CN109416498A - 双照相机设备 - Google Patents

Abstract

一种用于移动电话的双照相机设备，包括两个透镜载体(1‑2)，透镜载体通过至少四根SMA线(4‑8)固定到连接到支撑结构的可移动平台(3)，所述SMA线可以被选择性地驱动以提供OIS。

Description

双照相机设备

本发明涉及一种照相机设备。更具体地，本发明的实施方式涉及移动电话的双照相机布置中的光学图像稳定(OIS)。它具体涉及一种包括形状记忆合金(SMA)线的OIS致动器。

移动电话通常包含一个或更多个微型照相机。在一种已知的布置中，两个照相机并排安装。例如，这两个照相机的焦距或分辨率或颜色灵敏度可能不同，从而使得在组合来自这两个照相机的信号时，能够获得增强的图像。这种双照相机布置也称为双孔径照相机。

Cambridge Mechatronics之前已例如在共同拥有的国际专利申请WO2013/175197中公开过移动电话照相机中用于OIS的SMA致动器。先前公开的OIS致动器包括4根SMA线和电路，电路包括驱动部分和电阻测量感测部分，它们一起提供闭环控制。4根SMA线围绕照相机的透镜载体被设置为正方形布置，并且以一种方式连接在透镜载体和支撑结构之间，这种方式使得它们可以被选择性地驱动以在垂直于光轴的平面中移动透镜载体。

在WO2013/175197的布置的另一个方面中，当被选择性地驱动时，线不产生围绕光轴的净转矩，这具有简化悬挂布置和提供紧凑设计的好处。在一个实施方式中，如图1(现有技术)所示，四根线长度相等，并以相反的方向围绕透镜载体连接。

在双孔径照相机布置中，可以为每个照相机提供OIS致动器(如图1所示)。这是一种紧凑的设计，但有一个潜在的缺点，那就是两个照相机可能无法精确地联合移动，因此很难组合它们产生的两个图像。

根据本发明的一个方面，提供了一种照相机设备，其包括：至少两个图像传感器，其固定到支撑结构；至少两个透镜载体，每个透镜载体包括被布置为使图像在相应的图像传感器上聚焦的一个或更多个透镜；可移动平台，透镜载体固定地安装在该可移动平台上；以及至少四根形状记忆合金SMA线，每根线在一端连接到支撑结构，并且在第二端连接到可移动平台，其中SMA线能够被选择性地驱动以将可移动平台相对于支撑结构移动到可移动平台平面内的移动范围内的任何位置。

在本发明的双照相机中，两个照相机(孔径)刚性地安装在由单个SMA致动器移动以提供OIS的可移动平台上。单组四根SMA线在平台的平面内产生运动。由于这两个照相机包括通常为圆形的光学透镜，并排安装两个照相机的紧凑平台在一个维度上必须比另一个维度长。这组四根线包括在对角相对的拐角处的两对线，这些线都有相似的长度。

在第一方面，提供了一种照相机设备，其包括：两个图像传感器，其固定到支撑结构；两个透镜载体，包括被布置为使图像在相应的图像传感器上聚焦的一个或更多个透镜；可移动平台，两个透镜载体固定地安装在该可移动平台上；以及总共四根SMA线，每根线在一端连接到支撑结构，并且在第二端连接到可移动平台，其中四根线具有相似的长度，并且沿可移动平台的边缘延伸，并且线能够被选择性地驱动以将可移动平台相对于支撑结构移动到可移动平台平面内的移动范围内的任何位置。

