CN111629127B - 摄像设备 - Google Patents

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Abstract

摄像设备包括：可动单元；固定单元，其被构造成保持可动单元；以及外观盖，其被构造成容纳可动单元和固定单元。可动单元包括：摄像单元，其包括镜头单元和第一图像传感器；以及保持件，其被构造成可旋转地保持摄像单元。保持件包括驱动器，驱动器被构造成在与摄像单元加压接触的情况下使摄像单元旋转。外观盖包括加压器，加压器被构造成在与摄像单元加压接触的情况下保持摄像单元。

Description

摄像设备
技术领域
本发明涉及具有能够旋转的镜头单元的摄像设备。
背景技术
近来，诸如运动摄像机(运动相机)和可穿戴相机的紧凑型摄像设备已经普及。这种摄像设备能够经由配件装着于身体并且能够提供免手持摄像。在许多情况下，这种摄像设备具有防止水进入其内部的结构，以在各种场景和天气中进行摄像。
日本特开(“JP”)2016-85418号公报公开了一种用于监视相机等的摄像设备，其中镜头单元能够绕着两个正交轴线中的各轴线旋转。
日本特开2016-85418号公报中公开的摄像设备提供了一种螺钉紧固件，该螺钉紧固件将覆盖镜头单元和主体保持件的圆顶盖(外装盖)固定到外装盖的外部，并且不能维持密封结构。换句话说，JP2016-85418号公报中公开的摄像设备不具有防水性能。
发明内容
本发明提供一种具有可旋转的镜头单元的防水的摄像设备。
根据本发明的一个方面的摄像设备包括：可动单元；固定单元，其被构造成保持可动单元；以及外观盖，其被构造成容纳可动单元和固定单元。可动单元包括：摄像单元，其包括镜头单元和第一图像传感器；以及保持件，其被构造成可旋转地保持摄像单元。保持件包括驱动器，驱动器被构造成在与摄像单元加压接触的情况下使摄像单元旋转。外观盖包括加压器，加压器被构造成在与摄像单元加压接触的情况下保持摄像单元。
从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的一实施方式的摄像设备的分解立体图。
图2是摄像设备的框图。
图3A是可动壳体的内部结构的分解立体图。
图3B示出了从保持盖侧观察的可动壳体。
图4A至图4C示意性地说明了振动体的驱动原理。
图5是摄像设备的内部结构的截面图。
具体实施方式
现在参照附图，将给出根据本发明的实施方式的详细说明。将用相同的附图标记表示各个附图中的相应要素，并且将省略其重复说明。
本实施方式将讨论作为根据本发明的例示性摄像设备的数字相机，但是本发明不限于本实施方式。本发明可广泛应用于能够通过经由致动器驱动包括透镜和图像传感器的单元来对多个范围进行摄像的摄像设备。
图1是根据本发明的一实施方式的摄像设备10的分解立体图。图1仅示出了解释本发明所必需的部分。
摄像设备10包括可动壳体(可动单元)20、固定壳体(固定单元)30和外观盖500。可动壳体20包括摄像单元100和保持盖(保持件)200并且可动壳体20被构造成能够安装到固定壳体30和从固定壳体30拆卸。摄像单元100具有球形形状并且以能够旋转的方式由保持盖200保持。
固定壳体30具有固定单元300和线缆400。固定单元300被构造成使得线缆400能够被连接和断开。固定单元300具有例如连接器开口，该连接器开口能够被安装到支持USB(通用串行总线)标准、HDMI(注册商标)(高清晰度多媒体接口)标准等的线缆上。通过将线缆的一端安装到固定单元300中形成的连接器开口，线缆400被固定到固定单元300并由固定单元300保持。线缆400的另一端被连接到诸如PC、显示单元和信息终端等的不同的外部装置。在本实施方式中，摄像设备10能够经由线缆400与外部装置通信。摄像设备10可以使用其它方法与外部装置通信。例如，可以在固定单元300中安装具有外部装置的无线通信模块，并且摄像设备10可以与外部装置无线地通信。线缆400的一端例如可以是销钉插头形状(pinjack plug shape)，并且线缆400可以是向固定单元300供电的线缆。
外观盖500是容纳可动壳体20和固定壳体30的无色透明构件。由于外观盖500具有密封结构，因此外观盖500使内部防水。
现在参照图2，将给出摄像设备10的内部构造的说明。图2是摄像设备10的框图。
