CN111664325B - 滚珠防抖云台结构 - 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防抖云台结构，包括外座体和内座体；外座体上设有至少四个保持架，保持架包括支撑臂，支撑臂的首端连接于外座体，支撑臂的尾端转动连接有滚珠；内座体上设有容纳腔，内座体的外侧设有位于同一球面的多个第一限位面和多个第二限位面，多个第一限位面和多个第二限位面交错排布，第一限位面和第二限位面分别位于参考平面的两侧，参考平面经过球面的中心；每个滚珠抵接于第一限位面或第二限位面，该结构受云台本身姿态或地心引力的影响较小，该云台结构对零件公差、装配公差要求更低。

Description

滚珠防抖云台结构
技术领域
本发明涉及防抖云台领域，特别是涉及一种滚珠防抖云台结构。
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防抖云台结构，以解决现有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防抖云台结构，包括外座体和内座体；
所述外座体上设有至少四个保持架，至少一个所述保持架包括支撑臂，所述支撑臂的首端连接于所述外座体，所述支撑臂的尾端转动连接有滚珠；
所述内座体上设有容纳腔，所述内座体的外侧设有位于同一球面的多个第一限位面和多个第二限位面，多个所述第一限位面和多个所述第二限位面交错排布，所述第一限位面和第二限位面分别位于参考平面的两侧，所述参考平面经过所述球面的中心；
每个所述滚珠抵接于所述第一限位面或第二限位面。
作为优选的，所述外座体上设有限位件，所述内座体上设有限位槽，所述限位件穿设于所述限位槽内，所述限位件的外侧壁和所述限位槽的内侧壁之间留有间隙。
作为优选的，所述保持架还包括设于所述支撑臂的尾端的限位支架，所述限位支架上设有容纳槽，所述滚珠位于所述容纳槽内。
作为优选的，还包括第一磁性组件；
所述第一磁性组件包括至少一组设于所述外座体的第一线圈和至少一组设于所述内座体且与所述第一线圈相对设置的第一磁组，所述第一磁组包括两个沿平行于所述图像传感器方向布置的第一磁石。
作为优选的，还包括第二磁性组件；
所述第二磁性组件包括至少一组设于所述外座体的第二线圈和至少一组设于所述内座体且与所述第二线圈相对设置的第二磁组，所述第二磁组包括两个沿所述图像传感器的法向布置的第二磁石。
作为优选的，所述内座体的外侧还设有至少一个用于安装磁石的安装凹槽。
作为优选的，所述外座体上还设有线圈安装座，所述线圈安装座上设有安装通孔，所述内座体位于所述安装通孔内，且所述安装通孔的内侧壁上设有至少一个用于安装线圈的限位凸块。
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，相机模组的镜头穿设于所述让位通孔。
作为优选的，所述支撑臂具有弹性并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，所述支撑臂具有弹性。
作为优选的，所述参考平面平行于所述容纳腔内的图像传感器
本发明的滚珠防抖云台结构，包括外座体和内座体；外座体上设有至少四个保持架，保持架包括支撑臂，支撑臂的首端连接于外座体，支撑臂的尾端转动连接有滚珠；内座体上设有容纳腔，内座体的外侧设有位于同一球面的多个第一限位面和多个第二限位面，多个第一限位面和多个第二限位面交错排布，第一限位面和第二限位面分别位于参考平面的两侧，参考平面经过球面的中心；每个滚珠抵接于第一限位面或第二限位面，内座体和外座体通过滚珠实现转动连接，该结构受云台本身姿态或地心引力的影响较小，该云台结构对零件公差、装配公差要求更低，有利于降低生产难度和生产成本，提高了生产良品率。
附图说明
图1是本发明实施例的滚珠防抖云台结构的外座体结构示意图；
图2是本发明实施例的滚珠防抖云台结构的内座体结构示意图；
图3是本发明实施例的滚珠防抖云台结构的保持架的结构示意图；
图4是本发明实施例的滚珠防抖云台结构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是本发明实施例的滚珠防抖云台结构的限位支架的剖面示意图；
图7是图4中B-B的截面示意图；
图8是本发明实施例的滚珠防抖云台结构的爆炸示意图。
其中，1、外座体；11、保持架；12、支撑臂；13、滚珠；14、限位件；15、限位支架；151、容纳槽；16、第一线圈；17、第二线圈；18、线圈安装座；181、限位凸块；19、让位通孔；2、内座体；21、第一限位面；22、第二限位面；23、限位槽；24、第一磁石；25、第二磁石；26、安装凹槽；3、图像传感器；4、外参考球面；5、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滚珠防抖云台结构，包括外座体1和内座体2。
