用于便攜式設(shè)備的可操縱照明源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于提供可操縱光束光源的子系統(tǒng)。機械反射器陣列可以設(shè)置成選擇性地將來自光源的一部分光引導(dǎo)至場景中的選擇目標(biāo)，以例如提供用于拍照或視頻攝像的協(xié)調(diào)照明。反射器陣列可以連續(xù)地可操縱，從而實現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)投影方法不能獲得的有效照明圖案，而且有效地將光引導(dǎo)至場景的期望區(qū)域。子系統(tǒng)可以充分緊湊，從而能夠隨著緊湊相機集成在蜂窩電話、平板計算機、筆記本計算機、數(shù)碼相機、數(shù)碼視頻圖像攝像機等中。陣列可以與相機控制器結(jié)合操作，以選擇性地照射聚焦或變焦的一個或多個目標(biāo)，省略對非期望圖像區(qū)域的照射等。
【專利說明】用于便攜式設(shè)備的可操縱照明源
【背景技術(shù)】
[0001]現(xiàn)代電子設(shè)計和制造已經(jīng)能夠提供自主地處理獲取適當(dāng)曝光、適當(dāng)構(gòu)圖和適當(dāng)聚焦的圖像所需要的設(shè)置和調(diào)整的所有方面的緊湊相機。緊湊數(shù)碼相機、傻瓜數(shù)碼相機、以及手機和平板計算機攝像頭(本文中統(tǒng)稱為緊湊相機)是提供這種自主設(shè)置控制的設(shè)備的示例。更具體地，這些相機能夠自主地設(shè)置光圈開口大小(例如f-number)、光圈開口持續(xù)時間、對傳感器增益的考慮(大致等同于ISO膠片敏感度)等。這些相機還可以在視場中識別圖像目標(biāo)對象并針對該目標(biāo)設(shè)置焦點。一般地，緊湊相機經(jīng)常意在提供用于快速、自主拍照的簡單操作并且期望在各種各樣的攝影情境下運行，同時處理能力和軟件的提高使得相機能夠“理解”更多的場景。
[0002]在一組情境當(dāng)中，緊湊相機經(jīng)常設(shè)計成在弱光環(huán)境中(例如在室內(nèi)、在傍晚環(huán)境中等)運行。使用模式是主要為手持式(無三角架)并且將重點放在抓拍人像。即使采用取代膠片的高敏感度電子傳感器，這些環(huán)境也必需使用補充光源(在本文中稱作閃光燈)，例如以定格目標(biāo)并避免運動模糊，從而提供期望的對比度等。大部分緊湊相機因此包括或者具有閃光燈單元。
[0003]但是，為在最廣泛的情境組中(包括在室內(nèi)環(huán)境中)有用，緊湊相機經(jīng)常設(shè)計成提供相對寬的視場(因此具有短有效焦距)。為在弱光環(huán)境中適應(yīng)相對寬的視場，用于緊湊相機的閃光燈單元(經(jīng)常是LED源并且當(dāng)前是某些塑料光學(xué)器件，以限定其光分布)通常設(shè)計成照亮相應(yīng)的寬視場(寬視角)。因此，緊湊相機閃光燈單元照亮整個廣角場景，而不考慮曝光的目標(biāo)，即使相機為遠(yuǎn)攝圖像而變焦拉近。這不僅將寶貴能量浪費在產(chǎn)生充足的光以照亮最寬的可能視場，而且還經(jīng)常導(dǎo)致在圖像畫幅的特定部分處的更低光度以及圖像畫幅的非目標(biāo)元素的過度明亮。例如，如果在3倍變焦下進行拍攝，多于85%的閃光輸出通常將沒有用。在緊湊相機中更有效使用光源將提供很多益處，包括提高對圖像目標(biāo)的照明、減少功率消耗、圖像重復(fù)率更快等。
[0004]盡管通常的緊湊相機閃光源被固定在適當(dāng)位置并具有固定的相關(guān)光學(xué)器件，但是存在閃光源具有透鏡的某些示例，這些透鏡與機械控制的變焦和聚焦成像光學(xué)器件的運動協(xié)同移動。在某些應(yīng)用中，這些“透鏡”將閃光燈的輸出聚焦在閃光曝光場內(nèi)。換言之，評價器對場景進行評價以確定攝影的期望圖像目標(biāo)。透鏡然后機械移動以將閃光元件的輸出引導(dǎo)至期望圖像目標(biāo)?？商鎿Q地，閃光元件可以相對于透鏡傾斜以實現(xiàn)類似目的。在這些情況中的每一種下，閃光系統(tǒng)的“緊湊性”由于引入一個或多個可動透鏡和透鏡移動控制機構(gòu)而受到損害。并且僅提供對光源的總體位置控制(即，僅控制光源的整體輸出)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]相應(yīng)地，本發(fā)明旨在提供一種用于需要對象照明的緊湊相機和其他設(shè)備的可控、可操縱閃光的系統(tǒng)和方法。