CN109660704B - 摄像机 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种摄像机，包括：传感器保持架、安装在所述传感器保持架上的图像传感器、安装座保持架以及适于接收镜头阵列并且安装到所述安装座保持架的镜头安装座，其中所述传感器保持架附接到所述安装座保持架，其中具有沿所述摄像机的光轴的延伸部的间隙形成在所述传感器保持架与所述镜头安装座之间，并且其中所述传感器保持架被提供有热传导突出部，所述热传导突出部桥接所述间隙，并且在界面处与所述镜头安装座接触，从而允许所述镜头安装座与所述热传导突出部之间沿所述光轴的相对运动，同时保持所述镜头安装座与所述热传导突出部之间的接触。

Description

摄像机
技术领域
本发明涉及图像传感器在摄像机中的布置，并且明确热量自图像传感器的消散。
背景技术
光学传感器是数码摄像机监控领域中所使用的摄像机的必要且普遍存在的部分。光学传感器在其精确实施方式中略有不同，但是共同特征是使用光电效应测量入射到光学传感器的表面的光。光电效应是一种现象，其中金属的电子吸收冲击金属表面的光子的能量。因此，用在数码摄像机监控领域中的光学传感器可以说是响应于入射光的能量。当光学传感器也通过热量吸收热能时，出现一个问题。此类热量可以例如源于电气线路，该电气线路被用于控制光学传感器并且从光学传感器读取光电信息。光学传感器的电子可吸收此类热能并提供信号，好像它们已测量到光子。这可能导致产生图像的不希望的饱和和噪声，从而使其不太清晰，意味着图像的细节可能丢失。这在图像被捕捉的在大多数情况下通常是不希望的。例如，这在图像的细节可能具有关键或甚至致命的重要性的监视领域中通常是不希望的。因此，数码摄像机通常被设计为将由摄像机中的处理器生成的热量转移。热量可被传导至摄像机已接触空气的部分(诸如摄像机的冷却凸缘或仅仅底架)，热量可通过对流消散至空气。通过摄像机的零件传导的热量可导致所述零件以其它方式膨胀或变形，从而在摄像机中产生应力和应变。这意味着必须在考虑到这些应力和应变的情况下构造摄像机，从而导致可能昂贵且难以规避设计摄像机的技术方案。此外，膨胀或变形可能相对于图像传感器移位摄像机的镜头，从而因此导致焦点丢失和图像模糊。存在许多现有技术尝试解决上述问题。
US 9,407,802 B2讨论了图像形成特性的劣化可能由用于固定图像的粘合剂的热膨胀/热收缩导致。热膨胀改变图像传感器位置，图像传感器从初始优选位置移位，从而导致图像形成特性的劣化。在该文档中，这是通过提供附加的移动抑制构件来解决的。然而，可注意到，其未真正解决从图像传感器消散热量的问题。
因此，就设计具有降低的因热膨胀引起的焦点丢失风险并且仍易于制造和组装的摄像机而言，仍然存在改进空间。
发明内容
本发明的一个目的是减轻上述问题中的至少一些问题。
本目的已经由一种摄像机实现，该摄像机包括传感器保持架、安装在所述传感器保持架上的图像传感器、安装座保持架，以及适于接收镜头阵列并且安装到所述安装座保持架的镜头安装座，其中所述传感器保持架附接到所述安装座保持架，其中沿所述摄像机的光轴具有延伸范围的间隙形成在所述传感器保持架与所述镜头安装座之间，并且其中所述传感器保持架被提供有热传导突出部，所述热传导突出部桥接所述间隙，并且在界面处与所述镜头安装座接触，从而允许所述镜头安装座与所述热传导突出部之间沿所述光轴的相对运动，同时保持所述镜头安装座与所述热传导突出部之间的接触。允许所述镜头安装座与所述热传导突出部之间沿所述光轴的相对运动，同时保持所述镜头安装座与所述热传导突出部之间的接触，能够使热量从所述传感器保持架经由所述热传导突出部而传递到所述镜头安装座，同时仍然允许所述热传导突出部和所述镜头安装座两者热膨胀，而避免与所述传感器保持架接触，否则这样的接触将导致所述镜头安装座将所述镜头阵列推动远离图像传感器，从而潜在地导致镜头相对于所述图像传感器移位。
所述传感器保持架可粘合地附接到所述安装座保持架。由粘合剂附接是一种附接传感器保持架的快速且便宜的方法。
所述界面可包括所述镜头安装座上的第一表面，所述第一表面面向所述热传导突出部上的第二表面，其中所述第一表面和所述第二表面两者均具有垂直于所述光轴延伸的法线。该构造使得能够提供大的界面且仍然允许所述镜头安装座与所述热传导突出部之间沿所述光轴的相对运动。
