CN107278277B - 摄像头组件及使用该摄像头组件的拍摄装置和飞行器 - Google Patents

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Abstract

一种摄像头组件及使用该摄像头组件的拍摄装置和飞行器，该飞行器包括机身以及安装于所述机身的拍摄装置，所述拍摄装置包括拍摄装置的本体和设置在所述本体上的摄像头组件，所述摄像头组件包括：镜座和安装在镜座上的镜头组件，所述镜头组件包括至少一个透镜构成的镜片；所述镜座包括连接件，所述连接件用于在所述镜座内部温度升高时带动所述镜头组件沿所述镜片的光轴方向移动预设位移，所述预设位移用于补偿所述镜片膨胀引起的焦距变化量。

Description

摄像头组件及使用该摄像头组件的拍摄装置和飞行器
技术领域
本发明实施例涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种摄像头组件及使用该摄像头组件的拍摄装置和飞行器。
背景技术
随着摄像技术的发展，定焦摄像头组件由于具有设计简单，对焦速度快，成像质量稳定的优点，在各种用途的摄像电子设备中得到广泛的应用。
目前常用的定焦摄像头组件一般包括镜头、镜座及图像传感器芯片；其中，镜头设置在镜座上，图像传感器芯片设在镜头与镜座形成的容纳空间中。镜头中设有塑料镜片，塑料镜片对外界温度敏感，当图像传感器芯片散热，或者环境温度升高时，塑料镜片受热发生热膨胀，塑料镜片的形状发生变化，导致镜头的焦距发生变化，使得镜头出现失焦现象，成像品质不佳。
发明内容
本发明实施例提供一种摄像头组件及使用该摄像头组件的拍摄装置和飞行器，该摄像头组件可以补偿镜片膨胀引起的焦距变化量。
一方面，本发明实施例提供一种摄像头组件，包括：镜座和安装在镜座上的镜头组件，所述镜头组件包括至少一个透镜构成的镜片；所述镜座包括连接件，所述连接件用于在所述镜座内部温度升高时带动所述镜头组件沿所述镜片的光轴方向移动预设位移，所述预设位移用于补偿所述镜片膨胀引起的焦距变化量。
另一方面，本发明实施例提供一种拍摄装置，所述拍摄装置包括拍摄装置的本体和设置于所述本体上的摄像头组件，所述摄像头组件包括镜座和安装在镜座上的镜头组件，所述镜头组件包括至少一个透镜构成的镜片；所述镜座包括连接件，所述连接件用于在所述镜座内部温度升高时带动所述镜头组件沿所述镜片的光轴方向移动预设位移，所述预设位移用于补偿所述镜片膨胀引起的焦距变化量。
再一方面，本发明实施例提供一种飞行器，该飞行器包括机身以及安装于所述机身的拍摄装置，所述拍摄装置包括拍摄装置的本体和设置在所述本体上的摄像头组件，所述摄像头组件包括：镜座和安装在镜座上的镜头组件，所述镜头组件包括至少一个透镜构成的镜片；所述镜座包括连接件，所述连接件用于在所述镜座内部温度升高时带动所述镜头组件沿所述镜片的光轴方向移动预设位移，所述预设位移用于补偿所述镜片膨胀引起的焦距变化量。
本发明实施例提供的摄像头组件及使用该摄像头组件的拍摄装置和飞行器，该摄像头组件包括镜座和安装在镜座上的镜头组件，镜头组件包括至少一个透镜构成的镜片；镜座包括连接件，连接件在镜座内部温度升高时带动镜头组件沿镜片的光轴方向移动预设位移，该预设位移用于补偿镜片膨胀引起的焦距变化量，从而保证了摄像头组件在温度变化后的焦平面的位置与温度变化前的焦平面的位置重合，使得摄像头组件可以拍摄清晰的图像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的摄像头组件的结构示意图；
图2为本发明提供的摄像头组件的工作原理示意图；