在本發(fā)明的某些實施例中，光源指向緊湊可操縱反射或透射陣列，該緊湊可操縱反射或透射陣列可以將來自單一光源的單個光束指向或遠(yuǎn)離待拍攝場景中的期望元素。在某些實施方式中，可操縱反射或透射陣列可以包括提供對陣列元件的取向和/或位置的單獨控制的一種類型的微機電(MEMS)反射鏡或透鏡陣列結(jié)構(gòu)，從而提供對由相應(yīng)陣列元件反射或透射的光束的單獨控制。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，公開一種提供可操縱光束光源的子系統(tǒng)。該光源包括光學(xué)透明基板、光源和陣列，所述光源設(shè)置為將由其產(chǎn)生的光引導(dǎo)至光學(xué)透明基板中，所述陣列包括多個可獨立尋址的光學(xué)元件，這些光學(xué)元件設(shè)置成使得通過透明基板接收的來自光源的光入射到陣列上，每個可獨立尋址的光學(xué)元件能夠獨立地使來自光源的光的一部分改變方向至期望光路。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光學(xué)元件可以是反射性的或增加有反射結(jié)構(gòu)，每個光學(xué)元件可以是透射性的(例如透鏡)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，陣列可以與相機控制器結(jié)合操作，以選擇性地將照明集中在由相機識別出的一個或多個目標(biāo)上、或在相機的當(dāng)前變焦設(shè)置下的視場內(nèi)。
[0009]陣列包括多個排，每排包括多個光學(xué)元件。第一排具有第一數(shù)量的光學(xué)元件，第二排具有第二數(shù)量的光學(xué)元件。盡管在某些實施例中可以使用規(guī)則陣列，但是根據(jù)本發(fā)明的其他方面，第一數(shù)量和第二數(shù)量不同。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第一排中光學(xué)元件的尺寸不同于第二排中光學(xué)元件的維度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第一排中光學(xué)元件的形狀不同于第二排中光學(xué)元件的形狀。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，陣列自身具有矩形陣列形狀之外的形狀。
[0010]上面是對本發(fā)明的多個獨特方面、特征和優(yōu)點的簡要介紹。提供上面的簡介以引入與下列全面的描述相關(guān)的背景和某些概念。但是，這個簡介不是窮盡性的。上面的簡介不是也不應(yīng)當(dāng)理解為對要求保護的主題的方面、特征或優(yōu)點的排他認(rèn)定。因此，上面的簡介不應(yīng)當(dāng)理解為對權(quán)利要求或者以其他方式確定權(quán)利要求書的范圍施加限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1A、圖1B和圖1C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的例如可以用在緊湊相機閃光裝置等中的反射可操縱照明結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0012]圖2A、圖2B和圖2C是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的例如可以用在緊湊相機閃光裝置等中的反射可操縱照明結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0013]圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括處于第一和第二操作狀態(tài)的緊湊閃光設(shè)備的緊湊相機。
[0014]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的緊湊相機的某些元件的框圖。
[0015]圖5A是可以形成根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的MEMS反射鏡陣列的元件的一種類型的MEMS反射鏡的透視顯微照片。
[0016]圖5B是圖5A中所示類型的MEMS反射鏡的側(cè)視圖。
[0017]圖6是可以用在本發(fā)明的一個實施方式中的一種類型的MEMS反射鏡陣列的透視顯微照片。