所述热传导突出部可位于所述传感器保持架的中间区域处，所述中间区域围绕所述图像传感器延伸并且在所述传感器保持架的周界内部。突出部的放置允许热量自图像传感器有效消散，而不干扰传感器保持架与安装座保持架的附接。所述中间区域在由所述传感器保持架与所述安装座保持架之间的附接点限定的周界内部。将热传导突出部放置在围绕图像传感器延伸同时径向设置在图像传感器与传感器保持架和安装座保持架的附接点之间的区域中，确保热量不需要传导经过传感器保持架的附接点以传导到镜头安装座。因此，热传导材料的任何热膨胀或收缩不直接导致图像传感器的移位。附加地，降低了使附接点(诸如粘合剂层)变热的风险。
所述热传导突出部可覆盖围绕所述图像传感器的所述中间区域的圆周的至少50％。覆盖围绕图像传感器的中间区域的圆周的至少50％能够使热量充分传导远离图像传感器。
所述界面的所述第一表面可形成圆形外包络面，并且所述界面的所述第二表面可形成圆形内包络面。主要圆形界面在方向上均匀地散布热量，分别消减(counteract)热传导突出部和镜头安装座的材料的不均匀变形表现。而且，任何压力将沿该界面更均匀分配。
所述传感器保持架可以是印刷电路板。印刷电路板适合于保持传感器，因为它们可被便宜地制成，并且通常是具有薄轮廓的轻型的。
所述热传导突出部可由附接到所述传感器保持架的热传导材料形成。由热传导材料形成热传导突出部增加了热传导突出部在每单位时间可以从传感器向镜头安装座转移的热能的量。
所述镜头安装座可由热传导材料形成，所述热传导材料优选为金属材料。这增加了镜头安装座每单位时间从热传导突出部转移且通过将传感器延伸的热能的量。金属适合于该目的，因为它通常是坚固的且具有良好的热性能。
所述摄像机可包括镜头阵列，所述镜头阵列包括支撑一个或多个镜头的管状构件，所述管状构件插入到所述镜头安装座中。所述镜头阵列的所述管状构件由热传导材料形成，所述热传导材料优选为金属材料。所述镜头安装座可包括适于接收所述镜头阵列的管状部分。所述安装座保持架包括适于接收所述镜头安装座的管状部分。这些设计能够实现摄像机的构造，在该摄像机中，光学器件在制造过程期间容易地被安装并且容易地替换其它光学器件或移除以进行维护。
所述安装座保持架可由聚合物基材料形成。聚合物适合于该用途，因为它们通常重量轻并且容易成形为期望形状。
根据以下给出的具体实施方式，本发明的适用性的进一步范围将变得明显。然而，应理解，具体实施方式和具体示例，在指示本发明的优选实施例时，仅通过例示的方式给出，因为根据该具体实施方式，在本发明的范围内的各种变化和修改对本领域技术人员而言将变得明显。
因此，应理解，本发明不限于所描述的装置的特定部件或所描述的方法的特定步骤，因为此类装置和方法可以改变。也应理解，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非旨在限制。必须注意的是，如在说明书和随附权利要求书中所使用的，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”旨在表示存在一个或多个元件，除非上下文另有清晰地指示。因此，例如，对“一单元”或“该单元”的引用可包括数个装置等。此外，词语“包含”、“包括”、“含有”以及类似词语不排除其它元件或步骤。
附图说明
现在将参照示出本发明的实施例的随附附图更详细地描述本发明的以上方面和其它方面。附图不应被视为将本发明局限于具体实施例；相反，它们被用于解释和理解本发明。
图1示出摄像机的一部分的横截面。
图2是图1的摄像机部分的分解视图。
图3示出处于拆开状态的摄像机和摄像机外壳。
图4示出处于组装状态的摄像机和摄像机外壳的横截面。
具体实施方式
现在将参照附图更详细地描述本发明。图1例示摄像机20的部分1的横截面。
摄像机20包括传感器保持架100、安装在传感器保持架100上的图像传感器150、安装座保持架350以及镜头安装座300。镜头安装座300适于接收镜头阵列600并且被安装到安装座保持架350。传感器保持架100附接到安装座保持架350。如以下将更详细地详尽说明的，沿摄像机20的光轴A具有延伸范围的间隙500形成在传感器保持架100与镜头安装座300之间。如以下也将更详细地详尽说明的，传感器保持架100被提供有热传导突出部200，该热传导突出部200桥接间隙500且在界面250处与镜头安装座300接触，从而允许镜头安装座300与热传导突出部200之间沿光轴A的相对运动，同时保持镜头安装座300与热传导突出部200之间的接触。