可动壳体20包括供电单元120、摄像控制器131、电力接收器132、存储器133、通信器141、镜头单元151、图像捕捉器152和镜头/致动器控制器153。镜头单元151包括至少一个透镜和保持该透镜的保持件。镜头单元151可以具有变焦透镜机构、光圈/快门机构、自动聚焦机构等。图像捕捉器152包括诸如CMOS传感器和CCD传感器等的图像传感器(第一图像传感器)152a，对由镜头单元151形成的光学像进行光电转换，并输出电信号。摄像控制器131将从图像捕捉器152输出的电信号处理为预定图像数据，并且使存储器133储存处理后的图像数据。储存的图像数据被传送到通信器141。通信器141包括发送/接收天线，并且通过无线通信在可动壳体20和固定壳体30之间进行数据通信。镜头/致动器控制器153包括马达驱动器IC，并且基于经由通信器141接收到的驱动指令信息来驱动和控制镜头单元151的各种致动器。电力接收器132从供电单元120接收电力并将接收到的电力供给到摄像单元100中的各个组成部件。
保持盖200包括振动体(驱动器)201、202和203。
固定壳体30包括中央控制器301、操作单元302、存储器303、显示单元304、外部输入/输出(I/O)端子单元305、电力接收器306、通信器307、图像信号处理器308、视频信号处理器309、可动部分控制器310、可动部分位置检测器311和可动部分位置检测校正器312。中央控制器301是控制整个摄像设备10的CPU(中央处理单元)。通信器307在可动壳体20和固定壳体30之间无线地通信数据，诸如从可动壳体20接收图像数据并将驱动指令信号发送到镜头单元151中的各种致动器。图像信号处理器308将从图像捕捉器152输出并经过通信器307的电信号转换为视频信号。视频信号处理器309根据应用将从图像信号处理器308输出的视频信号处理成预定的图像数据。视频信号的处理包括通过图像切割和旋转处理的电子图像稳定操作。设置操作单元302用于操作摄像设备10。存储器303记录诸如通过摄像获取的视频信息等的各种数据。基于从视频信号处理器309输出的信号，显示单元304根据需要将视频信号输出到诸如LCD(液晶显示器)和有机EL(电致发光)显示器等的外部显示器。外部输入/输出端子单元305向外部装置输出通信信号和视频信号并从外部装置输入通信信号和视频信号。外部输入/输出端子单元305根据需要接收外部电源。当外部输入/输出端子单元305接收外部电源时，电力接收器306从外部输入/输出端子单元305接收电力，并将接收到的电力供给到摄像设备10中的各组成部件。可动部分位置检测器311是包括照射光源和位置检测图像传感器的位置检测器。可动部分控制器310通过向振动体201、202和203的机电能量转换元件施加电压来使摄像单元100移动(位移)。可动部分控制器310适当地驱动和控制振动体201、202和203，从而实现摄像单元100的多自由度驱动。当可动部分位置信息包括在由可动部分位置检测器311获取的图像信息中时，可动部分位置检测校正器312对摄像单元100的位置检测进行校正。
在本实施方式中，摄像单元100中的各组成部件均通过来自供电单元120的电力操作，但本发明不限于本实施方式。例如，可以在固定壳体30和可动壳体20之间构造无线电力给送机构，并且可以从固定壳体30向摄像单元100供电。从固定壳体30到摄像单元100的控制信号和图像信号的数据发送和接收可以是有线通信而不是无线通信。
现在参照图3A和图3B，将给出可动壳体20的结构的说明。图3A是示出可动壳体20的内部结构的分解立体图。图3B示出了从保持盖200侧观察的可动壳体20。
现在将给出摄像单元100的说明。在本实施方式中，摄像单元100包括镜筒150a和150b。镜筒150a和150b是均包括镜头单元151和图像捕捉器152的单元，并且电连接到摄像控制板130。当镜头单元的光轴彼此对准时，镜筒150a和150b在透镜表面的方向上彼此相差180°。在本实施方式中，在摄像单元100中设置两个镜筒，但本发明不限于本实施方式。例如，可以在摄像单元100中设置一个镜筒。在设置一个镜筒的情况下，可以在用于重量平衡的空的空间中设置具有与所设置的镜筒相同重量的间隔件。
摄像控制板130包括摄像控制器131、存储器133、镜头/致动器控制器153和电力接收器132。供电单元120例如是锂离子电池、可充电并且电连接到摄像控制板130。无线通信器140包括通信器141并且电连接到摄像控制板130。在转子110中形成有孔111。供电单元120、摄像控制板130、无线通信器140以及镜筒150a和150b固定到未示出的保持件，然后安装在孔111中。此后，将盖160a和160b分别安装到镜筒150a和150b的前表面，从而完成摄像单元100。转子110由不锈材料等制成，并接受诸如氮化处理的硬化处理作为表面处理。
