CN109691078A - 具有移动图像传感器的成像装置 - Google Patents

Abstract

成像设备包括可移动图像传感器；连接到图像传感器的电路板；包括光轴上的透镜组的光学模块，该光学模块可沿光轴在至少缩回位置和伸出位置之间移动。该设备还包括激活致动器，该激活致动器被配置为在一平面中在活动位置与不活动位置之间移动可移动图像传感器和电路板。在活动位置，图像传感器在光轴上堆叠在光学模块下方，并且光学模块处于伸出位置。在不活动位置，图像传感器定位于光轴之外并远离光学模块，并且光学模块处于缩回位置。

Description

具有移动图像传感器的成像装置

背景

数码相机通常包括透镜和传感器，用于通过捕捉光并将其转换成电信号来捕捉图像。诸如智能电话之类的移动电子设备通常配备有成像装置－相机。移动电子设备的成像质量可通过光学图像稳定或自动对焦来改善。目前移动电子设备设计的一个趋势是以薄设备为目标，其中该形状因子得益于要被容纳在移动电子设备内部的薄成像装置。

概述

提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的概念的选集。本概述并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

该成像装置包括具有活动和不活动位置的结构。在该结构中，图像传感器和光学模块是可移动的。为了进入活动位置，光学模块沿光轴伸出，并且图像传感器在伸出的光学模块下方水平地移动。为了进入不活动位置，图像传感器移开，为光学模块的返回释放空间。

许多附带特征将变得更容易领会，因为它们通过参考结合附图考虑的以下详细描述而变得更好理解。以下描述的各实施例不限于解决集成在手持设备中的已知成像装置的缺点中的任何缺点或全部缺点的实现。

附图描述

根据附图阅读以下详细描述将更好地理解本说明书，在附图中：

图1是成像设备的一个实施例的示意侧视图；

图2a是具有处于不活动位置的图像传感器和光学模块的一个实施例的示意图；

图2b是处于活动位置的该实施例的示意图；

图3a是处于活动位置的根据一实施例的具有机械连接的设备的示意侧视图；

图3b是当相机不活动时该实施例的示意侧视图；

图3c为图3b提供了不同的视角；

图3d为图3a提供了不同的视角；

图4a是处于活动位置的一实施例的横截面视图；

图4b是处于不活动位置的该实施例的横截面视图；

图5是一个实施例的横截面视图，其中光学模块和图像传感器具有分开的致动器；

图6示出了根据一方法的流程图。

在各个附图中使用相同的附图标记来指代相同的部件。

详细描述

下面结合附图提供的详细描述旨在作为本发明实施例的描述，并不旨在表示可以构建或使用本发明实施例的仅有形式。然而，可以通过不同的实施例来实现相同或等效的功能和序列。

虽然在本文中将本发明的实施例中的一些实施例描述并示出为在移动相机中实现，但是这只是作为示例而非限制来提供的。如本领域技术人员将领会的，本发明的实施例适于应用在移动装置和/或手持装置(例如，平板、膝上型计算机、数码相机或游戏控制台、以及具有相机的固定终端)中的各种不同类型的相机中。

图1a是具有移动元件的成像设备的一个示例的简化横截面视图。成像设备包括可移动图像传感器110和连接到图像传感器110的电路板111。数字图像传感器通常需要具有连接到其上的电子器件的电路板来运作。下文中的图像传感器110可以指代实际传感器以及其壳体和可能的电子组件。

成像设备包括光学模块120，其包括透镜组，光通过该透镜组行进到图像传感器110。光学模块120具有光轴121，并且被配置为在缩回位置和伸出位置之间移动，其中两个位置均是沿光轴121采取的。本文的缩回位置涉及其中光学模块120下降到设备主体中的位置。本文的伸出位置涉及其中光学模块120朝向要捕获的对象沿光轴向外移动的位置。光学模块120的位置相对于成像设备的不移动的各部分缩回和伸出。在以下所提及的一些实施例中，光学模块120可以在伸出位置从成像设备突出。图1a示出了缩回位置，如以下更详细地讨论的。

透镜组可包括仅一个透镜，或者它可以是若干透镜的组合。在一实施例中，光学模块120包括透镜筒，其中透镜可以相对于彼此固定，或者它们可以移动以实现各种光学特性。根据一实施例，透镜筒可以是可伸长的，其中可伸长透镜筒中的透镜的相对移动致使光学模块120移动。在一示例实施例中，该移动是套叠移动(telescopic movement)。