安装座保持架350可由聚合物基材料制成。然而，安装座保持架350不必由聚合物基材料制成，但是可以由任何合适的刚性材料制成。聚合物基材料是优选的，是因为它们通常重量轻并且易于成形(例如通过注射模塑法)。
镜头安装座300可由金属制成。它可以例如由铝制成。镜头安装座300不必由金属制成，但是可以由任何合适的刚性材料制成。金属是优选的，是因为它是刚性的并且具有合适的热性能。
图像传感器150被配置为检测入射到摄像机20的光子，并且可以是适合于使用诸如电荷耦合装置(CCD)或有源像素传感器(诸如互补金属氧化物半导体(CMOS))成像的任何感光传感器。图像传感器150可进一步包括平板检测器、微测热辐射计或者便于可见波长或不可见波长的光子的成像的其它特征件。
如上所述，图像传感器150适于被安装到传感器保持架100上。这可以例如通过将图像传感器150粘合地连接到传感器保持架100来执行。然而，图像传感器150可以以其它方式附接到传感器保持架100。它可以例如被焊接到传感器保持架100。它可以例如使用弹簧锁或螺钉被夹持到传感器保持架100。
传感器保持架100可以是印刷电路板。印刷电路板适合于本申请，是因为它们通常具有薄的轮廓。它们也是重量轻且易于制造，同时提供足够的刚度。提供控制图像传感器150并从图像传感器150读取信息所必需的合适的电气线路也是方便的。传感器保持架100可以是另一类型；例如，它可以是具有与电缆连接的部件的板，而不是印刷电路板。
图1中示出镜头安装座300和传感器保持架100被布置为使得在它们之间形成间隙500。间隙500沿虚光轴10具有延伸范围。光轴A通常正交于图像传感器150，并且通常也正交于传感器保持架100的主延伸部。
传感器保持架100包括热传导突出部200。热传导突出部200具有沿着虚光轴10的延伸部，并且被布置为桥接间隙500并与镜头安装座300接触，从而在镜头安装座300与热传导突出部200之间形成界面250。
镜头安装座300可以在镜头安装座300不与传感器保持架100接触的情况下沿光轴A朝传感器保持架100膨胀或移动，并且同时保持镜头安装座300与热传导突出部200之间的接触。
这使热传导突出部200能够将热能引导远离图像传感器150，否则图像传感器150可能过热，过热进而可能造成图像的噪声并甚至饱和，或对图像传感器150造成损坏。随后，热能可通过热传导突出部200与镜头安装座300之间的界面250被分散到镜头安装座300中。如果由镜头安装座300所占用的热能导致其膨胀或以其它方式变形，则间隙500可以容纳镜头安装座300如此膨胀的部分。这降低了由膨胀的镜头安装座300在传感器保持架100上施加力的风险。从而降低了图像传感器相对于镜头阵列移位的风险。
传感器保持架100通过附接点400附接到安装座保持架350。附接点400可使用粘合剂形成以将安装座保持架350连接到传感器保持架100。它可以例如是UV硬化粘合剂。使用粘合剂安装使得能够以简单且有成本效益的方法来组装摄像机20。因为与例如通常用在摄像机构造中的螺钉或铆钉相比，粘合剂可以(尤其随着时间经过)对这样的力抵抗力更小，所以本发明的该方面可以通过间隙500消减通过镜头安装座300沿光轴10的移动施加到传感器保持架100上的力来帮助实现。
界面250可包括镜头安装座300上的第一表面301和热传导突出部200上的第二表面202，其中第一表面和第二表面两者均具有垂直于光轴10延伸的法线。如果镜头安装座300由于热膨胀而在光轴A的方向上移动或变形，则具有垂直于光轴A的法线的界面使镜头安装座300能够保持与热传导突出部200接触，同时间隙500允许沿光轴A的移动或膨胀，而镜头安装座300不沿所述光轴A的方向在传感器保持架100上施加力。以此方式，镜头安装座300与热传导突出部200之间的热连接得以保持。
