CN102595034B - 数字照相机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字照相机(100)，其包括传感器保持器(108)和至少一个调节环(112)，所述传感器保持器(108)上用于安装图像传感器(110)。调节环(112)被配置成绕照相机的光轴(OA)旋转。传感器保持器(108)和所述至少一个调节环(112)被配置成经由至少一个凸轮表面(115)相互作用，使得当所述至少一个调节环(112)相对于传感器保持器(108)旋转时，该传感器的法线方向关于该光轴的方向被调节。

Description

数字照相机

技术领域

本发明涉及包含可调图像传感器的照相机。

背景技术

在数字照相机及类似的装置中，在镜头和图像传感器之间具有最优位置关系是重要的。这将包括具有最优的后焦距，所述后焦距是从透镜系统的最后方的透镜到传感器像面的距离。该后焦距的小至0.01毫米的误差将会导致聚焦不佳的图像。

另一个重要的因素是图像传感器相对于透镜系统光轴的角度。该图像传感器通常被安装在传感器保持器内。该保持器可以是塑料的或可以是如常用方式那样的其上安装图像传感器的电路板。图像传感器的感光平面理想上应当与透镜系统的光轴正交以便提供最优质量图像。但是，例如由于照相机系统的不同部件内的设置的机械公差，这是难于实现的。

图8示出了通过安装物质816而被安装在保持器808内的图像传感器810。如图像传感器的感光平面的法线方向N与光轴OA之间的夹角A所指示的那样，图像传感器与光轴并不正交。

发明内容

因此本发明的一个目的是克服以上所提及的缺点中的至少一些。该目的通过根据权利要求1所述的数字照相机实现。本发明的其它实施例在从属权利要求中提出。特别地，根据本发明的第一方面，该目的通过一种数字照相机实现，该数字照相机包括用于在其上安装图像传感器的传感器保持器和被配置成绕该照相机的光轴(OA)旋转的至少一个调节环，其中，所述传感器保持器和所述至少一个调节环被配置成经由至少一个凸轮(cam)表面而相互作用，从而当所述至少一个调节环相对于所述传感器保持器旋转时，传感器的法线方向关于光轴方向被调节。

根据另一个实施例，该照相机进一步包括相对于彼此同心布置的至少两个调节环。这个实施例可以节省空间并且会带来机械上有利的构造。

在另一个实施例中，所述至少一个凸轮表面被包括在传感器保持器中。在再一个实施例中，所述至少一个凸轮表面被布置在调节环上。

根据另一个实施例，调节环和传感器保持器之间的相互作用是通过至少两个读取头执行的。在一个实施例中，至少一个读取头位于传感器保持器的前部，并且至少一个读取头位于传感器保持器的后部。在另一个实施例中，至少一个凸轮表面布置于传感器保持器的前部，并且至少一个凸轮表面布置于传感器保持器的后部。

在再一个实施例中，所述至少一个凸轮表面布置于所述至少一个调节环的周边。

在又一个实施例中包括第一调节环和第二调节环，其中，第一调节环被配置成独立于第二调节环旋转，从而使得能够在不同方向上独立地调节失准角。

根据另一个实施例，该照相机包括透镜系统，其中，所述至少一个凸轮表面具有凸轮轮廓(camprofile)，所述凸轮轮廓被选择为使得在落入透镜系统的光轴内的图像传感器的感光表面的点与透镜系统之间的距离在所述至少一个调节环的旋转期间保持恒定。该实施例可以提供在失准调节期间后焦距不变的系统。