光学模块还可包括自动对焦元件和/或图像稳定元件。在一实施例中，自动对焦致动器被配置为改变光学变焦因子。在一实施例中，光学变焦因子由配置在透镜筒内的致动器改变。

成像设备进一步包括激活致动器130，其被配置为在一平面中在活动位置与不活动位置之间移动可移动图像传感器110和电路板111。图1示出了不活动位置，其中图像传感器110定位于光学模块120的光轴之外并远离光学模块120，并且该模块120处于缩回位置。图1上的水平箭头示出了由激活致动器130致使的图像传感器110的移动，即致动器130控制图像传感器110的水平(平面)移动，并且为采取活动位置，图像传感器110在光学模块120下方行进以形成堆叠。垂直箭头示出了光学模块120沿光学元件的移动方向，以便采取伸出活动位置。图像传感器110和光学模块120在它们的位置之间的两个移动都是可逆的。在一实施例中，激活致动器130被配置为移动图像传感器110而不是电路板111。在一替代实施例中，激活致动器130仅移动电路板111的部分以及图像传感器110。

根据一实施例，图像传感器110和电路板111在活动位置和不活动位置之间的移动可以具有与弧形移动不同的轨迹。例如，图像传感器可以以弧形移动或者在平面中水平地和垂直地移动，以采取活动或不活动位置。

激活致动器130可以是但不限于电动机、压电元件、旋转移动致动器、音圈致动器、形状记忆合金致动器、铁磁致动器等。

在活动位置，图像传感器110在光轴121上堆叠在光学模块120下方，并且光学模块120处于伸出位置。例如，当成像设备被开启时，活动位置可被激活，而当成像设备被关闭时，不活动位置可被激活。

在一实施例中，成像设备包括用于光学模块120和可移动图像传感器110的移动的空间，以允许它们在所述位置之间移动。该空间的至少一部分交替地被占据：或者在活动位置中由图像传感器110占据，或者在不活动位置中由缩回的光学模块120占据。

图2a和2b分别示出了图1的成像设备的不活动位置和活动位置。如上所讨论，在不活动位置，图像传感器110定位于远离光学模块120并在光学模块120的光轴之外。如图2b所示，在活动位置，图像传感器110堆叠在伸出的光学模块120下方。

在一实施例中，成像设备包括按压机构，该按压机构被配置为朝向缩回的(或即不活动的)状态向光学模块120连续地施加按压力。按压机构可以集成在设备壳体中或者是单独的模块。光学模块120被配置为当在与按压力相反的方向上施加足够的反作用力时进入伸出状态。足够的反作用力可以由图像传感器110的移动引起并将光学模块“向上”推，即朝向其伸出位置。按压机构确保除非施加反作用力，否则成像设备保持在不活动位置，这有助于避免损坏图像传感器、污垢进入光学元件以及其他不想要的问题。在一实施例中，处于不活动位置的图像传感器110定位于受保护的点中，以防止灰尘和其他环境危害损坏图像传感器110。

在一实施例中，成像设备包括移动限制元件，该移动限制元件被配置为将光学模块保持在伸出或缩回位置。在一实施例中，光学模块120的移动进一步由导轨辅助。

成像设备还可包括附接到可移动图像传感器110的窗口。该窗口用于保护图像传感器110免受灰尘和其他环境危害。

根据一实施例，光学模块120被配置为由于与可移动图像传感器110的机械连接而采取伸出和缩回位置。例如，机械连接可包括直接物理接触，当如激活致动器130所致使地图像传感器110水平地移动到活动位置时，可移动图像传感器110被配置为通过该直接物理接触将光学元件120推到伸出位置。

机械连接还可以经由激活致动器130来实现。致动器130可以连接到图像传感器110和光学模块120两者，并且除了移动图像传感器110之外还可以致使光学模块120在伸出位置与缩回位置之间移动。

如图3a-3d所示，上述移动可以经由连接臂331和销332来实现。成像设备包括附接到光学模块120的销332，其中激活致动器130包括连接臂331，当激活致动器130在平面中朝向活动位置移动可移动图像传感器110时，该连接臂331被配置为经由附接到光学模块120的销332来将光学模块120沿光轴提升到伸出位置。图3a-3d示出了处于活动(图3a和图3d)状态以及不活动(图3b和图3c)状态的成像设备的外部部分。在该实施例中，当图像传感器110由激活致动器130在光学模块120下方移动时，该移动致使连接臂331朝向销332向上移动、与销332接触并将光学模块120朝向其伸出位置提升。