[0018]圖7是可以用在本發(fā)明的一個實施方式中的一種類型的MEMS反射鏡的反射鏡旋轉(zhuǎn)的視圖。
[0019]圖8A和圖8B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的例如可以用在緊湊相機閃光裝置等中的透射可操縱照明結(jié)構(gòu)的剖視圖。[0020]圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有非均一反射鏡之間的間隔、反射鏡尺寸和反射鏡形狀的MEMS反射鏡陣列的視圖。
[0021]圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的非矩形MEMS反射鏡陣列。
[0022]圖11A和圖11B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的設(shè)置有反射可操縱照明結(jié)構(gòu)的移動裝置的透視剖面圖，包括示出兩個光輸出狀態(tài)的光線跟蹤。
【具體實施方式】
[0023]我們首先指出，對已知起始材料、處理技術(shù)、部件、設(shè)備和其他已知細(xì)節(jié)的描述僅僅概述或省略，從而不會不必要地模糊本發(fā)明的細(xì)節(jié)。因此，在細(xì)節(jié)另外已知，則我們將其留給本發(fā)明的應(yīng)用，以暗示或表明與這些細(xì)節(jié)有關(guān)的選擇。
[0024]在圖1A至圖1C中示出本發(fā)明的第一實施方式。參照圖1A，示出例如可以用在緊湊相機閃光裝置等中的可操縱照明結(jié)構(gòu)10。結(jié)構(gòu)10包括光源14，例如LED元件、LED元件陣列、單一元件燈泡(例如氙閃光燈)、或者各種已知光源形式中的另一種。在某些示例中，可以采用多個不同的光源。但是，LED陣列實施方式具有非常適合在移動設(shè)備(例如電話)中采用的閃光單元的特性，例如尺寸、功率消耗、閃光速度等，所以這里將舉例描述這種實施方式。
[0025]與光源14相對設(shè)置的是下文進一步詳細(xì)討論的類型的微機電(MEMS)反射鏡陣列。接近MEMS反射鏡陣列16設(shè)置的是能夠致動MEMS反射鏡陣列16的反射鏡的致動陣列
18。致動陣列18可以致動MEMS反射鏡陣列16的單獨反射鏡或者可以致動MEMS反射鏡陣列16的反射鏡組，并且可以受控制器20控制。在各種實施例中，致動陣列18可以操作以通過磁性、靜電、熱、壓電、形狀記憶效應(yīng)或其他致動形式來致動陣列16的元件。
[0026]在操作中，光源14產(chǎn)生光，在一個實施例中作為離散光猝發(fā)或閃光，在另一實施例中作為穩(wěn)定光束。來自光源14的光入射到反射鏡16a、16b和16c上。盡管在圖1A、圖1B和圖1C的視圖中示出三乘三反射鏡陣列，反射鏡成直線布置，但是應(yīng)當(dāng)理解反射鏡的數(shù)量及其布置是相對任意的，并且因此可以根據(jù)設(shè)計選擇、應(yīng)用等改變成不同構(gòu)造。
[0027]反射鏡16a、16b、16c的布置和反射鏡平面和光束路徑之間的角度α使得來自光源14的光能夠被反射鏡16a、16b、16c朝向目標(biāo)圖像0反射?？蚣?9可以將光源14固定到陣列16以保持α為常數(shù)。反射鏡16a、16b、16c的旋轉(zhuǎn)角在本實施例中可由致動陣列18沿著兩個維度單獨調(diào)節(jié)(盡管這些反射鏡可以類似地沿著僅一個維度可調(diào)節(jié)、成組可調(diào)節(jié)等)。因此，反射鏡16a、16b、16c的取向?qū)⒋_定反射光的各方面,例如光量和光被引導(dǎo)至哪。例如，如圖1A所示，在反射鏡16a、16b、16c排列成第一狀態(tài)的情況下，來自光源14的光束會有效地基本準(zhǔn)直和/或被導(dǎo)向單一圖像目標(biāo)0。類似地，如圖1B所示，在反射鏡16a、16b、16c排列成第二狀態(tài)的情況下，來自光源14的光束會被反射，以使得僅有某些光束被導(dǎo)向圖像目標(biāo)0，而某些其他光束被引導(dǎo)遠(yuǎn)離圖像目標(biāo)0。參照圖1C，在朝著MEMS反射鏡陣列16觀察的視圖中示出結(jié)構(gòu)10。
