CN102638647A

CN102638647A - 具有可调节传感器的数码相机

Info

Publication number: CN102638647A
Application number: CN2012100275429A
Authority: CN
Inventors: J·耶尔姆斯特伦; D·佩尔松; J·松维克
Original assignee: Axis AB
Current assignee: Axis AB
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2012-08-15
Also published as: US9225881B2; EP2485474A1; EP2485474B1; US20120200766A1

Abstract

本发明涉及数码相机并且具体地涉及图像传感器在数码相机中的布置。通过提供数码相机(300)，该数码相机包括透镜***(306)，附接到传感器盘(308)的至少一个图像传感器(310，340，342)，和轮轴(312)，传感器盘附接到该轮轴上，并且其中该轮轴构造成允许其操纵以便调节至少一个图像传感器的倾斜，提供一种简单的方案，实现数码相机中的图像传感器位置的调节。

Description

具有可调节传感器的数码相机

技术领域

本发明涉及数码相机并且具体地涉及数码相机中的图像传感器的布置。

背景技术

当设计相机时，尤其当设计用于监视目的的数码相机时，总是存在必须作出的折衷。这种数码相机将典型地需要在变化的状况下操作并且必须作出的折衷将涉及图像传感器和光学***的组合的选择。更重要地，可接受的折衷将随着特定相机的现场条件变化。例如，可能可接受的是，在夜间牺牲用于光灵敏度的空间分辨率，同时当亮度较高时(即，白天)该相机应当优先考虑分辨率。对于其它图像参数(例如，色彩再现和帧频(即时间分辨率))，存在类似的考虑因素。在监视应用中这个的基本原理是，与什么都没有相比，更好的是，记录现场中的一些东西(虽然以较低的质量)。它也显示监视相机面对的大范围的状况。此外，技术上通常不能使用特定的光学***/传感器组合来处理全范围的状态。例子将是多兆像素传感器，该多兆像素传感器可用作很高分辨率相机中的部件。理想地，该传感器应当也能够进行低光情况下的高质量成像。这意味着使用具有大图像元素(像素)的传感器以便最大化光灵敏度和动态范围。不幸的是，典型地难以为相机配备具有大图像元素的多兆像素图像传感器，并且同时可以选择使用在用于监视应用的标准形式因素中合理价格的光学部件。这将部件选择约束到具有对应小的像素的几何上较小的传感器用于高分辨率监视相机。因此，在这种使用情况下，对于所有高分辨率相机使用情况，这通常变成为牺牲低光灵敏度和动态范围的问题，即使例如将可接受的是，在一些情况下使用较低分辨率以便维持灵敏度。

解决上述问题的一个方法当然是安装注视相同景象的多个相机，但每一个相机配备有不同的传感器和光学***。然而，这将使***更加复杂以及增加安装和维护成本，该成本是许多监视装置的约束参数。

尤其是在高分辨率应用中，另一问题是需要传感器相对于透镜聚焦平面的很精确的定位。当像素尺寸变小时，这变成苛刻的相机设计约束。关于机械公差的相机单元到单元差异结合变化的周围温度的影响加重该问题。在设计阶段以及在生产期间，由此引起的问题必须被解决，所有这些当然增加生产复杂性和单元成本。

US 2009/0104935描述一种具有外壳的便携式电子装置。在该外壳内是安装在可旋转的基座上的多个透镜模块，该基座可以被驱动元件旋转以使任何透镜模块与外壳中的图像拾取窗口对齐。

发明内容

本发明的目标是消除上述缺点的至少一些。当设计用于监视目的的数码相机时，在折衷方面，用户将大大地受益于具有在可接受的使用情况之间转变自身的能力的单个相机。

为解决需要传感器相对于透镜聚焦平面的很精确的定位的问题，用来在现场动态地并且可能自动地进行调节的节省成本的技术将带来巨大的益处。

上述目标通过提供根据本发明的改进的数码相机被实现。该相机包括透镜***。至少一个图像传感器附接到传感器盘。传感器盘附接到轮轴。轮轴构造成允许其操纵以便调节至少一个图像传感器的位置。轮轴构造成允许其操纵以便使传感器盘倾斜，使得布置在光路中的图像传感器的法线方向相对于透镜***的光轴被有角度地调节。

换句话说，提供一种简单的方案，该简单的方案实现数码相机中的图像传感器位置的调节。“位置”的含义要被广义地解释并且包括坐标系中的坐标以及坐标系中的倾斜、回旋和旋转。

