具有滑环和水平俯仰摇动机构的照相机的制作方法

专利名称：具有滑环和水平俯仰摇动机构的照相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照相机系统。在一些实施例中，本发明包括具有照相机透镜模块、滑环连接器以及水平/俯仰(pan/tilt)摇动机构的照相机系统。
背景技术：
能移动从而改变其视野的照相机具有数个优点。例如，构造为水平和俯仰摇动的照相机能扫描多个区域。这种照相机还能跟踪移动目标(至少持续某个限定的时期)。照相机(或照相机的某些部分)经常能俯仰和水平摇动以实现一定范围的观察角度。这种照相机必须包括移动照相机或照相机的某些部分从而提供水平和俯仰摇动的设备或系统。

发明内容
下面的概述陈述了本发明的某些实施例。然而，并不是陈述了所有可能的实施例。另外，所述实施例的变化和修改也是可能的。 除了具有移动照相机或照相机的部分的设备之外，一个机构可用来将图像信息从正在移动的照相机或照相机的一部分移动至固定设备(比如照相机的另一部分、视频显示器、图像记录器、或其它设备)。在很多情况下，电信号从移动部件传输至固定部件并且反之亦然，并且动力从固定部件传输至移动部件。在一些情况下，信号通过有线的或机械的连接传递，而非无线的连接。因此，若干照相机部件(包括电部件)经受来自水平摇动和俯仰摇动的力。在俯仰摇动和水平摇动期间控制各种照相机元件中的应力和应变的系统使得旋转容易并且增大某些部件的寿命。例如，柔性线缆带能用来提供在照相机的移动和固定部分之间形成电连接的有效方式。然而，如果柔性线缆带中的应力没有受到控制，带中的内部传导性轨迹会疲劳和失效，中断或堵塞照相机的移动和固定部件之间的电信号传输。
在一个实施例中，本发明提供了一种照相机系统，其包括电路板、具有连接至电路板的定子以及可相对于定子旋转的转子的滑环、照相机透镜模块、以及柔性扁平线缆。柔性扁平线缆包括电连接至转子的销的第一端、电连接至照相机透镜模块的第二端、以及定位于第一端和第二端之间的柔性俯仰摇动区域。柔性俯仰摇动区域可在照相机透镜模块俯仰摇动时沿着长度弯曲。照相机系统还包括连接至转子并且与柔性扁平线缆的第一端相接触的抗旋转臂。抗旋转臂包括凹陷以接收销并且在照相机透镜模块的水平摇动期间基本上防止柔性扁平线缆的扭曲。 在另一个实施例中，本发明提供了一种使用滑环、抗旋转臂和水平-俯仰摇动机构将照相机系统的照相机透镜模块连接至电路板的方法。述滑环具有定子和转子。转子具有销并且可相对于定子旋转。所述方法包括将滑环连接至电路板、将转子的销接收于抗旋转臂的凹陷中、将转子销电连接至柔性扁平线缆的第一端、将柔性扁平线缆的第一端定位为与抗旋转臂相接触、将柔性扁平线缆的第二端电连接至照相机透镜模块、将电路板电连接至水平_俯仰摇动机构、以及将水平_俯仰摇动机构连接至照相机透镜模块。将水平_俯仰摇动机构连接至照相机透镜模块包括将抗旋转臂构造为以与照相机透镜模块相同的数和方向旋转、以及将柔性扁平线缆构造为在一个平面中弯曲。 在又一个实施例中，本发明提供了一种构造来分别绕着水平和俯仰摇动轴线水平
和俯仰摇动照相机透镜模块的差动驱动系统。所述差动驱动系统包括具有水平摇动电机轴
的水平摇动电机、具有俯仰摇动电机轴的俯仰摇动电机、具有中心孔的固定环、具有中心孔
的水平摇动环、以及具有中心孔的俯仰摇动环。水平和俯仰摇动电机轴延伸穿过固定环的
中心孔，水平摇动环接收于固定环的中心孔内，并且可相对于固定环绕着水平摇动轴线旋
转，并且俯仰摇动环接收于固定环的中心孔内并且可相对于水平摇动环和固定环绕着水平
摇动轴线旋转。所述差动驱动系统还包括连接至水平摇动环的支撑板、连接至支撑板的俯
仰摇动托架、以及俯仰摇动扇形齿轮。支撑板具有中心孔和保持孔，俯仰摇动托架具有俯仰
摇动齿轮孔，并且俯仰摇动扇形齿轮具有延伸穿过支撑板的保持孔并且与俯仰摇动环相接
触的一部分。俯仰摇动电机轴的旋转引起俯仰摇动环绕着水平轴线的旋转、以及俯仰摇动
扇形齿轮绕着俯仰摇动轴线的旋转。水平摇动电机轴的旋转引起水平摇动环、支撑环、俯仰
摇动托架、俯仰摇动扇形齿轮绕着水平轴线的旋转。 通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将变得很明显。


