專利名稱：具有基于液體的光學裝置的電子裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及具有光學裝置的電子裝置，該光學裝置包括密封第一液體和易受電影響的第二液體的容器，所述液體不混溶，并且通過界面彼此接觸，至少其中一種所述液體至少部分地設置在穿過該容器的光路中；以及用于控制界面位置的裝置。
背景技術：
包括基于對液體進行控制的光學裝置的電子裝置正迅速地贏得很大的商業興趣，這并非是由于缺少機械運動部件，而是由于光學裝置相對簡單，從而使得光學裝置廉價且耐用。
在美國專利申請US2001/0017985中可找出這類光學裝置的例子，其披露了一種包含兩種不混溶的、具有相同折射率但不同透射率的液體的光學裝置，兩種液體中之一是導電的。通過改變這兩種液體之間的界面，可改變在穿過該裝置的光路中每種液體的量，從而獲得光闌。
國際專利申請WO03/069380披露了一種圓柱形可變焦點透鏡(variable focus lens)，該可變焦點透鏡包含兩種具有不同折射率的不混溶流體，一種流體是導電性的，另一種流體是絕緣的。這些流體最好具有類似的密度，以避免液體的取向對透鏡取向的重力依賴性。通過在透鏡上施加電壓可控制兩種流體之間的界面的形狀，這可被用來引入透鏡焦點的改變。用疏水性涂層涂覆圓柱體的壁和圓柱體的一個透明蓋子，以保證至少在斷開狀態下，使通常為極性液體的導電流體與所述壁之間的接觸面積最小，便于使可變焦點透鏡具有較大光功率范圍。
不過，用這些新型基于液體的光學裝置來取代傳統光學裝置，例如玻璃透鏡系統，并非沒有問題。例如，為了改變其諸如可變焦點功能之類的光學功能而改變光學裝置的界面位置，往往使界面形狀暫時破裂，諸如在界面表面上發生振動。
人們認識到，這對于在反饋機制中利用光學裝置的輸出來控制該光學裝置的光學功能，例如自動聚焦算法，的電子裝置會產生問題，因為這類電子裝置中的傳統反饋機制依賴于光學元件的形狀恒定。通常，在該機制中，驅動電路將指示何時達到預定的電壓，在此之后可計算新的誤差信號。這有可能引起人們不希望的情況即，反饋機制將基于液體的光學裝置的界面形狀的擾動錯誤地理解為是位置誤差。這種理解錯誤將使所實施的算法的收斂發生很大的延遲，從而是應當加以避免的。
發明內容
本發明意在提供一種如開頭段落中所述的電子裝置，以及用于該裝置的控制方法，該方法便于對包含基于液體的光學裝置的光學功能進行很強的基于反饋的控制。
根據本發明的一個方面，提供一種包括光學裝置的電子裝置，該光學裝置包括密封第一液體和易受電影響的第二液體的容器，所述液體不混溶，并且通過界面彼此接觸，所述液體中的至少一種至少部分地處于穿過容器的光路中；第一信號發生裝置，用于產生表示界面與預定位置偏離的控制信號；第二信號發生裝置，用于響應于該控制信號產生用于調整界面位置的另一控制信號；以及控制裝置，用于禁止第二信號發生裝置在界面位置改變期間接收該控制信號的更新。
在本發明的電子裝置中，表示實際界面位置與所需位置偏離的控制信號，在光學裝置為透鏡的情況下為表示與所期望焦點的偏離，或者在光學裝置為光控裝置的情況下表示與所期望光強的偏離的誤差信號僅被輸入控制裝置，以便在所述控制信號達到反映出所述界面的穩定結構的值時，響應于該控制信號產生用于控制所述界面位置的另一控制信號。為此，電子裝置包括可連接在第一信號發生裝置與第二信號發生裝置之間的控制裝置，用于禁止第二信號發生裝置在界面位置轉變期間更新另一控制信號，這就保證了另一控制信號，例如驅動電壓，僅響應于與穩定界面相對應的控制信號而進行更新，從而避免界面發生錯誤的位置轉變。