在根据本发明的数码相机的另外实施例中，两个或更多个图像传感器连接到传感器盘，并且传感器盘构造成用来绕第一轴线旋转以便将图像传感器中的一个图像传感器布置在光路中。

因此，在两个或更多个图像传感器附接到传感器盘的情况下，一个图像传感器可以具有小的图像元素并且其它图像传感器可具有大的图像元素。因此，如上所述，当设计数码相机时必须折衷的缺点被消除。此外，通过提供附接到传感器盘的图像传感器，可以获得非常紧凑的构造，其中图像传感器可以在光路中布置成非常靠近透镜***。当使用例如具有大约1-2cm的焦距的C或CS类型透镜安装装置时，这是理想的。

轮轴也可以构造成允许其操纵以便在沿着透镜***的光轴的方向上使传感器盘移位，从而改变后焦距。

实施例包括以下那些实施例，其中轮轴通过调节支座被悬挂并且被与调节支座接合的多个致动器操纵，并且其中该致动器通过调节支座构造成用来操纵轮轴以与致动器位移成比例地调节传感器盘的位置。

换句话说，致动器可以布置成使得当它们被致动时(例如，通过相机内部或外部的控制电路)，任何图像传感器可以关于焦距和/或倾斜改变位置。这是有利的，这是由于可以补偿与图像传感器相关联的任何空间不对齐。在制造期间，图像传感器例如典型地胶合或以其它方式固定到一些类型的载体并且附接到小的印刷电路板，而印刷电路板附接到传感器盘，如上面提及的。虽然在制造期间涉及的公差典型地是小的，但在法线方向与光轴的对齐以及沿光轴的距离方面，在图像传感器中将总是存在变化。

致动器(可能存在例如三个致动器)可以是直线位移致动器，该直线位移致动器在一个端部连接到相机的外壳并且在相对端部接合调节支座。

轮轴可以构造成允许其绕支点枢转，该支点位于透镜***的光轴上，例如与图像传感器的光敏感平面在同一平面中，或者该支点可以位于图像传感器的前面或后面。

实施例包括以下那些实施例，其中轮轴构造成允许绕位于与外壳附接的支点支架中的支点枢转。

这种实施例具有优点，这是由于它们使用最少的部件提供简单且有效的方案。

每一个致动器可包括定位装置，该定位装置附接到与外壳连接的致动器托架并且以自由端部接合调节支座。这种实施例可包括定位传感器，该定位传感器构造成用来记录每一个定位装置的位置。此外，可以设置有弹簧装置，该弹簧装置在一个端部处附接到致动器托架并且在相对端部处附接到调节支座。

通过包括定位传感器，可以进行传感器的最初校准并且使用来自传感器的读数(如果可能的话，加上致动器步骤指示)以便在新的传感器已经被放置在光路中的适当位置之后能够返回到校准的步骤。如果温度传感器也被包括在相机中，则组合的温度/定位传感器校准将是可能的，这是由于温度也会带来传感器的某些不对齐角度，引起它沿不希望的方向倾斜。

部件轮可以布置在透镜***和传感器盘之间，该部件轮构造成保持至少一个有源或无源部件。

最后，根据本发明的数码相机还可包括校准装置，该校准装置用来校准未被布置在透镜***后面的光路中的至少一个图像传感器。

因此，保证每一个图像传感器在它旋转到透镜***后面的光路中的操作位置中之前被正确地校准。

附图说明

下面将仅通过例子的方式并且参考附图进一步描述本发明，其中

图1a是根据本发明的数码相机的一个实施例的示意透视图。

图1b是根据图1a的数码相机的示意侧视图。

图2a是附接到传感器盘的图像传感器的示意剖视图。

图2b是轮轴的示意剖视图。

图3a是根据本发明的数码相机的另一实施例的示意透视图。

图3b是根据图3a的数码相机的示意侧视图。

图4是数码相机的示意框图。

具体实施方式

图1a和1b是相对于正交坐标系x、y、z布置的数码相机100的部件的示意图。相机100包括外壳，该外壳的仅仅一部分由附图标记102指示，透镜***105附接在该外壳上，该透镜***由一个或更多个透镜106和用来安装所述一个或更多个透镜的装置104组成。透镜安装装置104可以为能够安装透镜***105的任何合适类型，例如用于C型和CS型安装透镜的凸缘。根据本发明，至少一个图像传感器附接到传感器盘108。在图1a和1b中示出的实施例中，两个图像传感器110、140附接到传感器盘108。传感器盘108又附接到轮轴112。轮轴112安装成使得它可以绕与***的z方向平行的轴线A1旋转。这意味着附接到轮轴112的传感器盘108也绕轴线A1旋转。通过传感器盘108的这种旋转，传感器盘108上的每一个图像传感器110、140可以布置在透镜***105后面的光路中，即在透镜***105的光轴OA1上。轮轴112绕轴线A1的旋转可以通过电路被实现，该电路包括例如控制电路以及具有旋转接口机构116或其它类型的传动装置的电动机。当传感器盘108绕轴线A1旋转时，每一个图像传感器在xy平面中的位置改变。