图1是照相机模块和滑环系统的透视图。 图2是图1所示照相机模块和滑环系统的另一透视图，示出了向下倾斜的照相机 透镜模块。 图3是图1所示照相机模块和滑环系统的分解透视图，示出了与连接器断开的柔 性扁平线缆。 图4是图1所示照相机模块和滑环系统的电路板的透视图。 图5是图1所示照相机模块和滑环系统的滑环、抗旋转臂以及柔性扁平线缆的透 视图。 图6A是图1所示照相机模块和滑环系统的滑环、抗旋转臂以及柔性扁平线缆的分 解透视图。 图6B是图1所示照相机模块和滑环系统的滑环、抗旋转臂以及柔性扁平线缆的另 一分解透视图。 图7是图1所示照相机模块和滑环系统的照相机透镜模块的透视图。
图8是图1所示照相机模块和滑环系统的横截视图。 图9是图1所示照相机模块和滑环系统的横截视图，示出了向下倾斜的照相机透 镜模块。 图10是具有图1所示照相机模块和滑环系统的半球照相机和差动驱动系统的横 截视图。 图11是图10所示的半球照相机(其中示出了图1所示照相机模块和滑环系统) 和差动驱动系统的分解透视图。 图12是图1所示照相机模块和滑环系统和图10所示差动驱动系统的分解透视 图。 图13是图10所示差动驱动系统的顶视图，示出安装在安装板和支撑板上的水平
7摇动电机和俯仰摇动电机。 图14是图10所示差动驱动系统的隔离护圈的横截视图。 图15是水平摇动电机啮合图10所示差动驱动系统的水平摇动环(panring)的透 视图。 图16是图10所示差动驱动系统的啮合俯仰摇动扇形齿轮的俯仰摇动环(tilt ring)的透视图。 图17是图10所示差动驱动系统的俯仰摇动托架和俯仰摇动扇形齿轮的透视图。
图18是图1所示照相机模块和滑环系统结合至图10所示差动驱动系统的横截视 图。 图19是示出图10所示差动驱动系统的电机的电机运行方向和速度的图表。
具体实施例方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，要理解到，本发明的应用并不限于下面描 述所陈述的或附图所示的部件构造和布置的细节。本发明能具有其它实施例并且能以各种 方式实践或实施。 照相机模块和滑环系统10在图1中示出。如能在图1-3中最好地看到的，该部分 通常包括电路板14、滑环18、柔性扁平线缆22、抗旋转臂26以及照相机透镜模块30。滑环 18连接至电路板14和柔性扁平线缆22。抗旋转臂26结合至滑环18和柔性扁平线缆22。 照相机透镜模块30连接至柔性扁平线缆22并且构造为以俯仰运动和水平运动旋转。如随 后将更详细描述的，术语"照相机透镜模块"通常指的是构造来与照相机的透镜一起作为一 个单元水平或俯仰摇动的元件的组件。在图1中，照相机透镜模块30示出为处于水平(未 俯仰)位置。图2示出处于向下倾斜位置的照相机透镜模块30。图3示出滑环如何连接至 电路板14和模块30。关于部件及其如何连接的其它细节在下面提供。
图4示出了电路板14。电路板14包括构造(例如通过编程或软件)来控制照相 机部件的中央处理单元、微控制器等。例如，中央处理单元控制用来引起水平和俯仰运动的 电机和/或调节照相机的焦点的部件。电路板14还包括图像处理电路以及记忆或存储设 备。通常，电路板14相对于照相机透镜模块30是固定的并且可定位于壳体中。电路板14 还包括顶侧插塞或连接器34，用于穿过电路板14中的孔将电路板14连接至滑环18。
图5和6示出滑环18、柔性扁平线缆22以及抗旋转臂26。滑环18包括定子38 和转子42。定子38包括穿过电路板14中的孔的排销46 (headerpin)。销46连接至顶侧 连接器34以便用滑环18机械地支撑电路板14并且将电路板14与滑环18电连接。在一 些构造中，排销46焊接至电路板14。定子38是固定的并且转子42可绕着滑环18的中心 垂直轴线50相对于定子38旋转。转子42具有至少局部地沿着中心垂直轴线50延伸的轴 52。轴52包括导电销54。转子轴52能是圆柱体、六角棱柱体或其它几何形状的棱柱体。 更具体地，轴52能包括圆柱形的一部分以及六角棱柱体(横截面是六边形)(图6A)或另 外几何形状的另一部分。如下面将更详细地讨论的，六角形部分成形为安装在另一个六角 形的连接器或孔内并且与之连接以便在轴旋转时啮合抗旋转臂。