CN111664324A - 滚珠式微型防抖云台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防抖云台领域，具体涉及了一种滚珠式微型防抖云台，包括外座体、内座体、弹性支架和相机模组；外座体上设有至少四个保持架和转动连接于保持架的滚珠；内座体上设有多个位于同一球面的限位面，滚珠与限位面的位置一一对应且二者相抵接，滚珠和限位面之间的接触面与相机模组的图像传感器倾斜设置，当有一个力矩作用在内座体时，内座体便会通过滚珠围绕一个旋转中心相对外座体旋转，使得内座体和外座体能够在多轴相对转动；弹性支架包括依次相连接的固定部件、第一弹性部件、第二弹性部件和活动部件，固定部件设于外座体，第一弹性部件和第二弹性部件均具有弹性且二者相互倾斜设置，活动部件设于内座体，相机模组设于活动部件。

Description

滚珠式微型防抖云台
技术领域
本发明涉及防抖云台领域，特别是涉及一种滚珠式微型防抖云台。
背景技术
近年来具有拍摄功能的小型移动装置十分普及，应用范围亦不断扩展，包括航拍﹑运动相机﹑以及行车记录仪。在所述装置中，包含至少一颗小型相机模组(Compact cameramodule)。因此，所述模组的市场很庞大，增长亦稳步上扬。
在拍照及拍影片时，所述装置拍出来的照片及影片很可能受到外来振动而出现模糊或晃动，影响照片及影片质素。当振动比较激烈，或在低光情况下，这问题会更加严重。
为了解决上述问题，市场上已经出现很多小型防抖技术。当中，通过机械方法补偿因振动造成的影像模糊及晃动，改进影像质素的效果最为优秀。所述机械方法可以是通过防抖致动器平移一组镜头(参考专利：CN104204934A﹑US20140333784A1)，或同时旋转一组镜头及图像传感器(参考专利：CN102934021B﹑US9229244B2)，达致防抖效果。第二种采用旋转式机械方法的防抖效果通常比第一种平移式机械方法更佳，因此本发明中的多轴微型云台滚珠轴承结构亦主要针对旋转式方法。
旋转式防抖致动器需要有一个有多轴的旋转自由度(Rotational Degrees-of-Freedom)机械结构，达致镜头及影像传感器等可以活动的效果。同时，为了减轻不同方向加速或地心吸力造成的外力对致动器中可动结构的影响，机械结构通常需要接近没有位移自由度(Translational Degrees-of-Freedom)。另外，机械结构需要有良好的抗跌性，机械结构能必须能抵受在正常使用小型移动装置时可能出现的跌落考险。
针对旋转式防抖相机模组，现有机械结构可分为两类。第一类(参考专利：CN107450251A﹑CN208399865U)采用多个倾斜的弹簧片，所述弹簧片在多个不同平面上，达致多轴旋转自由度，及较低的位移自由度(较高的位移弹簧系数)。这种技术的优点是生产工艺简单，成本较低。
第二类(参考专利：CN106353950B﹑CN108693677A﹑CN108881697A﹑CN103513492A)是通过多组接触式结构，达致所需的多轴旋转自由度。所述每组接触式结构通常包含多个可动的滚珠(参考专利：CN103513492A)或至少两个不动的球体(参考专利：CN106353950B)，并负责一轴的旋转自由度。这种技术的优点是位移弹簧系数极高，因此不同姿态差及地心吸力方向改变造成对防抖表现的影响较低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种滚珠式微型防抖云台，以解决现有微型防抖云台的防抖效果在其改变姿态时或受地心引力影响较大。
基于此，本发明提供了一种滚珠式微型防抖云台，包括外座体、内座体、弹性支架和相机模组；
所述外座体上设有至少四个保持架和转动连接于所述保持架的滚珠；
所述内座体上设有多个位于同一球面的限位面，所述滚珠与限位面的位置一一对应且二者相抵接，所述滚珠和限位面之间的接触面与相机模组的图像传感器倾斜设置；
所述弹性支架包括依次相连接的固定部件、第一弹性部件、第二弹性部件和活动部件，所述固定部件设于所述外座体，所述第一弹性部件和第二弹性部件均具有弹性且二者相互倾斜设置，所述活动部件设于所述内座体，所述相机模组设于所述活动部件。
