TWI385478B - 快門裝置及相機模組 - Google Patents

Description

快門裝置及相機模組

本發明涉及攝影技術，特別涉及一種快門裝置及採用所述快門裝置之相機模組。

快門係相機之重要零元件，其可控制相機中感光元件之曝光時間，從而控制成像之清晰程度。通常，快門需具備以下條件：1)良好之光開閉效果，快門關閉時，光線無法通過快門，快門開啟時，具備極高光通過率；2)高回應速率，快門開閉切換時間短，曝光時間可精密控制。

當前，快門主要可分為兩種：機械快門及電子快門。機械快門係大多數傳統相機及數位相機所採用之快門裝置，其通過機械方式控制光線之通過與否，如利用彈簧或電磁力控制快門葉片之開閉以控制光線之通過與否，進而達到控制感光元件曝光時間之目的。電子快門主要應用於採用電荷耦合器(Charge Coupled Device,CCD)影像感測器之數位相機上，其主要通過控制CCD影像感測器之通電時間來控制CCD影像感測器之曝光時間，並不存在實在之“門”。

機械快門及電子快門在光開閉效果及回應速率方面均有優秀之表現。惟，所述兩種快門仍存在待改進之缺點。機械快門結構複雜，體積大，不利於相機小型化，機械驅動致使其功耗大。電子快門適用產品範圍小(只適用於部分採用CCD影像感測器之數位相機)，且採用電子快門 會造成CCD影像感測器一直暴露於鏡頭之凝聚光中，此將縮短CCD影像感測器之使用壽命。

另外，機械快門及電子快門均不適用於當前流行之攜帶型電子裝置附帶相機(如手機相機)。對於機械快門，其成本高、體積大，不符合攜帶型電子裝置附帶相機低成本、小型化之要求。對於電子快門，攜帶型電子裝置附帶相機多採用低廉之補充性金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)影像感測器作為感光元件，此類CMOS影像感測器一般無法設置電子快門功能。

有鑒於此，本發明提供一種適用於攜帶型電子裝置附帶相機之快門裝置。

另外，本發明還提供一種採用所述快門裝置之相機模組。

一種快門裝置，其包括一透明基底、一透明上蓋及一電壓源，所述透明基底與透明上蓋配合形成一密閉容器。所述密閉容器內封裝有一形成於所述透明基底上之第一透明電極層，一形成於所述第一透明電極層上之疏水性透明介電層，一位於所述疏水性透明介電層上之不透光絕緣油墨層，一位於所述不透光絕緣油墨層上之導電水液層，以及一形成於所述導電水液層上之第二透明電極層。所述電壓源用於在所述第一透明電極層與第二透明電極層間提供一工作電壓以使所述導電水液層發生電濕潤效應。

一種相機模組，其包括一鏡頭及一與所述鏡頭相對設置之感光元件。所述鏡頭包括一鏡筒複數個嵌設於所述鏡筒內之鏡片。所述相機模組還包括一嵌設於所述鏡筒內之快門裝置。所述快門裝置包括一透明基底、一透明上蓋及一電壓源，所述透明基底與透明上蓋配合形成一密閉容器。所述密閉容器內封裝有一形成於所述透明基底上之第一透明電極層，一形成於所述第一透明電極層上之疏水性透明介電層，一位於所述疏水性透明介電層上之不透光絕緣油墨層，一位於所述不透光絕緣油墨層上之導電水液層，以及一形成於所述導電水液層上之第二透明電極層。所述電壓源用於在所述第一透明電極層與第二透明電極層間提供一工作電壓以使所述導電水液層發生電濕潤效應。

相較於習知快門，所述快門裝置可製成(採用半導體工藝)極其微小尺寸，利於產品小型化；還可批量生產(採用半導體工藝)，成本低；所述快門裝置之光開閉狀態切換只需很小之電壓驅動，耗電量小；所述快門裝置具備實在之“門”，利於保護感光元件，延長感光元件之使用壽命；所述快門裝置適用於所有類型之相機，特別係攜帶型電子裝置附帶相機，適用範圍廣。

如圖1所示，在疏水性介電層10a之一側設置一電極11a，在其另一側滴加少量水液，水液在疏水性介電層10a上凝聚為一液滴12a。然後，在電極11a與液滴12a之間施加一電壓差，受靜電力作用，液滴12a在疏水性介電層10a 表面擴散，濕潤疏水性介電層表面，該現象即為介電材料之電濕潤效應。