在一些构造中，转子42是 滑环18的内部圆柱形元件，其包括沿着滑环18的中心垂直轴线50纵向地布置并且在旋转 接合点的一侧上受到抑制的环。每个环具有单独的连续圆柱形表面，刷子在其上面连续接触以完成电路。刷子由定子38保持在原位并且端接于定子38上，定子38在旋转接合点的 另一侧上受到抑制。 柔性扁平线缆22能是挠曲线缆带、带状线缆或类似的电缆。在一些构造中，柔性 扁平线缆22是电磁屏蔽的。在这些构造中，柔性扁平线缆22在其外表面上或外表面中具 有另外的传导层，以有助于防止电磁干扰(EMI)影响线缆中传输的信号。柔性扁平线缆22 具有第一端58、第二端62以及定位于第一端58和第二端62之间的柔性俯仰摇动区域66。 第一端58包括转子轴52由此穿过的孔70以及接收转子的销54的孔72，以在滑环18和柔 性扁平线缆22之间提供电连接。在一些构造中，销54焊接在柔性扁平电缆22的孔72内， 产生焊接接缝。第一端58还包括弯头74以使得柔性扁平线缆22能绕着抗旋转臂26缠绕。 如所示，弯头74在上部78和下部82之间。上部和下部78和82存在于基本上平行的平面 中。上部和下部78和82彼此隔开一个距离以使得抗旋转臂26安装在所述部分之间。柔 性俯仰摇动区域66具有导电元件。柔性扁平线缆22的第二端62包括将柔性扁平电缆22 电连接至照相机透镜模块30的触点86。柔性扁平线缆22将滑环18电地并且机械地连接 至照相机透镜模块30。如将在下面更详细地讨论的，柔性扁平线缆22构造为在一个平面中 弯曲，并且还构造为抵抗其它平面中的扭曲。 抗旋转臂26包括具有上表面94和下表面96的板91。上表面94基本上是平面 的并且具有接收转子轴52的凹穴或插孔98。在图6A和6B所示的构造中，凹穴98是六边 形或六角形凹穴(图6B)，用来结合至转子轴52的六边形部分。在一些构造中，凹穴98或 凹穴的一部分延伸穿过抗旋转臂26以提供用于螺钉或类似紧固设备的通道90。螺钉穿过 凹穴98拧紧至轴52以将抗旋转臂26机械地连接至转子42。上表面94包括凹槽99，其提 供用于延伸穿过柔性扁平线缆22的转子42的销54的间隙。抗旋转臂26的下表面96基 本上是平面的并且通常是平滑的。如前面讨论的，柔性扁平线缆22的弯头74绕着抗旋转 臂26缠绕以使得抗旋转臂26在第一端58处接收于弯头74内。上表面94与弯头74的上 部78相接触并且下表面96与下部82相接触。弯头74在上部和下部之间的部分接触抗旋 转臂26的平状支撑边缘106。在一些构造中，3MTM VHBTM带子或类似类型的带子能放置于抗 旋转臂26的下表面96与柔性扁平线缆的弯头的下部82之间。带子提供线缆的应变释放。 抗旋转臂26的倾斜区域110在上部和下部78和82之间从板91延伸。倾斜区域110以斜 角从板91向下倾斜并且连接至结合结构114。在一些构造中，结合结构114定位于抗旋转 臂26的端部处并且变窄以形成翼115(参见图l-6B)。 图7示出照相机透镜模块30。照相机透镜模块30具有照相机透镜124。弯曲的 线缆导向件或托槽128连接至照相机透镜模块30并且构造为接收柔性扁平线缆22的一部 分(参见图2和9)。照相机透镜模块30包括构造为连接至柔性扁平线缆22的触点32的 柔性扁平线缆连接器132。在一些构造中，柔性扁平线缆连接器132包括零插入力(ZIF)部 件。线缆22通过升高连接器上的杆或凸轮棒结合至ZIF连接器以使得触点86装配在连接 器内，然后将杆或棒压到线缆22上以将触点86夹紧在连接器132内。ZIF部件在没有使用 插入力(其能损坏线缆22上或连接器132内的触点)之下提供将线缆22电连接至照相机 透镜模块30的机构。在替代构造中，柔性扁平线缆连接器132是传统的线缆插头连接器或 插孔连接器。在一个构造中，柔性扁平线缆22利用3M VHBTM带子或类似类型带子局部地 紧固至线缆托槽128。 3M VHBTM带子放置于连接器132附近的第二端62处，以允许柔性俯
