УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО РАЗМЫТИЯ Российский патент 2012 года по МПК G02F1/1337 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится в общем к цифровой фотографии и в частности к снижению размытия изображения с помощью электронно-управляемой жидкокристаллической оптики.

Уровень техники

Производители сотовых телефонов постоянно стремятся уменьшать размер этих телефонов и, в то же время, стремятся увеличивать количество и сложность признаков устройства. Одним примером такого признака является цифровая камера, встроенная в телефон, что стало стандартом для современных телефонов. Стал стандартным не только этот признак, но с появлением каждого нового поколения телефона потребители ожидают повышения разрешения, быстродействия, четкости и других аспектов камеры. Аналогично, с появлением каждого нового поколения, увеличивается размер и/или разрешение экрана дисплея телефона. Это увеличение возможностей дисплея работает против производительности камеры, поскольку пользователю становится легче наблюдать дефекты в изображении, захваченном камерой.

В цифровых камерах, как и в обычных механических/пленочных камерах, количество света, достигающее датчика, регулируется затвором. Затвор открывается, позволяя свету, проходящему через апертуру, достигнуть датчика изображения. Интервал времени, в течение которого затвор открыт, определяет количество света, принимаемого датчиком изображения. В отличие от пленки, датчик света в цифровой камере может сбрасываться электронными средствами, поэтому цифровые камеры имеют цифровой затвор, а не механический затвор. По этой причине, когда камера захватывает изображение, это изображение представляет сцену в течение периода времени (времени экспозиции).

Если камера движется в течение времени экспозиции, датчик будет принимать так называемое «смазанное» изображение - изображение без четких краев и лишенное деталей. Размытие является естественным результатом сотрясения руки, фотографирования из движущегося автомобиля, фотографирования на ходу и многих других причин.

Для повышения качества изображения и компенсации сотрясения камеры традиционная конструкция камеры требует механического движения линзы или зеркала для регулировки длины оптического пути (OPL). Поскольку известные линзы, зеркала и приспособления, приводящие их в движение, слишком велики для сотового телефона, известные способы снижения размытия оказываются непрактичными.

Поэтому необходимо преодолеть вышеозначенные проблемы, связанные с уровнем техники.

Раскрытие изобретения

Устройство компенсации движения камеры согласно варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя первую жидкокристаллическую ячейку, имеющую пару параллельных прозрачных пластин и первый источник напряжения, соединенный с первой жидкокристаллической ячейкой и способный создавать и изменять первый градиент напряжения между пластинами первой жидкокристаллической ячейки. Устройство также включает в себя вторую жидкокристаллическую ячейку, имеющую пару параллельных прозрачных пластин, расположенную так, что каждая из пластин второй жидкокристаллической ячейки параллельна пластинам первой жидкокристаллической ячейки и находится в световой связи с по меньшей мере одной волной света, проходящей через пластины первой жидкокристаллической ячейки, второй источник напряжения, соединенный со второй жидкокристаллической ячейкой и способный создавать и изменять второй градиент напряжения между поверхностями второй жидкокристаллической ячейки, и детектор движения и ориентации, соединенный с возможностью передачи данных с первым и вторым источникам напряжения, причем первый источник напряжения изменяет наклон первого градиента напряжения пропорционально движению, воспринимаемого детектором, и второй источник напряжения изменяет наклон второго градиента напряжения пропорционально движению, воспринимаемому детектором.

Согласно дополнительному признаку настоящего изобретения устройство включает в себя состояние низкого напряжения первого источника напряжения и состояние низкого напряжения второго источника напряжения, причем, когда первый и второй источники напряжения находятся в состоянии низкого напряжения, блок управления (директор) жидкого кристалла первой жидкокристаллической ячейки и блок управления (директор) жидкого кристалла второй жидкокристаллической ячейки одновременно параллельны или перпендикулярны пластинам соответствующих первой и второй жидкокристаллических ячеек.

В другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению блок управления (директор) жидкого кристалла первой жидкокристаллической ячейки параллелен пластинам первой жидкокристаллической ячейки, и блок управления (директор) жидкого кристалла второй жидкокристаллической ячейки перпендикулярен пластинам второй жидкокристаллической ячейки, или наоборот.

Согласно дополнительному признаку настоящего изобретения направление трения первой жидкокристаллической ячейки ортогонально направлению трения второй жидкокристаллической ячейки.

Согласно еще одному признаку настоящего изобретения первый градиент напряжения параллелен второму градиенту напряжения.

Согласно еще одному признаку наклон первого градиента напряжения и наклон второго градиента напряжения постоянны, благодаря чему результирующее изменение показателя преломления на протяжении каждой жидкокристаллической ячейки является линейным.

Согласно дополнительному признаку настоящее изобретение включает в себя первое зеркало, параллельное первой и второй жидкокристаллическим ячейкам и соседствующее с ними, для отражения световых лучей, проходящих через первую и вторую жидкокристаллические ячейки, в первую и вторую жидкокристаллические ячейки.

Настоящее изобретение согласно другому варианту осуществления включает в себя способ компенсации движения камеры путем регистрации движения камеры и компенсации зарегистрированного движения путем создания первого градиента напряжения в первой жидкокристаллической ячейке и/или второго градиента напряжения во второй жидкокристаллической ячейке, где наклон создаваемого градиента пропорционален зарегистрированному движению.