作为优选的，所述保持架包括具有弹性的支撑臂，所述支撑臂的一端连接于所述外座体，另一端转动连接于所述滚珠。
作为优选的，多个所述限位面分别位于参考平面的两侧，所述参考平面平行于所述图像传感器，且所述球面的中心位于所述参考平面。
作为优选的，所述限位面的数量设有四个，四个所述限位面布置于所述内座体的四周，其中两个所述限位面相背设置且位于所述参考平面的一侧，另外两个所述限位面相背设置且位于所述参考平面的另一侧。
作为优选的，所述第一弹性部件设有多个第一弯折结构，所述第一弯折结构的横截面呈S形。
作为优选的，所述第二弹性部件设有多个第二弯折结构，所述第二弯折结构的横截面呈S形。
作为优选的，所述内座体上设有至少一个磁性组件，所述磁性组件包括两个并列设置的磁石，所述外座体上设有与所述磁石相对设置的线圈。
作为优选的，所述支撑臂在其延伸方向上的长度不少于其延伸方向上的厚度的四倍。
作为优选的，所述外座体和保持架为一体化结构。
作为优选的，所述外座体上开设有让位通孔，所述保持架位于所述让位通孔的侧边，所述相机模组的镜头穿设于所述让位通孔。
本发明的滚珠式微型防抖云台，包括外座体、内座体、弹性支架和相机模组；外座体上设有至少四个保持架和转动连接于保持架的滚珠；内座体上设有多个位于同一球面的限位面，滚珠与限位面的位置一一对应且二者相抵接，滚珠和限位面之间的接触面与相机模组的图像传感器倾斜设置，当有一个力作用在内座体时，内座体便会通过滚珠围绕一个旋转中心相对外座体旋转，使得内座体和外座体能够在多轴相对转动，受云台本身姿态或地心引力的影响较小；弹性支架包括依次相连接的固定部件、第一弹性部件、第二弹性部件和活动部件，固定部件设于外座体，第一弹性部件和第二弹性部件均具有弹性且二者相互倾斜设置，以实现多轴的摆动，且多轴上的防抖功耗基本相同，有利于提升防抖的效果，活动部件设于内座体，相机模组设于活动部件。
附图说明
图1是本发明实施例的滚珠式微型防抖云台的外座体的结构示意图；
图2是本发明实施例的滚珠式微型防抖云台的内座体的结构示意图；
图3是本发明实施例的滚珠式微型防抖云台的支撑臂的结构示意图；
图4是本发明实施例的滚珠式微型防抖云台的外座体的俯视示意图；
图5是图4中A-A的截面示意图；
图6是图4中B-B-的截面示意图；
图7是本发明实施例的滚珠式微型防抖云台的爆炸示意图；
图8是本发明实施例的滚珠式微型防抖云台的弹性支架的结构示意图。
其中，1、外座体；11、保持架；111、支撑臂；12、滚珠；13、线圈；14、让位通孔；2、内座体；21、限位面；22、磁石；3、弹性支架；31、固定部件；32、第一弹性部件；321、第一弯折结构；33、第二弹性部件；331、第二弯折结构；34、活动部件；4、相机模组；41、图像传感器；5、外参考球面；6、内参考球面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
结合图1至图8所示，示意性地显示了本发明的一种滚珠式微型防抖云台，包括外座体1、内座体2、弹性支架3和相机模组4。
如图1至图3，外座体1具有容纳腔室，外座体1上设有至少四个保持架11和转动连接于保持架11的滚珠12，保持架11设于容纳腔室的四周。当然，滚珠12的数量和保持架11的数量一致，每个保持架11上均转动连接有一个滚珠12，外座体1上的多个滚珠12均处于一外参考球面5。
如图2、图5和图6所示，内座体2设于容纳腔室内，内座体2上设有多个位于同一球面的限位面21，多个限位面21均处于一内参考球面6，具体地，内参考球面6和外参考球面5是同心的，滚珠12与限位面21的位置一一对应且二者相抵接，滚珠12和限位面21之间的接触面与相机模组4的图像传感器41倾斜设置，这使得内座体2和外座体1能够通过滚珠12实现多轴旋转，内座体2和外座体1的多轴旋转均围绕上述球面的球心进行的，该结构受云台本身姿态或地心引力的影响较小。保持架11用于限制滚珠12及内座体2向着内参考球面6(或外参考球面5)的径向外侧过度运动，避免内座体2和外座体1相互脱离而失效。且保持架11还用于限制滚珠12向着外参考球面5的切向过度运动，防止滚珠12有过大的切向运动并脱离外座体1和内座体2。