9仰摇动区域66与线缆托槽128分开。 照相机模块和滑环系统10将电路板14电连接至照相机透镜模块30。电路板14 将信息发送至照相机透镜模块30以及从照相机模块30接收信息，比如拍摄图像的控制信 号、存储所拍摄图像的信息等。来自电路板14上的部件的一个或多个电信号通过排销46 传送至滑环18 (具体地，从电路板14至定子38以及从定子38至转子42)。转子销54将电 信号从滑环18传送至柔性扁平线缆22的第一端58。柔性扁平线缆22通过传导元件将信 号从第一端58传导至第二端62。电信号由柔性扁平线缆22的触点86通过柔性扁平线缆 连接器132传送至照相机透镜模块30。 如图8和9所示，照相机透镜模块30构造为俯仰和水平摇动(还参见图1和2)。 照相机透镜模块30绕着水平俯仰摇动轴线T俯仰摇动以及绕着垂直的水平摇动轴线P水 平摇动。俯仰轴线T由照相机透镜模块30的结构确定并且与水平摇动轴线P基本上正交。 俯仰摇动轴线T在水平摇动期间与照相机透镜模块30 —起绕着水平俯仰轴线P旋转。水 平摇动轴线P相对于系统10固定并且大致延伸穿过滑环18的中心垂直轴线50。照相机透 镜模块30还具有表示照相机透镜124的观察方向的观察轴线0。在照相机透镜模块30于 俯仰或水平摇动之前处于水平的、未俯仰位置时，观察轴线0与轴线T和P都大致垂直。在 照相机透镜模块30的俯仰和水平摇动期间，观察轴线0与照相机透镜124 —起旋转至基本 上新的观察方向，由新的观察轴线0—表示。 图10-13和18示出与水平俯仰摇动机构相结合的照相机模块和滑环系统10，以控 制照相机透镜模块30的水平摇动、俯仰摇动和组合的水平俯仰摇动。在一些构造中，水平 俯仰摇动机构是标准的水平俯仰摇动系统，其包括启动水平摇动段的水平摇动的水平摇动 电机以及启动俯仰摇动段的俯仰摇动的俯仰摇动电机。在一个构造中，水平俯仰摇动机构 是差动驱动系统210 (图11-18)。 如图11-13中所示，差动驱动系统210包括水平摇动电机214和俯仰摇动电机 218，每个电机具有相应的电机轴222、226。水平摇动电机轴222具有齿状正齿主动齿轮 230(图12和15)并且俯仰摇动电机轴226具有齿状正齿主动齿轮234(图12)。齿状正齿 主动齿轮230、234具有带有齿的齿状表面，用来与齿状齿轮咬合并且啮合齿状齿轮。齿状 正齿主动齿轮230、234定位在相应的电机轴222、226上以啮合差动驱动系统210的特定部 件，如下所述。对于这里的构造，电机214、218和它们相应的轴222、226基本上相同。
水平和俯仰摇动电机214、218每个安装至电机安装板238、239并且电连接至电路 板14。安装板238和239在所示构造中基本上相同。因此，对于这个段落的剩余部分，共 有的附图标记将用于板238和239并且板将描述为如同它们是单个元件。参照图13，每个 电机安装板238包括固定端240和枢转端242。枢转端242与固定端240相对并且连接至 枢轴套244。电机安装板238还包括中心孔246 (图12)、保持孔248以及突起250。电机 轴222延伸穿过电机安装板238的中心孔246。电机安装板238安装至具有上表面258和 下表面262的电机支撑板254。电机支撑板254相对于系统10的固定部件是固定的并且电 机安装板238安装至电机支撑板254的上表面258。在一些构造中，电机安装板238和239 对称地安装在电机支撑板254上(图13)。电机支撑板254具有基本上定位于板254的中 心中的中心孔266以及至少一个轴孔267(图12)。电机安装板238连接至电机支撑板254 以使得固定端240在枢转端242处由枢轴套244连接至电机支撑板254并且可绕着枢轴套244枢转。电机支撑板254上的保持翼268延伸入电机安装板238的保持孔248并且限制 枢转端242的运动范围。安装在电机安装板238的突起250上并且连接至电机支撑板254 的拉伸弹簧270在电机安装板238上保持基本上恒定的径向力。 现在参照图12，具有中心孔294的固定支撑环290结合至电机支撑板254的下表 面262。在一些构造中，固定支撑环290具有围绕支撑环290的周边定位的孔。在图13所 示的构造中，孔成形为锁眼296并且绕固定支撑环290的周边基本上等距地隔开。固定支 撑环290具有内表面298，其具有绕着内表面298圆周地延伸的环状槽302。
