專利名稱：用于小型相機(jī)的光學(xué)快門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)光學(xué)成像設(shè)備例如相機(jī)中的光學(xué)曝光時(shí)間的控制。
背景技術(shù)：
數(shù)字相機(jī)包括成像光學(xué)器件，其適合用于將對(duì)象圖像聚焦在圖 像傳感器上。圖像傳感器包括光敏像素的陣列。通過各像素提供的 多個(gè)信號(hào)組成對(duì)象的數(shù)字圖像。對(duì)于第一近似，每個(gè)單個(gè)像素所提 供的信號(hào)與重置或者激活所述像素和將所述信號(hào)(例如電荷)移位 到移位寄存器或者存儲(chǔ)器之間的時(shí)間周期成比例。
典型的低成本圖像傳感器不包括電荷移位寄存器并且不能保持 和存儲(chǔ)信號(hào)。這樣，當(dāng)所有信號(hào)的讀取不能同時(shí)發(fā)生時(shí)，從單個(gè)像 素獲得的信號(hào)對(duì)應(yīng)于不同的時(shí)間間隔。這可能導(dǎo)致所記錄的圖像的 失真、圖像偽影，尤其當(dāng)相機(jī)或者對(duì)象正在移動(dòng)時(shí)。
這個(gè)問題可以通過使用所謂的全局快門基本上同時(shí)控制所有像 素的光學(xué)曝光來解決。單個(gè)像素所提供的信號(hào)在全局快門關(guān)閉之后 基本上保留恒定，并且即使像素的電讀取不能同時(shí)發(fā)生，所獲得的 圖像對(duì)應(yīng)于同時(shí)曝光。
傳統(tǒng)機(jī)械全局快門存在很多缺點(diǎn)，例如復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)、大尺寸 以及相對(duì)較高的功耗。因此，對(duì)于集成在小型便攜式設(shè)備中的成像 系統(tǒng)，機(jī)械式實(shí)現(xiàn)的全局快門不是最優(yōu)的。
美國專利4, 249，814公開了一種相機(jī)快門，其使用全內(nèi)反射原 理作為用于控制光傳輸?shù)较鄼C(jī)底片的裝置。快門至少包括兩個(gè)棱鏡 元件。通過機(jī)械打開或者閉合所述棱鏡之間的隙縫來開啟或者關(guān)閉 全內(nèi)反射。美國專利6, 377， 383公開了 一種基于全內(nèi)反射的光學(xué)開關(guān)。加 固的表面部分，例如薄膜，懸浮在液體中。靜電移動(dòng)加固的表面部 分從而開啟或者關(guān)閉界面處的全內(nèi)反射。
美國專利4， 701,021公開了一種光束強(qiáng)度調(diào)制器用于經(jīng)控制的 光束衰減。調(diào)制器包括兩個(gè)棱鏡之間的毛細(xì)空間。將一定量的流體 靜電在所述毛細(xì)空間中位移，從而開啟或者關(guān)閉流體與毛細(xì)空間的 壁之間的界面處的全內(nèi)反射。當(dāng)通過將流體從毛細(xì)空間排出而開啟 全內(nèi)反射時(shí)，反射的光指向吸收屏幕，并且基本上衰減了光的透射 部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于控制光學(xué)成像系統(tǒng)中的光學(xué)曝光 的方法和快門。本發(fā)明的另 一 目的是提供包括所述快門的光學(xué)設(shè)備。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種光學(xué)快門，其包括 -透明體和毛細(xì)空間之間的界面， -至少一個(gè)流體貯存器，
- 一定量的流體，
-流體位移裝置，用于在所述流體貯存器和所述毛細(xì)空間之間 位移流體從而在快門的第 一 工作狀態(tài)和快門的第二工作狀態(tài)之間進(jìn) 行改變，所述第一工作狀態(tài)允許照射在所述界面的有效區(qū)域上的傾 斜光線的全內(nèi)反射，并且所述第二工作狀態(tài)允許所述傾斜光線的透 射通過所述界面的所述有效區(qū)域，
- 一個(gè)或者多個(gè)流體傳輸管，其與所述有效區(qū)域相對(duì)，用于遞 送流體到所述毛細(xì)空間，以及
-吸收裝置，用于吸收透射通過所述界面的所述有效區(qū)域的光線。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，光學(xué)設(shè)備包括 -成像光學(xué)器件， -圖像傳感器，以及-光學(xué)快門，