[0028]圖1A、圖1B和圖1C中示出的實施方式提供非常緊湊的可操縱光源，例如用于攝影的可操縱閃光燈。例如，給定已知光源、MEMS陣列結(jié)構(gòu)、致動器陣列等，用于完整可操縱照明結(jié)構(gòu)的物理尺寸可以大約為深度(X)高達(dá)5mm (名義上3mm)、高度(y)高達(dá)10mm、和寬度(z)高達(dá)10mm的量級。這種尺度的設(shè)備特別適合于集成到緊湊相機、移動電話、平板電腦等中。這些MEMS陣列結(jié)構(gòu)的最終尺寸是設(shè)計選擇的問題，因此不會對本發(fā)明的范圍形成實質(zhì)限制。
[0029]還應(yīng)當(dāng)理解，盡管某些實施例將利用反射鏡陣列16將來自光源14的一部分光轉(zhuǎn)移到或遠(yuǎn)離圖像目標(biāo)，例如當(dāng)進行目標(biāo)圖像的閃光拍攝時，包括陣列16的反射鏡中的每一者的定位是連續(xù)可操縱的。即，陣列16的反射鏡不提供照明或非照明的二元狀態(tài)，而是可以指示來自光源14的光朝向(或遠(yuǎn)離)圖像目標(biāo)的改變量。因此，通過“連續(xù)可操縱”，我們表明結(jié)構(gòu)10可以引導(dǎo)來自光源14的所有光遠(yuǎn)離目標(biāo)圖像、引導(dǎo)來自光源14的所有光朝向目標(biāo)圖像、或者引導(dǎo)來自光源14的光的可選擇部分朝向目標(biāo)圖像。
[0030]在圖2A、圖2B和圖2C中示出本發(fā)明的另一實施方式。參照圖2A，示出例如可以用在緊湊相機閃光裝置等中的可操縱照明結(jié)構(gòu)11。結(jié)構(gòu)11包括具有第一表面13的光學(xué)元件12，接近第一表面13設(shè)置的是光源14，光源14如前所述可以是LED元件、LED元件陣列、閃光燈、或者任何其他各種已知光源形式。光學(xué)元件12可以(但非必要)在內(nèi)部對來自光源14的光提供全內(nèi)反射(TIR)。盡管可利用單獨的部件實現(xiàn)本段剩余部分中描述的功能，但是實際上將光學(xué)元件12設(shè)計成(例如由高質(zhì)量注射成型制造的)單體任意形式元件，以同時用作以下目的:A)對來自光源的光進行準(zhǔn)直和成形。B)提供TIR表面，經(jīng)由該TIR表面，照射MEMS反射鏡陣列。C)形成到設(shè)備外部世界的“窗口”。D)用作用于子組件的機械載體并且提供可選的連接和對準(zhǔn)特征以接收光源14 (有或沒有折射率匹配(index matching))、微鏡陣列16 (有或沒有折射率匹配)、致動器陣列18、電子模塊等。
[0031]光學(xué)元件12具有第二表面15，接近第二表面15設(shè)置的是MEMS反射鏡陣列16。接近MEMS反射鏡陣列16設(shè)置的是能夠致動MEMS反射鏡陣列16的反射鏡的致動陣列18。致動陣列18可以致動MEMS反射鏡陣列16的單獨反射鏡或者可以致動MEMS反射鏡陣列16的反射鏡組，并且可以受控制器20控制。
[0032]在操作中，光源14產(chǎn)生光，作為閃光或者作為穩(wěn)定光束。光學(xué)元件12至少在由結(jié)構(gòu)11發(fā)射的波長下是光學(xué)透明的。相應(yīng)地，來自光源14的光在表面13處進入光學(xué)元件12，穿過光學(xué)元件12，并且在表面15處離開。可選的基板22可以設(shè)置在表面15和MEMS反射鏡陣列16之間，以提供期望的光波導(dǎo)并減少光損失。如果存在，則光穿過基板22并且入射在反射鏡16a、16b、16c上。盡管在圖2A、圖2B和圖2C的示圖中示出三乘三反射鏡陣列，反射鏡成直線布置，但是應(yīng)當(dāng)理解反射鏡的數(shù)量及其布置是相對任意的，并且因此可以根據(jù)設(shè)計選擇、應(yīng)用等改變成不同構(gòu)造。
[0033]反射鏡16a、16b、16c以及表面15相對于表面13的平面的角度的配置使得來自光源14的光能夠被反射鏡16a、16b、16c反射回到光學(xué)兀件12中朝著第三表面23,在第三表面23處光可以離開光學(xué)兀件12。表面15和表面2相對于彼此成角度α ’取向。由于使用光學(xué)元件12，更具體地由于使用表面23的相同區(qū)域以既通過TIR提供照射光又使輸出光透過，所以α’可以遠(yuǎn)小于α (圖1Α-圖1C的實施方式，沒有光學(xué)元件12)，從而產(chǎn)生在關(guān)注緊湊集成時期望的更薄的形狀因子。反射鏡16a、16b、16c的取向?qū)⒋_定在表面23處離開的光的各方面，例如光量和光被引導(dǎo)至哪。例如，基本上如圖2A所不，在反射鏡16a、16b、16c排列成第一狀態(tài)的情況下，來自光源14的光束會有效地基本準(zhǔn)直和/或被導(dǎo)向單一圖像目標(biāo)0。類似地，如圖2B所示，在反射鏡16a、16b、16c排列成第二狀態(tài)的情況下，來自光源14的光束會被反射，以使得僅有某些光束被導(dǎo)向圖像目標(biāo)0，而某些其他光束被弓|導(dǎo)遠(yuǎn)離圖像目標(biāo)0。參照圖2C，在穿過結(jié)構(gòu)12朝著MEMS反射鏡陣列16觀察的視圖中示出結(jié)構(gòu)11。
