD 40组成。
图1是详细示出了摄像头单元152的图。
摄像头单元152从物方一侧起依次包括：第一透镜组G1；第二透镜组G2；第三透镜组G3和第四透镜组G4；以及CCD 40，由单个透镜组依次透射过来的光线聚焦在该CCD上以形成图像。第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4对应于图8的光学系统30。
第一透镜组G1包括：在物方一侧的透镜L1；棱镜P1，它是使光轴弯曲的弯曲构件的一个示例；以及透镜L2，用于接收来自棱镜P1的光线。透镜L2附着于棱镜P1输出光线的那一侧的表面上，使得棱镜P1和透镜L2结合在一起。棱镜P1和透镜L2构成抖动补偿部分10。
在棱镜P1的斜坡面上，提供了驱动构件17、17(作为一个示例，它们是压电元件)以便通过在正交的两个轴的方向上旋转棱镜P1从而执行手抖动补偿。
第二透镜组G2由透镜L3组成，第三透镜组G3由从物方一侧起依次排列的透镜L4、L5、L6组成，第四透镜组G4由透镜L7组成。
在这种结构中，随着驱动构件17、17旋转地驱动棱镜P1，透镜L2也伴随着棱镜P1的旋转在与光轴大致正交的方向上移动，因为棱镜P1和透镜L2结合在一起了。因此，可以用驱动构件17、17的较小驱动量来实现更大的手抖动补偿量，所以驱动构件17、17可以在尺寸方面有所减小。
图2是示出了根据本发明另一实施例作为带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备的摄像头单元252的主体部分的图。在图2中，与图1相同的组件用相同的标号来指代，并且省略其详细描述。
在摄像头单元252中，从物方一侧起依次排列着：第一透镜组G11，它由物方一侧的透镜L1、作为使光轴弯曲的弯曲构件的一个示例的镜子M1以及位于镜子M1输出一侧上的透镜L2；由透镜L3组成的第二透镜组G2；由透镜L4、L5、L6组成的第三透镜组G3；以及由透镜L7组成的第四透镜组G4。然后，从物方一侧输入的光线经这些透镜组透射而过，从而将图像形成到CCD 40上。
镜子M1和透镜L2固定到支架20(该支架是一个共用固定构件的示例)上以便结合在一起。支架20一般具有L形通道，镜子M1固定到该通道内表面的斜坡部分上，透镜L2固定到该通道的出光一侧。镜子M1、透镜L2和支架20整体构成了抖动补偿部分110。
在抖动补偿部分110的支架20上，安装了驱动构件17、17(作为示例，它们是压电元件)以执行手抖动补偿。驱动构件17、17已准备好在与入射光的光轴正交的双轴的方向上进行驱动。
在这种结构中，因为支架20将镜子M1和透镜L2结合在一起，所以可以减小抖动补偿部分110的驱动量即驱动构件17、17的驱动量，并且因此驱动构件17、17在尺寸方面可以有所减小，同时又不用向只驱动棱镜的常规系统另外再提供任何驱动构件或控制电路。
此外，因为镜子M1和透镜L2被固定到一个共用支架20上，所以从镜子M1的旋转中心到透镜L2的距离可以有所增大。因此，镜子M1的旋转移动使透镜L2在与光轴大致正交的方向上移动的范围可以有所增加，所以手抖动补偿的量可以有所增大，从而允许驱动构件17的驱动量有所减小。结果，摄像头单元252可以在尺寸方面做得更小且更紧凑。
此外，通过提供支架20，即使当透镜L2无法附着于镜子M1上时，镜子M1和透镜L2也可以通过支架20结合在一起。
诸如支架20等固定构件并不限于镜子，可以应用于任何类型的弯曲构件。
图3是示出了本发明另一实施例的摄像头单元352的图。该摄像头单元352与图1的摄像头单元152的不同之处在于，透镜L2并不附着于棱镜P1上，而是棱镜P1和透镜L2一起固定到未示出的固定构件上。因此，在图3中，与图1相同的组件用相同的标号指代，并且省略其详细描述。
棱镜P1、透镜L2和固定构件结合在一起构成抖动补偿部分210。当发生手抖动振动时，驱动构件17旋转地驱动该固定构件，通过驱动构件17按下文执行手抖动补偿。
当发生手抖动振动时，随着驱动构件17旋转地驱动该固定构件，在棱镜P1的反射面(斜坡表面)倾斜的情况下棱镜P1进行旋转，从而使反射角发生变化。结果，反射光线的方向发生变化，这样便校正了图像形成表面上的图像模糊。与此同时，透镜L2也在与光轴大致正交的方向上平移，因此，也通过该大致的平移来校正图像形成表面上的图像模糊。
如上所示，通过将棱镜P1和透镜L2结合在一起，可以用单个驱动构件17获得棱镜P1的移动效果和透镜L2的移动效果，因而与只驱动棱镜的系统相比，能减小驱动构件17的驱动量。因此，驱动构件17(对于压电元件而言，其驱动量和驱动力正比于其体积)可以在体积方面有所减小，所以摄像头可以在尺寸方面有所减小。
图4是示出了在图3的摄像头单元352中变焦操作期间第二透镜组G2和第三透镜组G3已经沿光轴移动过的一种状态的图。注意到，透镜L1、L7是固定透镜。
下面的表格1示出了摄像头单元352的光学系统的详细透镜数据。在该表格最左边一栏中，是表示从物方一侧数起透镜表面的位置序数的号码。参考字符r表示透镜的曲率半径，d表示透镜的厚度或透镜间隔，Nd表示透镜的折射率，vd表示阿贝数值。此外，给定锥体常数K和非球因子A、B、C、D时，非球表面的配置可由下面直角坐标系中的方程来表达，其中表面顶点被假定为原点，并且光轴的方向被假定为Z轴：
表格1
  r   d   Nd   vd