外座体1上开设有让位通孔14，保持架11位于让位通孔14的侧边，相机模组4的镜头穿设于让位通孔14。优选的，外座体1和保持架11为一体化结构。
如图8，弹性支架3包括依次相连接的固定部件31、第一弹性部件32、第二弹性部件33和活动部件34，固定部件31设于外座体1，第一弹性部件32和第二弹性部件33均具有弹性且二者相互倾斜设置，活动部件34设于内座体2，相机模组4设于活动部件34。第一弹性部件32和第二弹性部件33倾斜设置可实现活动部件34的多轴运动，使得活动部件34能够跟随内座体2围绕一旋转中心旋转，其中，旋转中心位于外参考球面5或内参考球面6的球心。同时，具有弹性的第一弹性部件32和第二弹性部件33还能够辅助内座体2与外座体1的位置复位，即当无外力作用于内座体2或外座体1上时，第一弹性部件32和第二弹性部件33的弹力驱动内座体2和外座体1恢复原始位置。
当有一个力矩作用在内座体2时，内座体2便会通过滚珠12围绕一个旋转中心相对外座体1旋转，使得内座体2和外座体1能够在多轴相对转动，上述的力矩可以是磁性致动器产生的磁力，用以推动内座体2和外座体1围绕旋转中心旋转。
本发明的滚珠式微型防抖云台通过至少一组保持架11、至少一组滚珠12和多个限位面21设计，使外座体1和内座体2转动相连，实现多轴自由旋转，该云台无需复杂的滚珠12结构或其他连接结构以连接内座体2和外座体1即可实现多轴运动，该云台的结构简单紧凑，制造成本、重量和体积较低。
优选的，该滚珠式微型防抖云台中具有四个保持架11，其中两个保持架11包括具有弹性的支撑臂111，该支撑臂111在外参考球面5的径向上的弹性系数较低，支撑臂111的一端连接于外座体1，另一端转动连接于滚珠12。正是由于支撑臂111的弹性系数较低，该滚珠式微型防抖云台的零件公差、装配公差对保持架11施加在滚珠12的正向力(NormalForces)及摩擦力(Friction)影响较小。因此，该滚珠式微型防抖云台的零件公差、装配公差要求更低，降低了生产难度和生产成本，极大地提高了生产良品率。
具体地，支撑臂111在其延伸方向上的长度不少于其延伸方向上的厚度的四倍，这能够有效降低支撑臂111在外参考球面5的径向上的弹性系数。
多个限位面21分别位于参考平面的两侧，参考平面平行于相机模组4的图像传感器41，且限位面21所处的球面的中心位于参考平面。限位面21的数量设有四个，四个限位面21布置于内座体2的四周，其中两个限位面21相背设置且位于参考平面的一侧，另外两个限位面21相背设置且位于参考平面的另一侧。相应的，多个滚珠12的位置和多个限位面21的位置一一对应。如图3所示，即其中两个不具备支撑臂111的保持架11相对设置，且位于旋转中心的上方，另外两个具有支撑臂111的保持架11相对设置，且位于旋转中心的下方。四个保持架11及其相对应的滚珠12能够将内座体2和外座体1相连接，且无需其他机械结构(如磁吸结构、弹簧等)，即可实现多轴旋转，结构相对简单，有利于降低该云台的体积、生产难度及生产成本。
弹性支架3的第一弹性部件32设有多个第一弯折结构321，第一弯折结构321的横截面呈S形。同样的，第二弹性部件33设有多个第二弯折结构331，第二弯折结构331的横截面呈S形。第一弯折结构321和第二弯折结构331使得第一弹性部件32和第二弹性部件33具有弹性，可实现活动部件34的多轴旋转摆动。
本发明的滚珠式微型防抖云台还包括云台外壳，外座体1设于云台外壳内，外座体1、保持架11、外座体1上的线圈13座及线圈13座上的线圈13组成不动结构，内座体2、内座体2上的磁石22及相机模组4组成可动结构。因此，弹性支架3的固定部件31与上述不动结构连接，弹性支架3的活动部件34与上述的可动结构连接，弹性支架3上设有导电体，用于实现可动结构和不动结构的电连接，进而实现信号传输，如将图像传感器41电连接于云台外部的主板。