在一個實施例中，將控制裝置設置成在預定的時間周期之后發出更新使能信號，該時間周期至少為與界面位置改變的預定持續時間一樣長。這就保證了第二信號發生裝置僅在位置改變后的足以使界面穩定下來的時間周期之后對控制信號作出響應。該時間周期可基于光學裝置依賴于時間的切換性質的經驗數據來預先確定。延遲電路可對第二信號發生裝置作出響應，其用于在第二信號發生裝置發出表示另一控制信號已經達到其預定值的信號時啟動所述時間周期。
或者，可以動態地確定時間間隔。為此，控制裝置包括控制信號微分電路，所述微分電路被設置成當控制信號微分滿足預定條件時發出更新使能信號。其優點是，可使另一控制信號的多次隨后產生之間的時間間隔最小，這提高了光學裝置的光學功能的收斂速度。一個附加優點是自動地補償了影響切換速度的光學裝置的老化效應。
在一個實施例中，控制信號微分電路包括用于存儲控制信號的初始值的第一存儲元件；用于存儲控制信號的隨后值的第二存儲元件，以及用于從隨后值中減去初始值的減法器，所述預定條件包括初始值與隨后值之間的容差的閾值。其優點是實現了一種需要很少硬件的非常簡單的實現方式。
所述的另一控制裝置還可以包括計數器，用于對滿足另一預定條件的所述控制信號微分的隨后出現進行記錄。這樣，可通過一個表示可接受誤差容限的控制信號進行區分，其中該可接受誤差容限與微分時具有正確幾何形狀的界面和具有正確且穩定幾何形狀的界面之間的振蕩中的界面相關。
控制信號微分電路可對第二信號發生裝置作出響應，因為在所述另一控制信號已經達到其所期望值之后，即應當避免界面形狀的擾動對控制信號值產生影響的時刻，才涉及對該控制信號的評價。
或者，控制裝置可包括電極結構，該電極結構的至少一部分通過經由介電層與易受電影響的液體分隔開而與該易受電影響的液體構成電容器，該控制裝置被設置成基于對該電容器的電容的估計來禁止第二信號發生裝置在界面位置改變期間接收該控制信號的更新。在本實施例中，控制裝置獨立于控制信號進行操作。
有多種方法可確保在界面不穩定期間，第二信號發生裝置不對控制信號作出響應。第二信號發生裝置一般包括用于將控制信號解碼的某些邏輯功能，以及電壓發生器，該電壓發生器可以是響應于該邏輯功能的AC或DC電壓發生器。在界面轉變期間，可將邏輯功能置于休眠模式，在此期間不解釋該控制信號。在接收到使能信號時啟動該邏輯功能。
或者，電子裝置可包括處于第一信號發生裝置與第二信號發生裝置之間的信號路徑中的開關，所述開關對使能信號作出響應。其優點是，可將第二信號發生裝置從第一信號發生裝置隔絕開，而不必將第二信號發生裝置局部去激活。
在一個實施例中，第一信號發生裝置包括圖像傳感器，用于記錄由光學裝置拍攝的圖像；和與圖像傳感器耦合的處理器，通常將該處理器設置成基于圖像傳感器的輸出，通過評估圖像傳感器所拍攝的圖像的性質產生控制信號。
根據本發明的另一方面，提供具有光學裝置的電子裝置的一種控制方法，該光學裝置包括密封第一液體和易受電影響的第二液體的容器，所述液體不混溶，并且通過界面彼此接觸，所述液體中的至少一種至少部分地處于穿過容器的光路中；該方法包括產生表示界面的實際位置與所需位置之間的差值的控制信號；響應于該控制信號產生用于調整界面位置的另一控制信號；并禁止第二信號發生裝置在界面位置改變期間更新另一控制信號。其優點是可避免基于錯誤的控制信號來更新另一控制信號。
將參照附圖更詳細地且通過非限定性示例來描述本發明，其中圖1示意地表示基于液體的光學裝置的切換性質；圖2表示本發明電子裝置的一個實施例；圖3表示本發明電子裝置的另一實施例；
圖4表示本發明電子裝置的另一實施例；以及圖5表示本發明電子裝置的另一實施例。
具體實施例方式
應當理解，附圖僅是示意性的，并未依照比例繪出。還應當注意的是，在附圖中使用相同附圖標記表示相同或相似部件。