如图10-14中所示，固定支撑环290使用隔离护圈274安装至外部壳体。隔离护 圈274由弹性材料构成并且同心地装配在锁眼296和安装螺钉276(或类似物)之间。安 装螺钉276能具有无螺纹部分278和螺纹部分280。在紧固件(螺钉276)拧紧时，螺纹部 分280螺旋入外部壳体并且紧固至外部壳体，而无螺纹部分278保持设计高度并且防止护 圈274变形。隔离护圈274用来将差动驱动系统210安装至外部壳体的使用在基本上没有 改变电机214、218安装方式之下减弱了从系统210发出的噪音。在替代构造中，差动驱动 系统210的不同元件，比如电机支撑板，具有孔并且使用隔离护圈安装至外部壳体。在其它 替代构造中，差动驱动系统210在没有使用隔离护圈274之下安装至外部壳体。
固定支撑环290在其中心孔294内同心地支撑具有中心孔308的可旋转水平摇动 环306以及具有中心孔312的可旋转俯仰摇动环310。水平摇动环306具有外表面314，其 具有绕着表面314圆周地延伸的环状槽316。环状槽316相应于固定支撑环290的内表面 298的环状槽302。水平摇动环306具有包括齿状正齿齿轮部分320和环状有槽部分322 的内表面318。内部槽部分322具有绕着内表面318的部分322圆周地延伸的环状槽324。 水平摇动电机214的电机轴222延伸穿过电机支撑板254的轴孔267和固定支撑环290的 中心孔294。齿状正齿主动齿轮230啮合水平摇动环306的内部齿状正齿齿轮部分320，如 图15中所示。 类似地，俯仰摇动环310具有外表面328，其具有绕着外表面328圆周地延伸的环 状槽330 (参见图12和16)。环状槽330相应于水平摇动环306的内表面318的环状槽324。 俯仰摇动环310的内表面332包括内部齿状正齿齿轮部分334。俯仰摇动电机218的电机 轴226延伸穿过电机支撑板254的轴孔267和固定支撑环290的中心孔294。齿状正齿主 动齿轮234啮合俯仰摇动环310的内部齿状正齿齿轮部分334(类似于图15中所示的水平 摇动轴222和齿状正齿主动齿轮230)。俯仰摇动环310还包括朝着中心孔312以斜角从外 表面328伸出的成角表面335。成角表面335是成角度的齿状正齿齿轮表面336 (图16)。
—组滚珠轴承338支撑于固定支撑环290的内表面298的环状槽302与水平摇动 环306的外表面314的环状槽316之间以允许水平摇动环306相对于固定支撑环290绕着 水平摇动轴线P旋转(参见图12和18)。另一组滚珠轴承340支撑于水平摇动环306的内 表面318的环状槽324与俯仰摇动环310的外表面328的环状槽330之间以允许俯仰摇动 环310相对于水平摇动环306和固定支撑环290绕着水平摇动轴线P旋转。
水平摇动环306的下表面连接至旋转支撑板344。旋转支撑板344具有中心孔346 和保持孔348。旋转支撑板344可与水平摇动环306 —起绕着水平摇动轴线P旋转。
俯仰摇动托架354比如由螺钉等连接至旋转支撑板344，以使得俯仰摇动托架354 由旋转支撑板344保持并且绕着水平摇动轴线P与旋转支撑板344 —起旋转。参照图17，俯仰摇动托架354包括保持叉358 ，其具有开口锥形插槽360 ，插槽延伸穿过旋转支撑板344 的保持孔348并且进入俯仰摇动环310的中心孔312。俯仰摇动托架354包括延伸穿过俯 仰摇动托架354的俯仰摇动齿轮孔362。孔362具有相对于孔362圆周地延伸的环状槽364 以及一对用来限制照相机透镜模块30的俯仰摇动移动范围的突起366，如将更详细地描述 的。 俯仰摇动扇形齿轮368包括延伸穿过旋转支撑板的保持孔348并且与俯仰摇动环 310机械接触的部分370。所述部分370包括成角度的齿状正齿齿轮部分371，其与俯仰摇 动环的成角度的齿状正齿齿轮表面336相咬合并且啮合，以使得俯仰摇动环310绕着水平 摇动轴线P的旋转运动转化为俯仰摇动扇形齿轮368绕着俯仰摇动轴线T的旋转运动。俯 仰摇动扇形齿轮368具有边缘挡块372，其接触俯仰摇动托架354上的突起366以限制绕着 俯仰摇动轴T的旋转范围。挡块372构造为将俯仰摇动的旋转范围限制为高于水平视线大 约6° (在原始观察轴线0上方大致6。)至超过垂直视线的大约2。(超过水平摇动轴线 P大致2。)