进一步的，内座体2上设有至少一个磁性组件，结合图7所示，磁性组件包括两个并列设置的磁石22，外座体1上设有与磁石22相对设置的线圈13。在某些可选的实施例中，为了实现内座体2的三轴旋转运动，磁性组件可设置三组，第一组磁性组件的两个磁石22沿平行于图像传感器41的方向布置，第二组磁性组件的两个磁石22同样沿平行于图像传感器41的方向布置，但第一组磁性组件的两个磁石22的布置方向垂直于第二组磁性组件的两个磁石22的布置方向，第三组磁性组件的两个磁石22沿垂直于图像传感器41的方向布置。通过改变线圈13的电流，即可改变施加在可动结构中磁石22的电磁力，使内座体2围绕旋转中心实现多轴运动，当内座体2的多轴运动方向和外界对外座体1的多轴方向相反但幅度接近时，便能够实现多轴防抖效果。
本发明的有益效果包括：
1.改进现有多轴微型云台滚珠12轴承结构，结构简单，能支持多轴运动及防抖，在尺寸、可靠性及成本上都可以更有优势；
2.采用微型云台滚珠12轴承结构的防抖相机模组4的功耗及体积较小；
3.采用微型云台滚珠12轴承结构的防抖相机模组4在不同姿态差及防抖表现较一致，且地心引力对其防抖效果影响更小，防抖表现更可靠。
综上所述，本发明的滚珠式微型防抖云台，包括外座体1、内座体2、弹性支架3和相机模组4；外座体1上设有至少四个保持架11和转动连接于保持架11的滚珠12；内座体2上设有多个位于同一球面的限位面21，滚珠12与限位面21的位置一一对应且二者相抵接，滚珠12和限位面21之间的接触面与相机模组4的图像传感器41倾斜设置，当有一个力矩作用在内座体2时，内座体2便会通过滚珠12围绕一个旋转中心相对外座体1旋转，使得内座体2和外座体1能够在多轴相对转动；弹性支架3包括依次相连接的固定部件31、第一弹性部件32、第二弹性部件33和活动部件34，固定部件31设于外座体1，第一弹性部件32和第二弹性部件33均具有弹性且二者相互倾斜设置，以实现多轴的摆动，且多轴上的防抖功耗基本相同，有利于提升防抖的效果，活动部件34设于内座体2，相机模组4设于活动部件34。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种滚珠式微型防抖云台，其特征在于，包括外座体、内座体、弹性支架和相机模组；
所述外座体上设有至少四个保持架和转动连接于所述保持架的滚珠；
所述内座体上设有多个位于同一球面的限位面，所述滚珠与限位面的位置一一对应且二者相抵接，所述滚珠和限位面之间的接触面与相机模组的图像传感器倾斜设置；
所述弹性支架包括依次相连接的固定部件、第一弹性部件、第二弹性部件和活动部件，所述固定部件设于所述外座体，所述第一弹性部件和第二弹性部件均具有弹性且二者相互倾斜设置，所述活动部件设于所述内座体，所述相机模组设于所述活动部件。
2.根据权利要求1所述的滚珠式微型防抖云台，其特征在于，所述保持架包括具有弹性的支撑臂，所述支撑臂的一端连接于所述外座体，另一端转动连接于所述滚珠。
3.根据权利要求1所述的滚珠式微型防抖云台，其特征在于，多个所述限位面分别位于参考平面的两侧，所述参考平面平行于所述图像传感器，且所述球面的中心位于所述参考平面。
4.根据权利要求3所述的滚珠式微型防抖云台，其特征在于，所述限位面的数量设有四个，四个所述限位面布置于所述内座体的四周，其中两个所述限位面相背设置且位于所述参考平面的一侧，另外两个所述限位面相背设置且位于所述参考平面的另一侧。
5.根据权利要求1所述的滚珠式微型防抖云台，其特征在于，所述第一弹性部件设有多个第一弯折结构，所述第一弯折结构的横截面呈S形。
6.根据权利要求1所述的滚珠式微型防抖云台，其特征在于，所述第二弹性部件设有多个第二弯折结构，所述第二弯折结构的横截面呈S形。
7.根据权利要求1所述的滚珠式微型防抖云台，其特征在于，所述内座体上设有至少一个磁性组件，所述磁性组件包括两个并列设置的磁石，所述外座体上设有与所述磁石相对设置的线圈。
8.根据权利要求2所述的滚珠式微型防抖云台，其特征在于，所述支撑臂在其延伸方向上的长度不少于其延伸方向上的厚度的四倍。
9.根据权利要求1所述的滚珠式微型防抖云台，其特征在于，所述外座体和保持架为一体化结构。
10.根据权利要求1所述的滚珠式微型防抖云台，其特征在于，所述外座体上开设有让位通孔，所述保持架位于所述让位通孔的侧边，所述相机模组的镜头穿设于所述让位通孔。
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