[0034]盡管不可能提供全面列表，但是選擇性地引導(dǎo)來自光源14的光束(換言之，由光源14發(fā)出的光的可操縱部分)的性能提供如下能力:
[0035].在拍攝圖片時將來自光源14的全部或某些光引導(dǎo)至主圖像目標(biāo)，即使主圖像目標(biāo)不在相機視場的中央
[0036].在拍攝圖片時分配或平衡對多個圖像目標(biāo)的照明
[0037].選擇性地避免照明正被拍攝的場景的非期望部分(例如，不在圖像幀中的區(qū)域、反射表面以防止眩光、背景對象、非?？拷鄼C的對象以防止過曝等)；
[0038]?“聚焦”照射一個或多個期望圖像目標(biāo)，以允許將更少的能量用在照射圖像目標(biāo)上；
[0039].協(xié)同緊湊相機的變焦功能來自動跟蹤對圖像目標(biāo)的照射；
[0040].等等。
[0041]如在各種實施方式中實現(xiàn)本文公開的方法和裝置時將理解到的，通過這些方法和裝置提供更多的能力。盡管本發(fā)明重點在于緊湊相機，作為本發(fā)明的實施方式的說明性應(yīng)用，但是，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，由此可以想到很多其他應(yīng)用，例如其他輻射的視覺輔助和控制。
[0042]然后參照圖3A和圖3B，我們在移動(蜂窩)電話30背景下舉例說明上文所述，如前所述的結(jié)構(gòu)10設(shè)置在該電話30中。將理解，本發(fā)明不限于應(yīng)用于移動電話中，可以想到很多其他應(yīng)用，例如獨立閃光燈、平板計算機、筆記本計算機、數(shù)碼照相機、數(shù)碼視頻圖像攝像機和其他發(fā)光裝置，特別是期望有光猝發(fā)的情況下，例如攝影閃光或特效閃光。包括MEMS反射鏡陣列16的反射鏡的取向確定在離開電話30的閃光窗口 32時光的方向。例如，如圖3A所示，在MEMS陣列16的反射鏡排列成第一狀態(tài)的情況下，來自光源14的光束可以被改變方向以完全有效地被導(dǎo)向圖像目標(biāo)0。類似地，在MEMS反射鏡陣列16的反射鏡排列成第二狀態(tài)的情況下，僅有來自光源14的一部分光被改變方向至圖像目標(biāo)0，一部分光被引導(dǎo)遠(yuǎn)離圖像目標(biāo)0而被導(dǎo)向圖像目標(biāo)0’。
[0043]選擇性地將來自電話30的全部或部分光導(dǎo)向圖像目標(biāo)，或者類似地引導(dǎo)離開圖像目標(biāo)，可以通過電話30內(nèi)操作的軟件部件來自動控制，可以由電話30的使用者通過適當(dāng)接口手動控制以作為選擇的圖像效果或者用戶喜好的結(jié)果，或者由這些方法的組合進行控制。測試閃光可以在各種構(gòu)造中執(zhí)行，以允許與電話30相關(guān)的分析軟件部件能夠分析來自目標(biāo)場景的響應(yīng)。響應(yīng)于該分析，軟件部件可以使得控制器20 (例如，圖1A-圖1C)致動MEMS反射鏡陣列16的一個或多個反射鏡，以將來自光源14的第一部分光引導(dǎo)至目標(biāo)場景的第一期望部分(例如，更多的光量朝向圖像目標(biāo)0)并將來自光源14的第二部分光引導(dǎo)至目標(biāo)場景的第二期望部分(例如，更少的光量朝向圖像目標(biāo)0’)。將容易理解到，光的方向可以僅僅朝向一個圖像目標(biāo)、遠(yuǎn)離一個圖像目標(biāo)、在目標(biāo)場景中散布等等。
[0044]參照圖4，圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的緊湊相機的某些元件的框圖，緊湊相機40可以尤其包括:快門釋放開關(guān)42、物鏡44、用于控制物鏡44的物理變焦的變焦控制器46、MEMS反射鏡陣列48、MEMS反射鏡陣列控制器50、圖像傳感器陣列52、圖像傳感器陣列控制器54、場景分析部件56、曝光分析部件58、光源控制器62、存儲器64和聚焦控制器66。這些元件可以按需要彼此通信，以實行場景分析和情境控制，包括控制對場景的照明，以獲得期望曝光。