基于MEMS的光学图像稳定制造技术

提供了一种照相机(800)，该照相机(800)包括：多个MEMS静电梳状致动器(1‑3)，每个致动器可操作用于对至少一个透镜施加力；以及光学图像稳定(OIS)算法模块(805)，其可操作用于响应于照相机(800)的运动，命令多个致动器(1‑3)致动所述至少一个透镜。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2012年9月28日、申请号为201280047680.1、专利技术名称为“基于MEMS的光学图像稳定”的专利技术专利申请的分案申请。
本公开总体上涉及光学装置，更具体的，涉及基于微机电系统(MEMS)的图像稳定系统。
技术介绍
具备诸如变焦、自动聚焦和高分辨率的特征的手机照相机的迅猛发展已经威胁到使傻瓜照相机过时。但是，随着这种微型照相机移植了越来越高的兆像素密度和变焦功能，产生的图像质量受到人手抖动的影响。实际上，即使人类用户努力地尝试，静止地手持照相机在物理上也是不可能的，这是因为人手具有峰值处于7到11Hz之间的天然的颤动。照相机的这种大约10Hz的颤抖将会根据曝光时间以及每个图像像素的视角范围对图像质量产生越来越大的影响。手机照相机的像素密度的增加会引入由于照相机抖动而产生的越来越多的图像模糊。因此，已经研制出了用于数字照相机的基于MEMS的运动传感器，以解决由于人手颤动而引起的图像质量下降。例如，基于MEMS的陀螺仪可用于感测照相机的运动。响应于感测到的运动，图像稳定系统试图移动透镜或者图像传感器，以最小化或者消除最终的由运动引起的图像模糊。然而，所产生的致动是使用传统的致动器执行的。因此，本领域需要基于MEMS的图像稳定系统。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供了一种照相机，其包括：多个静电致动器；以及光学图像稳定(OIS)算法模块，其可操作用于响应于照相机的运动，命令多个致动器致动所述至少一个透镜。根据本公开的第二方面，提供了一种图像稳定方法，包括：感测照相机的运动；基于感测到的运动，确定用来稳定照相机透镜的期望的透镜致动；将所述期望的透镜致动转换为期望的切向致动；以及根据所述期望的切向致动，使用多个切向致动器切向致动至少一个透镜。根据本公开的第三方面，一种致动器装置，包括：台，其被弹性地支撑以在平面内运动；三个或者更多个致动器，每个致动器均连接到所述台的外围，并且可操作用于在致动时将作用在所述平面中的力切向地施加到所述台；以及外部框架，其围绕并支撑所述台和致动器。通过考虑下面对一些示例性的实施例的详细描述，特别是如果结合附图进行上述考虑，能够更好的理解本公开的新颖的致动器装置以及使用该致动器装置的一些方法的上述和一些其他特征和优点，其中，在示出的一个或者多个附图中，相似的参考标号用于表示相似的元件。附图说明图1是利用切向致动的示例性的图像稳定装置的平面图；图2A-2F是示出使用图1的示例性的图像稳定装置来实现光学元件在平面上的平移和旋转运动的矢量图；图3是图1的装置中的致动器的透视图；图4A是用于图3的致动器中的梳状部件的相互交叉的指状物的局部平面图，其示出了在将致动器展开以进行操作应用之前的指状物；图4B是用于图3的致动器中的梳状部件的相互交叉的指状物的局部平面图，其示出了已经将致动器展开后的指状物；图4C是在梳状部件已经偏置到工作位置之后、用于图3的致动器中的梳状部件的相互交叉的指状物的局部平面图；图5是图3的致动器闩锁的平面图，其示出了所述致动器闩锁与致动器杆接合的各种阶段；图6A-6C是示出图1的装置中的安装台在“停滞”状态和“工作”状态之间的平面旋转运动的矢量图；图6D是处于停滞状态的安装台的平面图；图6E是处于工作状态的安装台平面图；图6F是锁定的图6D的安装台的臂的特写视图；图6G是没有锁定的图6E的安装台的臂的特写视图；图7是使用切向致动器的图像稳定系统的框图；图8是图7的系统的实施例的框图，其中，在驱动器集成电路中实现光学图像稳定算法；图9示出了图8的驱动器集成电路的更多细节；图10是由图8和9的系统执行的图像稳定处理的流程图；图11是图7的系统的实施例的框图，其中，在图像处理器集成电路中实现光学图像稳定算法；图12示出了图11的驱动器和图像处理器集成电路的更多细节；以及图13是由图11和12的系统执行的图像稳定处理的流程图。