Obturador óptico para controlar la exposición óptica de un sensor de imágenes (200),

que comprende:

una interfaz (20) entre un cuerpo transparente (10) y un espacio capilar (30) adyacente a dicho cuerpo transparente(10),

al menos un depósito de fluido (70),

una cantidad de fluido (50),

unos medios de desplazamiento de fluido (60) para desplazar el fluido (50) entre dicho depósito de fluido (70) ydicho espacio capilar (30) para cambiar entre un primer estado operativo del obturador y un segundo estadooperativo del obturador, permitiendo dicho primer estado operativo la reflexión interna total de rayos de luz oblicuosque inciden sobre un área activa (A1) de dicha interfaz (20) y permitiendo dicho segundo estado operativo latransmisión de dichos rayos de luz oblicuos a través de dicha área activa (A1) de dicha interfaz (20), caracterizadoporque el obturador óptico comprende:

uno o más conductos de fluido (40) opuestos y perpendiculares a dicho espacio capilar (30) y dicha área activa (A1)para suministrar el fluido a dicho espacio capilar (30), y

unos medios absorbentes (99) en dicho espacio capilar (30) para absorber los rayos de luz transmitidos a través dedicha área activa (A1) de dicha interfaz (20).

Obturador óptico para cámaras miniatura Campo de la invención La presente invención se refiere al control de los tiempos de exposición ópticos en dispositivos de formación de imágenes ópticas, por ejemplo, en cámaras.

Antecedentes de la invención Las cámaras digitales comprenden ópticas de formación de imágenes que están adaptadas para enfocar la imagen de un objetivo sobre un sensor de imágenes. El sensor de imágenes comprende una matriz de píxeles sensibles a la luz. La pluralidad de señales proporcionadas por los píxeles individuales constituyen la imagen digital del objetivo. Para la primera aproximación, una señal proporcionada por cada píxel individual es proporcional a un período de tiempo entre el reajuste o la activación de dicho píxel y el cambio de dicha señal (por ejemplo, carga) a un registro de cambio o a una memoria.

Un sensor de imágenes de bajo coste típico no comprende registros de cambio de carga y no puede retener y almacenar las señales. Así, cuando la lectura de todas las señales no puede realizarse simultáneamente, las señales obtenidas de los píxeles individuales corresponden a diferentes intervalos de tiempo. Esto puede conducir a una distorsión de la imagen registrada, irregularidades de la imagen, especialmente cuando la cámara o el objetivo están en movimiento.

El problema puede remediarse mediante el control de la exposición óptica de todos los píxeles de forma substancialmente simultánea mediante el uso de un llamado obturador global. La señal proporcionada por un píxel individual permanece substancialmente constante después del cierre del obturador global, y la imagen obtenida corresponde a la exposición simultánea a pesar de que la lectura eléctrica de los píxeles no se realizaría simultáneamente.

Los obturadores mecánicos globales tradicionales presentan varios inconvenientes, por ejemplo, una estructura mecánica compleja, un gran tamaño y un consumo de energía relativamente alto. Por lo tanto, los obturadores globales implementados mecánicamente no son óptimos para sistemas de formación de imágenes integrados en dispositivos portátiles pequeños.

La patente US 4.249.814 divulga un obturador de cámara que emplea los principios de la reflexión total interna como unos medios para controlar la transmisión de luz a una película de la cámara. El obturador comprende al menos dos elementos de prisma. La reflexión total interna es activada o desactivada por la apertura o el cierre mecánico de una separación entre dichos prismas.

La patente US 6.377.383 divulga un conmutador óptico basado en la reflexión total interna. Una porción de superficie rígida, por ejemplo, una membrana, está suspendida en un líquido. La porción de superficie rígida se mueve electrostáticamente para activar o desactivar la reflexión total interna en una interfaz.

La patente US 4.701.021 divulga un modulador de intensidad de haz de luz para la atenuación controlada de un haz de luz. El modulador comprende un espacio capilar entre dos prismas. Una cantidad de fluido se desplaza electrostáticamente en dicho espacio capilar para activar o desactivar la reflexión total interna en una interfaz entre el fluido y la pared del espacio capilar. Cuando la reflexión total interna se activa mediante el desplazamiento del fluido lejos del espacio capilar, la luz reflejada se dirige hacia una pantalla absorbente, y la porción transmitida de luz se atenúa substancialmente.

