[發(fā)明專利]具有帶至少一個定徑切趾光圈的移位臺的光學機構及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380027960.0
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN104335081A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設計）人: 羅伯特·W·瓦爾特斯;羅伯特·H·唐;凱文·W·賽貝特;福里斯特·R·布萊克本
• 申請（專利權）人: PPG俄亥俄工業(yè)有限公司
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B27/58;G03B9/04
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權代理有限公司 11112
• 代理人: 顧紅霞;何勝勇

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年3月27日提交的、發(fā)明名稱為“An?Optical?Mechanism?with?Indexing?Stage?with?at?Least?One?Fixed?Diameter?Apodized?Aperture?and?Method?of?Making?Same(具有帶至少一個定徑切趾光圈的移位臺的光學機構及其制造方法)”的美國臨時專利申請No.61/616152的優(yōu)先權。

技術領域

本發(fā)明整體涉及一種具有帶至少一個定徑切趾光圈的移位臺的光學機構及其制造方法。

背景技術

基本上由于攝影的問世，可調節(jié)的相機設定在獲得正確曝光照片方面便變得至關重要。這些調節(jié)包括“快門速度”(“膠片”的可調節(jié)曝光時間)、“膠片速度”(膠片靈敏度的選擇)以及鏡頭光圈(鏡頭中的可調節(jié)光闌)。除了影響膠片曝光之外，這些調節(jié)還提供其他必要好處。例如快門速度調節(jié)允許拍攝者及時抓拍到快速移動的場景。膠片速度允許拍攝者得到所需的圖像顆粒(grain?in?the?image)。鏡頭光圈調節(jié)允許拍攝者得到所需的景深。

在數(shù)碼相機中，通常電子快門控制(圖像傳感器的可調節(jié)積分時間)代替了機械快門，但這不會消除對鏡頭的光圈調節(jié)的需要，機械快門仍然是不可缺少的工具，不僅用于控制入射到成像傳感器上的光量，而且還用于獲得相關圖像中所需的景深。

數(shù)碼相機的鏡頭光圈調節(jié)的一種常見形式為機械虹膜式光闌或機械虹膜。機械虹膜由多個葉片組成，這些葉片能夠相對于彼此移動，以便形成可調節(jié)的偽圓形的多邊形光圈。這些葉片以相對于彼此移動的方式連接在內圈和外圈上，以調節(jié)機械虹膜。大多數(shù)膠片相機和許多數(shù)碼攝像機采用機械虹膜或一些其他形式的鏡頭光圈調節(jié)(例如基本的光圈輪)。

然而，也有一些明顯的例外：一次性膠片相機、非常低價的數(shù)碼相機和許多手機。在這些領域中，不使用鏡頭光圈調節(jié)的主要原因是成本。例如廉價的機械虹膜設計可以是數(shù)碼相機的合理部件，而成本可能低于整個照相機單元的零售價的1％的1/2，但這個同樣廉價的虹膜部件的成本可能會超過一次性照相機的零售價的1/3或超過用于計算機或手機的相機組件的成本的1/3。因此，幾乎所有的手機相機(也被稱為手機相機組件)都不包括鏡頭光圈調節(jié)。

最初，手機相機并未設計為用來替代傳統(tǒng)相機。手機相機組件應當在不使用閃光燈的情況下在昏暗的光線條件下產(chǎn)生可以接受的圖像。因為這個原因，手機相機裝有具有大的固定光圈(例如f/2.8)的鏡頭，從而以景深為代價使靈敏度最大化，并且手機相機依賴于電子快門來調節(jié)曝光量。結果，這些沒有光圈調節(jié)的手機相機在低光照水平下因不良的散粒噪聲和讀出噪聲而在高光照水平下因較差的景深產(chǎn)生有質量問題的圖像，并且因透鏡像差降低了清晰度。

然而，由于其巨大的人氣(銷量已經(jīng)超過了膠片相機和數(shù)碼相機)，手機相機組件正在取代傳統(tǒng)相機。作為流行程度的參考點，在2010年底，全球有超過53億部移動手機的訂購量，或者說超過世界人口的3/4，其中，美洲有8.8億訂購量且歐洲有7.4億訂購量。關于手機相機的使用，根據(jù)2010年12月的研究，美國52.7％的移動手機用戶、歐洲57.5％的移動手機用戶和日本62.9％的移動手機用戶在使用他們的移動手機設備進行拍照。

手機相機組件需要以傳統(tǒng)相機的成本的一小部分來接近或匹配傳統(tǒng)相機的成像質量。這個問題因價格壓力和市場對更大量像素的需求而進一步加劇了。隨著半導體技術的發(fā)展，圖像傳感器變得越來越清晰，而且像素變得越來越小，因此需要具有更寬光圈的鏡頭，以保持同樣的靈敏度。這種需要與更清晰的鏡頭(因為更寬的光圈會導致更大的透鏡像差)和增大的景深(因為更寬的光圈會導致景深的減小)的要求相沖突。

試圖改進手機相機組件的兩個解決方案是使用“流體鏡頭”的光學自動對焦和使用圖像處理算法的“相位掩模”方法。在使用流體鏡頭的光學自動對焦的情況下，景深不增大。更準確地說，只是簡單地將焦距調節(jié)為特定的距離。在相位掩模方法的情況下，鏡頭的焦距實際上被減少了。相位掩模(放置在透鏡元件之一上)在整個擴大的景深上引入相對恒定的散焦量。然后通過數(shù)字地使用圖像處理算法來部分地恢復清晰度。不幸的是，清晰度恢復算法同樣會在圖像中引入大量的噪聲。