图3为本发明提供的摄像头组件的爆炸结构示意图；
图4为本发明提供的摄像头组件的视场角示意图；
图5为本发明提供的摄像头组件的俯视示意图；
图6为图5中的A-A面的截面示意图；
图7为本发明提供的飞行器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供的摄像头组件，可以应用到各种摄像领域，以克服镜片热膨胀导致的镜头失焦的问题。该摄像头组件不仅可以应用到各种电子设备中，例如手机、平板、摄像机、相机等具有摄像功能的电子设备中，还可以应用到飞行器、无人车、无人船等。在本实施例中，以该摄像头组件应用于飞行器为例，进行详细说明。
下面以具体地实施例对本实施例的摄像头组件以及飞行器的结构和实现原理进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程在某些实施例中不再赘述。
图1为本发明提供的摄像头组件的结构示意图。如图1所示，该摄像头组件包括镜座20和安装在镜座20上的镜头组件40，镜头组件40包括至少一个透镜构成的镜片；
镜座20包括连接件，连接件用于在镜座20内部温度升高时带动镜头组件40沿镜片的光轴方向移动预设位移，该预设位移用于补偿镜片膨胀引起的焦距变化量。
在本实施例中，该连接件具体可以为具有热胀冷缩功能的连接结构。可以带动镜头组件移动预设位移。该连接件可以与镜头组件连接，也可以与镜头组件不连接。以连接件带动镜头组件向上移动为例，在连接时，该连接件可以与镜头组件远离镜座的一端连接，并从镜头组件远离镜座的一端带动镜头组件向上移动，该连接件也可以与镜头组件靠近镜座的一端连接，并从镜头组件靠近镜座的一端推动镜头组件向上移动。上述仅示意性的示出了连接的实现方式，对于连接件与镜头组件的其它连接关系，本实施例此处不做特别限制。当连接件与镜头组件不连接时，该连接件与镜头组件之间设置中间媒介，通过连接件驱动中间媒介来使镜头组件移动预设位移。
在图1中示出了一种可行的实现方式，如图1所示，该连接件具体可以为热膨胀件30，该热膨胀件30的顶端与镜头组件40连接。镜头组件40包括至少一个透镜构成的镜片。在组成镜片的材料中，存在至少一个镜片的材质为塑料，其它镜片的材质可以为玻璃等材质。
在具体实现过程中，在温度升高时，热膨胀件30发生热膨胀，镜片发生热膨胀，此时热膨胀件30带动镜头组件40沿镜片的光轴方向移动预设位移，以补偿镜片膨胀引起的焦距变化量。
下面结合图2，对本发明提供的摄像组件的实现原理进行详细说明。图2为本发明提供的摄像头组件的工作原理示意图。如图2所示，(一)代表了在镜头组件40未受热时，焦平面的位置。具体的，在镜头组件40未受热时，光路如实线所示，此时，正常的焦平面所处的位置为A1，该正常的焦平面所处的位置即图像传感器芯片所处的平面L。(二)代表了现有技术中的镜头组件40受热时，焦平面的位置。具体地，在镜头组件40受热时，镜头组件40中的镜片发生热膨胀，在图2所示的视角中，镜片发生热膨胀之后，具体的光路如虚线所示，此时焦平面所处的位置为A2，即焦平面下移距离Y，此时焦平面没有落在图像传感器芯片上。(三)代表了在摄像头组件中设置热膨胀件时，镜头组件40受热时，焦平面的位置。具体地，在图2所示的视角中，在镜头组件40受热时，镜片发生热膨胀，将会导致焦平面下移，但与此同时，热膨胀件受热膨胀，在受热膨胀之后，热膨胀件沿镜片的光轴方向的长度延长，从而带动镜头组件向远离图像传感器芯片的方向移动，即带动镜头组件向上移动，在本实施例中，热膨胀件30沿光轴方向的膨胀位移量与镜片沿光轴方向的焦平面的位移量相等，即焦平面下移的距离Y与镜头组件上移的距离X相等，最终的焦平面A2落在了图像传感器芯片所处的平面L，从而保证温度变化后的焦平面与温度变化前的焦平面重合，即始终落在所述图像传感器芯片上，进而保证了成像的清晰。本实施例使得连接件向上带动镜头组件移动的距离与焦平面向下移动的距离相等，从而保证了焦平面始终位于图像传感器芯片所处的平面上，使得摄像头组件可以拍摄清晰的图像。