圖1表示光學裝置10，其可為如國際專利申請WO03/069380中所披露的可變焦點透鏡。光學裝置10包括容納在圓柱形腔體中的第一液體A和第二易受電影響的液體B。液體是不混溶的，具有不同的折射率，并且最好具有相同的密度以避免對包括液體間界面14在內的液體取向產生與取向相關的重力作用。圓柱形腔體的內壁可以被諸如購自Dupont公司的AF1600TM的疏水性涂層所覆蓋，其可以與例如聚對二甲苯疊層結合，在壁電極12與第二液體B之間產生絕緣介電層16。使用電壓源50在壁電極12和另一電極2上施加電壓。
在操作期間，電壓源50所施加電壓的改變導致容器內壁的潤濕性發生改變，這就使界面的形狀從初始的接觸位置18改變到最終接觸位置18’，例如從凹面變為凸面形狀，如位置I和III分別表示的那樣。在光學裝置10為可變焦點透鏡的情形中，這將改變透鏡的焦點。通常，電壓源50向與信號處理器(未示出)耦合的諸如傳感器的攝像裝置發出已經完成變壓的信號，其是攝像裝置拍攝由光學裝置10所產生的圖像的觸發信號。不過，使用基于液體的光學裝置，諸如光學裝置10，不能保證在電壓源50完成變壓與光學裝置10達到相應最終位置之間是時間相關的。界面14的位置改變趨于在界面14上引起阻尼振蕩，如圖1的中間部分(II)中的箭頭17所表示的，其在電壓源50已經完成其變壓時依然會存在。如果在這種振蕩依然存在時允許攝像裝置拍攝光學裝置10所產生的圖像，攝像裝置將拍攝到畸變圖像，這導致錯誤地產生諸如誤差信號的控制信號。
圖2表示本發明電子裝置的第一實施例，其中避免了這種錯誤信號對光學裝置的驅動的影響。電子裝置1包括如前所述的光學裝置10。傳感器32置于光學裝置10的后面，以便從穿過光學裝置10的光路L中捕獲光。傳感器32產生可以為RGB，CMY或CMYK信號的輸出信號，由處理器34對其進行進一步處理。通常，處理器34被設置成用于估計由傳感器32所產生的圖像，并產生表示所產生的圖像與期望圖像的偏差的控制信號。由于與期望圖像的偏差，例如聚焦偏差，與界面的實際位置和所需位置之間的差值有關，可使用控制信號改變界面14的位置。將控制信號發送到電壓源50，該電壓源50可包括用于估計控制信號的邏輯52和對邏輯52作出響應的電壓發生器54。電壓發生器54所產生的電壓是響應于來自處理器34的控制信號而調整界面14位置的另一控制信號的一個例子。
如前所述，本發明是基于這樣的認識，即，應當避免對所述另一控制信號的更新是以傳感器32從擾動的界面14拍攝的圖像的估計為基礎的。為此，電子裝置1在從處理器34到電壓源50的信號路徑中還包括控制電路40和開關60。開關60對控制電路40作出響應。將控制電路40配置成在通知界面14的位置正在更新時，使開關60失效一預定的時間周期。可由電壓源50提供該通知，如從電壓源50到控制電路40的虛線所示。通常，將該時間周期選擇為長度足以使界面14再次呈現出穩定位置。這樣可防止電壓源50基于來自處理器34的、從不穩定界面14得出的控制信號來更新另一控制信號，即電極對2和12上的電壓。當檢測到開關60有效時，或者通過來自控制電路40的、在該時間間隔結束之后所產生的使能信號，觸發電壓源50，對控制信號再次進行采樣。在后一種情形中，可省略開關60，因為在由控制電路40產生的使能信號啟動時，電壓源50僅對控制信號敏感。
基于測得的針對界面14的最差情形切換時間，例如從極限凸面到極限凹面形狀的切換時間，控制電路40中包含的預定時間周期為單一數值。不過，在界面14的隨后切換步驟之間的時間延遲應當保持盡可能小的應用中，這可能是人們不希望的。對于這些應用來說，控制電路40可包括查詢表(LUT)，在其中存儲以所施加電壓為函數的延遲時間，在此情形中，控制電路40基于所施加的電壓、以前施加的電壓或這兩個電壓之間的差值來選擇適當的時間延遲。控制電路40還可以對溫度傳感器(未示出)作出響應，以便矯正對界面14的切換時間的預定溫度影響。