具體地，某些圖像捕捉部件(包括相關(guān)控制器)，例如變焦控制46和聚焦控制器66，可以通信連接到MEMS反射鏡控制器50，以使得當(dāng)物鏡變焦(或者采用等效軟件)以拉近(或拉遠(yuǎn))到場景的元素上時，MEMS反射鏡控制器相對應(yīng)地調(diào)節(jié)MEMS反射鏡陣列48的一個或多個反射鏡的位置，例如提供在被拉近到的場景的元素上的更聚焦閃光。類似地，當(dāng)場景的元素被識別為將由聚焦控制器66聚焦到的對象時，聚焦設(shè)置可以被傳達(dá)給MEMS反射鏡控制器50，MEMS反射鏡控制器50可以對應(yīng)地調(diào)節(jié)MEMS反射鏡陣列48的一個或多個反射鏡的位置，例如提供在被聚焦到的場景的元素上的更聚焦閃光。從上可以理解，很多相機分組件和控制器的輸入可以期望地影響MEMS反射鏡陣列閃光單元的最佳設(shè)置。為促進可交換性(例如，在從不同供應(yīng)商獲得的閃光單元和相機的通用設(shè)置方面)，有利的是提供單獨的控制器，以將所有的輸入聚合到“照明模式請求”(IPR)中。該IPR可以如粗糙灰度位圖一樣簡單，然后該IPR是可以被提交到任意MEMS微鏡陣列控制器的不依賴于硬件的描述，該控制器可以將其能力傳達(dá)回到之前的相機。
[0045]圖5A和圖5B中示出可以形成上文提到的MEMS反射鏡陣列的元件的一種類型的MEMS反射鏡70的示例。在一個實施方式中，反射鏡70包括基板72，例如玻璃或類似的光學(xué)透明材料，在基板72上形成釋放結(jié)構(gòu)74，釋放結(jié)構(gòu)74通過柔性懸臂彈簧結(jié)構(gòu)76互連到基板72。在某些實施方式中，在每個懸臂彈簧結(jié)構(gòu)76下方是致動電極78，致動電極78可以被單獨尋址。將電壓施加到例如致動電極78可以引起產(chǎn)生電場，以使得位于致動電極78上方的懸臂彈簧結(jié)構(gòu)76被吸引到電極78，從而在反射鏡的位置中引起傾斜。在另一實施方式中，例如圖1A所示,每個反射鏡(或反射鏡組)由磁性表面(例如鎳)形成或者包括磁性表面。每個反射鏡與磁性致動器相關(guān)聯(lián)，磁性致動器在被激活時吸引或偏轉(zhuǎn)反射鏡的一部分，從而引起反射鏡傾斜。
[0046]在某些實施方式中，釋放結(jié)構(gòu)74由光學(xué)透明材料形成，反射涂層79 (可以是上述鎳層)被施加到釋放結(jié)構(gòu)74上，以使得對著并面對基板72的釋放結(jié)構(gòu)74的表面77具有光學(xué)反射性。在另一實施例中，整個釋放結(jié)構(gòu)74是光學(xué)反射材料，以使得表面77可以反射穿過基板72入射的光。圖6中示出形成MEMS反射鏡的各個釋放結(jié)構(gòu)74的陣列16。盡管圖6示出12X12陣列，但是如通過本發(fā)明的具體應(yīng)用可以確定的，可以想到其他陣列尺寸。
[0047]MEMS反射鏡(例如陣列16的反射鏡16a)可以設(shè)置在懸臂彈簧結(jié)構(gòu)76上以允許2軸控制。如圖7所示，陣列16的每個反射鏡的運動的機械角范圍可以總共寬達(dá)45度，并且在某些實施方式中，對于至少+/-22度的光學(xué)反射范圍，沿著每個軸為至少+/-11度。在這種構(gòu)造中，在“全平坦”狀態(tài)中陣列16的每個反射鏡負(fù)責(zé)角度視場的不同區(qū)域(即，沒有從與基板72大致平行偏轉(zhuǎn)的反射鏡)。當(dāng)期望目標(biāo)照明時，與控制器20 (圖1A)相關(guān)的，陣列16的每個反射鏡可以獨立地被命令以引導(dǎo)光，反射鏡朝向適于圖像的期望區(qū)域(例如，由圖像目標(biāo)或者面部檢測算法確定的)偏轉(zhuǎn)。
[0048]盡管前面的討論重點在于用于選擇性地將來自光源的光引導(dǎo)至或遠(yuǎn)離圖像目標(biāo)的反射陣列，但是替換實施方式80可以包括透射透鏡陣列，如圖8A和圖8B所示。參照圖8A,根據(jù)一個實施方式,兩部分式基板包括第一部分82a和第二部分82b。第一部分82a具有第一表面84，接近該第一表面84設(shè)置光源86，光源例如是LED元件、LED元件陣列、或任何其他各種已知光源形式。在某些示例中，可以采用多個不同的光源。
[0049]第一部分82a還包括第二表面88，在第二表面88上設(shè)置可以被控制器92控制的MEMS透鏡陣列90。MEMS透鏡陣列90可以是與前面討論的MEMS反射鏡陣列類似的設(shè)計，并且包括可單獨尋址的透鏡90a、90b、90c等。可以借助由控制器92控制的致動電極(未示出，但是如前面例如參照圖5B討論的)來尋址透鏡90a、90b、90c。