本领域技术人员可以理解，物体受热膨胀伸长量＝温差×物体长度×热膨胀率。通过有限次实验可以得到镜头的焦平面随着温度升高的移动量，从而得到焦平面移动量与温升的对应关系。最终的实验数据显示焦平面移动量与温升的关系呈现线性关系。由于温差是环境给定的，因此，可以选择一种热膨胀率尽可能高的材料，通过上述公式求得热膨胀件的长度。可选地，还可以根据摄像头组件的整体尺寸，先确定热膨胀件的长度，然后确定热膨胀率，最终选择热膨胀率对应的材质。即本实施例中的热膨胀件的材质为满足预设热膨胀系数的塑料。本实施例对热膨胀件的材质以及热膨胀件的热膨胀率不做特别限制，只要可以补偿镜片膨胀引起的焦距变化量即可。
本实施例提供的摄像头组件，该摄像头组件包括镜座和安装在镜座上的镜头组件，镜头组件包括至少一个透镜构成的镜片；镜座包括连接件，连接件在镜座内部温度升高时带动镜头组件沿镜片的光轴方向移动预设位移，该预设位移用于补偿镜片膨胀引起的焦距变化量，从而保证了温度变化后的焦平面的位置和温度变化前的焦平面的位置重合，使得摄像头组件可以拍摄清晰的图像。
下面结合图3至图5，对本实施例提供的摄像头组件的结构进行详细说明。
图3为本发明提供的摄像头组件的爆炸结构示意图，图5为本发明提供的摄像头组件的俯视示意图，图6为图5中的A-A面的截面示意图。如图3、图5以及图6所示，该热膨胀件30为环绕镜头组件设置的热膨胀环。
本实施例的热膨胀环的顶端与镜头组件40连接，通过热膨胀环环绕热膨胀件设置，热膨胀环在带动镜头组件40向上移动时，可以使得镜头组件40受力平衡，保证焦平面不会发生倾斜。
可选地，该热膨胀环顶端边缘凹陷形成有凹部33。例如，在图3所示的实施例中，热膨胀环顶端的边缘凹陷形成至少两个凹部33，各凹部等间距设置。对应地，相邻的两个凹部之间形成凸部34，该凸部34用于在镜座内部温度升高时带动镜头组件40沿镜片的光轴方向移动预设位移。
在具体实现过程中，摄像头组件中的镜头存在视场角，具体如图4所示。图4为本发明提供的摄像头组件的视场角示意图。由图4所示，镜头的视场角一般为90-100度左右，为一个圆锥面。在本实施例中，为了保证摄像头组件具有良好的视场角，因此，在热膨胀环顶端边缘凹陷形成有凹部，该凹部可以避开镜头的视角，使得镜头的视角完整。同时，在相邻的两个凹部之间形成凸部34，该凸部34可以与镜头组件40进行连接，以带动镜头组件40沿镜片的光轴方向移动预设位移。
下面采用一个具体的实施例，对热膨胀环的结构进行详细说明。
在一种可行的实现方式中，镜座20还包括安装座21，镜头组件40设置在安装座21的容纳腔中，热膨胀环设置在安装座21上。本实施例中的热膨胀环为环绕设置的环形，对应地该安装座21为环绕设置的凸台结构，该热膨胀环的每一凸部34均对应套设在凸台的一个角部。可以理解，所述热膨胀环可以为多边形环、圆环、椭圆环、不规则圆弧拼接的环状等；所述安装座21可为多边形凸台、环状凸台、椭圆环状凸台、多段圆弧拼接的环绕结构的凸台。
在本实施例中，凸部34的内侧还可以设置用于套设凸台的角部的凹槽。可选地，凸台的角部还可以设置有倒角211，该凸部34可以套设在凸台的倒角211上。本实施例的凸台的角部设置的倒角211，在热膨胀环向上延伸时，减少了对热膨胀环的磨损。