在再一个实施例中，光轴方向上的所述至少两个读取头的运动之和为零。该实施例也可以使得在调节期间后焦距恒定。

在一个特定的实施例中，所选的凸轮表面类型被成形为以一角度切过的圆柱体。

进一步来说，凸轮表面可以被实施为调节环或传感器保持器的弯曲的壁中的凹槽。

在再另一个实施例中，所述至少一个调节环包括旋转锁定布置，该旋转锁定布置用于将调节环关于传感器保持器进行锁定。

附图说明

接下来，将参照以下的附图说明本发明的多个实施例。

图1以示意性截面图示出了数字照相机。

图2a、2b、2c以截面图示出了具有多个凸轮表面的数字照相机。

图3a、3b示出了不同的凸轮表面类型。

图4a、4b示出了调节环中的凹槽。

图5示出了具有三个凸轮表面的调节环的顶视图。

图6示出了具有两个凸轮表面的调节环的顶视图。

图7a、7b分别示出了具有切割圆柱体凸轮表面类型形式的调节环的前视图和侧视图。

图8以截面图示出了在传感器保持器内安装图像传感器。

具体实施方式

图8示出了安装在传感器保持器808内的图像传感器810。光轴OA是定义了光传播通过透镜系统806所沿的路径的假象线。在理想的情况下，图像传感器的感光平面与透镜系统的光轴OA完全正交，也就是说，图像传感器的感光平面的法线N与所述光轴OA平行。但是，由于生产的问题，情况常常并非如此，如图8中由图像传感器的感光平面的法线方向N与透镜系统的光轴OA的方向之间的失准角A所指示的那样。

图1示出了具有透镜安装装置104和透镜系统106的数字照相机100的外罩102。在外罩102内部具有传感器保持器108，图像传感器110安装在传感器保持器108内。调节环112与图像传感器保持器108连接。传感器保持器108和调节环112被配置成经由凸轮表面115和读取头114通过绕着光轴旋转而彼此相互作用。该相互作用发生在相互作用点处，所述相互作用点是读取头与凸轮表面相接触的点。

凸轮表面115和读取头114被设计成使得：当调节环112和传感器保持器108相对于彼此旋转时，图像传感器的感光平面的法线方向N与透镜系统的光轴OA之间的角度A将被调节。因此，该调节将导致图像传感器的倾斜变化。本发明的一个目的是最小化角度A。这种调节是重要的，尤其考虑到当前和未来的多兆像素传感器，所述多兆像素传感器具有小的像素，并且由此即使图像传感器的小的失准也变得对图像质量带来损害。

凸轮表面可以被布置在调节环上或被包括在传感器保持器中，且相应的读取头可以被布置在或者被包含在调节环上或传感器保持器中的另一个。

凸轮表面具有带有某种形状的凸轮轮廓，所述凸轮轮廓被选择以确保图像传感器的感光平面的倾斜可以通过旋转调节环来适当调节。在调节环旋转期间，读取头跟随凸轮表面的凸轮轮廓。该凸轮轮廓可以同时在调节环的旋转以及正交于该运动的方向上具有倾斜。

凸轮表面可以布置于调节环的周边，即，面向传感器保持器的圆柱体边缘的表面上，如图1、2a-c、3a-b、5、6和7a-b所指示。

可替换地，如示出不同视图的图4a和图4b所示地，凸轮表面可以被实施为调节环壁中的凹槽。这些凹槽可以被布置在该环的外表面或者内表面上。可替换地，凹槽可以被布置成从外表面穿透调节环的壁而到达内表面。

角度A的调节可以典型地通过使用单一的调节环以单一步骤而实施，所述角度A是图像传感器的感光平面的法线方向N与透镜系统的光轴OA的方向之间的夹角。凸轮表面的数量、凸轮表面的轮廓的形状以及读取头的位置和数量使得当调节环和传感器保持器相对于彼此转动时，可以得到最优的失准角A。在一个实施例中，寻找角度A的最小值。这个单一步骤方式的详细实施例将在后面进一步阐述。

可替换地，该调节可以典型地通过使用可独立旋转的两个调节环而以两步骤方式实施。凸轮表面和读取头可以被布置成使得通过关于彼此转动第一调节环和传感器保持器而在第一步骤内调节垂直方向上的传感器的倾斜，以及使得通过关于彼此转动第二调节环和传感器保持器而在第二步骤内调节水平方向上的传感器的倾斜。此处也寻求在垂直和水平两个方向上的最优失准角A，在一个实施例中该最优失准角A是角度A的最小值。这里，分开地调节传感器的垂直倾斜和水平倾斜。此两步骤方式的详细实施例将在后面进一步阐述。