现在将给出保持盖200的说明。保持盖200主要包括保持件210。保持件210包括接收转子110的安装部211以及从安装部211延伸的臂部212、213和214。臂部212、213和214被形成为臂状并且包括摄像单元100的一部分。安装部211包括旋转限制器215和开口216。旋转限制器215形成在安装部211的中心部分处并且被构造成部分地露出到转子110侧作为露出部。旋转限制器215的露出部的表面由弹性材料或诸如三元乙丙橡胶(EPDM)或硅酮橡胶等的片材制成。振动体201、202和203分别布置于臂部212、213和214，从而部分地露出。在臂部212、213和214的外周侧形成有槽部221、222和223。在本实施方式中，在将摄像单元100置于安装部211之后组装保持件210。保持盖200可旋转地保持摄像单元100而不会掉落。
外观盖500具有上外观盖500a和下外观盖500b。当上外观盖500a和下外观盖500b组合时，外观盖500具有密封结构。因此，安装外观盖500能够使内部部件防水。外观盖500能够被安装到摄像设备10和从摄像设备10拆卸，并且不影响摄像设备10的摄像。因此，当外观盖500被损坏时，可以利用另一外观盖500替换。向内(朝向摄像单元100的那侧)突出的加压器501设置在外观盖500的内部。加压器501与转子110直接接触。转子110被保持在四个点处，或者被保持在振动体201、202和203以及加压器501处。加压器501布置在面对振动体201、202和203的位置处，并且在从振动体201、202和203接收压力的同时将摄像单元100保持在特定位置。利用这种构造，能够稳定地保持振动体201、202和203与摄像单元100的压力接触状态。
加压器501可以使用诸如丙烯酸的透明树脂材料与外观盖500成为一体，并且可以由聚缩醛(POM)或有利于低摩擦滑动的滚动构件制成，以便减小摄像单元100旋转时的摩擦。加压器501可以在一个点处接触转子110，或者可以在多个点处接触转子110。
端子218设置在安装部211的与固定壳体30接触的部分。端子218以能够沿转子110的球心方向滑动预定量的方式固定到保持件210。在端子218的中央处设置有被吸引部219。被吸引部219的表面例如由铁等的铁磁材料制成。多个电触点220绕着被吸引部219设置。电触点220的表面已经接受了诸如镀金或镀锡的表面处理。被吸引部219的中央部中设置有孔219a，用于将转子110被驱动时以及在振动体201、202和203与转子110之间产生摩擦时产生的磨损粉末抽吸出。
现在参照图4A至图4C，将说明根据本实施方式的驱动源的驱动原理。图4A至图4C是用于说明振动体的驱动原理的示意图。在本实施方式中，振动波马达被用作驱动源，以通过施加高频电压来激发用于振动体的预定频率的振动并且通过该振动波来驱动转子。振动体201、202和203中的每一个均包括振动板205和安装到振动板205的背面的压电元件204。压电元件204将从可动部分控制器310施加的电能转换为机械能。
图4A示出了压电元件204的电极图案。压电元件204被形成为矩形形状，并且电极区域在长度方向(方向“a”)上被分成两个相等的部分。各电极区域中的极性相同(+)。在两个电极区域中，对位于图4A中右侧的电极区域施加交流电压(V1)，对位于左侧的电极区域施加交流电压(V2)。在图4A中，当交流电压V1和V2是具有接近A模式的共振频率但相位偏移了180°的交流电压时，在特定时刻右电极区域收缩并且左电极区域扩张。在另一时刻，右电极区域扩张而左电极区域收缩。结果，在振动板205中发生图4B所示的A模式振动。A模式是在“a”方向上的二次弯曲模式，并且具有在“c”方向上的位移小的三个节点和在“c”方向上的位移大的两个腹部。当发生A模式振动时，设置在振动板205的中央部分处的突起部206的尖端沿着“a”方向位移。
当交流电压Vl和V2是具有在与A模式的共振频率基本相同的B模式的共振频率附近的相同相位的交流电压时，两个电极区域在特定时刻延伸，并且在另一时刻收缩。结果，在振动板205中发生如图4C所示的B模式的振动。B模式是在“b”方向上的一次弯曲模式，并且具有在“c”方向上的位移小的两个节点以及在“c”方向上的位移大的一个腹部。当发生B模式振动时，突起部206的尖端沿着“c”方向位移。