。然而，挡块372能替代地构造为将俯仰旋转限制至不同范围。俯仰摇动扇形 齿轮368的另一部分374具有至少局部地延伸穿过俯仰摇动齿轮孔364并且具有至少一个 环状槽378的外表面376。俯仰摇动扇形齿轮368的所述部分374延伸穿过俯仰摇动齿轮 孔364并且连接至照相机透镜模块安装托架380。照相机透镜模块安装托架380具有至少 局部地延伸穿过俯仰摇动齿轮孔364并且具有至少一个环状槽384的接触表面382。俯仰 摇动扇形齿轮368和安装托架380的环状槽378和384分别与俯仰摇动托架354的环状槽 364相应以支撑槽364、378和384内的滚珠轴承388。这些槽和滚珠轴承388允许俯仰摇 动扇形齿轮368和安装托架380绕着俯仰摇动轴线T相对于俯仰摇动托架354旋转。
照相机模块和滑环系统10机械地并且电地连接至差动驱动系统210以形成照相 机系统(或简单照相机)。电路板14上的控制器或控制电路连接至水平和俯仰摇动电机 214、218并且产生控制水平和俯仰摇动电机214、218的电信号以及控制照相机透镜模块30 的元件的电信号。滑环18连接至电机支撑板254以使得转子销54和柔性扁平线缆22延 伸穿过中心孔266。抗旋转臂26从电机支撑板254的下表面262下面连接至转子42 (如 前面所描述的)。结合结构114接收于保持叉358的开口插槽360内。保持叉358构造为 啮合结合结构114以在水平摇动期间使抗旋转臂26旋转，启动系统10的可旋转元件与照 相机透镜模块30 —起旋转，同时允许照相机透镜模块30在俯仰摇动期间不受阻碍地旋转。 虽然保持叉358示出为连接至俯仰摇动托架354，保持叉358也可附接至在水平摇动时连同 照相机透镜模块30—起旋转的照相机系统的其它部分。照相机透镜模块30比如举例来说 通过螺钉等紧固至照相机透镜模块安装托架380。 如上所述，差动驱动系统210与系统10的定位于环形驱动器的中心中并且与照相 机透镜模块30接口的柔性平状电缆22和抗旋转臂26产生基本上环行驱动。这个构造允 许照相机透镜模块30以及照相机模块和滑环系统10的其它旋转元件在没有受到水平俯仰 摇动机构的干扰之下旋转和起作用。 这里，术语"水平摇动段"用来指示水平俯仰摇动机构相对于该机构的固定部分绕 着水平摇动轴线P旋转的部分。术语"俯仰摇动段"用来指示该机构相对于水平摇动段绕 着俯仰摇动轴线T旋转的部分。例如，水平摇动段包括抗旋转臂26、滑环转子42、柔性扁平 线缆22、水平摇动环306、俯仰摇动环310、旋转支撑板344、俯仰摇动托架354、俯仰摇动扇形齿轮368、照相机透镜模块安装托架380等。俯仰摇动段包括平状柔性线缆22、俯仰摇动 扇形齿轮368、照相机透镜模块安装托架380等。俯仰摇动段附接至水平摇动段并且在照相 机透镜模块30的水平摇动期间绕着水平摇动轴线P旋转，正如俯仰摇动轴线T与水平摇动 轴线P —起旋转那样。然而，俯仰摇动段在水平摇动段移动时不绕着俯仰摇动轴线T旋转。
为了启动照相机透镜模块30的俯仰摇动，电路板14上的控制电路将信号发送至 俯仰摇动电机218。俯仰摇动电机218的电机轴226旋转(参见图19)，旋转齿状正齿主动 齿轮234以啮合俯仰摇动环310的齿状正齿齿轮部分334。齿轮234的齿状正齿由拉伸弹 簧270偏压电机安装板239绕着枢轴套244枢转的力(图13)来防止其从与俯仰摇动环 310的齿轮部分334的齿状正齿的啮合中滑出。所得到的绕着枢转点的扭矩转化为电机齿 轮234逆着由齿轮234驱动的内部齿状正齿齿轮334的径向力。齿状正齿主动齿轮234与 俯仰摇动环310的齿状正齿齿轮部分334的啮合相对于水平摇动段和系统10、210的固定 部件绕着水平摇动轴线P旋转俯仰摇动环310。俯仰摇动环310的成角齿状正齿齿轮表面 336啮合俯仰摇动扇形齿轮368的成角齿状正齿齿轮部分371并且绕着俯仰摇动轴线T旋 转俯仰摇动扇形齿轮368。俯仰摇动环310的成角表面335将压力施加至俯仰摇动扇形齿 轮368，引起俯仰摇动扇形齿轮的轻微变形。施加的负荷防止成角度的齿状正齿齿轮部分 371从与成角齿状正齿齿轮部分336的啮合中滑出，以在旋转期间引起部件和齿轮之间位 置上的少量损失甚至没有损失。俯仰摇动扇形齿轮368和照相机透镜模块安装托架380连 接并且在俯仰摇动托架354的俯仰摇动齿轮孔364内绕着俯仰摇动轴线T 一起旋转。由于 照相机透镜模块30结合至照相机透镜模块安装托架380，照相机透镜模块安装托架380的 旋转转化为照相机透镜模块30绕着俯仰摇动轴线T的旋转或俯仰摇动。俯仰摇动托架354 上的突起366和俯仰摇动扇形齿轮368的边缘挡块372限制俯仰摇动运动范围。