具体地，请继续参照图3，在图3所示的实施例中，镜座20为正方体，则对应的热膨胀环为四边形热膨胀环，该四边形热膨胀环包括四个凹部和四个凸部，凹部和凸部间隔设置。该凹部可以避开镜头的视角，该凸部可以与镜头组件连接。
下面采用详细的实施例来说明热膨胀环与镜头组件的连接的具体实现方式。
请继续参照图3以及图6。镜头组件40还包括外壳，镜片安装在外壳中，外壳与热膨胀环连接。例如，该外壳可以通过粘结、搭接、锁扣、卡合等方式与热膨胀环连接。对于外壳与热膨胀环的具体连接方式，本实施例此处不做特别限制。
本实施例此处提供外壳与热膨胀环连接的一种具体的实现方式。在本实施例中，该外壳包括镜筒10和设置在镜筒外围的刚性连接架400，镜片安装在镜筒10中，刚性连接架400与热膨胀环30连接。
该刚性连接架400具体可以由刚性材料制成，该刚性材料在受热后不会发生变形。该热膨胀环的顶端与刚性连接架400连接。
可选地，镜座还包括设置在安装座21底部的底座22，热膨胀环的底端的端面与底座22的顶端连接。例如，热膨胀环的底端的端面与底座22的顶端通过粘接的方式实现连接。可以理解，所述热膨胀环也可通过卡合、扣合等方式和底座22连接。
本实施例通过设置刚性连接架，可以在热膨胀环的长度大于镜筒的长度时，即热膨胀环在沿光轴方向上的长度大于安装座21的长度时，实现热膨胀环与镜筒的连接。即通过刚性连接架反向固定镜筒，然后刚性连接架与热膨胀环的顶端连接。
在具体实现过程中，当镜座内部受热时，镜片受热发生热膨胀，导致焦平面向下移动，而此时热膨胀环受热发生热膨胀，由于热膨胀环的底端的端面与底座22的顶端连接，热膨胀环在受热发生热膨胀后，由于底座22的限制，热膨胀环只能向底座22相反的方向延伸，即热膨胀环向远离所述底座22的方向延伸，热膨胀环延伸的过程中，带动刚性连接架400向远离底座22的方向移动，该刚性连接架400再带动镜筒移动，刚性连接架400带动镜筒向远离底座22移动的距离与焦平面向靠近底座22移动的距离相等，从而实现了温度变化后焦平面的位置与温度变化前焦平面的位置重合，从而使得焦平面始终落在感测图像的图像传感器芯片上，使得摄像头组件可以拍摄清晰的图像。
下面结合图3以及图6，对刚性连接架400的结构进行详细说明。如图3和图6所示，该刚性连接架400包括承载部41以及设置在承载部41边缘的固定部42；其中，承载部41与镜筒10连接，固定部42与热膨胀环的顶端32连接。
在具体实现过程中，承载部41可以通过粘结、卡设、搭接、套设等连接方式与镜筒连接，即将镜筒设置在承载部41的底部。可选地，承载部41上设置有通孔411，通孔411朝向镜筒10的一侧连接有环形固定件412，环形固定件412与镜筒10连接。可选地，该镜筒10可以通过粘结的方式与环形固定件412连接。
如图3所示，承载部41朝向镜座20的投影面积大于镜筒10朝向镜座20的投影面积，则镜筒10设置在镜座20形成的容纳腔内，而该承载部41则设置在镜头10的上方，并被容纳腔的上缘23所承载。
本实施例通过设置通孔以及环形固定件，一方面可以将镜筒固定设置在承载部的底部，另一方面，该通孔保证了镜头的视野。
进一步地，如图3所示，固定部42包括立柱421和凸起422，立柱421的第一端与承载部41连接，凸起422设置在立柱421的第二端，且凸起422与热膨胀环的顶端31连接。
在本实施例中，该凸起422与热膨胀环的顶端31连接。以图3为例，该凸起422搭设在热膨胀环的凸部31上，并通过粘结的方式进行固定。
进一步地，在上述实施例的基础上，本实施例提供的摄像头组件还包括图像传感器芯片，所述图像传感器芯片设置于所述镜座的容纳腔内并设置于镜座的底部。从而当热膨胀环带动所述镜头的位置发生变化，而保证镜头的焦平面始终落在所述图像传感器芯片上。