如果该调节是手动地实施的，该两步骤方式可以提供优势，因为其可以为用户提供更好的控制。但是在采用机动化和/或自动化调节的情况下，单一步骤调节可以提供更简单的实施。

在传感器调节期间，在某些情况下，确保后焦距(即，落入光轴内的图像传感器的感光平面上的点与透镜系统的最后方的透镜表面之间的距离)保持恒定可能是有利的。为了实现这一点，在任意时间点，相互作用点中的凸轮轮廓的导数(derivative)的总和应当为零。其结果是：在光轴方向上传感器保持器上的相互作用点的运动之和为零。传感器保持器上的这些相互作用点可以是读取头或者凸轮表面，取决于这两者之中的哪一个被包括在传感器保持器中。

为了实现在具有以180度安装的两个读取头的该两步骤方式中的恒定后焦距，可以选择凸轮表面的凸轮轮廓以使得第二个180度具有第一部分的相反导数(oppositederivative)，例如当这两个凸轮轮廓是彼此的镜像时。

在该单一步骤方式中，也可以通过仔细地构建凸轮表面的凸轮轮廓来实现恒定后焦点。

如果不要求恒定后焦距，则凸轮表面的轮廓可以被自由地设定形状，由此所述凸轮表面的轮廓以最小的努力实现角度变化的所需范围。

具有单一调节环的单一步骤调节的实施例

图1中所示的一个实施例是具有单一调节环112的单一步骤调节。三个凸轮表面115和对应的3个读取头114可以被安装在调节环上或者传感器保持器108上。图3a示出了彼此之间具有120度的三个凸轮表面301、302、303的例子。相应的读取头114也会以120度被布置。可以典型地选择凸轮表面115的轮廓以使得当调节环112和传感器保持器108相对于彼此转动时可以找到最优失准角A。

为了使每个读取头都能够使用360度凸轮表面从而当调节环和传感器保持器关于彼此转动时通过更高的分辨率实现比先前实施例更高的传动(gearing)，若干个凸轮表面可以以不同半径同心地被安装在调节环或者传感器保持器上。这里，读取头也被安装在调节环或者传感器保持器中的另一个上。

如果该调节是手动实施的，那么具有较高传动的实施例将具有优势。但是对于机动化和自动化的调节，传动可能没有那么重要，并且可以选择可能具有短得多的凸轮表面的先前的实施例。

图5示出了具有这些360度凸轮表面类型的一个实施例。在这个实施例中，单一调节环具有不同半径的3个凸轮表面501、502和503，每个覆盖360度。该布置具有读取头保持器505、507和509，所述读取头保持器505、507和509典型地以120度安装。读取头保持器各具有一个相应的读取头，所述读取头安装于与相应凸轮表面相同的半径距离处，从而读取头可以各读取一个凸轮表面。如同先前的实施例，该调节通过关于彼此转动调节环和传感器保持器而在单一步骤中被执行。

具有两个调节环的两步骤调节的实施例

图2a、2b以及2c中所示的另一个实施例包括两个调节环212和213，其中，通过关于彼此转动第一调节环和传感器保持器来调节传感器在水平方向上的倾斜，通过关于传感器保持器转动第二调节环来调节传感器在垂直方向上的倾斜。

在图2a中，调节操作的两个步骤连续地作用，即，第一调节环直接与传感器保持器相互作用且第二调节环与第一调节环相互作用，从而调节传感器保持器。

在图2b中，第一调节环被置于传感器保持器之前且第二调节环被置于传感器保持器之后。两个调节环都执行传感器保持器的直接调节。在本例中，读取头214被安装在传感器保持器208上，因此凸轮表面215被安装在调节环上。

另一方面，在图2c中，读取头214被安装在调节环上并且凸轮表面215被安装在传感器保持器上。

图3b示出了具有两个180度凸轮表面304和305的调节环的例子。它们的所选择的轮廓具有相反导数并且第一轮廓是第二轮廓的镜像。通过以180度安装的这两个读取头，在此将实现恒定的后焦距。