所述光學(xué)快門依次包括
-透明體和毛細(xì)空間之間的界面，
-至少一個(gè)流體貯存器，
- 一定量的流體，
-流體位移裝置，用于在所述流體貯存器和所述毛細(xì)空間之間 位移流體從而在快門的第 一 工作狀態(tài)和快門的第二工作狀態(tài)之間進(jìn) 行改變，所述第一工作狀態(tài)允許照射在所述界面的有效區(qū)域上的傾 斜光線的全內(nèi)反射，并且所述第二工作狀態(tài)允許所述傾斜光線的透 射通過所述界面的所述有效區(qū)域，
- 一個(gè)或者多個(gè)流體傳輸管，其與所述有效區(qū)域相對(duì)，用于遞 送流體到所述毛細(xì)空間，以及
-吸收裝置，用于吸收透射通過所述界面的所述有效區(qū)域的光線。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面提供了 一種用于通過快門控制圖像傳感 器的光學(xué)曝光的方法，所述快門包括透明體與毛細(xì)空間之間的界面， 所述方法包括
-以傾斜角度引導(dǎo)光線到所述界面的有效區(qū)域， -通過一個(gè)或者多個(gè)流體傳輸管在至少一個(gè)流體貯存器和所述 毛細(xì)空間之間位移一定量的流體，從而在快門的第 一工作狀態(tài)和快 門的第二工作狀態(tài)之間進(jìn)行改變，所述第一工作狀態(tài)允許照射在所 述界面的有效區(qū)域上的傾斜光線的全內(nèi)反射，并且所述第二工作狀 態(tài)允許所述傾斜光線的透射通過所述界面的所述有效區(qū)域，至少所 述流體傳輸管之 一 與所述有效區(qū)域相對(duì)，
-吸收透射通過所述有效區(qū)域的光線，以及
-在所述第一工作狀態(tài)中，引導(dǎo)從所述有效區(qū)域反射的光線到 所述圖像傳感器。
當(dāng)毛細(xì)空間用具有低折射率的介質(zhì)，例如氣體來填充時(shí)，引入 界面的有效區(qū)域的傾斜光線通過全內(nèi)反射而反射。反射的光線可以基本上經(jīng)由成像光學(xué)器件引導(dǎo)至圖像傳感器從而獲取對(duì)象的數(shù)字圖 像。這樣，圖像傳感器的光學(xué)曝光可以通過改變快門的狀態(tài)來控制。 通過用具有高折射率的流體快速填充毛細(xì)空間而將快門設(shè)置為非反 射狀態(tài)。結(jié)果是光線的全內(nèi)反射受阻，即禁用。在非反射狀態(tài)中， 光線透射通過界面的有效區(qū)域并且被流體和/或4皮毛細(xì)空間的相對(duì)表 面所吸收。
流體通過至少 一 個(gè)流體傳輸管引入到毛細(xì)空間，該傳輸管與界 面的有效區(qū)域相對(duì)。因?yàn)榱黧w傳輸管與有效區(qū)域相對(duì)，流體完全覆 蓋有效區(qū)域所需的前進(jìn)距離可以基本上短于有效區(qū)域的寬度。這提 高了快門的工作速度。
在 一 個(gè)實(shí)施方式中，快門可以包括多個(gè)相鄰流體傳輸管從而進(jìn) 一步提高快門的工作速度和/或?qū)崿F(xiàn)寬有效區(qū)域。
在一個(gè)實(shí)施方式中，流體可以通過靜電吸引力和/或通過壓電泵 來移動(dòng)。
形成圖像的光線不穿過毛細(xì)空間，這有助于最小化所獲取的圖 像的失真。在全內(nèi)反射時(shí)，光線的方向改變，其允許實(shí)現(xiàn)緊湊且細(xì) 長的光學(xué)系統(tǒng)。僅經(jīng)反射的光線用于成像目的，并且快門后面的實(shí) 間可以進(jìn)一 步用于便攜式設(shè)備的組件。流體的移動(dòng)質(zhì)量可以非常小， 并且結(jié)果是在快門工作期間產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲和振動(dòng)較低。而且功耗 非常低。
通過下文給出的描述和示例以及通過所附權(quán)利要求書，本發(fā)明


在下文示例中，將參考所附附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行更詳
細(xì)的描述，在這些附圖中
圖1示出了包括光學(xué)快門的光學(xué)設(shè)備，
圖2示意性地示出了反射狀態(tài)中的光學(xué)快門，
