CN104849942A - 滤光组件和图像采集设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滤光组件和图像采集设备，所述滤光组件位于图像采集设备中的图像传感器前方的光线通道中，可对经由所述光线通道射向所述图像传感器的光线进行过滤；所述滤光组件包括：多个滤光片，每个滤光片可绕位于自身任一侧边处的旋转轴线进行旋转；其中，当任一滤光片旋转至与所述图像传感器平行的第一预设姿态时，所述任一滤光片可对所述图像传感器进行光线过滤，当所述任一滤光片旋转至与所述图像传感器垂直的第二预设姿态时，所述任一滤光片远离所述光线通道中对应于所述图像传感器的感光区域。通过本发明的技术方案，可以实现多个滤光片的使用和切换，且不会造成过大的空间占用。

Description

滤光组件和图像采集设备

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，尤其涉及滤光组件和图像采集设备。

背景技术

诸如照相机、摄像机等图像采集设备越来越广泛地被应用于日常生活中，这些图像采集设备需要通过图像传感器对被摄对象的反射光线进行感应后，形成相应的图像内容。由于在很多情况下，诸如环境光线的明暗、天气变化等，都会影响图像采集效果。

因此，相关技术中提出在图像采集设备中安装滤光片，通过对光线的过滤，提升图像采集效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种滤光组件和图像采集装置，可以实现多个滤光片的使用和切换，且不会造成过大的空间占用。

为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提出了一种滤光组件，所述滤光组件位于图像采集设备中的图像传感器前方的光线通道中，可对经由所述光线通道射向所述图像传感器的光线进行过滤；所述滤光组件包括：

多个滤光片，每个滤光片可绕位于自身任一侧边处的旋转轴线进行旋转；其中，当任一滤光片旋转至与所述图像传感器平行的第一预设姿态时，所述任一滤光片可对所述图像传感器进行光线过滤，当所述任一滤光片旋转至与所述图像传感器垂直的第二预设姿态时，所述任一滤光片远离所述光线通道中对应于所述图像传感器的感光区域。

根据本发明的第二方面，提出了一种图像采集装置，包括上述实施例的滤光组件。

由以上技术方案可见，本发明通过设置多个可旋转的滤光片，使得通过对滤光片的姿态调整，即可对滤光片进行开关控制，实现多个滤光片之间的切换和组合应用。同时，由于滤光片通过旋转来调整姿态，不会造成过大的空间占用，有助于降低图像采集设备的设计难度、减小图像采集设备的整机尺寸。

附图说明

图1A是相关技术中的一种图像采集设备的主视方向的结构示意图；

图1B是相关技术中的一种图像采集设备的俯视方向的结构示意图；

图2是相关技术中的另一种图像采集设备的主视方向的结构示意图；

图3A-3B是根据本发明一示例性实施例所示的一种图像采集设备的俯视方向的结构示意图；

图4A-4C是根据本发明一示例性实施例所示的另一种图像采集设备的俯视方向的结构示意图；

图5A-5B是根据本发明一示例性实施例所示的尺寸关系示意图；

图5C-5D是根据本发明一示例性实施例所示的又一种图像采集设备的俯视方向的结构示意图；

图6A-6B是根据本发明一示例性实施例所示的又一种图像采集设备的俯视方向的结构示意图；

图6C是根据本发明一示例性实施例所示的尺寸关系示意图。

具体实施方式

图1A-1B是相关技术中的一种图像采集设备的结构示意图，其中图1A为主视方向、图1B为俯视方向。如图1A-1B所示，图像采集设备中设置有图像传感器1，而在图像传感器1的前方(即图1B中的下方)设置有光线通道2，使得被摄对象的反射光线可以通过光线通道2射向图像传感器1，则图像传感器1可以完成对该被摄对象的光线感应和图像采集。

为了避免如光线强弱、环境变化等造成的光线问题，相关技术中提出了在图像传感器1的前方设置滤光片的方案。如图2所示的图像采集装置的结构示意图中，滤光组件3包括设置在同一平面上的多个滤光片，比如滤光片31和滤光片32等，该滤光组件3通过驱动电机4的作用下，可以沿轨道5进行水平方向的移动。其中，滤光组件3中的每个滤光片的规格与图像传感器1的规格相配合，则当滤光组件3沿轨道5进行水平移动时，可以使滤光组件3中的多个滤光片之间进行切换，从而依次作用于图像传感器1；比如图2中，当前状态为滤光片31位于图像传感器1前方，并对通过光线通道2射向图像传感器1的光线进行滤光处理，而当滤光组件3向左侧移动后，可使滤光片32移动至图像传感器1前方，并对通过光线通道2射向图像传感器1的光线进行滤光处理。