圖3表示本發明電子裝置1的另一實施例。與圖2相比，省略了開關60，并且使電壓源50中的邏輯52對控制電路40作出響應。邏輯52被配置成將接收自處理器34的控制信號轉換成用于電壓發生器54的電壓產生命令。只要控制電路40被告知界面14的位置正在改變，例如通過檢測電壓發生器54的輸出電壓的改變，或者通過來自電壓源50的通知信號而被告知，控制電路40就可使邏輯52失效，防止在界面14的位置改變期間更新電壓產生命令。邏輯52可接收數字形式的控制信號，并且可包括寄存器(未示出)，該寄存器響應于來自控制電路40的使能信號而存儲該控制信號。在預定時間間隔結束之后，控制電路40發出更新使能信號，以允許邏輯52獲得其寄存器中的控制信號的更新值。邏輯52還可以接收模擬形式的控制信號，在此情形中，可以將數值存儲到例如電容器(未示出)上，在控制電路40發出更新使能信號時，使能該電容器以采樣控制信號的新數值。
圖4表示本發明電子裝置1的另一實施例，其中由控制電路40動態地確定所述時間間隔。在本實施例中，使控制電路40對處理器34作出響應。控制電路40包括微分電路42，用于對控制信號的時間性質進行微分。將微分電路42設置成在控制信號微分滿足預定條件時發出更新使能信號。通常，該預定條件為進行微分的最大允許值的閾值。優選地，將所述的預定條件定義為微分結果處于預定閾值以下的情況隨后出現的次數，以保證界面14已經達到穩定的幾何形狀。為此，可增加計數器44，以計算微分結果處于所需閾值以下的情況隨后出現的次數。處于所需閾值以下的微分結果的每次出現可被視為滿足了另一預定條件，所述預定條件定義為另一預定條件隨后出現的次數。所產生的更新使能信號還可以再次用來控制如圖2中所示的開關，或如圖3中所示的邏輯52，等等。
微分電路42可按照實現這種功能的任何已知方式來實現。在一個實施例中，微分電路包括用于存儲控制信號的當前值的第一存儲元件45，用于存儲控制信號的在先值的第二存儲元件46，與兩個存儲元件45和46連接減法器47，該減法器47用于從存儲在第一存儲元件45中的數值中減去存儲在第二存儲元件46中的數值，以及與減法器47的輸出相連的比較器48，該比較器48用于將減法器47的輸出與如前所述的預定條件或預定的另一條件進行比較。第一和第二存儲元件45和46可構成二級多位移位寄存器，在接收到控制信號的更新值時，將來自第一存儲元件45的數值移位到第二存儲元件46中。
可選地，將比較器48與計數器44連接，如果預定的另一條件得以滿足，則向計數器發出信號，計數器44被配置成在達到預定值，即預定條件時，產生更新使能信號。在產生更新使能信號之后，計數器將其自身復位為零。如果比較器48檢測到不符合預定的另一條件，則也將計數器44復位為零，但不產生更新使能信號。或者，控制電路40中包括大量用于存儲控制信號的更多數值的存儲元件。這樣就不需要計數器44存在，因為對控制信號的超過兩個數值的估計也能保證界面14達到穩定的幾何形狀。
通過控制電路40估計界面14的動態性質，不局限于估計處理器34所產生的控制信號。圖5表示本發明電子裝置1的另一實施例。在本實施例中，控制電路40與壁電極12和另一電極2相連，監測由壁電極12、介電層16和易受電影響的液體B與介電層16的接觸區所構成的電容器的電容的時間性質。由于在界面14轉變或振蕩期間該接觸區發生改變這一事實，光學裝置10的該電容器的電容波動將表示界面14不穩定。從而，將控制電路40設置成在電容的時間性質滿足與前面所述的預定條件相似的預定條件時發出更新使能信號。可按照與圖4中所示及其詳細描述中所描述的對控制信號進行估計的相同方式來估計電容的時間性質。