Согласно дополнительному признаку настоящего изобретения первая жидкокристаллическая ячейка включает в себя первое множество молекул жидкого кристалла, помещенное между первой парой параллельных прозрачных пластин, вторая жидкокристаллическая ячейка включает в себя второе множество молекул жидкого кристалла, помещенное между второй парой параллельных прозрачных пластин, и создание по меньшей мере одного градиента напряжения изменяет ориентацию директора жидкого кристалла по меньшей мере одной из первой и второй жидкокристаллических ячеек по отношению к другой из первой и второй жидкокристаллических ячеек в зависимости от зарегистрированного движения.

Согласно еще одному признаку настоящего изобретения создание по меньшей мере одного градиента напряжения переводит по меньшей мере одно из первого и второго множеств молекул жидкого кристалла из начального состояния, в котором директор жидкого кристалла по меньшей мере одной из первой и второй жидкокристаллических ячеек параллелен или перпендикулярен пластинам по меньшей мере одной из первой и второй жидкокристаллических ячеек.

Другие отличительные признаки изобретения изложены в формуле изобретения.

Хотя изобретение проиллюстрировано и описано в настоящем документе применительно к устройству и способу снижения оптического размытия, оно, тем не менее, не подлежит ограничению показанными деталями, поскольку допускает различные модификации и структурные изменения без отхода от сущности изобретения и в пределах объема формулы изобретения и ее эквивалентов.

Конструкцию и способ действия изобретения совместно с его дополнительными задачами и преимуществами можно лучше понять из нижеследующего описания конкретных вариантов осуществления, приведенного со ссылками на сопровождающие чертежи.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи, где сходные ссылочные позиции обозначают идентичные или функционально аналогичные элементы на различных видах, и которые, совместно с нижеприведенным подробным описанием, составляют часть описания изобретения, служат для дополнительной иллюстрации различных вариантов осуществления и для пояснения различных принципов и преимуществ настоящего изобретения.

Фиг. 1 - вид в разрезе жидкокристаллической ячейки, где молекулы жидкого кристалла выровнены горизонтально в жидкокристаллической ячейке 100, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - вид сверху одной молекулы жидкого кристалла, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 - иллюстрация реакции молекулы жидкого кристалла на приложенное напряжение, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 - вид в разрезе жидкокристаллической ячейки, где множество молекул жидкого кристалла обеспечено между первой пластиной и второй пластиной.

Фиг. 5 - вид в разрезе, демонстрирующий влияние жидких кристаллов на множество световых лучей, проходящих через ячейку.

Фиг. 6 - вид в разрезе аппликаторов напряжения, создающих градиент напряжения между двумя пластинами жидкокристаллической ячейки, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 - вид в разрезе световых лучей, входящих в грань падения блока, физически эквивалентного жидкокристаллической ячейке, где создан градиент напряжения, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8 - вид в разрезе жидкокристаллической ячейки, где множество молекул жидкого кристалла обеспечено между первой пластиной и второй пластиной, где молекулы жидкого кристалла в ячейке выровнены перпендикулярно плоскости страницы чертежа, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 9 - вид в разрезе жидкокристаллической ячейки, показанной на фиг. 8, где создан градиент напряжения, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 10 - вид в вертикальном разрезе ячейки, показанной на фиг. 4, выровненной с ячейкой, показанной на фиг. 8, в конфигурации световой связи, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 11 - вид в вертикальном разрезе ячеек, показанных на фиг. 10, выровненных в конфигурации световой связи, демонстрирующий результат создания в них градиента напряжения, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 12 - вид в вертикальном разрезе эквивалентных призматических форм, демонстрирующий влияние градиентов напряжения на ячейки, показанные на фиг. 4 и 8, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 13 - вид в вертикальном разрезе, демонстрирующий, как ячейки, показанные на фиг. 4 и 8, можно использовать для предотвращения размытия изображения, вызванного сотрясением устройства записи изображения, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 14 - вид в перспективе, где показаны сотовый телефон со встроенным устройством захвата изображения и объект съемки, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 15 - блок-схема системы управления градиентами напряжения, создаваемыми в ячейках, показанных на фиг. 4 и 8, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 16 - логическая блок-схема иллюстративного процесса регистрации движения и ориентации устройства и создания соответствующего градиента напряжения в соответствующих жидкокристаллических ячейках, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 17 - вид в вертикальном разрезе конфигурации, позволяющей уменьшить толщину ячеек, согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 13, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Здесь раскрыты подробные варианты осуществления настоящего изобретения; однако следует понимать, что раскрытые варианты осуществления являются лишь примерами изобретения, которые могут быть воплощены в различных формах. Поэтому раскрытые здесь конкретные структурные и функциональные детали не следует интерпретировать как ограничение, но лишь как основу для формулы изобретения, и как представительный базис, позволяющий специалисту в данной области техники разнообразным образом осуществлять настоящее изобретение практически в любой надлежащим образом детализированной структуре. Кроме того, используемые здесь термины и выражения предназначены не для ограничения, а для обеспечения понятного описания изобретения.

Описанные здесь варианты осуществления можно реализовать различными способами с использованием различных технологий, которые обеспечивают не только ослабление эффектов размытия в камере, но также средство для изготовления камеры с функцией противодействия размытию. Эти камеры обычно не имеют подвижных механических частей и могут обеспечивать уменьшение размытия за счет зависящего от напряжения двойного лучепреломления жидкокристаллических структур отображения.