本發明之快門裝置利用電濕潤效應進行工作。請參閱圖2，為本發明較佳實施例之快門裝置100處於關閉狀態之剖面示意圖。所述快門裝置100包括一透明基底10、一透明上蓋11及一電壓源12，所述透明基底10與透明上蓋11配合形成一密閉容器13。所述密閉容器13內封裝有一形成於所述透明基底10上之第一透明電極層14，一形成於所述第一透明電極層14上之疏水性透明介電層15，一位於所述疏水性透明介電層15上之不透光絕緣油墨層16，一位於所述不透光絕緣油墨層16上之導電水液層17，以及一形成於所述導電水液層17上之第二透明電極層18；所述電壓源12用於在所述第一透明電極層14與第二透明電極層間18提供一電壓差以使所述導電水液層17發生電濕潤效應。

本實施例之透明基底10及透明上蓋11採用透明玻璃製成，當然，其材料並不限於所述實施例，也可採用其他透明材料。透明基底10呈圓筒狀(圖未示)，其一端為開口，另一端具有一平整底面。透明上蓋11為一圓板，所述圓板覆蓋於透明基底10之開口處便可與透明基底10配合成一密閉容器。

所述第一透明電極層14及第二透明電極層18採用氧化銦錫(Indium-Tin Oxide,ITO)薄膜，當然，也可採用其他透明電極材料製成透明電極層。

所述透明介電層15採用二氧化矽薄膜，當然，也可採用其他透明介電材料製成透明介電層。

所述不透光絕緣油墨層16採用黑色絕緣油墨製成，當然，也可採用其他不透光絕緣油墨。所述黑色絕緣油墨進一步之摻雜有絕緣金屬奈米顆粒，如銅奈米顆粒或鐵奈米顆粒，本實施例採用銅奈米顆粒。金屬奈米顆粒可吸收全部波長之光波，且本身具有散射效果，將其摻雜於黑色絕緣油墨中可增加黑色絕緣油墨之純度，增強其遮光能力。

具體的，製作所述快門裝置100時，採用兩塊購得ITO玻璃作為原材料；在其中一ITO玻璃上黏結一個玻璃圓筒，玻璃圓筒與ITO玻璃結合成帶有第一透明電極層14之透明基底10；在透明基底10上鍍上二氧化矽薄膜作為透明介電層15；然後，在透明介電層15上滴加適量製備之黑色絕緣油墨形成不透光絕緣油墨層16；在玻璃圓筒內注滿導電水液，形成導電水液層17，並用另一ITO玻璃封裝在玻璃圓筒之開口端，作為帶有第二透明電極層18之透明上蓋11；最後，引出兩透明電極層之接線，並接至電壓源12，將多餘ITO玻璃切割掉，便得到所述快門裝置100。採用半導體工藝製作，薄膜層之厚度控制在幾十奈米之厚度，整個裝置之尺寸可小至幾十微米。當然，還可以在ITO玻璃上黏結複數個玻璃圓筒，進行批量製造，降低單個快門裝置之成本。

下面結合圖2及圖3描述所述快門裝置之工作原理。

請參考圖2，所述電壓源12斷開時，所述快門裝置100未受到電場力作用，所述不透光絕緣油墨層16覆蓋所述疏水性透明介電層15，光線無法穿過，所述快門裝置100處於關閉狀態。

請參閱圖3，當所述電壓源12接通時，所述第一透明電極層14與第二透明電極層18間存在電壓差。所述導電水液層17與第二透明電極層18相接，故導電水液層17與第一透明電極層14間存在電壓差。導電水液層17在靜電作用下濕潤所述疏水性透明介電層15表面，並將不透光絕緣油墨排擠到所述疏水性透明介電層15表面邊緣。如此，光線可通過透明上蓋11、第二透明電極層18、導電水液層17、疏水性透明介電層15、第一透明電極層14及透明基底10，所述快門裝置100處於開啟狀態。

所述快門裝置100可通過控制電壓源12之開閉狀態進而控制自身開閉狀態。快門裝置100關閉時，不透光絕緣油墨層16具有極佳之遮光效果，而開啟時，各層採用透明材料製成，具備很高之光通過率。因此，所述快門裝置100具有良好之光開閉效果。另外，電濕潤效應具有很高之回應速率，其開閉狀態切換可在幾十微秒之時間內完成，故所述快門裝置100具有高回應速率。綜前，所述快門裝置100滿足快門裝置所需具備之條件：良好之光開閉效果及高回應速率。

相較於習知快門，所述快門裝置100可製成(採用半導體工藝)極其微小尺寸，利於產品小型化；還可批量生產(採用半導體工藝)，成本低；所述快門裝置100之光開閉 狀態切換只需很小之電壓驅動，耗電量小；所述快門裝置100適用於所有類型之相機，特別係攜帶型電子裝置附帶相機，適用範圍廣。

請參閱圖4，為本發明較佳實施例之相機模組200剖面示意圖。所述相機模組200包括一鏡頭20及一與所述鏡頭20相對設置之感光元件30。所述鏡頭20包括一鏡筒21及複數個嵌設於所述鏡筒內之鏡片22。所述相機模組200還包括一個嵌設於所述鏡筒21內快門裝置100。