圖3示意性地示出了根據(jù)圖2的快門中的第一流體的移動(dòng)，圖4示意性地示出了非反射狀態(tài)中的光學(xué)快門， 圖5示出了基本上長方形流體傳輸管的頂視圖， 圖6示意性地示出了包括多個(gè)流體傳輸管的光學(xué)快門， 圖7示出了兩個(gè)基本上長方形且相鄰的流體傳輸管的頂視圖， 圖8示意性地示出了第一流體從根據(jù)圖7的傳送管的傳播， 圖9示出了兩個(gè)基本上長方形且相鄰的流體傳輸管的頂視圖， 其中流體傳輸管中央的寬度長于其兩端的寬度，
圖10示出了具有十字形狀的流體傳輸管的頂視圖， 圖11示出了圓形流體傳輸管的頂視圖，
圖12示意性地示出了基于第一流體的靜電位移的快門的實(shí)施方
式，該快門處于反射狀態(tài)，
圖13示出了處于非反射狀態(tài)的根據(jù)圖12的快門，
圖14示意性地示出了電極裝置，其中電場產(chǎn)生在位于流體一側(cè)
的電極之間，
圖15示意性地示出了電極裝置，其中電場產(chǎn)生在位于流體一側(cè) 的電極之間，該布置包括電極和流體之間的絕緣層，
圖16示意性地示出了電極裝置，其中電場產(chǎn)生在位于流體兩側(cè) 的電極之間，
圖17示意性地示出了電極裝置，其中電場產(chǎn)生在位于流體兩側(cè) 的電極之間，該布置包括電極和流體之間的絕緣層，
圖18示意性地示出了電極裝置，其中電場產(chǎn)生在一個(gè)或者多個(gè) 電極與導(dǎo)電流體之間，
圖19示意性地示出了基于壓電流體位移裝置的快門的實(shí)施方 式，該快門處于反射狀態(tài)，
圖20示出了處于非反射狀態(tài)的根據(jù)圖19的快門，
圖21示意性地示出了基于壓電致動(dòng)器的快門的實(shí)施方式，該快 門包括電極裝置以便將流體限制于預(yù)定區(qū)域中，
圖22示出了理想光學(xué)快門所提供的反射率的變化，
圖23通過示例示出了根據(jù)本發(fā)明的快門所提供的反射率的變化，
圖24通過示例示出了作為時(shí)間函數(shù)的流體前端速率，
圖25通過示例示出了作為時(shí)間函數(shù)的流體前端位移，
圖26示出了流體前端和快門的有效區(qū)域之間的初始距離，以及
圖27示意性地示出了具有多個(gè)棱形突起的透明體。
具體實(shí)施例方式
圖1中所示的光學(xué)設(shè)備500包括成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)包括成 像光學(xué)器件300,其適合用于將來自對(duì)象卯0的光線B1聚焦到圖像 傳感器200從而形成對(duì)象900的圖像。圖像傳感器200的光學(xué)曝光 至少部分地通過快門IOO來定義。
當(dāng)快門IOO設(shè)置為反射狀態(tài)時(shí)，經(jīng)反射的光線B2通過成像光學(xué) 器件300引導(dǎo)至圖像傳感器200。當(dāng)快門IOO設(shè)置為非反射狀態(tài)時(shí)， 光線Bl被吸收到快門100中。
成像工作至少部分地通過控制單元400來控制，其直接或者間 接控制成像光學(xué)器件300的聚焦和孔徑、快門IOO以及圖像傳感器 200。設(shè)備500可以進(jìn)一步包括致動(dòng)器單元420從而提供發(fā)送到快門 100的信號(hào)的電壓放大和/或數(shù)模轉(zhuǎn)換。
成像光學(xué)器件300還可以位于快門100前面。成像光學(xué)器件300 的單個(gè)組件可以位于快門IOO前面或者快門100后面。
光線B1被快門100反射并且因此光學(xué)設(shè)備500可以非常細(xì)長， 即尺寸D5可以較小。入射光線B1和經(jīng)反射的光線B2之間的夾角 可以基本上為90度。
圖2示出了處于其反射狀態(tài)的快門100。將光線B1通過基本上 透明體10引導(dǎo)至透明體IO和毛細(xì)空間30之間的界面20。用第二流 體15填充毛細(xì)空間30，該第二流體15具有比透明體IO低的折射率。 以與界面20的法線N1成傾斜角度a將光線Bl引導(dǎo)至界面20。選 擇入射光線B1的入射角度a、透明體10的折射率以及第二流體15 的折射率，使得通過全內(nèi)反射將光線Bl從界面20的有效區(qū)域A1反射。將經(jīng)反射的光線B2引導(dǎo)至圖像傳感器200 (圖1)。第二流 體15可以例如是氣體從而最小化第二流體15的折射率。
快門IOO還包括含有第一流體50的至少一個(gè)液體貯存器70、至 少一個(gè)流體傳輸管40、以及流體位移裝置60。選擇具有比第二流體 15更高折射率的第一流體50。第一流體15可以例如是液體。選搏， 互不相溶的第一流體50和第二流體15。