Настоящее изобретение обеспечивает новую и эффективную практически мгновенную коррекцию движения камеры. На фиг. 1 показан первый вариант осуществления жидкокристаллической ячейки 100, которая включает в себя пару по меньшей мере частично прозрачных пластин 102 и 104, разнесенных относительно друг друга и выровненных в параллельной конфигурации. В частности, первая пластина 102 имеет внешнюю поверхность 106 и внутреннюю поверхность 108. Внутренняя 106 и внешняя 108 поверхности являются, по существу, плоскими поверхностями и, по существу, параллельны друг другу, тем самым обеспечивая, по существу, однородную толщину на протяжении длины L1 первой пластины 102. Аналогично, вторая пластина 104 внешнюю поверхность 110 и внутреннюю поверхность 112. Внутренняя 112 и внешняя 110 поверхности являются, по существу, плоскими поверхностями и, по существу, параллельны друг другу, тем самым обеспечивая, по существу, однородную толщину на протяжении длины L2 второй пластины 104. В одном варианте осуществления длины L1 и L2, по существу, равны.

Первая пластина 102 и вторая пластина 104 разделены расстоянием d. Между пластинами 102, 104 располагается несколько жидких кристаллов 114. Жидкие кристаллы 114 удерживаются между двумя пластинами 102, 104 торцевыми крышками 116 и 118. Жидкие кристаллы 114 также удерживаются верхней крышкой 120 и нижней крышкой 122. Верхняя крышка 120 покрывает верхние края пластин 102 и 104. Однако вид, показанный на фиг. 1, смотрит сверху вниз на верхние края жидкокристаллической ячейки, и верхняя крышка 120 изображена прозрачной, что на практике не всегда соответствует действительности. Нижние края пластин 102, 104 покрыты нижней крышкой 122, которая не видна в виде на фиг. 1.

Молекулы 114 жидкого кристалла имеют предпочтительное направление выравнивания, которое может описать единичным вектором, который называется “директором” жидкого кристалла. В одном варианте осуществления настоящего изобретения нормальная ориентация директора жидкого кристалла, по существу, параллельна двум пластинам 102 и 104, показанным на фиг. 1. Эта нормальная ориентация (параллельная двум пластинам 102 и 104) обусловлена мерой выравнивания, взятой для того, чтобы гарантировать, что жидкие кристаллы 114 будут иметь направление покоя, показанное на фиг. 1. Меры выравнивания для жидких кристаллов общеизвестны в технике и могут включать в себя использование полиимидов, «трение» внутренних поверхностей 106 и 112 пластин 102 и 104, создание электрического поля, статического заряда и пр.

На фиг. 2 показан один жидкий кристалл 200, представляющий каждый из жидких кристаллов 114. Жидкий кристалл 200 имеет первый размер A по первой оси A и второй размер B по второй оси B. Первый размер A больше второго размера B, и ось A обычно называется длинной молекулярной осью.

На фиг. 3 показано влияние подачи напряжения на каждую молекулу жидкого кристалла 200. Согласно варианту осуществления изобретения, в незаряженном состоянии, молекула 200 жидкого кристалла остается в своей позиции покоя, где ось A параллельна пластинам 102 и 104, как показано на фиг. 2. Однако, при создании заряда, т.е. подаче электрического потенциала на пластины 102 и 104, молекула 200 жидкого кристалла возбуждается, и ее ось A ориентируется перпендикулярно пластинам 102 и 104, как показано на фиг. 3.

На фиг. 3 показана молекула 200 жидкого кристалла между двумя пластинами 102 и 104. В состоянии включенного напряжения на первой пластине 102 скапливается отрицательный заряд, и на второй пластине 104 скапливается положительный заряд. Молекула 200 жидкого кристалла, благодаря зарядам на пластинах 102 и 104, возбуждается. В своем включенном состоянии молекула 200 жидкого кристалла имеет частично положительный конец 302 и частично отрицательный конец 304. Притяжение между положительным концом 302 жидкого кристалла 200 и отрицательно заряженной пластиной 102 и такое же притяжение между отрицательным концом 304 жидкого кристалла 200 и положительно заряженной пластиной 104 заставляет жидкий кристалл 200 покидать свою позицию естественного выравнивания, показанную на фиг. 2, и поворачиваться, занимая позицию, аналогичную показанной на фиг. 3.

В ходе заряжания и вращения, жидкий кристалл сохраняет свою естественную тенденцию к выравниванию, показанному на фиг. 2. В результате, при удалении электрического потенциала между стенками 102 и 104, жидкий кристалл будет «пружинить» обратно к его начальному выравниванию (фиг. 2). Естественная тенденция жидкого кристалла возвращаться к начальной ориентации позволяет электрически управлять степенью поворота жидкого кристалла. Другими словами, жидкий кристалл 200 можно ориентировать под любым углом между параллельной ориентацией, показанной на фиг. 2, и перпендикулярной ориентацией, показанной на фиг. 3. Чем больше разность потенциалов между первой пластиной 102 и второй пластиной 104, тем больше угол поворота на жидком кристалле 200.

На фиг. 4 показана жидкокристаллическая ячейка 400, где множество молекул 402 жидкого кристалла обеспечено между первой пластиной 404 и второй пластиной 406. Каждая из пластин 404 и 406 имеет аппликаторы 408 и 410 напряжения, соответственно. Аппликаторы 408 и 410 напряжения представляют любую меру для подачи напряжения на пластины 404 и 406. Помимо создания однородного электрического потенциала между пластинами 404 и 406 аппликаторы 408 и 410 напряжения способны создавать линейный градиент напряжения на пластинах 404 и 406. При создании градиента напряжения в первом положении между пластинами 404 и 406 присутствует больший потенциал, чем во втором положении между пластинами 404 и 406.

Непосредственно под ячейкой 400, показанной на фиг. 4, изображен график 412, демонстрирующий, что электрический потенциал, поданный на ячейку 400, равен нулю по всей длине L ячейки 400. При подаче нулевого напряжения молекулы 402 жидкого кристалла остаются в их естественной ориентации, которая аксиально выровнена с пластинами 404 и 406, т.е. параллельна им.

