CN101458435B - 全方向照相机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可操作以改变照相机光轴的方向的装置，该装置包括：第一平台，能围绕第一旋转轴线旋转；第二平台，刚性地连接到第一平台；照相机安装板，安装到第二平台，该安装板能围绕第二轴线旋转；和至少一个压电马达，连接到该第一平台和该安装板，可操作以选择性地围绕第一轴线旋转第一平台和围绕第二轴线旋转该安装板。

Description

全方向照相机系统
技术领域
本发明的实施例涉及“全方向”照相机系统，其可操作以在基本为4π球面度立体角的方向上定向照相机的光轴。
背景技术
可操作以定向照相机来成像不同方向的比较宽的范围中的景象的全方向照相机系统是比较普通的，并且被用于许多不同的用途。例如，它们可以被用于监视和/或者警报系统，以及用于机器人视觉。
通常，这些系统包含通过比较复杂的传动系统连接到照相机的电磁式马达。马达和传动系统是可控制的，以在比较宽范围的方向上定位照相机的光轴，以便照相机可以成像充分大于照相机视场的扩展视场中的景象。
美国专利7,274,805描述了一种包含“用于水平旋转照相机(摇动照相机以使其拍摄全景)的电子旋转机构”的全方向照相机系统。该电子机构利用一组比较复杂的轴和减速齿轮连接到照相机。
美国专利7,268,819描述了一种“扫描照相机，包括：具有影像拾取元件的用于捕获影像的成像器件，用于改变照相方向的装接于成像器件的支撑轴，通过支撑轴支撑成像器件的机架，装接于机架而用于旋转成像器件的驱动器，和电连接到影像拾取元件并具有两个平面部分的柔性连接器，所述两个平面部分相对于支撑轴的轴线在相对侧从成像器件的至少两个位置沿对角线彼此远离地延伸到机架，从而柔性连接器的两个平面部分与支撑轴的轴线平行地布置。”
有些监视和扫描系统使用提供给照相机扩展视场的光学系统。US 7,190,259描述了一种用在具有用于提供扩展视场的光学系统的移动体上的监视系统。该系统具有“全方向视觉传感器，包括将从最大360度环绕视场区域入射的光线反射到预定方向的光学系统、和用于成像从该光学系统反射的光线以获得影像数据的成像部分”。
发明内容
本发明一些实施例的一个方面涉及提供一种比较简单的全方向照相机系统，其可操作以定向照相机来在不同方向的比较大的范围中成像景象。
按照本发明一些实施例的一个方面，全方向照相机系统构造成，以基本上等于4π球面度的立体角内的基本任何方向，定位包含在系统中的照相机的光轴。
本发明一些实施例的一个方面涉及提供一种比较小的全方向照相机系统。
本发明一些实施例的一个方面涉及提供一种比较简单的传动系统，用于将马达连接到可选地包含在全方向照相机系统内的照相机上，以便可操作马达以改变照相机光轴的方向。可选地，传动系统连接至少一个压电马达到照相机。
按照本发明实施例的一个方面，传动系统包含可绕第一旋转轴线旋转的第一和第二平台，以及安装到第二平台的照相机安装板，该照相机安装板围绕第二旋转轴线旋转。
在本发明的一个实施例中，第一和第二旋转轴线基本上彼此垂直。照相机被安装到安装板，并且具有可选地基本上垂直于第二旋转轴线的光轴。通过分别围绕相应的旋转轴线旋转第一和第二平台以及安装板，可在基本为4π球面度范围的任何方向上定位照相机光轴。
在本发明的一个实施例中，第一平台摩擦连接到压电马达，该压电马达可控制以围绕第一旋转轴线旋转第一和第二平台。在本发明的一个实施例中，照相机安装板摩擦连接到压电马达，该压电马达可控制以围绕第二旋转轴线旋转安装板。
附图说明
下面参考后附的附图描述说明本发明实施例的例子。在附图中，在超过一个图中出现的相同的结构、元件或者部分在所有它们出现的图中通常用相同的数字标记。在附图中显示的构件和轮廓的尺寸，通常是为了说明的方便和明确而选择的，并不一定按比例显示。下面列出附图。
图1A-1D示意地显示根据本发明一个实施例的全方向照相机系统，该系统包含安装到传动系统的照相机，该传动系统具有借助压电马达旋转的第一和第二平台；