通过将各振动与特定的时间相位关系进行组合，在突起部206的与移动体接触的尖端处形成具有在“a”和“c”方向上的直径的椭圆运动。移动体接收所产生的椭圆运动作为振动体的摩擦力，并沿图4B中的箭头方向移动。
通过改变输入到压电元件204的两个电极区域的电压之间的相位差，可以调节A模式和B模式之间的发生比(incidence ratio)。椭圆轨迹的纵横比依据A模式和B模式之间的发生比而变化。由于通过调节A模式和B模式之间的发生比能够使施加到突起部206的驱动力是可变的，因此能够控制移动体的速度。
现在参照图5，将给出摄像设备10的结构的说明。图5是沿着由图3A中的光轴X和轴线Y组成的XY平面截取的截面图，并且示出了摄像设备10的内部结构。
供电单元120、摄像控制板130、无线通信器140以及镜筒150a和150b设置在形成在转子110中的孔111的内部。无线通信器140布置于转子110的大致中心轴线，更靠近转子110的下表面的外部，并且相对于转子110的中心布置在与加压器501侧相反的一侧。因此，与无线通信器140更靠近转子110的中心的情况相比，能够容易地进行无线通信。无线电力接收线圈180布置于转子110的大致中心轴线，并且比转子110的下表面上的无线通信器140更靠近外部。从安装在固定壳体30中的无线电力给送线圈338向无线电力接收线圈180供电，并且能够给供电单元120充电。在本实施方式中，当在摄像待机状态或暂停模式下不驱动摄像设备10时，无线电力接收线圈180和无线电力给送线圈338被定位为彼此相对，并且供电单元120被充电。
上外观盖500a设置有加压器501。加压器501布置在转子110的中心(可动壳体20的中心)上方。如上所述，加压器501直接接触转子110，并且转子110被保持在四个点处或者被保持在振动体201、202和203以及加压器501处。振动体201、202和203被布置在转子110的中心(可动壳体20的中心)下方。加压器501布置在面对振动体201、202和203的位置处，并且在从振动体201、202和203接收压力的同时将摄像单元100保持在特定位置。利用这种构造，能够稳定地保持振动体201、202和203相对于摄像单元100的压力接触状态。
盖160a和160b具有能够通过在镜筒150a和150b的视角不彼此重叠的位置处设置在固定单元300中的图像传感器(第二图像传感器)335读取的黑框(读取部)160a1和160b1。黑框160a1和160b1包括可滑动片，以促进与振动体201、202和203的滑动性能。
固定单元300具有容纳各种电子部件的盖320。在盖320中形成有作为通孔的孔327。在该孔327上安装有透明盖324，并且透明盖324固定并粘接到盖320。例如，通过模制丙烯酸树脂(PMMA)等来处理透明盖324。将图像传感器335安装于印刷电路板337并布置于与透明盖324相对的位置。光源336安装于印刷电路板337。光源336可以使用例如诸如发光二极管等的半导体元件。印刷电路板337固定到盖320。
凹部326设置于盖320的球形凹部的底部。磁体340容纳在凹部326中，并固定粘接到盖320。磁体340由诸如钕磁铁等的具有高磁通密度的材料制成。
多个印刷电路板平行地配置在盖320内部。多个印刷电路板固定到盖320。印刷电路板330包括中央控制器301、存储器303、显示单元304、外部输入/输出端子单元305、电力接收器306、图像信号处理器308、视频信号处理器309和可动部分位置检测校正器312。印刷电路板331安装有可动部分控制器310并通过柔性印刷电路板333电连接到印刷电路板330。印刷电路板332包括通信器307并且通过柔性印刷电路板334电连接到印刷电路板330。印刷电路板330、331和332固定到盖320。
摄像设备10的电气回路构造大致分为容纳在摄像单元100中的控制回路块和容纳在固定单元300中的控制回路块。容纳在摄像单元100中的控制回路限于与摄像有关的回路块以及用于将摄像数据传输到固定单元300的回路块。例如，通过在固定单元300中容纳用于检测摄像单元100的位置的回路块、用于驱动致动器的控制回路块等，能够减小摄像单元100的尺寸和重量。当使用者携带可动壳体20时，使摄像单元100更小和更轻使得便携性改善。