La solicitud de patente publicada US 2003/0012483 A1 divulga otro dispositivo que utiliza el efecto de la reflexión total interna para la conmutación y/u obturación óptica.

Sumario de la invención Un objetivo de la presente invención es proporcionar un obturador y un procedimiento para controlar la exposición óptica en sistemas de formación de imágenes ópticas. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo óptico que comprenda dicho obturador.

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un obturador óptico tal como se define en la reivindicación independiente 1.

Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo óptico tal como se define en la reivindicación independiente 7.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento tal como se define en la reivindicación independiente 10.

Rayos de luz oblicuos introducidos en el área activa de la interfaz del obturador óptico son reflejados por la reflexión total interna cuando el espacio capilar se llena con un medio que tiene un bajo índice de refracción, por ejemplo, gas. Los rayos de luz reflejados pueden guiarse posteriormente a través de una óptica de formación de imágenes a un sensor de imágenes para obtener la imagen digital de un objetivo. Así, la exposición óptica del sensor de imágenes se puede controlar cambiando el estado del obturador. El obturador se establece en el estado no reflectante mediante el rápido llenado del espacio capilar con un fluido que tiene un alto índice de refracción. En consecuencia, la reflexión total interna de los rayos de luz se frustra, es decir, se desactiva. En el estado no reflectante, los rayos de luz se transmiten a través del área activa de la interfaz y son absorbidos por el fluido y/o por la superficie opuesta del espacio capilar.

El fluido se introduce en el espacio capilar a través de al menos un conducto de fluido que está opuesto al área activa de la interfaz. Como el conducto de fluido está opuesto al área activa, la distancia de desplazamiento requerida para el fluido para cubrir completamente el área activa puede ser substancialmente más corta que la anchura del área activa. Esto aumenta la velocidad operativa del obturador.

En una realización, el obturador puede comprender varios conductos de fluido adyacentes para aumentar aún más la velocidad operativa del obturador y/o para implementar una ancha área activa.

En una realización, el fluido puede ser movido mediante fuerzas electrostáticas atractivas y/o mediante una bomba piezoeléctrica.

Los rayos de luz que forman la imagen no pasan a través del espacio capilar, lo que ayuda a minimizar la distorsión de la imagen adquirida. La dirección de los rayos de luz cambia bajo la reflexión total interna, lo que permite la implementación de sistemas ópticos compactos y delgados. Solamente los rayos de luz reflejados se utilizan para fines de formación de imágenes, y el espacio detrás del obturador puede ser utilizado para otros componentes de un dispositivo portátil. La masa en movimiento del fluido puede ser muy pequeña, y, en consecuencia, la vibración y el ruido acústico generado durante el funcionamiento del obturador son bajos. También el consumo de energía es muy bajo.

Las realizaciones de la invención y sus ventajas se harán más evidentes para un experto en la materia a través de la descripción y de los ejemplos dados a continuación, y también a través de las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de las figuras

En los ejemplos siguientes, las realizaciones de la invención se describirán con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en los que La figura 1 muestra un dispositivo óptico que comprende un obturador óptico, La figura 2 muestra esquemáticamente un obturador óptico en el estado reflectante, La figura 3 muestra esquemáticamente el movimiento de un primer fluido en el obturador de acuerdo con la figura 2, La figura 4 muestra esquemáticamente el obturador óptico en el estado no reflectante, La figura 5 muestra una vista desde arriba del conducto de fluido substancialmente rectangular, La figura 6 muestra esquemáticamente un obturador óptico que comprende varios conductos de fluido, La figura 7 muestra una vista desde arriba de dos conductos de fluido substancialmente rectangulares y adyacentes, La figura 8 muestra esquemáticamente la propagación del primer fluido desde los conductos de acuerdo con la figura 7, La figura 9 muestra una vista desde arriba de dos conductos de fluido substancialmente rectangulares y adyacentes, en los que la anchura de los conductos de fluido es mayor en el centro que en los extremos, La figura 10 muestra una vista desde arriba de un conducto de fluido que tiene la forma de una cruz, La figura 11 muestra una vista desde arriba de un conducto de fluido circular, La figura 12 muestra esquemáticamente una realización del obturador basado en el desplazamiento electrostático del primer fluido, estando... [Seguir leyendo]