图2A-2B示意地显示图1A-1D中显示的照相机系统的一个变形的不同视图；
附图3A-3C示意地显示图1A-1D中显示的照相机系统的另一个变形的不同视图；
附图4A示意地显示另一个根据本发明实施例的照相机系统，该系统包含借助压电马达旋转的第一和第二平台；
附图4B示意地显示根据本发明一实施例的图4A所示照相机系统的一种样式；和
附图5示意地显示图3A-3C中显示的照相机系统的另一个变形。
具体实施方式
附图1A-D示意地显示根据本发明一实施例的一种全方向照相机系统20，该系统包括具有通过虚线24表示的光轴的照相机22，以及第一和第二平台30和40。在本发明的实施例中，第一和第二平台30和40是刚性地连接的。
第一可旋转平台30可选地被固定到轴31上，该轴31可旋转地安装到具有圆形接触轮缘35的底板34上并具有第一轴线32。接触轮缘35形成具有与第一轴线32共线的中心的环。至少一个压电马达50利用本领域任何已知的适当的安装架(未显示)被安装到第一平台30，使得该压电马达50不会相对于平台旋转，并且可操作以施加力到轮缘35，该力产生使第一平台且因此使第二平台绕轴线32旋转的扭矩。
可选地，压电马达50是在美国专利5,453,653中描述的一种马达，其公开内容在此并入作为参考。该马达包含薄的长方形的陶瓷压电振动器51，该陶瓷压电振动器51具有平坦的前和后面表面53、比较长的边缘表面54和比较短的顶和底边缘表面55和56，前和后平坦面表面53中，从该透视图只看见后面表面53的一条边。摩擦块(nub)57位于振动器51的短边55上。
可选地，四个象限电极58在前面表面53上以对称的棋盘图形设置。单个大电极(未图示)位于后面表面53上。未图示的控制器对象限电极58通电，以在压电马达50的振动器51上产生振动，从而在摩擦块57上产生振动，以向轮缘35施加力，并且产生使第一和第二平台30和40围绕轴线32选择性地顺时针或者逆时针旋转的扭矩。
可选地，第二平台40放置在轮缘35上，以便相对自由地在该轮缘上滑动。可选地，第二平台40包括具有圆形准线的圆柱形外表面41，该圆形准线的转动中心在轴线32上。照相机20可选地被安装在照相机安装板43的外表面42(图1B)上，该照相机安装板43可选地为圆盘状。照相机安装板被安置在第二平台40的圆形凹部44中，使得安装板能绕轴线45自由地旋转。具有摩擦块61的压电马达60，可选地类似于压电马达50，被安装在形成于安装板43的内表面47上的槽46中。弹性元件48对马达60施力，使得它的摩擦块61弹性地压靠凹部44的表面49。
控制器控制压电马达60的通电，以在该马达的摩擦块61上产生振动，从而向表面49施加力，以产生扭矩来围绕第二轴线45选择性地顺时针或者逆时针旋转照相机安装板43。可选地，第二轴线45垂直于第一轴线32。通过控制压电马达50，使第一和第二平台围绕轴线32旋转适当的角度，并控制压电马达60，使照相机安装板43绕轴线45旋转适当的角度，控制器沿着4π球面度立体角的方向中的基本任何方向定位照相机20的光轴24。
例如，图1A-1D示意地显示第一和第二平台30和40以及安装板43，该第一和第二平台30和40绕轴线32旋转，该安装板43围绕轴线45旋转，以沿着不同的方向定向照相机22的光轴24。应当注意的是，当照相机光轴具有使比较大的部件垂直于轴线32的方向时，外表面41的曲率有助于减少对照相机20视场的阻挡。
图2A和2B示意地显示根据本发明一实施例的全方向照相机系统80，其为全方向照相机系统20的一种变形。全方向照相机系统80包含安装到第一平台82上的第二平台81。第二平台81可选地和图1A-1D图示的全方向照相机系统20中的第二平台40相同，并包含安装照相机22和压电马达60的照相机安装板43。安装板43安置在凹部中，能围绕轴线45相对自由地旋转。第一平台82被固定到可旋转地安装在底板86的插孔85中的轴84上。