На фиг. 5 показано влияние жидких кристаллов на множество световых лучей 500a-n, проходящих через ячейку 400. Ячейка 400 представлена в виде блока 501 прозрачного материала, например кристаллов кальцита или нитрида бора. Световые лучи 500a-n входят в первую сторону 502 блока 501 под первым углом Ө_A, проходят через блок 501, и выходят из блока 501 на второй стороне 504 под углом Ө_B, который, по существу, эквивалентен первому углу Ө_A. Прохождение света аналогично прохождению света через фактический блок прозрачного материала с параллельными входной 502 и выходной 504 гранями.

На фиг. 6 показана ячейка 400, где аппликаторы 408 и 410 напряжения создают градиент напряжения между пластинами 404 и 406. График 600 под ячейкой 400 демонстрирует рост электрического потенциала V на протяжении длины L ячейки 400. В левой стороне графика представлено минимальное напряжение, указанное на фигуре как нулевое, а в правой стороне фигуры представлено максимальное напряжение. В одном варианте осуществления аппликаторы 408 и 410 напряжения представляют собой дорожки или листы оксида индия-олова (ITO), имеющие управляемое сопротивление и известные в технике. При подаче напряжения к одному концу существует плавный градиент падения напряжения вдоль листа или дорожки ITO.

Молекулы 402 жидкого кристалла реагируют на приложенные напряжения поворотом, который пропорционален величине напряжения V. В частности, в левой стороне ячейки 400, где электрический потенциал минимален, как показано на графике 600 под ячейкой, молекулы 402 жидкого кристалла остаются, по существу, в своих первоначально выровненных позициях и аксиально (их ось A, показанная на фиг. 2) параллельными пластинам 404 и 406. В правой стороне ячейки 400, где электрический потенциал максимален, как показано на графике 600 под ячейкой, молекулы жидкого кристалла 402 повернуты относительно своих исходных позиций, будучи, по существу перпендикулярны пластинам 404 и 406. Между левой и правой сторонами ячейки 400 молекулы 402 жидкого кристалла образуют изменяющиеся углы между ориентациями, параллельными и перпендикулярными пластинам 404 и 406, в зависимости от приложенного напряжения V согласно градиенту напряжения 600.

Предпочтительно, как показано на следующих фигурах, градиент напряжения 600, созданный на ячейке 400, заставляет падающий световой луч выходить из ячейки 400 под углом Ө_B, отличным от угла падения Ө_A.

На фиг. 7 показано множество идентичных световых лучей 700a-n, входящих в грань падения 702 блока 701. Лучи 700a-n распространяются через блок 701 и выходят через выходную грань 704. Выходная грань 704 наклонена и не параллельна грани падения 702. Блок 701 демонстрирует влияние градиента подаваемого напряжения 600 на ячейку 400, которое эквивалентно созданию призмы 701. Как известно из уровня техники, свет, входящий в призму, выходная грань и входная грань которой не параллельны, имеет выходной угол, отличающийся от входного угла. Согласно фиг. 7 световые лучи 700a-n входят в блок 701 под углом падения Ө_A и выходят под углом Ө_B, который отличается от угла падения Ө_A. Углы Ө_A и Ө_B измеряются от линии 706, перпендикулярной грани падения 702. Преимущественно, различие между углами падения и выхода Ө_A и Ө_B, соответственно, непосредственно зависит от наклона градиента напряжения 600. В результате, направление проекции световых лучей 700a-n можно теперь точно регулировать и контролировать.

Когда свет входит в ячейку 400, он испытывает эффект, обычно именуемый «двойное лучепреломление». Двойное лучепреломление, или двулучепреломление, представляет собой разложение луча света на два луча (обычный луч «o» и необычный луч «e», в зависимости от поляризации света), когда он проходит через определенные типы материалов. Этот эффект может возникать, только если структура материала анизотропна (зависит от направления), как в случае ячейки 400 с поляризованными молекулами жидкого кристалла 402. Если материал имеет одну ось анизотропии или оптическую ось (т.е. является одноосным), двойное лучепреломление можно формализовать, назначая материалу два разных показателя преломления для разных поляризаций. Величина двойного лучепреломления определяется как

∆n = n_e-n_o

где n_o и n_e - показатели преломления для поляризации, перпендикулярной (обычный) и параллельной (необычный) оси анизотропии, соответственно. Чем выше двойное лучепреломление, тем больше выходной угол будет отличаться от угла падения. В одном варианте осуществления двойное лучепреломление велико, т.е. по меньшей мере 0,2.

E-лучи 700a-n имеют направление поляризации, параллельное странице чертежа. Другими словами, e-луч можно наглядно представить как колеблющийся в плоскости страницы чертежа. O-луч колеблется поперек плоскости страницы. O-лучи не подвергаются воздействию ячейки 400 и, в результате, падающие o-лучи выходят под углом, равным их углу падения. Чтобы отклонять o-луч в том же направлении, что и e-луч, вторую жидкокристаллическую ячейку 800 располагают позади или перед первой жидкокристаллической ячейкой 400. Вторая жидкокристаллическая ячейка 800 может иметь те же материал и размеры, что и первая жидкокристаллическая ячейка 800, или может отличаться от нее.

Поэтому, согласно опять же фиг. 6, эффективное двойное лучепреломление в ячейке 400 изменяется как функция возбуждающего напряжения, так что:

где V - напряжение, приложенное к ячейке 400. Когда V достигает максимума, n(V) приближается к n_o, и когда V минимально, n(V) приближается к n_e.