根据一实施例，成像设备包括机械杠杆330，其中激活致动器130被配置为经由机械杠杆330在活动位置与不活动位置之间在一平面中移动可移动图像传感器110和电路板111。例如，这可以通过在杠杆330和激活致动器130之间提供机械连接来实现。图3c和3d示出了机械杠杆中的孔，其可以用于保持来自致动器130的销或另一连接元件。

连接臂331的移动可被配置为使得光学模块120在可移动图像传感器110移动到活动位置之前被提升。这允许释放经提升的光学模块120下方的空间以使图像传感器110移动到其中，从而避免移动元件之间不想要的摩擦。可移动图像传感器110可包括楔形边缘，如在图3a和3d中可以看到的。

图4a和4b示意性地示出了如图3a-3d所示的成像设备的内部部件。楔形元件411被示出为与连接臂的内部部分331接触，其中内部部分331的形状被构建为与图像传感器110的楔形元件411相匹配。当激活致动器130(这些图中未示出)开始在光学模块120下方朝向活动位置移动图像传感器110时，楔形元件411向上推动连接臂331，这采用图3a-3d中所示的移动并提升光学模块120。

该移动提供了使用一个激活致动器来激活和停用成像装置的可靠机构。

在一实施例中，成像设备包括具有开口的壳体。光学模块120被配置为穿过开口移动以采取伸出位置，并且在缩回位置隐藏在壳体中。在活动位置，光学模块120可以沿光轴121从壳体突出。替换地，光学模块120可以在这两个位置中均定位在壳体内部。壳体中的开口定位成与光学模块120相匹配，使得光可以穿过开口进入光学模块120并且到达图像传感器110上。

在一实施例中，光学模块120包括具有第一直径的顶部部分以及在顶部部分下具有第二直径的下部部分，其中第一直径小于第二直径。在图上，圆形顶部部分和较宽的矩形下部部分示出了这种布局。技术人员清楚，这不是限制性特征，并且根据其他实施例，其他形状和大小也是可能的。这允许通过向较宽的下部部分施加向下的力按下光学模块120，而不影响或接触透镜。在其中设备包括壳体的实施例中，具有较小直径的顶部元件可被配置为在活动位置从壳体突出。

图5示意性地示出了根据一实施例的成像设备。该成像设备包括附接到光学模块120的附加致动器531，其中该附加致动器531被配置为沿光轴521移动光学模块120。这为两个可移动元件(图像传感器110和光学模块120)提供了分开的致动器530、531。这种布置的效果可以是对移动的精确控制，而几乎不留下机械误差空间。

在一实施例中，设备进一步包括移动控制元件，该移动控制元件被配置为使激活致动器530和附加致动器531同步，使得可移动图像传感器110在平面中进入活动位置的移动与光学模块120进入伸出位置的移动同步。移动控制元件可以在设备的中央处理单元中实现，或者实现为单独的控制器。这允许在活动位置与不活动位置之间的精确转换。附加致动器可以是但不限于叉车型致动器、压电元件、旋转移动致动器或铁磁致动器。

在一实施例中，成像设备包括单独地附接到光学模块120的附加电路板(未示出)。这可以在成像设备的布局中提供附加选项，因为电路板111不需要也连接到光学模块。在一实施例中，光学模块120仅包括机械元件，并且不需要到电路板的连接。

根据一实施例，电路板111是柔性的。柔性电路板111可以包括图像传感器所需的所有电子器件，并且也可以连接到光学模块120并且包括光学模块120所需的电子器件。柔性电路板111可以具有动态弯曲容差的效果，这允许元件承受重复移动。柔性可以允许电路板111重复地跟随图像传感器110的平面移动。

在一替换实施例中，电路板111包括诸如微型同轴线束之类的扁平电缆线束，其中电缆附接在其任一侧上。

根据一示例实施例，光学模块120的厚度沿光轴为3.4毫米，而可移动图像传感器110的厚度为0.7毫米。

上述实施例中的一个或多个的技术效果可以是当元件缩回并处于不活动位置时相机厚度减小到3.4mm或更小。

图6是示出用于操作成像设备的方法的流程图。该方法可以由设备中的控制器执行，例如中央处理单元。该成像设备可以是根据上述实施例中的一个或多个的设备。该方法包括接收601成像设备已经在“开”与“关”的状态之间改变状态的指示。当成像设备被开启时，致使602激活致动器将可移动图像传感器移动到活动位置，其中图像传感器在光轴上堆叠在光学模块下方，并且光学模块处于伸出位置。当接收到成像设备已经被关闭的指示时，激活致动器被移动603到不活动位置，其中图像传感器定位于光轴之外并远离光学模块，并且光学模块处于缩回位置。