当然，相关技术中的滤光组件3除了沿水平方向进行移动外，还可以沿其他任意方向进行移动，比如沿竖直方向进行移动，以实现多个滤光片之间的切换应用。然而，无论相关技术中采用何种移动方向，滤光组件3中的多个滤光片总是在同一平面内移动，则为了满足滤光组件3的移动需求，需要在图像采集设备内部提供相应的空间，假定滤光片31和滤光片32的水平宽度均为a、竖直方向均为b，则该空间至少应当在水平方向上不小于3a、在竖直方向上不小于b，并且当滤光组件3包含更多数量的滤光片时，该预留空间会更大。

然而，滤光组件3所需的预留空间，显然对图像采集设备在规格上提出了额外的需求，提升了图像采集设备的内部结构复杂度和设计难度，并且与图像采集设备的小型化趋势相背离。

因此，本发明通过对图像采集设备的结构改进，使其能够解决相关技术中存在的上述技术问题。为对本发明进行进一步说明，提供下列实施例：

图3A-3B是根据本发明一示例性实施例所示的一种图像采集设备的俯视方向的结构示意图。如图3A-3B所示，本发明提出了经过改进的滤光组件6，该滤光组件6位于图像采集设备中的图像传感器1前方的光线通道2中，可对经由该光线通道2射向图像传感器1的光线进行过滤；其中，滤光组件6包括多个滤光片。

为便于说明，图3A-3B中先以一个滤光片6A为例，对滤光组件6中的每个滤光片的结构特征进行描述。如图3A-3B所示，滤光片6A可绕位于自身任一侧边(图3A中为右侧边)处的旋转轴线61进行旋转；其中，当滤光片6A旋转至图3A所示的第一预设姿态时，该滤光片6A与图像传感器1平行且可对图像传感器1进行光线过滤，当滤光片6A旋转至图3B所示的与图像传感器1垂直的第二预设姿态(相比于图3A而言，滤光片6A绕旋转轴线61逆时针旋转90°，使滤光片6A由水平方向旋转至竖直方向)时，该滤光片6A远离光线通道2中对应于图像传感器1的感光区域22，该感光区域22内的光线能够射向图像传感器1并生成相应的图像；同时，非感光区域21位于感光区域22的外侧，是在镜座上开设的用于放置滤光片6A的槽状区域，从而避免对图像传感器1的正常图像感应造成影响。需要指出的是：虽然本发明中采用了“平行”、“垂直”的描述方式，但在实际应用中并不一定为0°和90°，比如在-5°～5°之间均认为符合“平行”、在85°～95°之间均认为符合“垂直”，从而在一定范围内允许存在有意或无意造成的偏差。

那么，与滤光片6A相类似的，滤光组件6中的每个滤光片可绕位于自身任一侧边处的旋转轴线61进行旋转；其中，当任一滤光片旋转至第一预设姿态时，该任一滤光片可对图像传感器1进行光线过滤，当该任一滤光片6A旋转至第二预设姿态时，该任一滤光片远离光线通道2中对应于图像传感器1的感光区域22。

由图3A-3B可知，在本发明的实施例中，由于滤光组件6中的每个滤光片均采用旋转的方式进行姿态切换，对其滤光作用进行开关控制，因而每个滤光片的旋转轴线61均需要位于光线通道2中的非感光区域21，则滤光组件6只需要应用光线通道2的空间即可，无需占用图像采集设备中的额外空间，不影响图像采集设备的内部结构，有助于图像采集设备的结构简化与小型化设计。

1、旋转驱动

作为一示例性实施例，可以通过在图像采集设备中配置驱动电机，并由该驱动电机对滤光组件6中的滤光片进行驱动，使其实现旋转和姿态变化。具体地，在每个滤光片的任一侧边处设置有齿轮等传动结构(图中未示出)，该传动结构与图像采集设备中的驱动电机(图中未示出)的转轴相配合，使该滤光片由该驱动电机驱动其旋转；那么相应地，滤光片的旋转轴线61位于该任一侧边处。