具体实施方式利用静电式的基于MEMS的透镜致动提供有效的图像稳定系统。在一个实施例中，只有三个致动器可放置在诸如透镜的光学元件周围，以通过利用切向致动来实现图像稳定。现在转向附图，图像稳定装置100包括由圆形安装台110限定的中心孔105，其用于容纳诸如透镜或者透镜组(未示出)的光学元件。标示为致动器1、致动器2和致动器3的3个致动器对称地设置在孔105周围。每个致动器以切向致动的方式对台110进行致动。换句话说，每个致动器引入的线性位移120限定的矢量方向与包围孔中心118的圆相切。例如，线性位移120与安装台110限定的圆相切。参照由孔105的中心118限定的笛卡尔坐标系可更好地理解产生的切向致动。台110和致动器1、2和3位于由x和y方向限定的平面上。Z方向从平面的中心118垂直地突出。如本文所使用的，将如方向115所指示的切向位移视为对每个致动器来说是正向的。就这方面而言，每个致动器从而能够进行正向和负向位移。如图2A所示，如果每个致动器1、2和3都引入相同的位移，其中，致动器1和2引入的是沿切向的负向位移，而致动器3引入的是沿切向的正向位移，则产生的台110的切向致动沿x方向的正向。相反的，如图2C所示，如果致动器1和2都是正向而致动器3是相等的负向，则产生的台110的切向致动沿x方向的负向。可选地，如图2B所示，如果致动器3不引入位移，致动器1负向地致动给定的量，并且致动器2正向地致动相同的量，则台110的最终致动沿y方向的正向。相反的，如果致动器3不引入位移，而致动器1和2如图2D所示的切换正向和负向位移，则台110的最终致动沿y方向的负向。以这种方式，切向致动能够在致动器的移动范围内为台110产生任何期望大小的x和y位移。切向致动还能引入台110围绕z轴的旋转。例如，在图2E中，如果每个致动器1、2和3均引入相同大小的负向位移，则台110的最终致动为顺时针旋转(负θ)。相反的，如果图2E中的致动器全部都如图2F所示的反向，这样所有的切向致动都是正向，则台110的最终致动为绕z轴逆时针旋转(正θ)。以这种方式，台110既可以按照期望的在x和y平面平移，也可以在θ方向中旋转。可在局部坐标系中表示致动器1到3中的每一个引入的切向位移。例如，可将致动器3在x方向的切向位移指定为在L3方向上的位移，其具有与图1的方向115表示的方向相同的正向法则。类似的，致动器1和2的切向位移可分别由局部线性坐标L1和L2表示。取决于从中心118到每个致动器的有效切向致动点的径向距离R，致动器1在维度L1中的位移，致动器2在L2中的位移以及致动器3在L3中的位移可都涉及台110在x和y维度的平移以及台110以θ角的旋转。在这方面，坐标变换可显示如下：L3＝Rsinθ+X上面的坐标变换假设透镜的中性位置位于原点，但是，如果中性位置偏离原点，则可相应地对其进行修改。利用这些坐标变换，检测到的由于照相机的抖动或者其他意想不到的物理扰动而导致的台110在x、y平面上的平移或者旋转可通过相应的切向致动来解决。任何合适的致动器(例如，梳状或者间隙封闭致动器)均可用于构造致动器1、2和3。偏梳状致动器具备良好的移动特性，例如，+/-50微米，可以如申请号为12/946,670(下文称作‘670申请)、申请日为2010年11月15日的共同受让本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相机，包括：至少一个光学元件；多个静电致动器，被配置为移动所述光学元件以进行图像稳定；以及框架，所述框架支撑所述光学元件和所述多个静电致动器；并且其中所述静电致动器中的每个静电致动器包括固定部分和可移动部分，所述可移动部分被配置为移动到展开位置、在所述展开位置中锁定、并且从所述展开位置以相对于所述固定部分基本上共面、直线运动的方式移动，使得切向力被施加在所述光学元件上以致使所述光学元件移动。