透明體10可以是玻璃、石英或者塑料，例如聚碳酸酯。
參考圖3，快門IOO可以通過利用流體位移裝置60位移第一流 體50設(shè)置為非反射狀態(tài)，使得第一流體50撞擊在界面20上，并且 傳播到空腔30中。
圖4示出了非反射狀態(tài)中的快門100,非反射狀態(tài)即受阻的內(nèi)反 射的狀態(tài)。第一流體50的折射率大于第二流體15的折射率，使得 入射光束B1不滿足針對(duì)全內(nèi)反射的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果，光線B1透射通過 界面20并且被吸收在吸收表面99中和/或被第一流體50所吸收。第 一流體50可以包括用于吸收光線B1的顏料。
選擇第一流體50的折射率基本上大于第二流體40的折射率， 使得光線B1不從有效區(qū)域Al反射。假設(shè)入射角c與如圖2中相同。 第一流體50的折射率可以基本上等于透明體10的折射率。
有效區(qū)域Al是界面20的區(qū)域，其可以通過用第一流體50將其 完全覆蓋而設(shè)置為非反射狀態(tài)，并且其可以通過用第二流體15將其 完全覆蓋而設(shè)置為反射狀態(tài)。有效區(qū)域Al依賴于光線Bl的入射角。
用于全內(nèi)反射的光線的最小角度依賴于透明體IO和第二流體15 的折射率之差。用于受阻內(nèi)反射的最大角度依賴于透明體IO和第一 流體50的折射率之差。這樣，最大化第一流體50的折射率與第二 流體15的折射率之差提供了用于快門IOO的最大視場，即最大傳播 角度a,在該處有效區(qū)域Al可以在反射狀態(tài)和非反射狀態(tài)之間進(jìn)行 改變。
快門100包括與有效區(qū)域Al相對(duì)的一個(gè)或者多個(gè)流體傳輸管 40。這樣，在方向SIX中和與S1X相反的方向中，由流體前端行進(jìn)的側(cè)距D2可以基本上短于有效區(qū)域Al的寬度D1。結(jié)果是，當(dāng)與 設(shè)想的快門相比時(shí)(其中第一流體50可以從有效區(qū)域A1的邊緣引 入)，快門的工作速度可以基本上提高。流體傳輸管40的方位可以 基本上垂直于有效區(qū)域Al。至少一個(gè)流體傳輸管40可以與有效區(qū) 域A1的中心或者中心區(qū)域相對(duì)。
使用全內(nèi)反射的方法需要毛細(xì)空間30的厚度基本上大于光線 Bl的波長。該厚度可以例如大于或者等于l|im。較小厚度對(duì)應(yīng)于第 一流體50的較小移動(dòng)量。但是，較厚毛細(xì)空間的實(shí)現(xiàn)，例如具有 100pm的厚度，減小了流動(dòng)阻力。
有利地，對(duì)快門IOO密封封裝。存在一個(gè)或者多個(gè)傳輸管(參 見圖12或者19)從而允許第二流體15從毛細(xì)空間30流出/流動(dòng)到 毛細(xì)空間30，以^便防止壓力增加。
為了最小化第一流體50令界面20變濕，第一流體50的表面張 力可以大于界面20的臨界表面張力和吸收表面99。這樣，表面排斥 第一流體50。這促進(jìn)了維持毛細(xì)空間30中第一流體50的未破損的 穩(wěn)定形狀。該表面可以涂覆適合材料的薄涂層，例如含氟聚合物或 者硅基材料，以便修改臨界表面張力。表面結(jié)構(gòu)還可以修改為實(shí)現(xiàn) 超疏水(superhydrophobic )表面。
參見圖5,流體傳輸管40的橫截面可以基本上是長方形。拐角 可以是圓的。
參見圖6,快門IOO可以包括多個(gè)相鄰流體傳輸管40a、 40b，從 而提高工作速度。這樣，單個(gè)流體前端僅需要移動(dòng)短距離從而覆蓋 有效區(qū)域A1。針對(duì)第一近似，工作速度與流體40a、 40b的數(shù)量成 反比。
例如，有效區(qū)域的寬度D1可以是5mm并且快門可以包括17(十 七)個(gè)流體傳輸管40a、 40b。單個(gè)流體傳輸管40的寬度D4可以是 0.1mm并且相鄰傳輸管之間的間隔可以是0.2mm。結(jié)果是，當(dāng)34 (= 2x17)個(gè)流體前端中的每個(gè)流體前端4黃向移動(dòng)距離O.lmm時(shí)，可以 將有效區(qū)域A1的整個(gè)寬度覆蓋。這樣，10cm/s的流體前端速率將提供大約lms的切換速度。
參見圖7,相鄰流體傳輸管40a、 40b可以具有基本上長方形的 橫截面。