两步骤方式的另一个实施例具有被成形为以一角度切过的圆柱体的凸轮轮廓。图7a和图7b示出了当圆柱体以一角度被切过时该圆柱体的不同的视图，所述视图给出了优选的凸轮轮廓类型。这实际上给出了带有两个180度部分的360度连续凸轮轮廓，所述两个180度部分具有相反导数。通过以180度放置的这两个读取头，将实现具有恒定后焦距的调节。相同的360度连续凸轮轮廓被使用，一次用于当第一调节环使用所描述的凸轮轮廓类型与传感器保持器相互作用时的传感器的垂直调节，一次用于当第二调节环与传感器保持器相互作用时的传感器的水平调节。可以通过安装这两个凸轮表面以及它们各自的彼此之间具有90度偏移的两个读取头来实现垂直和水平调节。

在两步骤方式中，也可以使用对于每个读取头具有360度凸轮表面的实施例，这通过更高的分辨率提供了更高的传动。这在图6中示出，其中仅示出了所需的两个调节环之中的第一调节环。在本实施例中，具有不同半径的两个360度凸轮表面601和602被安装在调节环或者传感器保持器上。该布置包括读取头保持器605和607，在本实施例中它们典型地以180度分开安装。读取头保持器605和607各具有一个读取头，所述读取头布置于与相应凸轮表面相同的半径距离处。从而，每一个读取头可以读取一个凸轮表面。

对于所有以上提及的实施例和任何其它实施例，适用下述内容：

图像传感器的感光平面的法线方向的调节可以包括使用照相机之前或者之后的校准，以及使用期间的动态调节和修正。

除了上面所描述的最小化失准角A之外，所提出的布置还可以用于以任何期望的角度故意倾斜图像传感器。这可以用于使得与透镜系统的光轴不正交的某一平面对焦。一个例子可以是围墙监视。

读取头、调节环和凸轮表面之间的偏移程度可以与实施例中建议的偏移程度不同。在可使用较低传动的电机驱动调节中，可以实施具有以90度分开放置的3个读取头的实施例。那么，每个相应的凸轮曲线也可以覆盖调节环的90度或者更少。调节环的数量可以多于3个，例如4个，读取头具有相对应的数量。

所选的凸轮表面的长度将典型地决定于所需的传动，且可以覆盖整个360度的圆周、180度的半圆，或者如先前所提及的，这两个凸轮表面均可以更长或者更短。

所提及的对水平倾斜和垂直倾斜的调节可以以任何角度进行，并且不必相互正交，也不必与透镜系统的光轴正交。水平和垂直也可以以常规的方式而不是严格科学的方式进行解释，在严格科学的方式中这些术语与重力场相关地被定义。在这种意义下，这些术语可以与照相机外罩相关，因此可与该照相机被如何安装或放置无关。

这些调节环可以具有相同的直径并且它们的中心一个接一个地沿着与光轴相同的大体方向的轴进行布置，和/或它们可以具有不同的直径并且具有同一中心点而以一个在另一个之内的方式同心地放置。

在一个实施例中，凸轮表面的(多个)环的中心点被置于传感器表面的平面中，这使得可以在调节期间保持传感器的垂直和水平位置。

在另一个实施例中，调节环和传感器保持器之间的相互作用平面应当位于与图像传感器的感光表面平面相同的平面中，因为这使得可以在调节期间保持传感器的垂直和水平位置。实现这一点的方法是将读取头置于传感器保持器处并且将凸轮表面安装在调节环上。