1. Obturador óptico para controlar la exposición óptica de un sensor de imágenes (200) , que comprende:

una interfaz (20) entre un cuerpo transparente (10) y un espacio capilar (30) adyacente a dicho cuerpo transparente (10) , al menos un depósito de fluido (70) , una cantidad de fluido (50) , unos medios de desplazamiento de fluido (60) para desplazar el fluido (50) entre dicho depósito de fluido (70) y dicho espacio capilar (30) para cambiar entre un primer estado operativo del obturador y un segundo estado operativo del obturador, permitiendo dicho primer estado operativo la reflexión interna total de rayos de luz oblicuos que inciden sobre un área activa (A1) de dicha interfaz (20) y permitiendo dicho segundo estado operativo la transmisión de dichos rayos de luz oblicuos a través de dicha área activa (A1) de dicha interfaz (20) , caracterizado porque el obturador óptico comprende:

uno o más conductos de fluido (40) opuestos y perpendiculares a dicho espacio capilar (30) y dicha área activa (A1) para suministrar el fluido a dicho espacio capilar (30) , y unos medios absorbentes (99) en dicho espacio capilar (30) para absorber los rayos de luz transmitidos a través de dicha área activa (A1) de dicha interfaz (20) .

2. Obturador óptico según la reivindicación 1, en el que dichos medios de desplazamiento (60) comprenden una disposición de electrodos para desplazar electrostáticamente dicho fluido (50) .

3. Obturador óptico según la reivindicación 1, en el que dichos medios de desplazamiento (60) comprenden medios para cambiar la presión interna del al menos un depósito de fluido (70) .

4. Obturador óptico según la reivindicación 3, en el que dicha presión interna está adaptada para cambiarse mediante por lo menos un actuador seleccionado del grupo constituido por un actuador piezoeléctrico, un actuador electromagnético y un actuador electrostático.

5. Obturador óptico según la reivindicación 1, en el que la distancia entre el fluido (50) y el área activa (A1) es mayor de 0, 5 veces la anchura del área activa cuando el obturador está en el primer estado operativo.

6. Obturador óptico según la reivindicación 1, en el que dicho obturador comprende una disposición de electrodos para confinar electrostáticamente el fluido (50) dentro de los límites de dicha área activa (A1) .

7. Dispositivo óptico, que comprende:

ópticas de formación de imágenes (300) , un sensor de imágenes (200) , y un obturador óptico (100) tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Dispositivo óptico según la reivindicación 7, siendo dicho dispositivo óptico un dispositivo portátil.

9. Dispositivo óptico según la reivindicación 7, comprendiendo dicho dispositivo óptico capacidades inalámbricas de comunicación de datos.

10. Procedimiento para controlar la exposición óptica de un sensor de imágenes (200) mediante un obturador (100) , comprendiendo dicho obturador (100) una interfaz (20) entre un cuerpo transparente (10) y un espacio capilar (30) adyacente a dicho cuerpo transparente (10) , comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

guiar los rayos de luz a un área activa (A1) de dicha interfaz (20) en un ángulo oblicuo, desplazar una cantidad de fluido (50) entre al menos un depósito de fluido (70) y dicho espacio capilar (30) a través de uno o más conductos de fluido (40) para cambiar entre un primer estado operativo del obturador y un segundo estado operativo del obturador, permitiendo dicho primer estado operativo la reflexión total interna de rayos de luz oblicuos que inciden sobre un área activa (A1) de dicha interfaz (20) y permitiendo dicho segundo estado operativo la transmisión de dichos rayos de luz oblicuos a través de dicha área activa (A1) de dicha interfaz (20) , caracterizado porque al menos uno de dichos conductos de fluido (40) es opuesto y perpendicular a dicho espacio capilar (30) y dicha área activa, absorber los rayos de luz transmitidos a través de dicha área activa (A1) , y en el primer estado operativo, guiar los rayos de luz reflejados desde dicha área activa (A1) a dicho sensor de imágenes (200) .

11. Procedimiento según la reivindicación 10, comprendiendo dicho procedimiento al menos las etapas de:

establecer el obturador (100) en el primer estado operativo, restablecer o activar los píxeles del sensor de imágenes (200) , exponer dichos píxeles a los rayos de luz reflejados durante un tiempo de exposición predeterminado, establecer el obturador (100) en el segundo estado operativo, y introducir por lectura las señales procedentes de dichos píxeles en una memoria o en una unidad de procesamiento de señales.