在实施例中，该方法可以由包括处理单元的装置执行，该处理单元被配置为从成像设备接收其已经被开启或关闭的指示，并且执行步骤602和603。该装置还可包括检测元件，该检测元件被配置为检测指示成像设备应该被开启或关闭的用户输入或自动决策。

根据一方面，提供了一种成像设备。该成像设备包括：可移动图像传感器；连接到图像传感器的电路板；包括光轴上的透镜组的光学模块，该光学模块可沿光轴在至少缩回位置与伸出位置之间移动；以及激活致动器，该激活致动器被配置为在一平面中在活动位置与不活动位置之间移动可移动图像传感器和电路板。在活动位置，图像传感器在光轴上堆叠在光学模块下方，并且光学模块处于伸出位置。在不活动位置，图像传感器定位于光轴之外并远离光学模块，并且光学模块处于缩回位置。

在一实施例中，作为以上的补充，设备包括用于移动光学模块和可移动图像传感器的空间，其中至少部分空间被交替占据：在活动位置由可移动图像传感器占据而在不活动位置由缩回的光学模块占据。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，光学模块被配置为由于与可移动图像传感器的机械连接而采取伸出和缩回位置。

在一实施例中，作为以上实施例的补充，激活致动器机械地连接到可移动图像传感器和光学模块，并且其中激活致动器被配置为致使光学模块在伸出位置与缩回位置之间移动。

在一实施例中，作为以上实施例的补充，设备包括附接到光学模块的销，其中激活致动器包括连接臂，当激活致动器在平面中朝向活动位置移动可移动图像传感器时，该连接臂被配置为经由附接到光学模块的销来将光学模块沿光轴提升到伸出位置。

在一实施例中，作为以上实施例的补充，设备包括机械杠杆，其中激活致动器被配置为经由机械杠杆在一平面中在活动位置与不活动位置之间移动可移动图像传感器和电路板。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，设备包括附接到光学模块的附加致动器，其中该附加致动器被配置为沿光轴移动光学模块。

在一实施例中，作为以上实施例的补充，设备包括移动控制元件，该移动控制元件被配置为使激活致动器和附加致动器同步，使得可移动图像传感器在平面中进入活动位置的移动与光学模块进入伸出位置的移动同步。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，电路板是连接到图像传感器的柔性电路板。在一实施例中，作为上述实施例的补充，柔性电路板也连接到光学模块。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，光学模块的厚度沿光轴为3.4毫米，而可移动图像传感器的厚度为0.7毫米。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，设备包括按压机构，该按压机构被配置为朝向缩回状态向光学模块连续地施加按压力，其中光学模块被配置为当在与按压力相反的方向上施加足够的反作用力时进入伸出状态。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，设备包括移动限制元件，该移动限制元件被配置为将光学模块保持在伸出或缩回位置。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，设备包括具有开口的壳体，其中光学模块被配置为穿过开口移动以采取伸出位置，并且在缩回位置隐藏在壳体中。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，光学模块包括具有第一直径的顶部部分以及在顶部部分下具有第二直径的下部部分，其中第一直径小于第二直径。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，设备包括导轨，该导轨被配置为在伸出位置与缩回位置之间引导光学模块。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，光学模块包括可伸长透镜筒。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，光学模块包括图像稳定元件和自动对焦元件中的至少一个。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，设备包括附接到可移动图像传感器的窗口。

根据一方面，提供了一种用于操作成像设备的方法。该成像设备包括被配置为在平面中移动的可移动图像传感器、连接到图像传感器的电路板、可沿光轴在至少缩回位置与伸出位置之间移动的包括光轴上的透镜组的光学模块、以及附接到可移动图像传感器和电路板的激活致动器。

该方法包括接收成像设备已被开启的指示；致使激活致动器将可移动图像传感器移动到活动位置，其中图像传感器在光轴上堆叠在光学模块下方，并且光学模块处于伸出位置；接收成像设备已被关闭的指示；并且致使激活致动器移动到不活动位置，其中图像传感器定位于光轴之外并远离光学模块，并且光学模块处于缩回位置。

根据一方面，提供了一种用于操作成像设备的装置。该成像设备包括被配置为在平面中移动的可移动图像传感器、连接到图像传感器的电路板、可沿光轴在至少缩回位置与伸出位置之间移动的包括光轴上的透镜组的光学模块、以及附接到可移动图像传感器和电路板的激活致动器。