图2a示出可以对应于图1中的传感器盘108和传感器110、140中的任一传感器的传感器盘208和传感器210的细节。如图2a中示出的，当将图像传感器210附接到传感器盘208时，可以执行该附接，使得图像传感器210不对齐，例如，与传感器盘208不平行。不对齐可能由于例如当图像传感器210附接到传感器盘208时胶211的不均匀散布。这种不对齐的其它原因可以是传感器组件(传感器芯片以倾斜的角度安装在传感器组件内)到PCB的不均匀焊接和/或各种机械部件中的增大的机械公差。该不对齐使得具有法线方向N的图像传感器210相对于光轴OA2倾斜角度V1。

根据本发明，轮轴112构造成允许其操纵以调节图像传感器的位置。因此，为补偿可能的不对齐(呈图1a和1b的实施例中的图像传感器110、140中的任一个的两个正交轴线中的倾斜的形式)，轮轴112构造成允许其操纵使得布置在透镜***105后面的光路中的图像传感器的法线方向N相对于透镜***的光轴OA1被有角度地调节。图2b示意性地示出这个，其中轮轴212通过位于透镜安装装置204附近的支点支架218附接到外壳202。轮轴212已经被调节到相对于与光轴OA2平行的轴线A2的角度V1。

继续参考图1a和1b，轮轴112构造成允许其操纵以便调节相对于光轴OA1的角度并且使传感器盘108在沿着透镜***105的光轴OA1的方向上移位，从而改变后焦距130。为分别实现这种调节和位移，轮轴112通过调节支座152被悬挂并且被与调节支座接合的多个致动器120、122、124操纵。致动器120、122、124通过调节支座152构造成用来操纵轮轴112以与致动器位移成比例地调节传感器盘108的位置。在图1a和1b的示出的实施例中，致动器120、122、124是直线位移致动器，该直线位移致动器在一个端部连接到外壳102并且在相对端部通过弹性弹簧装置113接合调节支座152。附图标记132指示位移方向的例子。

在图1a和1b的实施例中，轮轴112悬挂在支点支架118中并且构造成允许轮轴112绕位于外壳102上的支点支架118中的支点枢转。因此，通过致动器120、122、124的轮轴112的任何调节产生轮轴绕支点支架118中的支点的枢转运动。调节支座152可以为用于与其目的的任何合适类型。调节支座152可以例如是在其中允许轮轴112的运动的轴承。

图3a和3b是相对于正交坐标系x、y、z布置的可选数码相机300的部件的示意图。如在图1a和1b的实施例中，相机300包括外壳302(该外壳的仅仅若干部分由附图标记302指示)，透镜***305附接在该外壳上，该透镜***由一个或更多个透镜306和用来安装所述一个或更多个透镜的装置304组成。透镜安装装置304可以为能够安装透镜***305的任何合适类型，例如用于C型和CS型安装透镜的凸缘。三个图像传感器310、340、342附接到传感器盘308。传感器盘308又附接到轮轴312。轮轴312安装成使得它可以绕轴线A3旋转。这意味着附接到轮轴312的传感器盘308也绕轴线A3旋转。通过传感器盘308的这种旋转，传感器盘上的图像传感器310、340、342可以布置在透镜***306后面的光路中，即在透镜***的光轴OA3上。轮轴312绕轴线A3的旋转可以通过电路被实现，该电路包括例如控制电路以及电动机和旋转接口机构或其它类型的传动装置。当传感器盘308绕轴线A3旋转时，每一个图像传感器310、340、342在xy平面中的位置改变。