圖8示出了起源于流體傳輸管40a、 40b的第一流體50a、 50b 的區(qū)域如何在毛細(xì)空間30中融合。重要的是避免夾帶第二流體15， 即當(dāng)流體前端彼此相遇時(shí)避免泡沫形成。
參見圖9,流體傳輸管40a、 40b的中央寬度可以大于其兩端寬 度從而避免夾帶泡沫。
參考圖10,流體傳輸管40的橫截面可以是十字形。參見圖11, 流體傳輸管40的橫截面可以是圓形。流體傳輸管40的橫截面還可 以是橢圓形。
參見圖12，快門IOO可以包括多個(gè)電極5、 6從而靜電位移第一 流體50?？梢赃x擇第一流體50具有高于第一流體15的介電常數(shù)。 結(jié)果是，當(dāng)電勢(shì)差連接在電極5、 6之間時(shí)，相鄰電極5、 6之間產(chǎn) 生的電場吸引第一流體50。
圖12示出了處于其反射狀態(tài)中的快門100。電壓可以連接到電 極5、 6的第二組E2，使得靜電吸引力牽引第一流體50離開毛細(xì)空 間30和界面20，并且將第一流體50限制在流體傳輸管40a、 40b和 流體貯存器70中。
透明體10可以是棱鏡。快門100可以包括傳輸管部分92用于 實(shí)現(xiàn)流體傳輸管40a、 40b以及一個(gè)或者多個(gè)排出管80。毛細(xì)空間 30的厚度可以用隔離物91來限定。流體貯存器70可以用第二隔離 物93和底部部分94來實(shí)現(xiàn)。
圖13示出了處于其非反射狀態(tài)中的快門100。通過用電極的第 一組E1施加電場，快門IOO從反射狀態(tài)改變到非反射狀態(tài)，使得靜 電吸引力牽引第 一流體50到毛細(xì)空間30。分別關(guān)掉連接到電極的第 二組E2的電勢(shì)差。
通過連接電壓到電極裝置E2并且從電極裝置El斷開電壓，快 門IOO可以再次設(shè)置為反射狀態(tài)。恒定電勢(shì)差、脈沖電勢(shì)差或者交流電勢(shì)差可以施加于電極5、 6 之間。電壓可以是脈沖的從而減小功耗。電極之間的間隔可以例如 是100pm并且施加于電極上的電勢(shì)差可以是100伏至1000伏，分別 提供1V m至10V/)im的電場。通過流體15、 50的介電擊穿和/或絕 緣層來限制電勢(shì)差和吸引力。另外，稱為電荷俘獲的現(xiàn)象限制吸引 力的大小。電勢(shì)差可以通過電切換設(shè)備(未示出)例如晶體管來施 加。外部電容器可以用于穩(wěn)定電壓。低電池電壓可以通過電壓升壓 設(shè)備來提高。
第一流體50可以從碳?xì)浠衔镏羞x擇，諸如鏈烷(例如己烷)、 酮(例如丙酮、環(huán)己酮、丁酮)或者硝基衍生物(例如硝基曱烷、硝 基苯、硝基曱苯)。第一流體50可以包括防凍劑。
第二流體15可以是具有低介電常數(shù)的氣體或者液體。第二流體 可以是例如空氣、氬氣或者氮?dú)?。具有高介電擊穿?qiáng)度的液體，例 如珪酮油可以用于代替氣體。
當(dāng)?shù)谝涣黧w50是導(dǎo)電的并且第二流體15是電絕緣時(shí)，電場吸 引第一流體50。在這種情況下，電極5、 6必須具有絕緣層從而提供 電極5、 6和第一流體50之間的絕緣。第一流體50可以是導(dǎo)電鹽溶 液，例如氯化鈉的基于水的溶液。
可選地，第一流體50可以是絕緣的并且第二流體15可以是導(dǎo) 電的。
可選地，可以選擇第二流體15具有高于第一流體15的介電常 數(shù)，而第二流體15仍具有低于第一流體30的折射率。
第二流體15可以通過排出管80從毛細(xì)空間流出到流體貯存器 70/從流體貯存器70流出，/人而防止壓力增加。
排出管80可以窄到由于表面張力的原因而使第一流體50不滲 透到排出管80。
圖14示例性地示出了電極裝置，其中電場產(chǎn)生在第一流體50 一側(cè)上的多個(gè)電極5、 6之間。施加于電極5、 6之間的電勢(shì)差產(chǎn)生 電場，該電場吸引第一流體50。在這種情況中，第一流體50具有相對(duì)高的介電常數(shù)但其將是電絕緣的。貴金屬電極可以用于最小化侵蝕。
填充物7提供了平滑表面和電極5、 6之間的絕緣。 圖15示意性地示出了電極裝置，其中通過絕緣層8電極5、 6 與第一流體50電絕緣。在這種情況中，第一流體50還可以是導(dǎo)電的。
圖16示意性地示出了電極裝置，其中電場產(chǎn)生在位于第一流體 50兩側(cè)的電極5、 6之間。在這種情況中，第一流體50應(yīng)該具有相 對(duì)高的介電常數(shù)但其將是電絕緣的。