Для нормально падающего входного луча управляемый угол задается как:

где λ= d∆n_eff для потери фазы 2П, и L - ширина ячейки, и d - толщина ячейки. Поэтому:

Это дает возможность точно направлять путь одной поляризации света через ячейку 400.

На фиг. 8 показана вторая жидкокристаллическая ячейка 800, где множество молекул жидкого кристалла 802 обеспечено между первой пластиной 804 и второй пластиной 806. Молекулы 802 жидкого кристалла имеют естественное выравнивание, как и молекулы 402 жидкого кристалла. Однако естественное выравнивание молекул жидкого кристалла 802 ортогонально выравниванию молекул 402 жидкого кристалла. Директор жидкого кристалла для молекул 802 жидкого кристалла показан на фиг. 8 в виде точек. Аксиальное направление A молекул жидкого кристалла 802 перпендикулярно плоскости страницы чертежа.

Каждая из пластин 804 и 806 имеет аппликаторы 808 и 810 напряжения, соответственно. Аппликаторы 808 и 810 напряжения, аналогичные аппликаторам 408 и 410 напряжения, представляют любую меру для создания градиента 812 напряжения на пластинах 804 и 806. При создании ненулевого градиента 812 напряжения в первом положении между пластинами 804 и 806 присутствует больший потенциал, чем во втором положении между пластинами 804 и 806.

На фиг. 9 показан градиент 900 напряжения, созданный на пластинах 804 и 806. В результате молекулы жидкого кристалла 802 возбуждаются и поворачиваются в ячейке. Это изменение ориентации показано на фиг. 9 и соответствует увеличивающимся уровням напряжения градиента 900. В частности, в левой стороне ячейки 800, где электрический потенциал минимален, как показано на графике 900 под ячейкой, молекулы 802 жидкого кристалла остаются, по существу, в своих первоначально выровненных позициях и аксиально параллельными пластинам 804 и 806. В правой стороне ячейки 800, где электрический потенциал максимален, как показано на графике 900 под ячейкой, молекулы жидкого кристалла 802 повернуты относительно своих исходных позиций, будучи, по существу перпендикулярны поверхностям пластин. Между левой и правой сторонами ячейки 800 молекулы 802 жидкого кристалла образуют изменяющиеся углы между ориентациями, параллельными и перпендикулярными пластинам 804 и 806, в зависимости от приложенного электрического потенциала с градиентом напряжения. Преимущественно, градиент 900 подаваемого напряжения на ячейке 800 заставляет падающий световой луч покидать ячейку 800 под углом, отличным от его угла падения.

Ячейка 800 отклоняет только o-лучи, которые колеблются в и из плоскости страницы чертежа, и не влияет на e-лучи 700a-n, выходящие из первой ячейки 400. На фиг. 10-12 показано влияние ячеек 400 и 800 на распространение через них световых волн (e-луч и o-луч).

На фиг. 10 показаны две ячейки 400 и 800, выровненные в конфигурации соседства, рассмотренные согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Группа молекул 1004 жидкого кристалла показана в ячейке 400, и группа молекул 1006 жидкого кристалла показана в ячейке 800. В их исходном состоянии молекулы 1004 и 1006 жидкого кристалла ориентированы ортогонально друг другу, и все молекулы жидкого кристалла ориентированы, по существу, согласно направлению трения входной и выходной пластин их соответствующих ячеек.

Первый световой луч 1008 с e-волной показан входящим в первую ячейку 400 с левой стороны 1002, проходящим через нее и выходящим из ячейки 400. Поскольку две ячейки 400 и 800 находятся в световой связи друг с другом, световой луч 1008 входит во вторую ячейку 800 после его выхода из первой ячейки 400. Затем световой луч 1008 проходит через вторую ячейку 800 и выходит из нее. Второй световой луч 1010 с o-волной показан входящим в первую ячейку 400 с левой стороны 1002, проходящим через нее и выходящим из ячейки 400. Как и первый световой луч 1008, второй световой луч 1010 входит во вторую ячейку 800, проходит через нее и выходит через вторую ячейку 800.

Согласно фиг. 10 ни в одной из ячеек 400 и 800 не создан градиент напряжения. Поэтому световые лучи 1008 и 1010 выходят из обеих ячеек 400 и 800 под, по существу, тем же углом, под каким они входят в ячейки.

На фиг. 11 показано вышеописанное влияние каждого из градиентов 600 и 900 напряжения на ячейки 400 и 800 и, кроме того, результат выравнивания возбуждения жидкокристаллических ячеек 400 и 800 друг с другом. В ячейке 400 обеспечен градиент 600, показанный на фиг. 6. Падающий e-луч 1008 входит в ячейку 400 под начальным углом Ө_A. Благодаря градиенту 600 напряжения, световой луч 1008 выходит из ячейки 400 под углом Ө_B1, который отличается от угла падения Ө_A. Опять же, выходной угол Ө_B1 определяется градиентом 600 напряжения.

O-луч 1010, благодаря своей поляризации, проходит через ячейку 400 беспрепятственно и без изменений. Таким образом, угол падения, по существу, равен выходному углу. Однако o-луч продолжается и входит во вторую ячейку 800. Во второй ячейке 800 создан градиент 900 напряжения, показанный на фиг. 9 и описанный выше. Градиент 900 напряжения приводит к тому, что угол падения Ө_A светового луча 1010 и выходной угол Ө_B2 светового луча 1010 принимают разные значения, и согласно варианту осуществления настоящего изобретения выходной угол Ө_B2 светового луча 1010 имеет то же значение, что и выходной угол Ө_B1 необычного светового луча 1008, выходящего из первой ячейки 400.