此時，需要強調的是，禁止更新另一控制信號意味著，在界面14的位置改變期間將第二信號發生裝置切換到休眠狀態。此外，所述另一控制信號不必是恒定信號；其例如可以為具有預定形狀的可變電壓波形，根據所述控制信號來啟動該波形。
本領域技術人員顯然可想到，本發明方法的實施不限于上述實施例，易于得出圖2-5中所示實施例的多種變型。例如，除了禁止邏輯52接收更新后的控制信號之外，可使處理器34對控制邏輯40作出響應，防止輸出更新后的控制信號。或者，控制電路40可為處理器34提供更新使能信號，為電壓發生器54提供延遲的更新使能信號，所述延遲是以邏輯52對來自處理器34的控制信號的處理時間為基礎的。在本實施例中，電壓發生器54可包括數據存儲元件，該數據存儲元件對延遲后的更新使能信號作出響應，捕獲邏輯52的輸出。此外，可以將控制電路40集成到電子裝置1的其他功能模塊之一中，諸如處理器34，該控制電路能夠以硬件或軟件加入到所述功能模塊中。顯然還可以看出，本發明不限于包括基于液體的可變焦點透鏡的電子裝置，本發明還可以應用于包括其他的基于液體的光學裝置的電子裝置，該基于液體的光學裝置例如基于液體的變焦距鏡頭、基于液體的快門，或如美國專利申請US2001/0017985中所披露的基于液體的光闌，或者應用于包括這些基于液體的光學裝置的組合的電子裝置。
此時，需要強調的是，在本發明范圍內，術語“易受電影響的液體”意在包括導電液體、極性液體和極化液體。此外，需要強調的是，盡管在本申請中將用于控制界面14位置的裝置描述為利用電壓控制界面14形狀的電極結構，不過用于控制界面14位置的其他裝置同樣是可接受的，諸如利用磁場進行控制。在此情形中易受電影響的液體包括鐵磁流體，在本發明的上下文中，易受電影響的液體意在包括對磁場作出相應的液體。
應當注意，上述實施例說明而非限制本發明，本領域技術人員將可以在不偏離所附權利要求的范圍的情況下設計出許多可選實施例。在權利要求中，置于圓括號內的任何附圖標記都不應當被解釋為限制該權利要求。詞語“包括”不排除存在權利要求所列之外的元件或步驟。元件前面的詞語“一個”不排除存在多個這種元件。可利用包括多個不同元件的硬件來實現本發明。在包括多個裝置的產品權利要求中，可由一個相同的硬件項來實現這些裝置中的多個。唯一的事實在于，在互不相同的從屬權利要求中所引用的某些措施不表明不能使用這些措施的組合來獲得益處。
權利要求
1.一種電子裝置(1)，包括光學裝置(10)，該光學裝置包括密封第一液體(A)和易受電影響的第二液體(B)的容器，所述液體(A；B)不混溶，并且通過界面(14)彼此接觸，所述液體(A；B)中的至少一種至少部分地處于穿過所述容器的光路中；第一信號發生裝置(34)，用于產生表示所述界面(14)的實際位置與所需位置之間的差值的控制信號；第二信號發生裝置(50)，用于響應于所述控制信號而產生調整所述界面(14)位置的另一控制信號；以及控制裝置(40)，用于禁止所述第二信號發生裝置(50)在所述界面(14)位置改變期間更新所述另一控制信號。
2.如權利要求1所述的電子裝置(1)，其中，所述控制裝置(40)被設置成在預定時間周期之后發出更新使能信號，所述時間周期至少與所述界面(14)位置改變的預定持續時間一樣長。
3.如權利要求1或2所述的電子裝置(1)，其中，所述控制裝置(40)對所述第二信號發生裝置(50)作出響應。
4.如權利要求1所述的電子裝置(1)，其中，所述控制裝置包括用于對所述控制信號進行微分的微分電路(42)，所述微分電路(42)被設置成在所述控制信號的微分滿足預定條件時發出更新使能信號。