为补偿图3a和3b的实施例中的图像传感器310、340、342中的任一个的可能不对齐，轮轴312在这个实施例中也构造成允许其操纵使得布置在透镜***305后面的光路中的图像传感器的法线方向相对于透镜***的光轴OA3被有角度地调节。根据本发明，轮轴312也构造成允许其操纵以便在沿着透镜***305的光轴OA3的方向上使传感器盘308移位，从而改变后焦距。为分别实现这种调节和移位，轮轴312通过调节支座352被悬挂并且被接合调节支座的多个致动器320、322、324操纵。致动器320、322、324通过调节支座352构造成用来操纵轮轴312以与致动器位移成比例地调节传感器盘308的位置。在图3a和3b的示出的实施例中，致动器320、322、324是直线位移致动器，该直线位移致动器在一个端部处连接到外壳302并且在相对端部处接合调节支座352。致动器320、322、324通过致动器托架354连接到外壳302。与图1a和1b的实施例相反，以可旋转的方式铰接在调节支座352中的轮轴312构造成允许其绕支点318枢转，该支点位于透镜***306的光轴OA3上。支点318在图3a和3b的实施例中位于的图像传感器310、340、342的光敏感表面的平面中的光轴OA3上，该图像传感器布置在透镜***306后面的光路中。然而，支点318可以可选地位于图像传感器前方或图像传感器后面的光轴OA3上，该图像传感器布置在透镜***306后面的光路中。

在图3a和3b的实施例中，每一个致动器320、322、324包括定位装置356、358、360和马达362、364、366(该马达仅在图3a中被示出)。每一个定位装置356、358、360附接到致动器托架354并且因此附接到外壳302并且以自由端部接合调节支座352。在图3a和3b的实施例中，定位装置包括三个螺栓(screw)356、358、360。该螺栓由马达362、364、366(例如，压电马达、步进马达或压电元件)操作。可以设置定位传感器，所述定位传感器构造成记录每一个定位装置356、358、360的位置。如前所述，定位传感器的目的特别地是进行图像传感器310、340、342的初始校准。此外，设置弹簧装置368，该弹簧装置在一个端部处附接到致动器托架354并且在相对端部处附接到调节支座352以便承载所述调节支座。最后，轮轴312以可旋转的方式铰接在调节支座内并且传感器盘308附接到所述轮轴。

根据本发明，上述数码相机100、300还可包括部件轮115、315，该部件轮在根据图1a、1b和3a(为了清楚的原因，在图3b中省略该轮)的示出的实施例中布置在透镜***106、306和传感器盘108、308之间。部件轮115、315构造成保持至少一个有源或无源部件。这些部件可以包括测量和/或校准装置以便校准未被布置在透镜***106、306后面的光路中的图像传感器110、140、310、340、342中的至少一个。替代地，两个或更多个有源或无源部件可以附接到部件轮115、315，并且部件轮可以构造成用来绕第一轴线A1、A3旋转以便将有源或无源部件中的一个布置在透镜***106、306和布置在该***的光路内的图像传感器之间。附接到部件轮的另一部件可以布置在非有源图像传感器前面。然后，部件轮115、315是可独立于传感器盘108、308旋转的并且可以与传感器盘连接到同一轮轴或连接到分离的轮轴。部件轮115、315可以例如与传感器盘以相同的方式即借助于电路而是可旋转的，该电路包括例如控制电路以及电动机，和旋转接口机构或其它类型的传动装置。部件轮115、315也可以以与针对传感器盘描述的相同的方式或以可选方式经受倾斜调节。用来安装在部件轮115、315上的无源部件的例子是不同类型的IR滤波器，例如，IR通过滤波器、IR阻挡滤波器、NIR滤波器、衍射滤波器和/或偏振滤波器。用来安装在部件轮115、315上的有源部件的例子是图像放大器、典型地可以在图像传感器的校准期间使用的不同类型的光源和/或作为用于限制进入的光的装置的LCD显示器。

通过包括定位传感器，例如，被包括在电路(马达362、364、366形成该电路的一部分)中，可以进行传感器310、340、342的最初校准并且使用来自传感器的读数(如果可能的话，加上致动器步骤指示)，以便能够在新的传感器已经被放置在光路中的适当位置中之后返回到校准的步骤。如果温度传感器也被包括在相机中，则组合的温度/定位传感器校准将是可能的，这是由于温度也会带来传感器的某些不对齐角度，引起它沿不希望的方向倾斜。

数码相机的上面给出的实施例包括多个图像传感器，该多个图像传感器附接到传感器盘，而传感器盘附接到可旋转的轮轴。然而，轮轴也可以以不可旋转的方式安装，并且因此，传感器盘可以替代地以可旋转的方式附接到轮轴并且以任何合适方式可旋转地操作以便纠正图像传感器的定位。轮轴在这个实施例中也可以构造成允许其操纵以便调节图像传感器的位置。