如图2和图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，保持架11设于容纳腔室的四周，至少一个保持架11包括具有弹性的支撑臂12，支撑臂12的首端连接于外座体1，支撑臂12的尾端转动连接有滚珠13。其余的保持架11则不具备支撑臂12，该保持架11上也设有滚珠13，上述的滚珠13均处于一外参考球面4，当然，当支撑臂12受过大外力而弯曲时，该支撑臂12上的滚珠13必然会偏离于外参考球面4，而当该支撑臂12未受过大外力影响时，支撑臂12上的滚珠13会重新处于外参考球面4。
如图5和图7，内座体2位于容纳腔室内，内座体2上设有容纳腔，内座体2的外侧设有位于同一球面的多个第一限位面21和多个第二限位面22，多个第一限位面21和多个第二限位面22均处于一内参考球面5，内参考球面5和外参考球面4是同心的。多个第一限位面21和多个第二限位面22交错排布，第一限位面21和第二限位面22分别位于参考平面的两侧，参考平面经过球面的中心且平行于容纳腔内的图像传感器3。
每个滚珠13抵接于第一限位面21或第二限位面22，具体地，具有支撑臂12的保持架11上的滚珠13抵接于第二限位面22，未设有支撑臂12的保持架11上的滚珠13抵接于第一限位面21。这使得内座体2通过滚珠13和保持架11即可转动连接于外座体1，该结构受云台本身姿态或地心引力的影响较小。进一步的，保持架11用于限制滚珠13及内座体2向着内参考球面5(或外参考球面4)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。
外座体1上开设有让位通孔19，保持架11位于让位通孔19的侧边，相机模组的镜头穿设于让位通孔19。优选的，外座体1和保持架11为一体化结构。
优选的，该防抖云台结构中具有四个保持架11，其中两个保持架11包括具有弹性的支撑臂12，该支撑臂12在外参考球面4的径向上的弹性系数较低，支撑臂12的一端连接于外座体1，另一端转动连接于滚珠13。正是由于支撑臂12的弹性系数较低，该防抖云台结构的零件公差、装配公差对保持架11施加在滚珠13的正向力(Normal Forces)及摩擦力(Friction)影响较小。因此，该防抖云台结构的零件公差、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。作为补充，如图2所示，其中两个不具备支撑臂12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12的保持架11相对设置，且位于旋转中心的下方。
具体地，支撑臂12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12在外参考球面4的径向上的弹性系数。
如图1，外座体1上设有限位件14，内座体2上设有限位槽23，限位件14穿设于限位槽23内，限位件14的外侧壁和限位槽23的内侧壁之间留有间隙，该限位件14和限位槽23作为机械限位，防止内座体2和外座体1过度旋转，增强跌落可靠性。
本发明的滚珠防抖云台结构通过至少一组保持架11、至少一组滚珠13和多个限位面设计，使外座体1和内座体2转动相连，实现多轴自由旋转，该云台结构无需复杂的滚珠13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，该云台结构的结构简单紧凑，制造成本、重量和体积较低。
具体地，保持架11还包括设于支撑臂12的尾端的限位支架15，限位支架15上设有容纳槽151，滚珠13位于容纳槽151内，且滚珠13能够在容纳槽151内滚动，该容纳槽151可用于限制滚珠13向着外参考球面4的切向过度运动，防止滚珠13有过大的切向运动并脱离外座体1和内座体2。优选的，保持架11及限位支架15可以是一体成形或组装结合。
本发明的滚珠防抖云台结构还包括云台外壳，外座体1设于云台外壳内，外座体1、保持架11、外座体1上的线圈座及线圈座上的线圈组成不动结构，内座体2、内座体2上的磁石及相机模组组成可动结构。
结合图8所示，滚珠防抖云台结构还包括至少一组第一磁性组件和至少一组第二磁性组件；
第一磁性组件包括至少一组设于外座体1的第一线圈16和至少一组设于内座体2且与第一线圈16相对设置的第一磁组，第一磁组包括两个沿平行于图像传感器3方向布置的第一磁石24。
第二磁性组件包括至少一组设于外座体1的第二线圈17和至少一组设于内座体2且与第二线圈17相对设置的第二磁组，第二磁组包括两个沿图像传感器3的法向布置的第二磁石25。