另外，根據(jù)圖14或者圖15的電極裝置可以實(shí)現(xiàn)在第一流體50 的兩側(cè)上從而進(jìn)一步增加吸引力的大小。第一流體50的相對(duì)兩側(cè)上 的電極可以調(diào)整為具有相反的極性，如根據(jù)圖12和圖13的流體傳 輸管40a、 40b中所示。
圖17示意性地示出了電極裝置，其中通過絕緣層8將電極5、 6 與第一流體50電絕緣。在這種情況中，第一流體50還可以是導(dǎo)電 的。
有利地，有效區(qū)域Al沒有電極結(jié)構(gòu)，從而提供非常平坦的光學(xué) 表面。然而，在一些應(yīng)用中，可以有利地在界面20的有效區(qū)域Al 上實(shí)現(xiàn)透明電極。透明電極可以使用例如氧化銦錫(ITO)來實(shí)現(xiàn)。 可選地，可以使用網(wǎng)狀或者柵格模式的電極。
圖18示意性地示出了電極裝置，其中電場產(chǎn)生在一個(gè)或者多個(gè) 電極與導(dǎo)電第一流體50之間。換言之，電勢(shì)差施加于一個(gè)或者多個(gè) 電極與第一流體50之間。
參見圖19,快門IOO可以包括一個(gè)或者多個(gè)壓電致動(dòng)器77a、77b 從而位移第一流體50。薄膜78和傳輸管部分95的腔限定了流體貯 存器70a、 70b。
傳輸管部分95可以包括一個(gè)或者多個(gè)排出管82。傳輸管部分 95和薄膜78還可以限定排出貯存器82。毛細(xì)空間30的厚度可以用 隔離物91來限定。壓電致動(dòng)器可以通過底部部分94來支撐。圖19示出了處于其反射狀態(tài)中的快門100。參見圖20,快門100 可以通過擴(kuò)大壓電致動(dòng)器77a、 77b而設(shè)置為非反射狀態(tài)。結(jié)果是， 流體貯存器70a、 70b的內(nèi)部壓力增加并且第一流體50噴出到毛細(xì) 空間30從而覆蓋有效區(qū)域Al。流出的第二流體15通過排出管80 排出到排出貯存器82。
快門IOO可以通過縮小壓電致動(dòng)器77a、 77b而再次設(shè)置為反射 狀態(tài)。結(jié)果是，在流體貯存器70a、 70b中壓力減小并且來自毛細(xì)空 間30的第一流體50吸入到流體貯存器70a、 70b中。
共用流體貯存器和共用致動(dòng)器可以用于多個(gè)流體傳輸管40a、德。
另外，其它類型的靜電致動(dòng)器或者電磁致動(dòng)器可以取代壓電致 動(dòng)器而使用。電磁致動(dòng)器可以基于例如移動(dòng)磁體附近的線圏或者另 一線圈。靜電致動(dòng)器可以基于例如電極附近的帶電金屬薄片。
參見圖21,快門IOO可以包括電極裝置5、 6從而限制有效區(qū)域 Al中的第一流體50,即防止第一流體50流到排出管80。換言之， 第一流體50的邊界可以是靜電穩(wěn)定的。
圖22示出了理想快門的時(shí)間特性。R表示反射率并且t表示時(shí) 間。當(dāng)命令在時(shí)間to發(fā)送到快門時(shí)，快門的反射率R立即從全值改 變?yōu)榱恪?br> 參見圖23，實(shí)際的快門IOO在命令之后檢測到任何變化之前具 有延遲t,-t。。反射率的變化發(fā)生在另一時(shí)間間隔t2-t!中。有利地， 時(shí)間間隔t2-t,非常短，例如以O(shè).Ols或者O.OOls的量級(jí)，從而準(zhǔn)確 地限定光學(xué)曝光。
圖24示出了流體前端的速度并且圖25示出了作為時(shí)間函數(shù)的 流體前端位置。流體前端在to開始移動(dòng)。第一流體50的速度基本上 在時(shí)間間隔trto期間加速。在時(shí)間h，流體50撞擊到有效區(qū)域上。 在時(shí)間12，第一流體50已經(jīng)完全覆蓋了有效區(qū)域?？梢栽趆之前已 經(jīng)達(dá)到第一流體50的最大速度，或者可以在時(shí)間間隔t2- h期間最大 化平均速度，乂人而最小化時(shí)間間隔t2-h。參見圖26，有效區(qū)域Al和流體前端的初始位置之間的距離D3 可以大于或者等于有效區(qū)域Al的寬度D1的0.5倍。距離D3允許 流體前端基本上在流體前端撞擊在有效區(qū)域Al之前加速。距離D3 的增加縮短了時(shí)間間隔t2-1,,這是將快門從反射狀態(tài)改變到非反射 狀態(tài)所需要的。然而，距離D3的增加還對(duì)延遲trto產(chǎn)生不利的影 響。這樣，應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用對(duì)距離D3進(jìn)行選擇。