在第二方面，提供了第一方面的照相机设备，其中四根SMA线被布置成两对，第一对被固定在可移动平台上的公共位置处，第二对被固定在可移动平台上直径相对的公共位置处。

在第三方面，提供了第一方面的照相机设备，其中可移动平台是矩形的，并且SMA线的固定点在直径相对的两个拐角处。

在第四方面，提供了第二方面的照相机设备，其中SMA线的长度与可移动平台短边的长度大致相同。

在第五方面，提供了第一至第四方面中任一方面的照相机设备，还包括悬挂系统。

在第六方面，提供了第一到第五方面中任一方面的照相机设备，其中悬挂系统包括以下之一：连接在可移动元件和支撑结构之间的L形挠曲部；滑动轴承；以及滚珠轴承。

在第七方面，提供了第一方面的照相机设备，其中两个图像传感器形成为单个图像传感器部件的两个区域。

在第八方面，提供了第一方面的照相机设备，包括额外的一个或更多个透镜载体和相等数量的额外的图像传感器。

在第九方面，提供了第八方面的照相机设备，其中图像传感器形成为单个图像传感器部件的分立区域。

在第十方面，提供了第八或第九方面的照相机设备，其形成为阵列照相机。

在第十一方面，提供了第一到第十方面中任一方面的照相机设备，其中SMA线被驱动以提供OIS。

在第十二方面，提供了第一方面的照相机设备，其中四根线具有相等的长度。

在第十三方面，提供了第一方面的照相机设备，其中可移动平台是矩形的，并且四根线沿着四个边缘延伸。

在第十四方面，提供了第十三方面的照相机设备，其中沿着可移动平台的较长边缘延伸的两根线比沿着可移动平台的较短边缘延伸的线粗。

在第十五方面，提供了第十三方面的照相机设备，其中有一对额外的SMA线沿着较长的边缘延伸。

在第十六方面，提供了一种照相机设备，其包括：两个图像传感器，其固定到支撑结构；两个透镜载体，每个透镜载体包括被布置为使图像在相应的图像传感器上聚焦的一个或多个透镜；可移动平台，透镜载体固定地安装在该可移动平台上；以及总共四根SMA线，每根线在一端连接到支撑结构，并且在第二端连接到可移动平台，并且其中四根线具有相似的长度，并且被成对布置以在透镜载体之间穿过，线能够被选择性地驱动以将可移动平台相对于支撑结构移动到可移动平台平面内的移动范围内的任何位置。在第十六方面，提供了一种照相机设备，其包括：两个图像传感器，其固定到支撑结构；两个透镜载体，包括被布置为使图像在相应的图像传感器上聚焦的一个或更多个透镜；可移动平台，两个透镜载体固定地安装在该可移动平台上；以及总共四根SMA线，每根线在一端连接到支撑结构，并且在第二端连接到可移动平台，其中四根线具有相似的长度，并且被成对布置以在透镜载体之间穿过，并且线能够被选择性地驱动以将可移动平台相对于支撑结构移动到可移动平台平面内的移动范围内的任何位置。

为了更好地理解，现在将参考附图并通过非限制性示例来描述本发明的实施方式，在附图中：

图1是现有技术的示意图；

图2是根据本发明的实施方式的照相机设备的示意图；

图3是图2中所示的照相机设备的示意图；

图4至图6是根据本发明的实施方式的照相机设备的示意图；以及

图7是图6中所示的照相机设备的示意图。

本发明的实施方式在图2和图3中示出。图2示出了从上方(译者注：看到)的双照相机，而图3示出了横截面。

图2示出了刚性地安装在可移动平台3上的两个照相机1、2。平台3的形状大致为矩形。平台3通过四根SMA线4-7连接到支撑结构20(图2中未示出，但是支撑件上的连接点用十字标记)。每根SMA线4-7在其第一端由夹具8-11保持，夹具8-11形成为平台3的延伸部。优选地，夹具8-11形成保持SMA线的卷曲部。每根SMA线4-7在其第二端由支撑结构上的夹具12-15保持(由十字标记)。夹具12-15优选地是保持SMA线的卷曲部。可以有额外的悬挂系统将平台悬挂在支撑结构上。合适的悬挂系统的示例被示出，包括一对L形挠曲件16、17，其从夹具9和11处的平台3延伸到夹具18、19处的支撑结构(用十字标记)。

图3示出了图2的双照相机的横截面，示出了透镜载体1、2、可移动平台3、支撑结构20和图像传感器21、22。

SMA线4-7形成OIS致动器。当加热到合适的变形温度时，SMA线收缩。从图2可以看出，线4的收缩导致可移动平台相对于支撑结构向右移动(在图中)，线6的收缩导致向左移动，线5的收缩导致向上移动，线7的收缩导致向下移动。因此，所有线的不同的收缩允许平台移动到任何位置，其中x-y平面在可用的移动范围内。这种运动用于抵消照相机抖动，照相机抖动可以被例如陀螺仪检测到。