在照相机透镜模块30俯仰摇动之下，柔性扁平线缆22和照相机透镜模块30之间 的连接引起第二端62也开始俯仰摇动。响应于从第二端62开始的俯仰摇动，柔性扁平线 缆22用简单的辊压弯头在俯仰摇动区域66中弯曲，形成能容纳照相机透镜模块30的整个 俯仰摇动运动的环路(参见图2和9)。柔性扁平线缆22的弯曲限制为在一个平面(该平 面由水平摇动轴线P和观察轴线O或(T形成)内的移动。柔性扁平线缆22防止除了所述 一个平面之外的平面中的扭曲以便在照相机透镜模块30的俯仰摇动期间最小化应力。在 柔性扁平线缆22的弯曲期间形成的环路通过在柔性俯仰摇动区域66的表面面积上分配挠 曲压力来控制柔性扁平线缆中的应力。环路的成形还有助于防止柔性扁平线缆22中的局 部压力点。照相机透镜模块30上的线缆托槽128接收柔性扁平线缆22的一部分以在挠曲 期间进一步控制柔性扁平线缆22中的应力。柔性扁平线缆22与支撑边缘106以及下表面 96的至少一部分相接触的弯头74有助于通过在相对较大面积上分配与俯仰摇动运动相关 的压力来控制柔性扁平线缆22中的应力。 为了启动照相机透镜模块的水平摇动，电路板14上的控制电路将信号发送至水 平摇动电机214和俯仰摇动电机218。水平和俯仰摇动电机214、218的电机轴222、226分 别以相同的速度在相同的方向上旋转(参见图19)。旋转的齿状正齿主动齿轮230、234啮 合水平摇动环306和俯仰摇动环310的齿状正齿齿轮部分320、334。齿轮230、234的齿状 正齿由拉伸弹簧270偏压电机安装板238绕着枢轴套244枢转的力来防止其从与水平摇动 环306和俯仰摇动环310的齿轮部分320、334的齿状正齿的啮合中滑出。所得到的围绕枢
13转点的转矩转化为电机齿轮230 、 234逆着由齿轮驱动的内部齿状正齿齿轮320 、 334的径向 力。齿状正齿主动齿轮230、234与齿状正齿齿轮部分320、334的啮合分别相对于系统10、 210的固定部件绕着水平摇动轴线P旋转水平摇动环306和俯仰摇动环310。电机支撑板 254连接至水平摇动环306并且与水平和俯仰摇动环306 、310 —起旋转。俯仰摇动托架354 连接至电机支撑板254并且与之一起旋转，引起俯仰摇动扇形齿轮368和照相机透镜模块 安装托架380也绕着水平摇动轴线P旋转。连接至托架380的照相机透镜模块30也旋转。
在所公开的构造中，齿轮230、240的齿状正齿具有相同数量的齿，并且齿轮部分 320、334的齿状正齿具有相同数量的齿，所以对于水平和俯仰摇动而言驱动比是相同的。因 此，在以相同的速度驱动电机214、218时，俯仰摇动环310和水平摇动环306 —起旋转并且 没有将使照相机透镜模块30俯仰摇动的差动运动。每段的速度和比率的乘积相同，所以相 同的电机速度产生俯仰摇动环310相对于水平摇动环306而言相同的旋转速度。然而，如 果水平和俯仰摇动段的比率不同(例如，齿轮和/或齿轮部分上的齿的数量不同)，驱动器 仍然能通过使用成比例的不同电机速度工作以产生俯仰摇动环310和水平摇动环306的相 同速度。 在照相机透镜模块30水平摇动时，柔性扁平线缆22的第二端62保持连接至照相 机透镜模块30，并且以与照相机透镜模块30和水平摇动段的剩余部分基本上相同的量和 方向旋转。俯仰摇动托架354的保持叉358与抗旋转臂26的啮合使抗旋转臂34以与照相 机透镜模块30和水平摇动段基本上相同的量和方向旋转。柔性扁平线缆22的第一端58 与抗旋转臂26—起旋转。因此，第一和第二端58、62都以与水平摇动段(包括照相机透镜 模块30)绕着水平摇动轴线P基本上相同的量和方向旋转，防止柔性扁平线缆22的扭曲。