然而，与全方向照相机系统20中的底板34不同的是，底板86没有轮缘35，并且全方向照相机系统80中的第一平台82没有压电马达被固定到其上。取而代之的是，全方向照相机系统80具有安装到底板86上的至少一个压电马达50，使得它的摩擦块57弹性地按压在轴84的表面上。未图示的控制器控制压电马达50，以激励它的摩擦块57上产生振动，从而选择性地顺时针或者逆时针旋转轴84，由此围绕该轴的轴线32顺时针地或者逆时针地旋转第一和第二平台82和81。控制器控制压电马达60以围绕轴线45旋转照相机安装板43。
图3A和3B示意地显示根据本发明一实施例的全方向照相机系统90。
类似于全方向照相机系统20，全方向照相机系统90包含具有可转动地安装到具有轮缘35的底板34上的轴92的第一平台91。安装到第一平台91上的压电马达50具有被弹性地按压到轮缘35上的摩擦块57。未图示的控制器控制压电马达50中的振动，以围绕轴92的轴线93选择性地顺时针或者逆时针旋转第一平台91。
第二平台100安装到第一平台91并放置在底板34上，使得它容易自由地沿着底板移动。具有光轴24的照相机20安装到照相机安装板102上，该照相机安装板102包括可转动地安装在第二平台100的插孔106中且具有轴线105的轴104。可选地安装在第二平台的与插孔106连通的槽108中的压电马达60被向着轴104弹性地施力，使得马达的摩擦块61按压在轴的表面上。控制器控制压电马达60的振动，以围绕轴线选择性地旋转轴104和照相机安装板102。控制器控制压电马达50和60以旋转照相机安装板102和它的照相机20，以沿期望的方向定向照相机轴线24。
图3C示意地显示根据本发明的一实施例的全方向照相机系统101，其是图3A和3B所示的照相机系统90的一种变形。
照相机系统101类似于照相机系统90，除了下面一点：照相机安装板102和照相机22被设置在平台100的面对轴线93的一侧，而不是设置在平台的从轴线转开的一侧。
图4A示意地显示作为全方向照相机系统90的一种变形的又一个全方向照相机系统120。全方向照相机系统120包含可选地与包含在全方向照相机系统90中的第二平台100相同的第二平台122。第二平台包含照相机安装板162，其通过压电马达60围绕轴线105旋转。具有光轴24的照相机被安装到照相机安装板102上。第二平台122被安装到第一平台124上，该第一平台124具有可转动地安装到底板127上且具有轴线126的轴125。
全方向照相机120中的第一平台124类似于包含在全方向照相机系统90中的第一平台91。然而，与第一平台91不同的是，压电马达不是安装到第一平台124上，并且底板127可选地不具有轮缘35，而全方向照相机系统90中的底板34具有轮缘35。作为替代，压电马达50被安装到底板127，它的摩擦块57弹性地压靠轴125。未图示的控制器控制压电马达60和50以便分别围绕轴线105和126旋转照相机安装板102，来沿期望的方向定向照相机22的光轴24。
图4B示意地显示根据本发明的一实施例的全方向照相机系统123，其是图4A所示的照相机系统120的一种变形。
照相机系统123类似于照相机系统120，除了下述一点：照相机安装板102和照相机22被设置在平台122的面对轴线126的一侧，而不是设置在平台的从轴线转开的一侧。
图5示意地显示根据本发明的一实施例的全方向照相机系统110，其类似于图3C的全方向照相机系统。类似于全方向照相机系统101，全方向照相机系统110包含可转动地安装到底座34上的第一平台91。
第二平台100安装到第一平台91上或者从第一平台91延伸。照相机20安装到可转动地安装到第二平台并由第二压电马达60转动的照相机安装板和轴(未图示)上，第二压电马达60可选地安装在第二平台中的槽108中，按照图3A-3C的实施例的布置。
第一平台91具有可选地沿基本上平行于平台91的旋转轴的方向并沿远离底座34的方向从该平台延伸的马达座70。马达座70具有用于容纳第一压电马达50的槽72和以弹簧74的形式存在的、用于对第一压电马达的块57施力而使该块57与底座34的表面摩擦接触的弹性装置。未图示的控制器控制第一压电马达50中的振动，以相对于底座34选择性地顺时针或者逆时针旋转第一平台91。