图2中公开了热传导突出部200被设置在径向位于图像传感器150与传感器保持架100的周界之间的中间区域中。将热传导突出部200距图像传感器150一定距离设置而不是邻近图像传感器150设置，为在沿光轴A的与图像传感器150重叠或靠近的位置处提供镜头安装座300与热传导突出部200之间的界面提供了空间。热传导突出部200可以通过至少一个热传导辐条(spoke)(未图示)连接到图像传感器150。如此，热能也可经由印刷电路板进行传输。
所述中间区域可被设置在由附接点400限定的周界内部。该构造意味着热量不必被引导通过附接点400以到达热传导突出部200。这在附接点400是粘合剂附接点400时是尤其有利的，因为所使用的粘合剂可受热量不利地影响。
在附图中所述的实施例中，界面250的第一表面形成圆形外包络面301，并且界面250的第二表面形成圆形内包络面202。热传导突出部200围绕图像传感器150的主要圆形布局是有利的，因为它围绕图像传感器150均匀地传导热量并且消减热传导突出部200和接收来自热传导突出部200的热量的镜头安装座300的变形的定向依赖性。因为具有圆形横截面的突出部的机械性能，诸如传感器保持架100上的来自热传导突出部200的内部力被均匀分配在自图像传感器150的所有方向上，所以也是有利的。虽然是优选的，但是可以注意到，热传导突出部200不需要限定闭环(热传导突出部200可以包括间隙例如以容纳部件或减少重量)。优选的是，热传导突出部200覆盖围绕图像传感器的中间区域的圆周的至少50％，以便在热传导突出部200与镜头安装座300之间具有合适的界面区域。热传导突出部200优选为由热传导材料制成。其优选为直接附接到传感器保持架100。热传导突出部200优选为柔性的。其可例如由聚合物基材料形成。然而，也可想到的是，热传导突出部200由刚性材料(诸如硬塑料、金属或陶瓷材料)形成。
镜头安装座300也由热传导材料形成。优选为由金属材料形成镜头安装座300。
现在将参照图2更详细地描述如何构造摄像机1。在图2中示出镜头阵列600。镜头阵列600包括支撑一个或多个镜头的管状构件。镜头阵列600用于将光朝向图像传感器150引导，并且可被提供有摄像机中发现的与其相关的任何功能。这些可以是视角相关的(例如宽角度的或宏观视角的)镜头，或者它们可与摄像机的控制(诸如用于缩放功能的致动器等)相关。用于摄像机的镜头阵列领域很成熟，且上述功能仅意在示例。管状构件插入到镜头安装座300的管状部分350中。在所描绘的实施例中，管状构件随后由夹件650保持在适当位置，从而消减镜头阵列600的不期望移动。镜头阵列600可以许多其它方式保持在适当位置——可以用螺钉、铆钉或粘合剂、弹簧锁机构将其紧固到摄像机，或者提供具有螺纹的镜头安装座300和镜头阵列600，以便能够将镜头阵列600旋拧到镜头安装座300中。在优选实施例中，镜头安装座300和镜头阵列600螺纹连接，其中镜头阵列600被旋拧到镜头安装座300中。镜头阵列600的管状构件也优选为由热传导材料(优选为金属)形成。镜头安装座300通过安装座保持架350的管状部分附接到安装座保持架350。镜头安装座300可以以一些其它方式(诸如螺钉、铆钉、弹簧锁构造，或者安装座保持架350向镜头安装座300上的螺纹)附接到安装座保持架350。在优选实施例中，安装座保持架350和镜头安装座300螺纹连接，其中安装座保持架350被旋拧到镜头安装座300中。
预期的是，存在在此描述的实施例的许多修改，这些修改仍然在由随附权利要求书限定的本发明的范围内。
附接点400可以以其它方式(而不是上述实施例中的一种方式)形成。其中传感器保持架粘合地附接到安装座保持架。传感器保持架100可以例如通过锡焊或焊接、或通过螺钉、铆钉或弹簧锁机构附接到安装座保持架350。
在上述实施例中，所述界面被示出为由两个圆形包络面形成。该界面可替代地布置为围绕图像传感器150的任何其它几何结构，诸如矩形、椭圆形或不规则形状。