根据图中未示出的可选实施例，轮轴和传感器盘可以构造成不旋转但仍然允许传感器盘和附接的图像传感器的不对齐调节(在倾斜角度和/或沿z方向的后焦距方面)。如在前述实施例中，轮轴构造成允许其操纵以便调节图像传感器的位置。在这种实施例中，该调节可以通过致动器被执行或者替代地可以省略驱动电子电路，由此，轮轴的简单机械调节提供传感器盘的希望位置调节并且因此提供图像传感器的希望位置调节。因此，在该实施例中，通常仅存在一个图像传感器。

图4是具有透镜***406的数码相机400的框图。这个数码相机400类似于上述数码相机，但改为详细示出机械功能单元，该相机显示电子功能模块。因此，数码相机400包括处理单元450，该处理单元构造成控制相机的操作。处理单元450连接到图像传感器452和电路454，该电路包括例如马达的驱动装置，该驱动装置被构造用来使图像传感器连接到其上的轮轴旋转和倾斜。处理单元450也通过连接件456连接到外部***，数码相机与该外部***传输数据，该数据诸如通过图像传感器452获得的图像。

Claims

1.数码相机，所述数码相机包括

透镜***(106；306)和附接到传感器盘(108；308)的至少一个图像传感器(110；310)，所述传感器盘附接到轮轴(112；312)，所述轮轴构造成允许其操纵以便调节所述至少一个图像传感器的位置，所述数码相机的特征在于，所述轮轴(112；312)构造成允许其操纵以便使所述传感器盘(108；308)倾斜，使得布置在光路中的所述图像传感器(110；310)的法线方向(N)相对于所述透镜***(106；306)的光轴(OA1；OA3)被有角度地调节。

2.根据权利要求1所述的数码相机，其中

两个或更多个图像传感器(110，140；310，340，342)附接到所述传感器盘(108；308)，并且所述传感器盘构造成用来绕第一轴线(A1；A3)旋转以便将所述图像传感器中的一个图像传感器布置在所述光路中。

3.根据权利要求1-2中的任一项所述的数码相机，其中

所述轮轴(112；312)构造成允许其操纵以便使所述传感器盘(108；308)在沿着所述透镜***(106；306)的光轴(OA1；OA3)的方向上移位，从而改变后焦距。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的数码相机，其中

所述轮轴(112；312)通过调节支座(152；352)被悬挂并且被与所述调节支座接合的多个致动器(120，122，124；320，322，324)操纵，并且

所述致动器构造成通过所述调节支座来操纵所述轮轴，以与致动器位移成比例地调节所述传感器盘(108；308)的位置。

5.根据权利要求4所述的数码相机，包括外壳(102；202；302)，其中所述致动器(120，122，124；320，322，324)是直线位移致动器，所述直线位移致动器在一个端部处连接到所述外壳(102；202；302)并且在相对端部处接合所述调节支座(152；352)。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的数码相机，其中

所述轮轴(312)构造成允许其绕支点(318)枢转，所述支点位于所述透镜***(306)的光轴(OA3)上。

7.根据权利要求6所述的数码相机，其中

所述支点(318)位于所述图像传感器(310，340，342)前面的光轴(OA3)上。

8.根据权利要求6所述的数码相机，其中

所述支点(318)位于所述图像传感器(310，340，342)后面的光轴(OA3)上。

9.根据权利要求1-5中的任一项所述的数码相机，其中

所述轮轴(112)构造成允许其绕位于与所述外壳(102)附接的支点支架(118)中的支点枢转。

10.根据权利要求4-8中的任一项所述的数码相机，其中

每一个致动器(320，322，324)包括定位装置(356，358，360)，所述定位装置附接到与所述外壳(302)连接的致动器托架(354)，并且以自由端部接合所述调节支座(352)。

11.根据权利要求10所述的数码相机，所述相机还包括

定位传感器，该定位传感器构造成用于记录每一个定位装置(356，358，360)的位置。

12.根据权利要求10或11所述的数码相机，其中

设置有弹簧装置(368)，所述弹簧装置在一个端部处附接到所述致动器托架(354)并且在相对端部处附接到所述调节支座(352)。

13.根据权利要求1-12中的任一项所述的数码相机，所述相机还包括布置在所述透镜***(106；306)和所述传感器盘(108；308)之间的部件轮(115；315)，所述部件轮构造成用于保持至少一个有源或无源部件。

14.根据权利要求2-13中的任一项所述的数码相机，所述相机还包括校准装置，所述校准装置用来校准未被布置在所述透镜***(106；306)后面的光路中的至少一个图像传感器(140；340，342)。