На фиг. 12 показаны эквивалентные призматические формы для наглядного изображения влияния градиентов напряжения на ячейки 400 и 800.

На фиг. 13 показано, как жидкокристаллические ячейки 400 и 800 можно использовать для предотвращения размытия изображения, вызванного сотрясением устройства записи изображения. Согласно фиг. 13 две жидкокристаллические ячейки 400 и 800 соседствуют друг с другом и находятся в световой связи с друг с другом, так что свет, проходящий через поверхности первой жидкокристаллической ячейки 400, также проходит через поверхности второй жидкокристаллической ячейки 800. В этой конфигурации 1300 направление падения света, входящего в поверхности ячеек, отличается от того, что показано и описано выше. В частности, на вышеприведенных фигурах, падающие световые o-лучи и e-лучи показаны перпендикулярными стенкам ячейки, и свет, выходящий из ячеек 400 и 800, показан и описан распространяющимся под углами, которые изменяются в зависимости от созданного градиента напряжения. Однако, в ходе работы, как показано на фиг. 13, градиенты напряжения будут создаваться и регулироваться таким образом, чтобы световой луч, падающий на первую поверхность 1302 первой ячейки 400 или первую поверхность 1304 второй ячейки 800, в зависимости от поляризации луча, компенсировался таким образом, чтобы он выходил из второй поверхности соответствующей ячейки, по существу, перпендикулярно этой ячейке и мог поступать прямо на детектор 1306 изображения, например электронный датчик света на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС), используемый в цифровых камерах. Таким образом, наклон устройства 1300 захвата изображения можно компенсировать, ориентируя его относительно детектора 1306 изображения, как если бы объект съемки оставался в одном и том же положении.

В порядке примера, на фиг. 14 показан сотовый телефон 1400 со встроенным устройством захвата изображения (не показано). Раньше, при фотографировании объекта 1402 съемки, если телефон 1400 поворачивается на угол Θ_B, точка фокуса телефона 1400 перемещается с объекта 1402 съемки к пятну над объектом съемки, тем самым создавая эффект размытия. Благодаря настоящему изобретению движение камеры 1400 можно регистрировать, и ячейки 400 и 800 можно регулировать так, чтобы прямой оптический путь 1404 от объекта 1402 съемки к камере 1400 принимался на входе жидкокристаллических ячеек под углом Θ_B, но, преимущественно, выход из ячеек 400 и 800 был ортогонален выходным плоскостям ячеек 400 и 800, как показано на фиг. 13.

Заметим, что варианты осуществления, описанные и показанные в фигурах, описывают обе ячейки 400, 800 как находящиеся в одном жидкокристаллическом режиме, который является режимом электрически управляемого двойного лучепреломления (ECB). Однако существует несколько других жидкокристаллических режимов, которые могут приводить к такому же результату, т.е. использованию градиента(ов) напряжения для компенсации движения камеры. Например, режим вертикального выравнивания (VA) является обратным случаем ECB. В этом режиме молекулы жидкого кристалла ориентированы вертикально (перпендикулярно пластинам) в выключенном состоянии, и поворачиваются параллельно стеклу, когда ячейка находится во включенном состоянии. В этом отличие от режима ECB, где молекулы жидкого кристалла выровнены параллельно пластине в выключенном состоянии. В одном варианте осуществления настоящего изобретения ячейки не относятся к одному и тому же типу, т.е. одна из двух ячеек действует в режиме ECB, а другая ячейка - в режиме VA.

На фиг. 15 показана иллюстративная схема 1500 для регулировки градиентов напряжения, создаваемых в ячейках 400 и 800. Схема 1500 включает в себя детектор 1502 движения и ориентации, который используется для распознавания движения/ориентации устройства 1300 захвата изображения. Механизмы и способы регистрации движения общеизвестны в технике. Некоторые их примеры включают в себя гироскопы, датчики скорости, датчики ориентации, уровни и многие другие. Любой из этих механизмов и способов регистрации можно использовать в качестве детектора 1502 движения/ориентации.

Детектор 1502 соединен с возможностью передачи данных с процессором 1501. Процессор 1501 соединен с контроллером 1504, который соединен с источником 1506 напряжения и способен подавать напряжение от источника 1506 питания на соответствующую одну из ячеек 400 и 800. В других вариантах осуществления используется множество контроллеров и/или источников напряжения для подачи напряжений на ячейки.

Процессор 1501 может представлять собой любую надлежащим образом сконфигурированную систему обработки, предназначенную для реализации иллюстративного варианта осуществления настоящего изобретения. Процессор 1501 соединен с памятью 1508. Память 1508 используется, например, для хранения корректирующих значений для реагирования на зарегистрированные движения устройства 1400 захвата изображения. В памяти 1508 могут храниться компьютерные программы (также именуемые логикой управления компьютером). Такие компьютерные программы, при их выполнении, позволяют процессору 1501 осуществлять рассмотренные здесь признаки настоящего изобретения. Реализацию изобретения можно проводить полностью в оборудовании, показанном на фиг. 15, или в комбинации оборудования и программного обеспечения.

На фиг. 16 показана логическая блок-схема варианта осуществления настоящего изобретения. Процедура начинается с этапа 1600 и переходит непосредственно к этапу 1602, на котором детектор 1502 регистрирует движение. Зарегистрированные движение и направление движения поступают на процессор 1501 на этапе 1604. Процессор 1501 вычисляет противоположный угол Θ_B, который будет смещать зарегистрированное движение. На этапе 1606 процессор 1501 передает сигнал на контроллер 1504, который на этапе 1608 передает сигнал на источник напряжения 1506 для создания надлежащего градиента напряжения на одной или обеих ячейках 400, 800. Этот градиент приводит к тому, что угол падения отличается от выходного угла. Процедура возвращается к этапу 1602 и ожидает другого зарегистрированного движения.