进一步地，本实施例中的摄像头组件还包括设置在镜座底部的基板，所述图像传感器芯片设置在基板上。
下面以一个具体的实施例，来说明上述的摄像头组件应用到飞行器的具体示意。当该摄像头组件应用到飞行器上时，该飞行器可以实现各种航拍的功能。
图7为本发明提供的飞行器的结构示意图。该飞行器例如可以为无人飞行器。如图7所示，该飞行器包括机身100以及安装于该机身100的摄像头组件(未示出)。对于该摄像头组件的具体实现方式，可参见上述图1至图6所示的实施例，本实施例此处不再赘述。
在本实施例中，飞行器还包括动力组件110，动力组件110包括螺旋桨111和驱动螺旋桨111转动的电机112，以提供飞行器的升力。
该机身100包括机体中心部120和沿机体中心部120延伸的至少一个机臂130。上述的动力组件110可以设置在机臂130上。
可选地，机身100包括上壳体101和下壳体102；其中，
上壳体101和下壳体102对合设置，形成了机体中心部120和沿机体中心部120延伸的至少一个机臂130。
可选地，无人机还包括：金属腔体(未示出)和脚架150；
该金属腔体设置在上壳体101和下壳体102之间，金属腔体用于放置电池，脚架150设置在下壳体102的下方。
可选地，该摄像头组件可以包括设置在机体上的云台140。具体地，该云台140设置在机体中心部120的下方，云台140上设置有安装部141，镜座安装在安装部上。
需要说明的是，图7只是以示例的形式示意出一种飞行器的实体结构图，并不是对飞行器结构的限定，本发明对飞行器的结构不作具体限定。
本实施例提供的飞行器，包括机身以及安装于机身的摄像头组件，该摄像头组件包括：镜座和安装在镜座上的镜头组件，镜头组件包括至少一个透镜构成的镜片；镜座包括连接件，连接件用于在镜座内部温度升高时带动镜头组件沿镜片的光轴方向移动预设位移，预设位移用于补偿镜片膨胀引起的焦距变化量，本实施例使得飞行器在航拍过程中，在镜座内的温度升高时，温度变化后焦平面的位置与温度变化前焦平面的位置重合，使得摄像头组件可以拍摄清晰的图像。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (25)

1.一种摄像头组件，其特征在于，包括：镜座和安装在镜座上的镜头组件，所述镜头组件包括至少一个透镜构成的镜片；
所述镜座包括连接件，所述连接件用于在所述镜座内部温度升高时带动所述镜头组件沿所述镜片的光轴方向移动预设位移，所述预设位移用于补偿所述镜片膨胀引起的焦距变化量；
所述摄像头组件还包括：外壳，所述外壳包括镜筒和设置在所述镜筒外围的刚性连接架，所述镜片安装在所述镜筒中；
所述连接件为环绕所述镜头组件设置的热膨胀环；所述热膨胀环顶端边缘凹陷形成至少两个凹部；相邻的所述两个凹部之间形成凸部，所述凸部与所述刚性连接架连接，以使所述镜座内部温度升高时带动所述镜头组件沿所述镜片的光轴方向移动预设位移。
2.根据权利要求1所述的摄像头组件，其特征在于，在所述镜座内部受热时，所述热膨胀环沿所述光轴方向的膨胀位移量和所述镜片沿所述光轴方向的焦平面的位移量相等。
3.根据权利要求1所述的摄像头组件，其特征在于，各所述凹部等间距设置。
4.根据权利要求1所述的摄像头组件，其特征在于，所述镜座还包括安装座，所述镜头组件设置在所述安装座的容纳腔中，所述热膨胀环设置在所述安装座上。
5.根据权利要求4所述的摄像头组件，其特征在于，所述热膨胀环为环绕设置环形，所述安装座为环绕设置的凸台结构，所述热膨胀环的每一凸部均对应套设在所述凸台的一个角部。