2、滤光组件6

滤光组件6中的每个滤光片均采用旋转方式进行姿态切换，而多个滤光片之间可以存在多种组合形式，下面对其中可能的几种形式进行说明。

实施例一：滤光片相互独立

作为一示例性实施方式，滤光组件6中的多个滤光片的旋转轴线均位于光线通道2的同一侧。如图4A所示，以滤光组件6中包含两个滤光片(滤光片6A和滤光片6B)为例，每个滤光片的旋转轴线均位于其右侧边，即光线通道2的右侧的非感光区域21(请参考图3B，图4A中未标示)内。当然，此处的“右侧”仅用于举例说明，滤光组件6中的所有滤光片还可以位于光线通道2的其他任意方位，比如左侧、上方、下方等。

作为另一示例性实施方式，多个滤光片的旋转轴线可以分布于光线通道2的多侧，且每一侧分布有至少一条旋转轴线。比如图4B所示，以滤光组件6包括两个滤光片(即滤光片6A和滤光片6B)为例，滤光片6A和滤光片6B的旋转轴线分别位于光线通道2的右侧和左侧，则滤光片6A在图4B中位于第一预设姿态，且可以通过逆时针旋转而调整至第二预设姿态，而滤光片6B在图4B中位于第二预设姿态，且可以通过逆时针旋转调整至第一预设姿态。

此外，当滤光组件6中的多个滤光片的旋转轴线分布于光线通道2的不同侧时，可能存在部分滤光片的旋转轴线位于光线通道2的同一侧，比如在图4C中，滤光片6A和滤光片6C的旋转轴线均位于光线通道2的右侧、滤光片6B的旋转轴线位于光线通道2的左侧；同时，图4C所示的实施例也表明，本发明中的滤光组件6可以包括3个或更多滤光片，本发明并不对此进行限制。

基于滤光组件6中的多个滤光片之间的相对位置关系，不同滤光片在姿态变化过程中的占用空间可能存在重叠，而为了避免空间重叠带来的滤光片之间的旋转干涉，本发明提出了相应的解决方案。

方案一：基于空间调整

在该解决方案中，通过配置滤光片之间的间隔距离，在物理上避免滤光片在旋转过程中的占用空间存在重叠。

比如对于旋转轴线位于光线通道2的同一侧的相邻滤光片(适用于图4A中的滤光片6A和滤光片6B，也适用于图4C中的滤光片6A和滤光片6C)，若该相邻滤光片中的至少一个滤光片可以通过向靠近另一滤光片的方向旋转，以由第一预设姿态调整至第二预设姿态。举例而言，如图4A所示，滤光片6A与滤光片6B为相邻滤光片，滤光片6A向靠近滤光片6B的方向旋转时，即绕逆时针方向旋转，可由第一预设姿态调整至第二预设姿态，且滤光片6B向靠近滤光片6A的方向旋转时，即绕顺时针方向旋转，可由第一预设姿态调整至第二预设姿态。

为了实现上述调整方式，需要确保相邻滤光片的旋转轴线之间的间距不小于上述的至少一个滤光片对应的旋转扇面的半径长度；比如图5A所示，将滤光片6A和滤光片6B分别简化为俯视方向上的一条线段，则滤光片6A在第一预设姿态与第二预设姿态之间进行切换时，实际上相当于以滤光片6A在俯视方向上的长度为半径、旋转轴线为圆心，形成一个相应的旋转扇面，且由于滤光片6A与滤光片6B位于图像传感器1的同一侧，因而需要两者的旋转轴线之间的间距不小于该旋转扇面的半径长度(即上述的“滤光片6A在俯视方向上的长度”)，才能够确保滤光片6A的旋转操作不会受到滤光片6B的干扰。