На фиг. 17 показан вариант осуществления настоящего изобретения, где толщину d ячеек 400 и 800 можно сократить на 50%. В этом варианте осуществления зеркало 1700 размещено позади ячеек 400 и 800, чтобы свет, входящий в ячейки 400 и 800, претерпевал преломление при прохождении через толщину каждой ячейки ½d. Световые лучи отражаются от зеркала 1700 и проходят через толщину ячейки ½d.

Если эта конфигурация находится на стороне камеры, второе зеркало 1702 можно расположить вблизи детектора 1306 изображения, которое будет отражать изображение непосредственно на детектор 1306 изображения.

Заключение

Очевидно, что варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают жидкокристаллическую ячейку с регулируемым напряжением, которая принимает свет под углом падения и преломляет свет под точно заданным выходным углом.

Хотя выше были описаны жидкокристаллические ячейки, настоящее изобретение можно реализовать с использованием других материалов, показатели преломления которых допускают электрическую регулировку.

В прочих вариантах осуществления можно использовать поляроид совместно с жидкокристаллической ячейкой для компенсации зарегистрированного движения камеры. Однако, вследствие природы поляроида, светопропускание снижается наполовину.

В другом варианте осуществления можно использовать поляроид в совокупности с x-y-адресуемой структурой для фактического отклонения световых лучей, не только вверх-вниз, но и вправо-влево.

Неограничительные примеры

Хотя были раскрыты конкретные варианты осуществления изобретения, специалисты в данной области техники могут предложить изменения конкретных вариантов осуществления без отхода от сущности и объема изобретения. Таким образом, объем изобретения не ограничивается конкретными вариантами осуществления, и предусматривает, что формула изобретения охватывает любые подобные применения, модификации и варианты осуществления в объеме настоящего изобретения.

Использование здесь названия того или иного элемента в единственном числе не исключает возможности существования нескольких таких элементов. Используемый здесь термин «множество» определяется как два или более двух. Используемый здесь термин «другой» определяется как по меньшей мере второй или более. Используемые здесь термины «включающий в себя» и/или «имеющий» определяются как содержащий (т.е. не исчерпывающий перечень). Используемый здесь термин «соединенный» определяется как соединенный, хотя не обязательно непосредственно и не обязательно механически. Используемый здесь термин «около» или «приблизительно» применяется ко всем численным значениям, указанным явно или неявно. Эти термины относятся в общем к диапазону чисел, которые специалист в данной области техники считает эквивалентными указанным значениям (т.е. имеющими одну и ту же функцию или один и тот же результат). Во многих случаях эти термины могут включать в себя числа, округленные до ближайшей значащей цифры.

Устройство компенсации движения камеры включает в себя первую жидкокристаллическую ячейку, имеющую пару параллельных прозрачных пластин, и первый источник напряжения, соединенный с первой жидкокристаллической ячейкой и способный создавать и изменять первый градиент напряжения между пластинами первой жидкокристаллической ячейки. Устройство также включает в себя вторую жидкокристаллическую ячейку, имеющую пару параллельных прозрачных пластин, расположенную так, что каждая из пластин второй жидкокристаллической ячейки параллельна пластинам первой жидкокристаллической ячейки и находится в световой связи с, по меньшей мере, одной волной света, проходящей через пластины первой жидкокристаллической ячейки, второй источник напряжения, соединенный со второй жидкокристаллической ячейкой и способный создавать и изменять второй градиент напряжения между поверхностями второй жидкокристаллической ячейки, и детектор движения, соединенный с источниками напряжения, для изменения наклона градиентов напряжения пропорционально движению. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Устройство компенсации движения камеры, содержащее
первую жидкокристаллическую ячейку, имеющую пару параллельных прозрачных пластин,
первый источник напряжения, соединенный с первой жидкокристаллической ячейкой и способный создавать и изменять первый градиент напряжения между пластинами первой жидкокристаллической ячейки,
вторую жидкокристаллическую ячейку, имеющую пару параллельных прозрачных пластин, расположенную так, что каждая из пластин второй жидкокристаллической ячейки параллельна пластинам первой жидкокристаллической ячейки и находится в световой связи с, по меньшей мере, одной волной света, проходящей через пластины первой жидкокристаллической ячейки,
второй источник напряжения, соединенный со второй жидкокристаллической ячейкой и способный создавать и изменять второй градиент напряжения между поверхностями второй жидкокристаллической ячейки, и
детектор движения и ориентации, соединенный с возможностью взаимодействия с первыми и вторым источниками напряжения,
в котором первый источник напряжения изменяет наклон первого градиента напряжения пропорционально движению воспринимаемому детектором, и второй источник напряжения изменяет наклон второго градиента напряжения пропорционально движению воспринимаемому детектором.

2. Устройство компенсации по п.1, в котором
первый источник напряжения имеет состояние низкого напряжения, и
второй источник напряжения имеет состояние низкого напряжения, и,
когда первый источник напряжения находится в состоянии низкого напряжения, блок управления жидкого кристалла первой жидкокристаллической ячейки параллелен или перпендикулярен пластинам первой жидкокристаллической ячейки, и, когда второй источник напряжения находится в состоянии низкого напряжения, блок управления жидкого кристалла второй жидкокристаллической ячейки параллелен или перпендикулярен пластинам второй жидкокристаллической ячейки.