本申请的说明书和权利要求中，各动词“包含”、“包括”和“具有”及其变形，用来表明该动词的一个或者多个宾语不一定是该动词的一个或者多个宾语的构件、组件、元件或者零件的穷举。
上面已经参考作为例子提供并且不用于限制本发明的范围的实施例描述了本发明。描述的实施例包含不同的特征，不是在本发明的所有实施例中都要求所有的特征。本发明的有些实施例只利用一些特征或者这些特征可能的组合。所述发明的实施例的变形和包括与所述实施例记载不同的特征组合的发明的实施例对本领域的技术人员来说容易想到。
例如，对于任何马达和平台结构，照相机安装板都能安装成使得照相机的光轴、第一轴线(第一平台的旋转轴线)和第二轴线(照相机安装板的旋转轴线)都相交在一点。同样，为了产生平稳的影像移动，使照相机的影像传感器的影像平面的中心与第一轴线和第二轴线的交点对齐可能有好处。

Claims (7)

1.一种可操作以改变照相机的光轴方向的装置，该装置包括：
第一平台(30，82，91，124)，能围绕第一轴线(32，93，125)旋转；
第二平台(40，81，100，122)，与第一平台(30，82，91，124)刚性地连接；
照相机安装板(43，102)，安装到第二平台(40，81，100，122)上，该安装板(43，102)能围绕第二轴线(45，105)旋转，第二轴线垂直于第一轴线；
第一压电马达(50)，连接到第一平台(30，82，91，124)并且可操作以选择性地围绕第一轴线(32，93，125)旋转第一平台(30，82，91，124)；和
第二压电马达(60)，连接到照相机安装板(43，102)并且可操作以选择性地围绕第二轴线(45，105)旋转安装板(43，102)；
其中，该相机安装板(43，102)收容在开设在该第二平台(40，81，100，122)上的圆形凹部(44)中，该第二压电马达(60)收容在形成于该相机安装板(43，102)上的槽(46)中。
2.根据权利要求1的装置，还包括具有与第一轴线(32，93)共线的中心的环(35)，其中第一压电马达(50)安装在第一平台(30，82，91，124)上并连接到该环(35)并且可控制以向该环(35)施加力，该力产生围绕第一轴线(32，93)旋转第一平台(30，91)的扭矩。
3.根据权利要求1或者权利要求2的装置，还包括连接到第一平台(82，124)上并具有与第一轴线(32，126)共线的轴线的轴(84，125)，该第一压电马达(60)摩擦连接到轴(84，125)并可操作以向该轴(84，125)施加力，该力产生围绕第一轴线(32，126)旋转该轴(84，125)并因此旋转该第一平台(82，124)的扭矩。
4.根据权利要求1的装置，其中第二平台(40，81，100，122)包含具有与第二轴线(45，105)共线的中心的环形表面(49)，所述第二压电马达(60)安装在照相机安装板(43，102)上并连接到该环形表面(49)，并且可控制以向环形表面(49)施加力，该力产生围绕第二轴线(45)旋转该照相机安装板(43)的扭矩。
5.根据权利要求1的装置，还包括安装到照相机安装板(102)上并具有与第二轴线(105)共线的轴线的轴(104)，该第二压电马达(60)安装到第二平台(100)并连接到该轴(104)，使得该第二压电马达(60)可操作以向该轴(104)施加力，该力产生围绕第二轴线(105)旋转该轴(104)并因此旋转照相机安装板(102)的扭矩。
6.根据权利要求1的装置，其中第一压电马达(50)沿基本平行于第一轴线的方向安装到第一平台(91)上。
7.根据权利要求6的装置，还包括底座(34)，所述第一平台可旋转地安装到所述底座，其中第一平台具有马达座(70)，该马达座(70)具有用于容纳第一压电马达(50)的槽(72)、和用于对第一压电马达(50)的块(57)弹性地施力而使该块(57)与底座(34)的表面摩擦接合的弹簧装置(74)。
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