6.根据权利要求4所述的摄像头组件，其特征在于，所述镜头组件还包括外壳，所述镜片安装在所述外壳中，所述外壳与所述热膨胀环连接。
7.根据权利要求1所述的摄像头组件，其特征在于，所述热膨胀环的顶端与所述刚性连接架连接。
8.根据权利要求7所述的摄像头组件，其特征在于，所述镜座还包括设置在所述安装座底部的底座，所述热膨胀环的底端的端面与所述底座的顶端连接。
9.根据权利要求8所述的摄像头组件，其特征在于，所述热膨胀环在沿光轴方向上的长度大于所述安装座的长度。
10.根据权利要求7至9任一项所述的摄像头组件，其特征在于，所述刚性连接架包括承载部以及设置在所述承载部边缘的固定部；
所述承载部与所述镜筒连接，所述固定部与所述热膨胀环的顶端连接。
11.根据权利要求10所述的摄像头组件，其特征在于，所述承载部上设置有通孔，所述通孔朝向所述镜筒的一侧连接有环形固定件，所述环形固定件与所述镜筒连接。
12.根据权利要求11所述的摄像头组件，其特征在于，所述固定部包括立柱和凸起，所述立柱的第一端与所述承载部连接，所述凸起设置在所述立柱的第二端，且所述凸起与所述热膨胀环的顶端连接。
13.根据权利要求1至9以及11、12任一项所述的摄像头组件，其特征在于，还包括：设置于所述镜座底部的图像传感器芯片，所述图像传感器芯片设置在所述镜座的容纳腔中。
14.根据权利要求1至9以及11任一项所述的摄像头组件，其特征在于，所述热膨胀环的材质为满足预设热膨胀系数的塑料。
15.根据权利要求1至9以及11任一项所述的摄像头组件，其特征在于，所述镜片中存在至少一片镜片的材质为塑料。
16.根据权利要求8所述的摄像头组件，其特征在于，所述热膨胀环的底端的端面与所述底座的顶端粘接。
17.根据权利要求11所述的摄像头组件，其特征在于，所述镜筒粘接在所述环形固定件上。
18.一种拍摄装置，其特征在于，所述拍摄装置包括拍摄装置的本体和设置于所述本体上的如权利要求1-17任一项所述的摄像头组件。
19.一种飞行器，其特征在于，包括机身以及安装于所述机身的如权利要求18所述的拍摄装置。
20.根据权利要求19所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器还包括动力组件，所述动力组件包括螺旋桨和驱动所述螺旋桨转动的电机，以提供所述飞行器的升力。
21.根据权利要求20所述的飞行器，其特征在于，所述机身包括机体中心部和沿所述机体中心部延伸的至少一个机臂，所述动力组件设置在所述机臂上。
22.根据权利要求21所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器还包括云台，所述云台设置在所述机体中心部的下方，所述云台上设置有安装部，所述拍摄装置的摄像头组件中的镜座安装在所述安装部上。
23.根据权利要求21或22所述的飞行器，其特征在于，所述机身包括上壳体和下壳体；其中，
所述上壳体和所述下壳体对合设置，形成了所述机体中心部和沿所述机体中心部延伸的至少一个机臂。
24.根据权利要求23所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器还包括：金属腔体和脚架；
所述金属腔体设置在所述上壳体和所述下壳体之间，所述金属腔体用于放置电池，所述脚架设置在所述下壳体的下方。
25.根据权利要求19至22、24任一项所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器为无人飞行器。
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