3. Устройство компенсации по п.2, в котором
направление трения пластин первой жидкокристаллической ячейки ортогонально направлению трения пластин второй жидкокристаллической ячейки.

4. Устройство компенсации по п.2, в котором
когда блок управления жидкого кристалла второй жидкокристаллической ячейки совпадает с блоком управления жидкого кристалла первой жидкокристаллической ячейки, первый градиент напряжения параллелен второму градиенту напряжения.

5. Устройство компенсации по п.2, в котором
когда блок управления жидкого кристалла второй жидкокристаллической ячейки совпадает с блоком управления жидкого кристалла первой жидкокристаллической ячейки, наклон первого градиента напряжения и наклон второго градиента напряжения постоянны, благодаря чему результирующее изменение показателя преломления на протяжении каждой жидкокристаллической ячейки является линейным.

6. Устройство компенсации по п.1, дополнительно содержащее детектор изображения, и
линзу, расположенную между детектором изображения и первой жидкокристаллической ячейкой.

7. Устройство компенсации по п.1, дополнительно содержащее
линзу, и
детектор изображения,
в котором первая и вторая жидкокристаллические ячейки располагаются между линзой и детектором изображения.

8. Устройство компенсации по п.1, дополнительно содержащее первое зеркало, параллельное первой и второй жидкокристаллическим ячейкам и соседствующее с ними, для отражения световых лучей, проходящих через первую и вторую жидкокристаллические ячейки, в первую и вторую жидкокристаллические ячейки.

9. Устройство компенсации по п.1, в котором, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одного из первого градиента напряжения и второго градиента напряжения порождается дорожкой оксида индия-олова.

10. Способ компенсации движения камеры, содержащий этапы, на которых регистрируют движение камеры, и
изменяют показатель преломления жидкокристаллической ячейки для компенсации зарегистрированного движения путем создания градиента напряжения в жидкокристаллической ячейке, где наклон градиента напряжения пропорционален зарегистрированному движению.

11. Способ по п.10, в котором
жидкокристаллическая ячейка включает в себя множество молекул жидкого кристалла, помещенных между парой параллельных прозрачных пластин, и
компенсация переводит жидкокристаллическую ячейку из начального состояния в возбужденное состояние, в котором длинные молекулярные оси молекул жидкого кристалла демонстрируют по существу плавное изменение угла наклона на протяжении длины жидкокристаллической ячейки.

12. Способ по п.10, в котором компенсация содержит
преломление луча света в направлении, противоположном зарегистрированному движению камеры.

13. Способ по п.10, дополнительно содержащий
до этапа регистрации, этап, на котором задают первый оптический путь от объекта, через жидкокристаллическую ячейку, к точке на детекторе изображения, причем на этапе компенсации создают второй оптический путь от объекта, через жидкокристаллическую ячейку, к точке на детекторе изображения.

14. Способ компенсации движения камеры, содержащий этапы, на которых регистрируют движение камеры, и
компенсируют зарегистрированное движение путем создания, по меньшей мере, одного из
первого градиента напряжения в первой жидкокристаллической ячейке и
второго градиента напряжения во второй жидкокристаллической ячейке, где наклон создаваемого градиента пропорционален зарегистрированному движению.

15. Способ по п.14, в котором
первая жидкокристаллическая ячейка включает в себя первое множество молекул жидкого кристалла, помещенное между первой парой параллельных прозрачных пластин,
вторая жидкокристаллическая ячейка включает в себя второе множество молекул жидкого кристалла, помещенное между второй парой параллельных прозрачных пластин, и в котором
создание, по меньшей мере, одного градиента напряжения изменяет ориентацию блока управления жидкого кристалла, по меньшей мере, одной из первой и второй жидкокристаллических ячеек по отношению к другой из первой и второй жидкокристаллических ячеек в зависимости от зарегистрированного движения.

16. Способ по п.14, в котором
первая жидкокристаллическая ячейка включает в себя первое множество молекул жидкого кристалла, помещенное между первой парой параллельных прозрачных пластин,
вторая жидкокристаллическая ячейка включает в себя второе множество молекул жидкого кристалла, помещенное между второй парой параллельных прозрачных пластин, и в котором
создание, по меньшей мере, одного градиента напряжения переводит, по меньшей мере, одно из первого и второго множеств молекул жидкого кристалла из начального состояния, в котором блок управления жидкого кристалла, по меньшей мере, одной из первой и второй жидкокристаллических ячеек параллелен или перпендикулярен пластинам, по меньшей мере, одной из первой и второй жидкокристаллических ячеек.

17. Способ по п.16, в котором
когда блок управления жидкого кристалла второй жидкокристаллической ячейки совпадает с блоком управления жидкого кристалла первой жидкокристаллической ячейки, первый градиент напряжения параллелен второму градиенту напряжения.

18. Способ по п.16, в котором
когда блок управления жидкого кристалла второй жидкокристаллической ячейки совпадает с блоком управления жидкого кристалла первой жидкокристаллической ячейки, наклон первого градиента напряжения и наклон второго градиента напряжения постоянны, благодаря чему результирующее изменение показателя преломления на протяжении каждой жидкокристаллической ячейки является линейным.

19. Способ по п.16, в котором
направление трения пластин первой жидкокристаллической ячейки ортогонально к направлению трения пластин второй жидкокристаллической ячейки.

20. Способ по п.14, в котором
вторая жидкокристаллическая ячейка находится в световой связи с, по меньшей мере, одной волной света, проходящей через пластины первой жидкокристаллической ячейки.