这四根线可以以任何方式连接到移动平台，这种方式允许平台在可用移动范围内移动到平台平面中的任何位置。移动范围由SMA线收缩的能力决定。图2所示的线的特定布置是优选的布置。线有效地成对布置，每个对在公共位置处连接到移动平台。因此，线4和5在位于平台左下角的卷曲部8、9处连接到平台，而线6和7在直径相对的拐角处的卷曲部10和11处连接到平台。虽然这是一种灵巧和紧凑的布置，但是其他的线布置也是可能的，例如，平台上的线连接不需要在公共位置处。

每个照相机1、2可以是固定焦点或自动聚焦照相机单元。本发明的双照相机还包括安装在支撑结构上的一个或两个图像传感器，该图像传感器从两个孔径接收图像。四根SMA线优选都是相同的长度，因为这有助于精确控制。可选地，每根SMA线的长度在每根其它SMA线长度的20％以内，可选地在10％以内，可选地在5％以内，并且可选地在1％以内。由于平台3的形状是矩形的，SMA线沿着较短的边完全地延伸，但是仅部分地沿着两个较长的边延伸。

在刚刚描述的线布置中，由于两个线对之间的不同线间隔产生不同的力偶，可能会出现旋转问题。对于某些应用来说，这可能不是问题。此外，可以通过使用不同的线位置或直径并相应地修改控制来补偿这种旋转。

图4-7示出了另外的线布置。

图4示出了一种布置，其中较长边上的线4、6沿着较长的边居中定位，而不是朝向拐角定位。出现不必要旋转的可能性如下。

为了简化控制方案，优选地是，所有线4、5、6、7中的应力相似，使得每根SMA线在相同的区域中操作。如果每根线中的应力相同，且线直径相同，则线张力也相同(张力T＝应力x面积)。如果所有线中的张力相同，那么对于例如图4所示的系统，由两个相对的线对所施加的力偶不均衡，因此这导致旋转。线对4、6和5、7各自的力矩由张力T乘以间隔D给出，即:

M4,6＝TD4,6；M5,7＝tD5,7

由于D5,7大于D4,6，如图4所示，力矩不相等导致旋转。

为了防止这种旋转，可以使两个线对4、6和5、7中的张力不同。为了平衡力矩:

T4,6D4,6＝T5,7D5,7

因此，张力比需要与间隔比相反:

T4,6/T5,7＝D5,7/D4,6

改变线对中的张力但保持相同应力的一种方法是对每个对使用不同的线直径。因为

张力＝应力×面积

如果面积改变，张力可以改变，同时保持应力。对于图4所示的示例，其中D5,7大于D4,6，线5和7中的张力需要小于线4和6中的张力，因此线4和6的面积需要更大。这是通过对较长边上的线4和6使用较大直径的线来实现的。

图5显示了另一个实施方式，其中额外的一对线平行放置在较长的一边。现在有六根线，较短的边上有线5和7，第一长边上有线48和49，第二长边上有线68和69。这用于以类似于图4所述的方式平衡力矩。

在本发明的第二方面，线被重新布置以提供减小旋转的益处。在这个第二方面，四根SMA线不沿着平台3的边缘定位，而是被成对布置成在两个透镜载体之间穿过。

第二方面在图6中示出。如前所述，两个照相机1、2安装在可移动平台3上。平台3通过夹具31-34处的四根SMA线4-7和夹具35-39处的四个挠曲部41-44连接到支撑结构20(图6中未示出，但是到支撑件的连接点用十字标记)。SMA线4-7在它们的第二端处通过卷曲部夹具51-54连接到移动平台3。如图6所示，四根线排列成两对，其中每个对中的线相互平行，两个对相互垂直。一个对中的线在中心重叠。因此，当线4被激活时，它收缩以将平台斜向下拉到左边；线5在被激活时将平台向上拉到左边；线6在被激活时将平台向上拉到右边；并且线7在被激活时将平台向下拉到右边。如在本发明的第一方面中，平台可以通过线收缩的组合在垂直于光轴的平面中移动到任何位置。图7示出了这种布置的透视图。

与第一方面相比，第二方面的交叉线布置产生较少的旋转，因为线之间的间距非常小。此外，线连接结构(夹具51-54)位于两个照相机1、2之间的中心，从而释放边缘以定位悬挂弹簧(挠曲件41-44)。四个挠曲件可以很容易地被容纳，每个角落一个，成对称的对。挠曲件距中心的距离相对较大(与SMA线相比)，提供了显著的反向旋转力。