  123456789光圈11121314151616   -13.639.69∞∞∞∞-8.61-5.13-10.614.2890.51726.271.704.093.673.88∞   1.001.094.304.300.501.902.001.009.093.291.150.801.000.802.001.96   1.851.831.801.821.811.851.791.53   23.8042.7035.0046.6040.9023.8047.4056.20
Z = Y 2 / r 1 + 1 - ( 1 + K ) Y 2 / r 2 + A × Y 4 + B × Y 6 + C × Y 8 + D × Y 10
(方程1)
其中Z是Z坐标轴且Y是Y坐标轴。
非球因子：
第八透镜表面8(参看图3)
K＝-0.7539
A＝1.5807×10-3
B＝-9.5972×10-5
C＝2.9693×10-6
D＝9.3568×10-8
第九透镜表面9：
K＝-11.1827
A＝2.7404×10-4
B＝-2.2679×10-5
第十透镜表面10：
K＝0.1315
A＝-1.2431×10-4
B＝1.3049×10-5
C＝4.1006×10-6
D＝7.8747×10-7
第十一透镜表面11：
K＝0
A＝1.4053×10-3
B＝7.1573×10-5
C＝8.5625×10-5
D＝6.3203×10-6
第十五透镜表面15：
K＝0.3872
A＝-3.4765×10-3
B＝1.0007×10-3
C＝-2.6941×10-6
D＝2.0564×10-5
第十六透镜表面16：
K＝0
A＝-5.0676×10-3
B＝2.1718×10-3
C＝-6.1723×10-4
D＝6.3089×10-5
图5是示出了手抖动量和驱动量之间的关系的图。在图5中，在棱镜P1和透镜L2彼此分离的摄像头单元中，中间连接有黑圈的虚线表示当摄像头单元因手抖动而倾斜时驱动量对手抖动量的情况，通过驱动构件施加驱动来校正该手抖动，所以只有棱镜P1在与摄像头单元的倾斜方向相反的方向上发生倾斜。中间连接有黑方框的实线表示当驱动构件17所施加的驱动使棱镜P1在与摄像头单元352的倾斜方向相反的方向上倾斜时在图4的摄像头单元352中驱动量对手抖动量的情况，其中棱镜P1与其背部的透镜L2结合在一起。
从图5中清楚地看到，与只有棱镜P1驱动的情况相比(由虚线表示)，在棱镜P1和透镜L2结合在一起的情况下(由实线表示)，可以使必需的驱动量更小。这是因为与只有棱镜P1被驱动的情况相比，在当棱镜P1和透镜L2结合在一起进行驱动的情况下便可以获得两个效果，即，其一是棱镜P1的倾斜效果，其二是透镜L2因棱镜P1的倾斜而在与光轴大致垂直的方向上平移的效果。因此，随着棱镜P1的旋转中心离透镜L2越来越远，这些效果变得越来越大，使得驱动构件17的驱动量可以更小。在前述的实施例中，因为驱动量最大可以减小约5％，所以作为驱动构件的压电元件在体积方面可以减小约5％，因此允许驱动构件17更为紧凑。
在前述的实施例中，离弯曲构件的输出侧最近的透镜与该弯曲构件结合在一起。然而，两个或更多的透镜可以与之结合在一起。
同样在前述的实施例中，透镜L2附着于棱镜P1的输出面上。然而，该棱镜和该透镜可以整体塑造成型。
同样在前述的实施例中，压电元件被用作驱动构件。然而，也可以使用微马达等。
同样在前述的实施例中，CCD图像传感器被用作图像拾取元件。然而，也可以使用MOS图像传感器，特别是CMOS图像传感器。
至此已经描述了本发明的各实施例，很明显它们可以在按许多方式变化。这种变化并不被视为背离本发明的精神和范围，并且对于本领域的技术人员而言所有这些变化都旨在被包括在所附的权利要求书的范围之中。

Claims (8)

1.一种带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备，它包括：弯曲构件，用于使光轴弯曲；透镜系统，用于接收来自所述弯曲构件的光线；图像拾取元件，来自所述透镜系统的光线在所述图像拾取元件上形成物体的图像；以及驱动构件，用于驱动所述弯曲构件，其中当发生手抖动振动时，所述弯曲构件被所述驱动构件驱动，从而补偿了所述物体图像的移动，其中
所述弯曲构件和所述透镜系统中的至少一个透镜结合在一起。
2.如权利要求1所述的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备，其特征在于，所述弯曲构件是棱镜，并且所述透镜附着于所述棱镜上。
3.如权利要求1所述的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备，其特征在于，所述弯曲构件和所述透镜固定到一个共用的固定构件上。
4.如权利要求3所述的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备，其特征在于，所述弯曲构件是镜子。
5.一种配有摄像头的便携式电子设备，它包括如权利要求1所述的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备。
6.一种配有摄像头的便携式电子设备，它包括如权利要求2所述的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备。
7.一种配有摄像头的便携式电子设备，它包括如权利要求3所述的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备。
8.一种配有摄像头的便携式电子设备，它包括如权利要求4所述的带手抖动补偿功能的电子图像拾取设备。
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