为了实现内座体2的三轴旋转运动，第二磁性组件设有两组，第一磁性组件设有一组。第一组第二磁性组件的两个磁石的布置方向垂直于第二组第二磁性组件的两个磁石的布置方向。通过改变线圈的电流，即可改变施加在可动结构中磁石的电磁力，使内座体2围绕旋转中心实现多轴运动，当内座体2的多轴旋转运动方向和外界对外座体1的多轴旋转方向相反但幅度接近时，便能够实现多轴防抖效果。
内座体2的外侧还设有至少一个用于安装磁石的安装凹槽26，安装凹槽26位于相邻的第一限位面21和第二限位面22之间。进一步的，外座体1上还设有线圈安装座18，线圈安装座18上设有安装通孔，内座体2位于安装通孔内，且安装通孔的内侧壁上设有至少一个用于安装线圈的限位凸块181，具体的，线圈缠绕在限位凸块181的外侧壁。
本发明的有益效果包括：
1.改进现有多轴微型云台滚珠轴承结构，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.采用微型云台滚珠轴承结构的防抖相机模组的功耗及体积较小；
3.采用微型云台滚珠轴承结构的防抖相机模组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，本发明的滚珠防抖云台结构，包括外座体1和内座体2；外座体1上设有至少四个保持架11，保持架11包括支撑臂12，支撑臂12的首端连接于外座体1，支撑臂12的尾端转动连接有滚珠13；内座体2上设有容纳腔，内座体2的外侧设有位于同一球面的多个第一限位面21和多个第二限位面22，多个第一限位面21和多个第二限位面22交错排布，第一限位面21和第二限位面22分别位于参考平面的两侧，参考平面经过球面的中心且平行于容纳腔内的图像传感器3；每个滚珠13抵接于第一限位面21或第二限位面22，内座体2和外座体1通过滚珠13实现转动连接，该结构受云台本身姿态或地心引力的影响较小，且由于支撑臂12具有弹性，因此该云台结构对零件公差、装配公差要求更低，有利于降低生产难度和生产成本，提高了生产良品率。
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)

1.一种滚珠防抖云台结构，其特征在于，包括外座体和内座体；
所述外座体上设有至少四个保持架，至少一个所述保持架包括支撑臂，所述支撑臂的首端连接于所述外座体，所述支撑臂的尾端转动连接有滚珠；
所述内座体上设有容纳腔，所述内座体的外侧设有位于同一球面的多个第一限位面和多个第二限位面，多个所述第一限位面和多个所述第二限位面交错排布，所述第一限位面和第二限位面分别位于参考平面的两侧，所述参考平面经过所述球面的中心；
每个所述滚珠抵接于所述第一限位面或第二限位面。
2.根据权利要求1所述的滚珠防抖云台结构，其特征在于，所述外座体上设有限位件，所述内座体上设有限位槽，所述限位件穿设于所述限位槽内，所述限位件的外侧壁和所述限位槽的内侧壁之间留有间隙。
3.根据权利要求1所述的滚珠防抖云台结构，其特征在于，所述保持架还包括设于所述支撑臂的尾端的限位支架，所述限位支架上设有容纳槽，所述滚珠位于所述容纳槽内。
4.根据权利要求1所述的滚珠防抖云台结构，其特征在于，还包括第一磁性组件；
所述第一磁性组件包括至少一组设于所述外座体的第一线圈和至少一组设于所述内座体且与所述第一线圈相对设置的第一磁组，所述第一磁组包括两个沿平行于图像传感器方向布置的第一磁石。
5.根据权利要求1所述的滚珠防抖云台结构，其特征在于，还包括第二磁性组件；
所述第二磁性组件包括至少一组设于所述外座体的第二线圈和至少一组设于所述内座体且与所述第二线圈相对设置的第二磁组，所述第二磁组包括两个沿图像传感器的法向布置的第二磁石。
6.根据权利要求1所述的滚珠防抖云台结构，其特征在于，所述内座体的外侧还设有至少一个用于安装磁石的安装凹槽。
7.根据权利要求1所述的滚珠防抖云台结构，其特征在于，所述外座体上还设有线圈安装座，所述线圈安装座上设有安装通孔，所述内座体位于所述安装通孔内，且所述安装通孔的内侧壁上设有至少一个用于安装线圈的限位凸块。
8.根据权利要求1所述的滚珠防抖云台结构，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，相机模组的镜头穿设于所述让位通孔。
9.根据权利要求1所述的滚珠防抖云台结构，其特征在于，所述支撑臂具有弹性，并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。
10.根据权利要求1所述的滚珠防抖云台结构，其特征在于，所述参考平面平行于所述容纳腔内的图像传感器。
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