所描述的发明也可以应用于其它类型的传感器，诸如位置传感器、角度传感器、声学传感器、磁传感器、热传感器以及压力传感器。

图1和图2示出了旋转锁定布置118、218。这可以是调节环112、212的一部分，或者在某些实施例中可以是传感器保持器108、208或者凸轮表面的任何保持器216的一部分。该旋转锁定布置118、218锁定调节环112、212和传感器保持器108、208或任何保持器216使其不能旋转，并且由此固定传感器110、210的调节。锁定装置的一个例子可以是一个或若干个塑料弹簧，其与旋转的调节环连接，使得当塑料弹簧没有被加压时调节环被锁定，而当塑料弹簧被加压时调节环自由旋转。调节环可以典型地具有钝齿轮型狭缝，塑料弹簧在松弛时在该狭缝处被卡住并且由此锁定该环使其不能旋转。如图2所示，在两步骤方式中可以实施两个分立的锁定布置218。

可替换地，并且特别地在使用照相机之前的初始校准的情况下，可以使用粘合剂(例如胶水)或者任何其它类型的固定方法来永久地锁定调节的位置。

不同类型的计算和/或检测方法可以被用于定义何时图像传感器被校准到最优角度，典型地，何时角度A已经达到最小值。这样的方法的例子有：

-使用激光的反射计算

-图像处理

-传感器表面的机器视觉检查。

Claims (14)

1.一种数字照相机(100，200，800)，包括：

-传感器保持器(108，208，508，608)，用于在其上安装图像传感器(110，210)，

-至少一个调节环(112，212，213)，被配置成绕所述照相机的光轴(OA)旋转，其中：

-所述传感器保持器(108，208，508，608)和所述至少一个调节环(112，212，213)被配置成经由至少一个凸轮表面(115，215，501，502，601，602，702，704)相互作用，使得当所述至少一个调节环(112，212，213)相对于所述传感器保持器(108，208，508，608)旋转时，所述传感器的法线方向关于所述光轴的方向被调节，其中：

-所述至少一个凸轮表面具有凸轮轮廓，使得当透镜系统(106，206，806)附接到所述照相机时，落入所述透镜系统的光轴内的所述图像传感器的感光表面的点与所述透镜系统之间的距离在所述至少一个调节环的旋转期间保持恒定。

2.如权利要求1所述的照相机，包括至少两个调节环，所述至少两个调节环相对于彼此同心地被布置。

3.如权利要求1所述的照相机，其中，所述至少一个凸轮表面(215)被包括在所述传感器保持器(208)中。

4.如权利要求2所述的照相机，其中，所述至少一个凸轮表面(215)被包括在所述传感器保持器(208)中。

5.如权利要求1-4中任一项所述的照相机，其中，所述至少一个凸轮表面(115，215)被布置在所述调节环(212)上。

6.如权利要求1-4中任一项所述的照相机，其中，利用至少两个读取头(114，214)执行所述调节环与传感器保持器之间的相互作用。

7.如权利要求6所述的照相机，其中，至少一个读取头(214)位于所述传感器保持器的前部(220)，且至少一个读取头(214)位于所述传感器保持器(208)的后部(230)。

8.如权利要求1-4中任一项所述的照相机，其中，至少一个凸轮表面(215)布置于所述传感器保持器(208)的前部(220)，且至少一个凸轮表面(215)布置于所述传感器保持器(208)的后部(230)。

9.如权利要求1-4中任一项所述的照相机，其中，所述至少一个凸轮表面(215)布置于所述至少一个调节环(112，212)的周边。

10.如权利要求2-4中任一项所述的照相机，包括第一调节环和第二调节环，其中，所述第一调节环被配置成独立于所述第二调节环旋转。

11.如权利要求6所述的照相机，其中，在光轴方向上的所述至少两个读取头(214)的运动之和为零。

12.如权利要求1或11所述的照相机，其中，所选择的凸轮表面类型被成形为以一角度切过的圆柱体。

13.如权利要求1-4中任一项所述的照相机，其中，所述凸轮表面是所述调节环或所述传感器保持器的弯曲的壁中的凹槽(400)。

14.如权利要求1-4中任一项所述的照相机，其中，所述至少一个调节环(212)包括旋转锁定布置(218)，所述旋转锁定布置(218)用于将所述调节环(212)关于所述传感器保持器(208)锁定。