进一步地，为了尽可能地降低滤光组件6的空间占用，可以针对旋转轴线位于光线通道2的同一侧的相邻滤光片中，每个滤光片通过向靠近另一滤光片的方向旋转，以由所述第一预设姿态调整至所述第二预设姿态，且所述相邻滤光片的旋转轴线之间的间距不小于每个滤光片对应的旋转扇面的半径长度。以图4A为例，当滤光片6A和滤光片6B均向对方靠近的方向进行旋转时，应当确保两者的旋转轴线之间的间距不小于每个滤光片对应的旋转扇面的半径长度，比如图5A中，滤光片6A和滤光片6B对应的旋转扇面的半径长度均为r时，只需要确保两者的旋转轴线之间的间距d≥r；而如图5B中，假定滤光片6A对应的旋转扇面的半径长度为r1、滤光片6B对应的旋转扇面的半径长度为r2，且r1＞r2，则需要确保两者的旋转轴线之间的间距d≥r1即可。

在图4A所示的实施例中，假定滤光片6A和滤光片6B的规格相同，即旋转半径均为r，则当滤光片6A和滤光片6B的旋转轴线之间的间距d与r恰好匹配时，可以在光线射入方向上最大程度地减少空间占用，可以适用于所有类型的图像传感器1的图像采集设备，甚至中画幅、大画幅和全画幅的图像采集设备。

如图5C所示，对于图4A所示的实施方式，若考虑到滤光组件6对图像采集设备的最小空间占用，则同一时间必须至少存在一个滤光片被应用于滤光操作，比如将滤光片6A调整至第二预设姿态后，由于会受到滤光片6A的阻碍，滤光片6B将无法通过顺时针旋转而调整至第二预设姿态。

因此，针对上述相邻滤光片之间的相互干涉，同时考虑到不同侧的滤光片之间的相互干涉，本发明进一步提供了“不滤光”的功能选项：增加任意两个滤光片的旋转轴线之间的间距，使其不小于其中每个滤光片分别对应的旋转扇面的半径长度之和。比如图5B所示，当滤光片6A和滤光片6B对应的旋转扇面的半径长度分别为r1和r2时，应当确保两者的旋转轴线之间的间距d≥r1+r2，即可确保滤光片6A和滤光片6B采用图5D所示旋转方向时，不存在相互干涉。

方案二：基于姿态控制时序

在该解决方案中，每个滤光片连接至相应的驱动电机，且所述的驱动电机由相连的控制器进行驱动控制；其中，当接收到对任一滤光片的姿态调整需求时，该控制器将位于所述任一滤光片的旋转路径上的其他滤光片通过姿态调整移出所述旋转路径后，对所述任一滤光片执行对应于所述姿态调整需求的姿态调整控制。

比如图4A所示，当滤光片6A需要从第一预设姿态调整至第二预设姿态时，由于滤光片6B处于第一预设姿态且不处于滤光片6A的旋转路径上，因而控制器可以直接通过控制滤光片6A对应的驱动电机，对滤光片6A进行姿态调整至图5C所示状态。而基于图5C的状态下，若滤光片6B需要从第一预设姿态调整至第二预设姿态时，由于滤光片6A处于第二预设姿态且位于滤光片6B的旋转路径上，因而控制器应当首先将滤光片6A调整至第一预设姿态后，才能够将滤光片6B从第一预设姿态调整至第二预设姿态。

类似的，如图4C所示，当滤光片6A需要从第二预设姿态调整至第一预设姿态时，由于滤光片6B处于第一预设姿态且处于滤光片6A的旋转路径上、滤光片6C处于第二预设姿态且不处于滤光片6A的旋转路径上，因而控制器应当首先将滤光片6B调整至第二预设姿态后，才能够将滤光片6A从第二预设姿态调整至第一预设姿态。

实施例二：滤光片成组结合

作为另一示例性实施例，滤光组件6的多个滤光片中可以包括至少一个由两个滤光片构成的滤光片组且所述两个滤光片的一侧边固定连接，得到┐型的一体式滤光结构；其中，该一体式滤光结构的弯折处形成所述两个滤光片的公共旋转轴线。

比如图6A所示，由滤光片6A和滤光片6B构成一个一体式滤光结构(图中未标示)，且旋转轴线61位于两个滤光片的连接处，作为两个滤光片的公共旋转轴线。在上述的实施例一、实施例二中，滤光组件6中的每个滤光片为独立结构，且每个滤光片的姿态变化也相互独立；在该实施例三中，每个一体式滤光结构内的两个滤光片同时执行姿态变化，而不同的一体式滤光结构之间实现相互独立的姿态变化。