[0050]第二部分82b具有設(shè)置成接近MEMS透鏡陣列90的第一表面94。第二部分82b還具有第二表面96,在該第二表面96上形成反射表面98,例如金屬涂層。
[0051]光學(xué)系統(tǒng)從而形成為使得來自光源86的光能夠進入第一部分82a、穿過第一部分82a、離開第一部分82a并穿過MEMS透鏡陣列90的透鏡，MEMS透鏡陣列90將一部分光引導(dǎo)至第二部分82b中。如此引導(dǎo)的光被表面98反射,朝向第二部分82b的第三表面100。光可以在第三表面100處離開，并且被選擇性地引導(dǎo)至或離開圖像目標(biāo)，例如待拍攝的場景中的對象0。
[0052]如前文參照MEMS反射鏡陣列16所述，MEMS透鏡陣列90可以包括可獨立尋址透鏡的mXn陣列，其中m和η可以是例如取決于本發(fā)明的【具體實施方式】的應(yīng)用的任意適當(dāng)數(shù)字。在一個實施方式中，m=n=5。在某些實施方式中，包括MEMS透鏡陣列90的透鏡可以成組被尋址，并且在某些其他實施方式中，透鏡可以單獨可尋址。在某些實施方式中，光學(xué)系統(tǒng)的幾何形狀和包括MEMS透鏡陣列90的透鏡的限位到限位的旋轉(zhuǎn)(stop-to-stoprotation)，使得光束和離開表面100可以被控制到+/-22.5度，或者高達(dá)45度的總掃描角。同樣，當(dāng)期望目標(biāo)照明時，與控制器92相關(guān)的，MEMS透鏡陣列90中的每個透鏡可以被獨立地命令，以引導(dǎo)光朝向適于(例如，由圖像目標(biāo)或者面部檢測算法確定的)圖像的期望區(qū)域。
[0053]透鏡90a、90b、90c的布置和表面96相對于表面100的平面的角度α，使得來自光源86的光被透鏡90a、90b、90c引導(dǎo)至第二部分82b并朝向表面96,在表面96處光被反射到表面100并且可以離開第二部分82b。透鏡90a、90b、90c的取向?qū)⒋_定在表面100處離開的光的各方面，例如光量和光被引導(dǎo)至哪。例如，如圖8A所示，在透鏡90a、90b、90c排列成第一狀態(tài)的情況下，來自光源86的光束會有效地基本準(zhǔn)直和/或被導(dǎo)向單一圖像目標(biāo)
0。類似地，如圖8B所示，在透鏡90a、90b、90c排列成第二狀態(tài)的情況下，來自光源86的光束會被反射，以使得僅有某些光束被導(dǎo)向圖像目標(biāo)0，而某些其他光束被弓|導(dǎo)遠(yuǎn)離圖像目標(biāo)0o
[0054]在本發(fā)明的某些實施方式中，MEMS反射鏡(或透鏡)的陣列可以被修改，以在光離開本文公開的閃光系統(tǒng)時提供期望照明模式。例如，在圖9所示的一個實施方式中，MEMS反射鏡陣列110的反射鏡間的間隔、反射鏡尺寸和反射鏡形狀經(jīng)選擇，以提供離開光的期望填充因子。僅舉例來說，第一排114中的某些反射鏡112比第二排118中的其他反射鏡116更大并間隔更遠(yuǎn)。盡管陣列110的反射鏡都顯示為大致矩形，但是陣列內(nèi)部的反射鏡形狀也可以改變，例如某些是矩形、其他是梯形、還有的是六邊形等。在圖10所示的另一實施方式中，陣列120自身的形狀可以是矩形之外的形狀，例如所示的梯形，同樣包括該陣列的單獨反射鏡的形狀、尺寸和間隔有可能類似或不同。此外，盡管上文依據(jù)反射鏡陣列，類似的考慮和設(shè)計選擇也可以用于透鏡陣列。
[0055]如前文所提及，本文公開的可操縱照明結(jié)構(gòu)在形成用于設(shè)置在移動裝置(例如蜂窩電話)中的相機等的閃光單元時可以找到具體應(yīng)用。這在圖11A和圖11B中進一步示出，圖11A和圖11B是具有本文公開的可操縱照明結(jié)構(gòu)的蜂窩電話的剖面透視圖。圖11A和圖11B顯示出分別示出兩種不同照明圖案的光線跟蹤，散射的和聚焦的。
[0056]當(dāng)代電子設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)和它們的制造方法不是絕對的，而是制造期望設(shè)備和/或結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)上的工作。即使最大限度的關(guān)注過程、初始和處理材料的特性的重復(fù)性等，還是產(chǎn)生變化并且不完美。因此，在對本發(fā)明或其權(quán)利要求的描述中的限制不能或不應(yīng)當(dāng)理解為絕對的。權(quán)利要求書的限制旨在限定本發(fā)明公開的邊界，達(dá)到并包括這些限制。為進一步強調(diào)這點，與權(quán)利要求限制相聯(lián)系的，本文中偶爾會使用術(shù)語“基本上”(盡管對變化和不完美性的考慮不僅限于使用該術(shù)語的這些限制)。盡管精確地限定對本發(fā)明自身的限制很困難，但是我們打算將該術(shù)語解釋為“很大程度上”、“盡可能接近實際”、“在技術(shù)限制內(nèi)，，等。