图3和图4例示摄像机20，该摄像机20在外壳内部具有以上讨论的部分1，该外壳包括盖22和底板30。在图3中，摄像机盖22从底板30拆开。在图4中，摄像机盖22被组装到底板30。摄像机盖22包括窗口21，并且被设计为紧固到底板30，使得摄像机部分1可通过窗口21接收光。窗口21可以是圆顶形的。在底板30上，第一PCB 13安装在PCB盖11之下。第一PCB 13和PCB盖11在第一安装点12处由螺钉安装。第一PCB 13可保持电子设备，诸如不同种类的处理器、存储器芯片、传感器或其它种类的电子设备。可以使用铆钉或其它紧固工具，代替安装点12的螺钉。摄像机20的部分1被支撑在前底架部分18和后底架部分19中，前底架部分18和后底架部分19主要封装安装座保持架350和镜头阵列600。镜头阵列600是部分可见的，并且伸出通过前底架部分18。前底架部分18和后底架部分19被放置在旋转架15中。该旋转架被布置用于为摄像机提供平移和倾斜功能以用于安置目的。旋转架15在第二安装点14处通过螺钉安装在底板30上。另外，可以使用螺钉以外的其它紧固工具。底板30和摄像机盖22可由金属或聚合物材料制成。聚合物材料是有利的，因为它们可以被高效地制造并且不受天气影响。

Claims (16)

1.一种摄像机，包括：
传感器保持架，
安装在所述传感器保持架上的图像传感器，
安装座保持架，以及
适于接收镜头阵列并且安装到所述安装座保持架的镜头安装座，
其中所述传感器保持架附接到所述安装座保持架，
其中沿所述摄像机的光轴具有延伸范围的间隙限定在所述传感器保持架与所述镜头安装座之间，并且
其中所述传感器保持架被提供有热传导突出部，所述热传导突出部桥接所述间隙并且在界面处接触所述镜头安装座，从而允许所述镜头安装座与所述热传导突出部之间沿所述光轴的相对运动，同时保持所述镜头安装座与所述热传导突出部之间的接触。
2.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述传感器保持架粘合地附接到所述安装座保持架。
3.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述界面包括所述镜头安装座上的第一表面，所述第一表面面向所述热传导突出部上的第二表面，其中所述第一表面和所述第二表面两者均具有垂直于所述光轴延伸的法线。
4.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述热传导突出部位于所述传感器保持架的中间区域处，所述中间区域围绕所述图像传感器延伸并且在所述传感器保持架的周界内部。
5.根据权利要求4所述的摄像机，其中所述中间区域在由所述传感器保持架与所述安装座保持架之间的附接点限定的周界内部。
6.根据权利要求4所述的摄像机，其中所述热传导突出部覆盖围绕所述图像传感器的所述中间区域的圆周的至少50％。
7.根据权利要求3所述的摄像机，其中所述界面的所述第一表面形成圆形外包络面，并且所述界面的所述第二表面形成圆形内包络面。
8.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述传感器保持架是印刷电路板。
9.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述热传导突出部由附接到所述传感器保持架的热传导材料形成。
10.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述镜头安装座由热传导材料形成。
11.根据权利要求1所述的摄像机，进一步包括镜头阵列，所述镜头阵列包括支撑一个或多个镜头的管状构件，所述管状构件插入到所述镜头安装座中。
12.根据权利要求11所述的摄像机，其中所述镜头阵列的所述管状构件由热传导材料形成。
13.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述镜头安装座包括适于接收所述镜头阵列的管状部分。
14.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述安装座保持架包括适于接收所述镜头安装座的管状部分。
15.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述安装座保持架由聚合物基材料形成。
16.根据权利要求1所述的摄像机，其中所述界面被部分限定在所述镜头安装座的径向外表面上且被部分限定在所述热传导突出部的径向内表面上。
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