在图6A中，滤光片6A处于第二预设姿态、滤光片6B处于第一预设姿态；当图6A所示的一体式滤光结构逆时针旋转至图6B所示的姿态后，滤光片6A由第二预设姿态调整至第一预设姿态、滤光片6B由第一预设姿态调整至第二预设姿态。

其中，为了避免滤光片与图像传感器1之间存在干涉，如图6C所示，当一体式滤光结构的公共旋转轴线61与图像传感器1所处平面之间呈第一距离d1时，应当确保一体式滤光结构中靠近图像传感器1的滤光片6A对应的旋转扇面的半径长度r1不大于第一距离d1。

在图6A所示的实施例中，基于滤光片的姿态调整方式，图像采集设备的镜头与图像传感器1之间需要占用至少两倍于滤光片宽度的距离(比如滤光片6A和滤光片6B的宽度均为r，则该距离应当至少为2r)。在相关技术中，C画幅的图像传感器1尺寸约为24mm×16mm，则两倍滤光片宽度约为16mm×2＝32mm，而相关技术中的镜头法兰焦距约为45mm，因而图6A所示的实施例至少能够适用于C画幅及以下尺寸的图像采集设备。

需要说明的是：

除了单独使用之外，对于图6A所示的一体式滤光结构，也可以由多个一体式滤光结构结合使用，或者由一体式滤光结构与独立的滤光片结合使用，本发明并不对此进行限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种滤光组件，其特征在于，所述滤光组件位于图像采集设备中的图像传感器前方的光线通道中，可对经由所述光线通道射向所述图像传感器的光线进行过滤；所述滤光组件包括：

多个滤光片，每个滤光片可绕位于自身任一侧边处的旋转轴线进行旋转；其中，当任一滤光片旋转至与所述图像传感器平行的第一预设姿态时，所述任一滤光片可对所述图像传感器进行光线过滤，当所述任一滤光片旋转至与所述图像传感器垂直的第二预设姿态时，所述任一滤光片远离所述光线通道中对应于所述图像传感器的感光区域。

2.根据权利要求1所述的滤光组件，其特征在于，多个滤光片的旋转轴线均位于所述光线通道的同一侧。

3.根据权利要求1所述的滤光组件，其特征在于，多个滤光片的旋转轴线分布于所述光线通道的多侧，且每一侧分布有至少一条旋转轴线。

4.根据权利要求1所述的滤光组件，其特征在于，每个滤光片连接至相应的驱动电机，且所述的驱动电机由相连的控制器进行驱动控制；其中，当接收到对任一滤光片的姿态调整需求时，所述控制器将位于所述任一滤光片的旋转路径上的其他滤光片通过姿态调整移出所述旋转路径后，对所述任一滤光片执行对应于所述姿态调整需求的姿态调整控制。

5.根据权利要求4所述的滤光组件，其特征在于，在位于所述光线通道的同一侧的相邻滤光片中，每个滤光片通过向靠近另一滤光片的方向旋转，以由所述第一预设姿态调整至所述第二预设姿态，且所述相邻滤光片的旋转轴线之间的间距不小于每个滤光片对应的旋转扇面的半径长度。

6.根据权利要求4所述的滤光组件，其特征在于，所述滤光组件包括：第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片和所述第二滤光片的旋转轴线设置于所述光线通道的两侧。

7.根据权利要求1所述的滤光组件，其特征在于，任意两个滤光片的旋转轴线之间的间距不小于其中每个滤光片对应的旋转扇面的半径长度之和。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的滤光组件，其特征在于，所述多个滤光片中包括至少一个由两个滤光片构成的滤光片组，且所述两个滤光片的一侧边固定连接，得到┐型的一体式滤光结构；

其中，所述一体式滤光结构的弯折处形成所述两个滤光片的公共旋转轴线。

9.根据权利要求8所述的滤光组件，其特征在于，所述一体式滤光结构的公共旋转轴线与所述图像传感器所处平面之间呈第一距离，且所述一体式滤光结构中靠近所述图像传感器的滤光片对应的旋转扇面的半径长度不大于所述第一距离。

10.一种图像采集设备，其特征在于，包括：如权利要求1-9中任一项所述的滤光组件。