当保持盖200安装到固定单元300时，开口216和透明盖324配置在彼此相对的位置处。印刷电路板337布置在透明盖324的正下方。图像传感器和光源336安装于印刷电路板337。从光源336发出的光在透明盖324的内表面上反射，穿过开口216并到达转子110的表面。在转子110的表面上反射的部分光到达图像传感器335的光接收面。图像传感器335对光学图像进行光电转换并将电信号输出到中央控制器301。随着摄像单元100旋转，图像传感器335接收到的光学像会连续位移。图像传感器335继续地将从连续位移的光学像转换的电信号输出到中央控制器301。中央控制器301能够基于所获取的信息来计算转子110的位移量。可动部分位置检测校正器312使用通过计算获得的位置信息的一部分来生成校正驱动信息。中央控制器301将校正后的驱动信息输送至可动部分控制器310。可动部分控制器310将致动器驱动信号输出至振动体201、202和203，从而执行摄像单元100的位置校正驱动。当由图像传感器335读取盖160a和160b的黑框160a1和160b1时，中央控制器301确定镜筒150a和150b的各镜头单元会接触加压器501。因此，中央控制器301控制驱动转子110，以使各镜头单元均不接触加压器501。
如上所述，设置于外观盖500的加压器501使得振动体201、202和203能够被按压，并且外观盖500覆盖摄像设备10，使得外观盖500的密封结构能够使摄像设备10防水。
以上实施方式能够提供具有可旋转的镜头单元的防水摄像设备。
尽管已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求的范围应符合最宽泛的解释，以包含所有的这些变型、等同结构和功能。

Claims (11)

1.一种摄像设备，其包括：
可动单元；
固定单元，其被构造成保持所述可动单元；以及
外观盖，其被构造成容纳所述可动单元和所述固定单元，
其特征在于，所述可动单元包括：
摄像单元，其包括镜头单元和第一图像传感器；以及
保持件，其被构造成可旋转地保持所述摄像单元，
所述保持件包括驱动器，所述驱动器被构造成在与所述摄像单元加压接触的情况下使所述摄像单元旋转，并且
所述外观盖包括加压器，所述加压器被构造成在与所述摄像单元加压接触的情况下保持所述摄像单元。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述驱动器设置在所述可动单元的中心下方，并且所述加压器设置在所述可动单元的中心上方且与所述驱动器相对。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述外观盖在容纳所述可动单元和所述固定单元的情况下具有密封结构。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述固定单元包括第二图像传感器，其中，
所述可动单元具有能够由所述第二图像传感器读取的读取部以及安装到所述镜头单元的前表面的盖；并且
所述摄像单元基于所述第二图像传感器对所述读取部的读取而旋转，使得所述镜头单元不接触所述加压器。
5.根据权利要求4所述的摄像设备，其特征在于，所述读取部包括可滑动构件。
6.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述固定单元具有被构造成无线地给送电力的无线电力给送线圈，其中，
所述可动单元具有：无线电力接收线圈，其被构造成从所述无线电力给送线圈无线地接收电力；以及供电单元，其被构造成对无线接收的电力进行充电，
在给所述供电单元充电时，所述可动单元旋转以使所述无线电力接收线圈和所述无线电力给送线圈彼此相对。
7.根据权利要求6所述的摄像设备，其特征在于，当所述摄像设备处于摄像待机状态时，所述供电单元被充电。
8.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述可动单元包括无线通信单元，所述无线通信单元被布置成相对于所述可动单元的中心与所述加压器相对，并且所述无线通信单元被构造成向所述固定单元发送数据和从所述固定单元接收数据。
9.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述保持件具有用于移除当所述驱动器和所述摄像单元彼此接触时产生的磨损粉末的孔。
10.根据权利要求9所述的摄像设备，其中，所述孔设置在所述保持件的中心处。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的摄像设备，其中，所述摄像单元具有球形形状。
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