【技术特征摘要】
2011.09.28 US 13/247,895;2011.09.28 US 13/247,9061.一种相机，包括：至少一个光学元件；多个静电致动器，被配置为移动所述光学元件以进行图像稳定；以及框架，所述框架支撑所述光学元件和所述多个静电致动器；并且其中所述静电致动器中的每个静电致动器包括固定部分和可移动部分，所述可移动部分被配置为移动到展开位置、在所述展开位置中锁定、并且从所述展开位置以相对于所述固定部分基本上共面、直线运动的方式移动，使得切向力被施加在所述光学元件上以致使所述光学元件移动。2.根据权利要求1所述的相机，进一步包括：至少一个运动传感器，被配置为检测所述相机的运动；并且其中所述多个静电致动器被配置为至少部分基于所检测到的所述相机的运动而移动所述光学元件。3.根据权利要求2所述的相机，其中：所述至少一个运动传感器包括陀螺仪，所述陀螺仪被配置为测量所述相机的俯仰和偏航；并且其中所述多个静电致动器被配置为至少部分基于所述相机的所述俯仰和偏航而移动所述光学元件。4.根据权利要求2所述的相机，进一步包括：相机图像处理器，被配置为分析相机图像并且基于所述相机图像而生成运动估计；并且所述多个静电致动器被配置为至少部分基于所述运动估计而移动所述光学元件。5.根据权利要求2所述的相机，进一步包括对应于所述多个静电致动器的多个位置传感器，所述位置传感器中的每个位置传感器被配置为测量对应的静电致动器的切向位移。6.根据权利要求2所述的相机，进一步包括光学图像稳定(OIS)电路，其被配置为响应于所检测到的所述相机的运动而选择性地致动所述多个静电致动器。7.根据权利要求1所述的相机，进一步包括闩锁，其被配置为将所述可移动部分保持在所述展开位置中。8.根据权利要求7所述的相机，其中所述可移动部分被配置为响应于加速度脉冲被应用到所述可移动部分而接合所述闩锁。9.根据权利要求1所述的相机，其中所述多个静电致动器被配置为通过协调地移动所述多个静电致动器中的每个静电致动器的所述可移动部分来选择性地旋转所述光学元件。10.根据权利要求1所述的相机，其中：所述静电致动器中的每个静电致动器包括静电梳状致动器，所述静电梳状致动器具有带有相互交叉的指状物的多个梳状支撑件，所述梳状支撑件中的一些梳状支撑件被设置在所述固定部分上，并且其他的梳状支撑件被设置在所述可移动部分上；在所述可移动部分上的所述梳状支撑件被配置为相对于在所述固定部分上的所述梳状支撑件移动；并且当所述可移动部分出于1所述展开位置中时，所述相互交叉的指状物具有中等相互交错。11.根据权利要求1所述的相机，进一步包括：台，被配置为接纳所述光学元件；所述静电致动器中的至少三个静电致动器绕所述台被均匀地间隔开。12.根据权利要求1所述的相机，进一步包括：弯曲件，将所述静电致动器中的每个静电致动器耦合到所述光学元件；并且所述弯曲件相对于所述光学元件在径向方向上比在与所述光学元件相切的线性方向上更加柔性。13.根据权利要求12所述的相机，其中所述弯曲件围绕在与所述光学元件相切的所述线性方向上对齐的纵向轴线被折叠。14.根据权利要求1所述的相机，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·C·古铁雷斯，R·J·卡尔韦特，X·刘，P·K·凌，J·A·门德斯，C·扎哈里亚，A·F·德林巴雷昂，P·G·比焦伊，
申请(专利权)人：数位光学MEMS有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US