[0057]前面的描述向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供對本發(fā)明實施方式的方便指導(dǎo)，并且可想到在不脫離由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明公開的精神的范圍的情況下，可以對公開的示例的功能和布置進行各種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種用于提供可操縱光束光源的子系統(tǒng)，包括:光學(xué)透明基板；光源，所述光源設(shè)置為將由其產(chǎn)生的光引導(dǎo)至所述光學(xué)透明基板中；陣列，所述陣列包括多個可獨立尋址的光學(xué)元件，這些光學(xué)元件設(shè)置成使得通過所述透明基板接收的來自所述光源的光入射到所述陣列上，每個所述可獨立尋址的光學(xué)元件能夠獨立地使來自所述光源的所述光的一部分改變方向至期望光路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，其中每個所述可獨立尋址的光學(xué)元件是反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，還包括設(shè)置成接近所述透明基板的反射器，其中每個所述可獨立尋址的光學(xué)元件是透鏡，所述透鏡設(shè)置成使得來自所述光源的光的一部分可以由其獨立地引導(dǎo)以入射到所述反射器上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，其中，所述光源設(shè)置成大致沿著第一軸線發(fā)出光，并且其中所述可獨立尋址的光學(xué)元件設(shè)置成使得來自所述光源的光被反射到在偏離所述第一軸線45度和135度之間旋轉(zhuǎn)的路徑上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的子系統(tǒng)，其中，所述光的至少第一部分被至少第一個所述元件反射，所述光的至少第二部分被至少第二個所述元件反射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，其中，所述光源設(shè)置成大致沿著第一軸線發(fā)出光，并且其中所述可獨立尋址的光學(xué)元件設(shè)置成使得來自所述光源的光圍繞第二軸線準(zhǔn)直，所述第二軸線不平行于所述第一軸線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，還包括磁性致動器陣列，其中每個所述可獨立尋址的光學(xué)元件可以被所述磁性致動器陣列致動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的子系統(tǒng)，其中每個所述可獨立尋址的光學(xué)元件具有在所述磁性致動器陣列中的相應(yīng)的磁性致動器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，還包括與每個所述可獨立尋址的光學(xué)元件相關(guān)聯(lián)的多個電極，以使得每個所述可獨立尋址的光學(xué)元件可以被至少一個所述電極的靜電致動而獨立地定位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，還包括:致動器陣列，由此所述可獨立尋址的光學(xué)元件可以被所述致動器陣列致動；陣列控制器，所述陣列控制器通信連接到所述致動器陣列，以控制對所述可獨立尋址的光學(xué)元件的致動；圖像控制器，以控制對用于圖像捕捉的場景的元素的選擇；且其中，所述陣列控制器通信連接到所述圖像控制器，以使得由所述圖像控制器對元素的選擇，將產(chǎn)生對所述可獨立尋址的光學(xué)元件的相應(yīng)致動，以選擇性地對所述場景的所選擇元素進行照明。
【文檔編號】G03B15/03GK103676140SQ201310407757
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】P·H·斯蓋麥奧茲, D·D·布魯克, T·斯特沃 申請人:帕洛阿爾托研究中心公司