參見圖27,透明體IO可以包括多個(gè)棱形突起從而將光線耦合進(jìn) 透明體10和/或耦合出透明體10。
透明體IO可以包括衍射光柵從而耦合光線到透明體10中。透 明體IO可以包括傾斜的表面從而耦合光線到透明體10中。透明體 IO可以集成在成像光學(xué)器件300 (圖1 )中。透明體IO可以具有至 少一個(gè)曲線的、球面的或者非球面的表面作為透鏡。 一個(gè)或者多個(gè) 透鏡可以通過粘合劑固定于透明體10。
再參見圖1,設(shè)備500可以是數(shù)字相機(jī)。設(shè)備500可以是數(shù)字視 頻相機(jī)。設(shè)備500可以是包括成像系統(tǒng)的便攜式設(shè)備。該設(shè)備可以 是包括成像系統(tǒng)的移動(dòng)設(shè)備。設(shè)備500可以是，例如，包括成像系 統(tǒng)的移動(dòng)電話。另外，設(shè)備500可以是包括成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理設(shè) 備。
圖像傳感器200包括光敏像素陣列。圖像傳感器200可以使用 例如電荷耦合設(shè)備(CCD)技術(shù)，或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù) (CMOS)來實(shí)現(xiàn)。圖像傳感器200還可以使用光電晶體管或者硅光 電二極管來實(shí)現(xiàn)。
對(duì)象900的圖像可以通過至少包括以下步驟的方法而獲得
-將快門IOO設(shè)置為反射狀態(tài)，
-重置或者激活圖像傳感器200的基本所有像素，
-在預(yù)定曝光時(shí)間期間曝光像素，
-將快門IOO設(shè)置為非反射狀態(tài)，以及
-從像素讀取信號(hào)到存儲(chǔ)器或者信號(hào)處理單元。
在這種情況下，從非反射狀態(tài)改變到反射狀態(tài)可以發(fā)生得較慢，
17即開啟快門IOO的時(shí)機(jī)選擇不重要。
可選地，對(duì)象900的圖像可以通過至少包括以下步驟的方法而 獲得
-重置或者激活圖像傳感器200的基本所有像素，
-將快門IOO設(shè)置為反射狀態(tài)，
-在預(yù)定曝光時(shí)間期間曝光像素，
-將快門IOO設(shè)置為非反射狀態(tài)，以及
-從像素讀取信號(hào)到存儲(chǔ)器或者信號(hào)處理單元。
在這種情況下，開啟和關(guān)閉快門IOO兩者都是重要的。
原則上，快門IOO還可以僅用于控制圖像傳感器200的曝光的
開始，并且如果希望的化，可以以某種其他方式控制曝光周期的結(jié)束。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可以清楚地理解到根據(jù)本發(fā)明的設(shè) 備和方法的修改和變形。參考附圖的上述特定實(shí)施方式僅為說明目 的而并不意味著限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍通過所附權(quán)利要 求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)快門包括透明體和毛細(xì)空間之間的界面，至少一個(gè)流體貯存器，一定量的流體，流體位移裝置，用于在所述流體貯存器和所述毛細(xì)空間之間位移流體從而在快門的第一工作狀態(tài)和快門的第二工作狀態(tài)之間進(jìn)行改變，所述第一工作狀態(tài)允許照射在所述界面的有效區(qū)域上的傾斜光線的全內(nèi)反射，并且所述第二動(dòng)作狀態(tài)允許所述傾斜光線的透射通過所述界面的所述有效區(qū)域，一個(gè)或者多個(gè)流體傳輸管，其與所述有效區(qū)域相對(duì)，用于遞送流體到所述毛細(xì)空間，以及吸收裝置，用于吸收透射通過所述界面的所述有效區(qū)域的光線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)快門，其中所述位移裝置包括電 極裝置從而靜電位移所述流體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)快門，其中所述位移裝置包括用 于改變至少一個(gè)流體貯存器的內(nèi)部壓力的裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)快門，其中所述內(nèi)部壓力適應(yīng)用 