该装置包括用于接收成像设备已被开启的指示的装置；用于致使激活致动器将可移动图像传感器移动到活动位置的装置，其中图像传感器在光轴上堆叠在光学模块下方，并且光学模块处于伸出位置；用于接收成像设备已被关闭的指示的装置；以及用于致使激活致动器移动到不活动位置的装置，其中图像传感器定位于光轴之外并远离光轴，并且光学模块处于缩回位置。用于执行上述步骤的装置可以在诸如中央处理单元的控制器元件中实现。

本文中所给出的任何范围或设备值可被扩展或更改而不丢失所寻求的效果。

虽然已用结构特征和/或动作专用的语言描述了本主题，但应当理解，所附权利要求书中限定的主题不必限于以上所描述的具体特征或动作。相反，以上所描述的具体特征和动作是作为实现权利要求书的示例而公开的，并且其他等价特征和动作旨在处于权利要求书的范围内。

可以理解，上文所描述的优点可以涉及一个实施例或者可以涉及多个实施例，或其组合。各实施例并不限于解决所阐述的问题中的任何或全部问题的那些实施例、或者具有所阐述的益处和优点中的任何或全部益处和优点的那些实施例。将进一步理解，对“一个”项目的提及是指那些项目中的一个或多个。

本文中使用术语“包括”以意指包括所标识的方法的框或元件，但是这样的框或元件是不包括排他性列表的，并且方法或装置可包含附加的框或元件。

可以理解，上面的描述只是作为示例给出并且本领域的技术人员可以做出各种修改。以上说明、示例和数据提供了对各示例性实施例的结构和使用的全面描述。虽然上文以一定的详细度或参考一个或多个单独实施例描述了各个实施例，但是，在不偏离本说明书的精神或范围的情况下，本领域技术人员可以对所公开的实施例作很多改变或组合。

Claims (15)

1.一种成像设备，包括：

可移动图像传感器；

连接到所述可移动图像传感器的电路板；

包括光轴上的透镜组的光学模块，所述光学模块能够沿所述光轴在至少缩回位置和伸出位置之间移动；以及

激活致动器，所述激活致动器被配置为在一平面中在活动位置与不活动位置之间移动所述可移动图像传感器和所述电路板，其中：

在所述活动位置，所述可移动图像传感器在所述光轴上堆叠在所述光学模块下方，并且所述光学模块处于伸出位置；并且

在所述不活动位置，所述可移动图像传感器定位于所述光轴之外并远离所述光学模块，并且所述光学模块处于缩回位置。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于移动所述光学模块和所述可移动图像传感器的空间，其中所述空间的至少部分被交替占据：在所述活动位置由所述可移动图像传感器占据而在所述不活动位置由所述缩回的光学模块占据。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学模块被配置为由于与所述可移动图像传感器的机械连接而采取所述伸出位置和所述缩回位置。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述激活致动器机械地连接到所述可移动图像传感器和所述光学模块，并且其中所述激活致动器被配置为致使所述光学模块在伸出位置与缩回位置之间移动。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，包括附接到所述光学模块的销，其中所述激活致动器包括连接臂，当所述激活致动器在平面中朝向所述活动位置移动所述可移动图像传感器时，所述连接臂被配置为经由附接到所述光学模块的所述销来将所述光学模块沿所述光轴提升到所述伸出位置。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，包括机械杠杆，其中所述激活致动器被配置为经由所述机械杠杆在一平面中在活动位置与不活动位置之间移动所述可移动图像传感器和所述电路板。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括附接到所述光学模块的附加致动器，其中所述附加致动器被配置为沿所述光轴移动所述光学模块。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，包括移动控制元件，所述移动控制元件被配置为使所述激活致动器和所述附加致动器同步，使得所述可移动图像传感器在平面中进入所述活动位置的所述移动与所述光学模块进入所述伸出位置的所述移动同步。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电路板是连接到所述图像传感器的柔性电路板。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述柔性电路板也连接到所述光学模块。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学模块的厚度沿所述光轴为3.4毫米，而所述可移动图像传感器的厚度为0.7毫米。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括按压机构，所述按压机构被配置为朝向所述缩回状态向所述光学模块连续地施加按压力，其中所述光学模块被配置为当在与所述按压力相反的方向上施加足够的反作用力时进入所述伸出状态。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括移动限制元件，所述移动限制元件被配置为将所述光学模块保持在所述伸出位置或所述缩回位置。

14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括具有开口的壳体，其中所述光学模块被配置为穿过所述开口移动以采取所述伸出位置，并且在所述缩回位置隐藏在所述壳体中。

15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学模块包括具有第一直径的顶部部分以及在所述顶部部分下具有第二直径的下部部分，其中所述第一直径小于所述第二直径。