本實施之相機模組200之鏡頭20採用兩鏡片22，當然，為獲得更佳之成像效果，可採用更多鏡片。所述鏡片22可採用非球面透鏡或球面透鏡，由於非球面透鏡組成之鏡頭模組比球面鏡透鏡組成之鏡頭模組輕巧且成像質量優於球面鏡透鏡組成之鏡頭模組，本實施例之鏡片22採用非球面透鏡。所述鏡筒21內壁設置有間隔環23，通過間隔環23將所述兩鏡片22固定於鏡21筒內。

所述感光元件30可採用CCD影像感測器、CMOS影像感測器或膠片，本實施例採用CMOS影像感測器。

所述鏡頭20還可包括一光圈片24，所述光圈片23嵌設於所述鏡筒內。優選的，所述光圈片設置於兩鏡片22之間。如此，可通過鏡片22間之夾持力固定光圈片24，不必另外設置固定裝置固定光圈片24。

所述快門裝置100切割成與鏡筒21相配合之形狀，其可安裝於鏡筒21光線入口處，也可安裝於鏡筒21鄰接感光元件30之一端，還可安裝於鏡片22之間。本實施例之快門 裝置100安裝於鏡片22之間，可通過鏡片22間之夾持力固定快門裝置100，不必進行附加之固定工藝固定快門裝置100。

綜上所述，本發明確已符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，於援依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

10a‧‧‧疏水性介電層

16‧‧‧不透光絕緣油墨層

11a‧‧‧電極11a

17‧‧‧導電水液層

12a‧‧‧液滴

18‧‧‧第二透明電極層

100‧‧‧快門裝置

200‧‧‧相機模組

10‧‧‧透明基底

20‧‧‧鏡頭

11‧‧‧透明上蓋

21‧‧‧鏡筒

12‧‧‧電壓源

22‧‧‧鏡片

13‧‧‧密閉容器

23‧‧‧間隔環

14‧‧‧第一透明電極層

24‧‧‧光圈片

15‧‧‧疏水性透明介電層

圖1係電濕潤效應原理示意圖(電源接通瞬間)；圖2係本發明較佳實施例之快門裝置處於關閉狀態之剖面示意圖；圖3係本發明較佳實施例之快門裝置處於開啟狀態之剖面示意圖；圖4係本發明較佳實施例之相機模組之剖面示意圖。

100‧‧‧快門裝置

14‧‧‧第一透明電極層

10‧‧‧透明基底

15‧‧‧疏水性透明介電層

11‧‧‧透明上蓋

16‧‧‧不透光絕緣油墨層

12‧‧‧電壓源

17‧‧‧導電水液層

13‧‧‧密閉容器

18‧‧‧第二透明電極層

Claims (10)

1. 一種快門裝置，其包括一透明基底、一透明上蓋及一電壓源，所述透明基底與透明上蓋配合形成一密閉容器；所述密閉容器內封裝有一形成於所述透明基底上之第一透明電極層，一形成於所述第一透明電極層上之疏水性透明介電層，一位於所述疏水性透明介電層上之不透光絕緣油墨層，一位於所述不透光絕緣油墨層上之導電水液層，以及一形成於所述導電水液層上之第二透明電極層；所述電壓源用於在所述第一透明電極層與第二透明電極層間提供一電壓差以使所述導電水液層發生電濕潤效應以排擠所述不透光絕緣油墨層開啟所述快門裝置；所述不透光絕緣油墨層採用黑色絕緣油墨製成；所述黑色絕緣油墨層摻雜有絕緣金屬奈米顆粒。
2. 如申請專利範圍第1項所述之快門裝置，其中，所述透明基底及透明上蓋採用透明玻璃製成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之快門裝置，其中，所述第一透明電極層及第二透明電極層採用氧化銦錫薄膜。
4. 如申請專利範圍第1項所述之快門裝置，其中，所述透明介電層採用二氧化矽薄膜。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之快門裝置，其中，所述薄膜的厚度為10-100奈米。
6. 一種相機模組，其包括一鏡頭及一與所述鏡頭相對設置之感光元件；所述鏡頭包括一鏡筒及複數個嵌設於所述鏡筒內之鏡片；其中，所述相機模組還包括一如申請專利範圍第1項所述之快門裝置，所述快門裝置嵌設於所述鏡筒內 。
7. 如申請專利範圍第6項所述之相機模組，其中，所述感光元件採用電荷耦合器影像感測器、補充性金屬半導體影像感測器或膠片。
8. 如申請專利範圍第6項所述之相機模組，其中，所述鏡片採用非球面鏡片。
9. 如申請專利範圍第6項所述之相機模組，其中，所述鏡頭還包括一光圈片，所述光圈片嵌設於所述鏡筒內。
10. 如申請專利範圍第6項所述之相機模組，其中，所述快門裝置設置於兩個鏡片之間。