于通過至少一個(gè)致動(dòng)器來改變，所述至少一個(gè)致動(dòng)器選自壓電致動(dòng) 器、電磁致動(dòng)器以及靜電致動(dòng)器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)快門，其中當(dāng)快門處于第一工作 狀態(tài)時(shí)，流體和有效區(qū)域之間的距離大于有效區(qū)域的寬度的0.5倍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)快門，其中所述快門包括電極裝 置從而靜電地限制流體于所述有效區(qū)域的邊界內(nèi)。
7. —種光學(xué)設(shè)備包括 成像光學(xué)器件， 圖像傳感器，以及 光學(xué)快門，所述光學(xué)快門依次包括透明體和毛細(xì)空間之間的界面，至少一個(gè)流體貯存器，一定量的流體，流體位移裝置，用于在所述流體貯存器和所述毛細(xì)空間之間位 移流體從而在快門的第 一 工作狀態(tài)和快門的第二工作狀態(tài)之間進(jìn)行 改變，所述第一工作狀態(tài)允許照射在所述界面的有效區(qū)域上的傾斜 光線的全內(nèi)反射，并且所述第二動(dòng)作狀態(tài)允許所述傾斜光線的透射 通過所述界面的所述有效區(qū)域，一個(gè)或者多個(gè)流體傳輸管，其與所述有效區(qū)域相對(duì)，用于遞送 流體到所述毛細(xì)空間，以及吸收裝置，用于吸收透射通過所述界面的所述有效區(qū)域的光線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述光學(xué)設(shè)備是便攜 式設(shè)備。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述光學(xué)設(shè)備包括無 線數(shù)據(jù)通信能力。
10. —種通過快門控制圖像傳感器的光學(xué)曝光的方法，所述快門 包括透明體與毛細(xì)空間之間的界面，所述方法包括以傾斜角度引導(dǎo)光線到所述界面的有效區(qū)域，通過一個(gè)或者第一個(gè)流體傳輸管在至少一個(gè)流體貯存器和所述 毛細(xì)空間之間位移一定量的流體從而在快門的第 一工作狀態(tài)和快門 的第二工作狀態(tài)之間進(jìn)行改變，所述第一工作狀態(tài)允許照射在所述 界面的有效區(qū)域上的傾斜光線的全內(nèi)反射，并且所述第二動(dòng)作狀態(tài) 允許所述傾斜光線的透射通過所述界面的所述有效區(qū)域，至少所述 流體傳輸管之 一 與所述有效區(qū)域相對(duì)，吸收透射通過所述有效區(qū)域的光線，以及在所述第一工作狀態(tài)中，引導(dǎo)從所述有效區(qū)域反射的光線到所 述圖像傳感器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，所述方法至少包括以下步驟:將快門設(shè)置為第一工作狀態(tài)，重置或者激活圖像傳感器的所有像素，在預(yù)定曝光時(shí)間期間曝光將所述像素曝光到經(jīng)反射的光線, 將快門設(shè)置為第二工作狀態(tài)，以及從所述像素讀取信號(hào)到存儲(chǔ)器或者信號(hào)處理單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于例如數(shù)字相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)的快門?？扉T包括透明體和毛細(xì)空間之間的界面。當(dāng)用氣體填充毛細(xì)空間時(shí)，引入到界面的有效區(qū)域的光線通過全內(nèi)反射而反射。當(dāng)用液體快速填充毛細(xì)空間時(shí)，光線透射通過界面。這樣，根據(jù)快門的狀態(tài)，光線或者被吸收或者向圖像傳感器反射。該液體通過至少一個(gè)傳輸管傳遞到毛細(xì)空間，該傳輸管位于有效區(qū)域的對(duì)面。
文檔編號(hào)G02B6/35GK101292193SQ200680038853
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者J·林克, P·里伊特蒂 申請(qǐng)人:諾基亞公司