5.如權利要求4所述的電子裝置(1)，其中，所述微分電路(42)包括用于存儲所述控制信號的初始值的第一存儲元件(45)；用于存儲所述控制信號的隨后值的第二存儲元件(46)；以及從所述隨后值中減去所述初始值的減法器(47)，所述預定條件包括所述初始值與所述隨后值之間的容差的閾值。
6.如權利要求4或5所述的電子裝置(1)，其中，所述控制裝置(40)還包括計數器(44)，用于對處于另一預定條件以下的所述控制信號的微分的隨后出現進行記錄。
7.如權利要求4-6其中任一所述的電子裝置(1)，其中，所述微分電路(42)對所述第二信號發生裝置(50)作出響應。
8.如權利要求2-7其中任一所述的電子裝置(1)，還包括處于所述第一信號發生裝置(34)與所述第二信號發生裝置(50)之間的信號路徑中的開關(60)，所述開關(60)對所述更新使能信號作出響應。
9.如權利要求1-8其中任一所述的電子裝置(1)，其中，所述第一信號發生裝置(32，34)包括圖像傳感器(32)，用于記錄所述光學裝置(10)所拍攝的圖像；以及與所述圖像傳感器(32)相連的處理器(34)，該處理器(34)被設置成基于所述圖像傳感器(32)的輸出產生所述控制信號。
10.如權利要求1所述的電子裝置(1)，其中，所述控制裝置(40)包括電極結構(2；12)，所述電極結構的至少一部分(12)通過經由介電層(16)與所述易受電影響的第二液體(B)分隔開而與所述易受電影響的液體(B)構成電容器，所述控制裝置(40)被設置成基于對所述電容器的電容幅值的估計，禁止所述第二信號發生裝置(50)在所述界面(14)的位置改變期間接收所述控制信號的更新。
11.如權利要求1所述的電子裝置，其中，該電子裝置是移動通信裝置。
12.如權利要求10所述的電子裝置，其中，所述第一信號發生裝置(34)對所述控制裝置(40)作出響應。
13.一種用于控制電子裝置的方法，該電子裝置具有光學裝置(10)，該光學裝置(10)包括密封第一液體(A)和易受電影響的第二液體(B)的容器，所述液體(A；B)不混溶，并且通過界面(14)彼此接觸，所述液體(A；B)中的至少一種至少部分地處于穿過所述容器的光路中；該方法包括產生表示所述界面(14)的實際位置與所需位置之間的差值的控制信號；響應于所述控制信號產生用于調整所述界面(14)的位置的另一控制信號；以及禁止所述第二信號發生裝置(50)在所述界面(14)位置改變期間更新所述另一控制信號。
全文摘要
本發明披露了一種包括光學裝置(10)的電子裝置(1)，該光學裝置包括密封絕緣液體(A)和易受電影響的液體(B)的容器，絕緣液體(A)與易受電影響的液體(B)不混溶，并且通過界面(14)彼此接觸，所述液體(A；B)中的至少一種至少部分地處于穿過容器的光路中。該電子裝置還包括第一信號發生裝置(34)，用于產生表示界面(14)的實際位置與所需位置之間的差值的控制信號；第二信號發生裝置(50)，用于響應于該控制信號產生用于調整界面(14)位置的另一控制信號；以及控制裝置(40)，禁止第二信號發生裝置(50)在界面位置改變期間更新該另一控制信號。從而，避免對另一控制信號，例如光學裝置的驅動電壓的更新是基于從不穩定界面(14)得到的控制信號，例如聚焦誤差信號。
文檔編號G02B3/14GK101057169SQ200580038370
公開日2007年10月17日 申請日期2005年10月28日 優先權日2004年11月10日
發明者伊馮·F.·黑爾韋根, 斯泰因·凱珀, 伯納德斯·H.·W.·亨德里克斯, 羅伯特·W.·J.·澤爾斯特拉 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司