可选地，每根SMA线的长度在可移动平台的较短边缘的长度的20％以内，可选地在10％以内，可选地在5％以内，并且可选地在1％以内。

Claims (27)

1.一种照相机设备，包括：

至少两个图像传感器，其固定到支撑结构；

至少两个透镜载体，每个透镜载体包括被布置为使图像在相应的图像传感器上聚焦的一个或更多个透镜；

可移动平台，所述透镜载体固定地安装在所述可移动平台上；以及

至少四根形状记忆合金SMA线，每根SMA线在一端连接到所述支撑结构，并且在第二端连接到所述可移动平台，

其中所述SMA线能够被选择性地驱动以将所述可移动平台相对于所述支撑结构移动到所述可移动平台平面内的移动范围内的任何位置。

2.根据权利要求1所述的照相机设备，其中，所述SMA线沿着所述可移动平台的边缘延伸。

3.根据权利要求2所述的照相机设备，其中，所述SMA线中的至少一根线沿着所述可移动平台的每个边缘延伸。

4.根据权利要求2或3所述的照相机设备，其中，所述SMA线中的四根线被布置成两对，第一对被固定到所述可移动平台的第一拐角区域，并且第二对被固定到所述可移动平台的直径相对的第二拐角区域。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的照相机设备，其中，所述可移动平台是具有两个较短边缘和两个较长边缘的矩形。

6.根据权利要求5所述的照相机设备，其中，所述可移动平台的每个较长边缘具有沿其居中定位的至少一根SMA线。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的照相机设备，其中：沿着所述可移动平台的较长边缘延伸的至少一根SMA线比沿着所述可移动平台的较短边缘延伸的至少一根SMA线粗。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的照相机设备，其中，与沿着所述可移动平台的每个较短边缘相比，更多数量的SMA线沿着所述可移动平台的每个较长边缘延伸。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的照相机设备，其中，至少两根SMA线沿着所述可移动平台的每个较长边缘延伸。

10.根据权利要求1所述的照相机设备，其中，至少四根SMA线在所述透镜载体的透镜之间延伸的方向上延伸。

11.根据权利要求10所述的照相机设备，其中，所述至少四根SMA线成对布置，每对包括彼此平行延伸的两根SMA线。

12.根据权利要求11所述的照相机设备，其中，当在垂直于所述SMA线延伸方向的方向上观察时，每对SMA线彼此重叠。

13.根据权利要求10或11所述的照相机设备，其中，一对SMA线垂直于另一对SMA线延伸。

14.根据前述权利要求中任一项所述的照相机设备，其中，每根SMA线的长度在每根其他SMA线的长度的20％以内。

15.根据前述权利要求中任一项所述的照相机设备，其中，所述可移动平台是具有两个较短边缘和两个较长边缘的矩形。

16.根据权利要求15所述的照相机设备，其中，每根SMA线的长度在所述可移动平台的较短边缘的长度的20％以内。

17.根据权利要求15或16所述的照相机设备，其中，每根SMA线的长度比所述可移动平台的较长边缘的长度更短。

18.根据前述权利要求中任一项所述的照相机设备，其中，所述SMA线被固定到所述可移动平台的点位于所述可移动平台的直径相对的拐角处。

19.根据前述权利要求中任一项所述的照相机设备，还包括悬挂系统，所述悬挂系统用于相对于所述支撑结构悬挂所述可移动平台。

20.根据权利要求19所述的照相机设备，其中，所述悬挂系统包括以下中的至少一个：

至少一个L形挠曲部，其连接在所述可移动平台和所述支撑结构之间；

滑动轴承；以及

滚珠轴承。

21.根据权利要求20所述的照相机设备，其中，每个L形挠曲部在所述可移动平台的平面内。

22.根据前述权利要求中任一项所述的照相机设备，其中，所述图像传感器被形成为单个图像传感器部件的分立区域。

23.根据前述权利要求中任一项所述的照相机设备，包括三个或更多个透镜载体和相应数量的图像传感器。

24.根据权利要求23所述的照相机设备，其形成为阵列照相机。

25.根据前述权利要求中任一项所述的照相机设备，其中，所述SMA线被配置为被驱动以提供光学图像稳定OIS。

26.根据前述权利要求中任一项所述的照相机设备，包括用于提供SMA线的闭环控制以用于相对于所述支撑结构定位所述可移动平台的电路。

27.一种移动电话，包括前述权利要求中任一项所述的照相机设备。