抗旋转臂26和柔性扁平线缆22的第一端58也连接至转子42。因此，转子42以 与照相机透镜模块30和柔性扁平线缆22基本上相同的量和方向绕着水平摇动轴线P旋 转。转子42的旋转以及其连接至定子38在电路板14和照相机透镜模块30之间保持电连 接，同时允许柔性扁平线缆22和抗旋转臂26与照相机透镜模块30的机械旋转。抗旋转臂 26还通过提供转矩来旋转第一端58和转子42从而控制柔性扁平线缆22中的应变，并且有 助于防止柔性扁平线缆22的扭曲。 抗旋转臂26还通过采取旋转负荷以减少销54和接合点之间的压力来保护转子42 的销54和焊点在水平摇动期间免受应变。 照相机透镜模块30能以组合的俯仰和水平摇动运动旋转。为了启动组合的水平 和俯仰摇动运动，电路板14上的控制电路或控制器将信号发送至水平摇动电机214和俯仰 摇动电机218。水平和俯仰摇动运动如上所述受到控制，除了水平和俯仰摇动电机214、 128 将以不同的速度旋转以便获得期望的水平/俯仰摇动运动范围以外(参见图19)，如由控制 信号所指示的。在组合的俯仰和水平摇动运动期间，照相机透镜模块30如上所述在连续受 控的应力和应变之下俯仰和水平摇动。应当理解到，实际上，照相机运动可包括图19的表 中所示那些的多种情况以便获得期望的最终水平和俯仰摇动位置。在手动操纵期间，使用 者倾向于在优化水平摇动位置之前获得最终俯仰摇动位置。然而，当照相机在外部自动控 制之下移动至预设位置"拍摄"时，水平摇动位置通常在获得俯仰摇动位置之前首先获得。
照相机模块和滑环系统10以及差动驱动系统210能用于半球形照相机模块(参 见图IO)，并且能替代地构造为用于另一类型的照相机模块或另一类型的旋转机构。照相机滑环系统10和差动驱动系统210的一些构造能用于安全系统中。然而，照相机滑环系统 10和/或差动驱动系统210能替代地用于其它应用。 因此，本发明尤其提供一种具有差动驱动机构的照相机和滑环系统。本发明的各 种特点和优点在下面的权利要求中阐述。
权利要求
一种照相机系统，其包括电路板；滑环，其具有连接至电路板的定子以及转子，所述转子具有销并且能够相对于定子旋转；照相机透镜模块；柔性扁平线缆，其具有电连接至销的第一端，电连接至照相机透镜模块的第二端，以及定位于第一端和第二端之间的柔性俯仰摇动区域，所述柔性俯仰摇动区域可在照相机透镜模块俯仰摇动时沿着长度弯曲；以及抗旋转臂，其连接至转子并且与柔性扁平线缆的第一端相接触，所述抗旋转臂包括凹陷以接收销并且在照相机透镜模块的水平摇动期间基本上防止柔性扁平线缆的扭曲。
2. 根据权利要求l的照相机系统，还包括电连接至电路板并且连接至照相机透镜模块 和抗旋转臂的水平俯仰摇动机构，并且其中在水平俯仰摇动机构水平摇动照相机透镜模块 时，抗旋转臂以与照相机透镜模块基本上相同的量和方向旋转柔性扁平线缆的第一端和转 子。
3. 根据权利要求2的照相机系统，其中水平俯仰摇动机构包括水平摇动段和俯仰摇动 段，所述水平摇动段具有结合至抗旋转臂的保持叉，以在照相机透镜模块的水平摇动期间 移动柔性扁平线缆以及转子。
4. 根据权利要求2的照相机系统，其中水平俯仰摇动机构包括俯仰摇动扇形齿轮和接 收俯仰摇动扇形齿轮的一部分并且允许照相机透镜模块经由俯仰摇动扇形齿轮的俯仰摇 动的俯仰摇动托架，所述俯仰摇动托架具有与抗旋转臂相结合的保持叉，以啮合抗旋转臂， 用于在照相机透镜模块的水平摇动期间移动柔性扁平线缆和转子。
5. 根据权利要求2的照相机系统，其中照相机透镜模块绕着水平摇动轴线水平摇动、 绕着俯仰摇动轴线俯仰摇动，并且具有观察轴线，并且其中柔性扁平线缆在由观察轴线和 水平摇动轴线形成的平面中弯曲。
6. 根据权利要求2的照相机系统，其中水平俯仰摇动机构包括差动驱动系统。
7. 根据权利要求1的照相机系统，其中照相机透镜模块包括线缆托槽以接收柔性扁平 线缆的俯仰摇动区域的一部分。
8. 根据权利要求1的照相机系统，其中柔性扁平线缆包括绕抗旋转臂的一部分缠绕的 弯头。
9. 根据权利要求1的照相机系统，还包括 具有水平摇动电机轴的水平摇动电机； 具有俯仰摇动电机轴的俯仰摇动电机；具有中心孔的固定环，水平和俯仰摇动电机轴延伸穿过固定环的中心孔； 具有中心孔的水平摇动环，水平摇动环接收于固定环的中心孔内，并且能够相对于固定环绕着水平摇动轴线旋转；具有中心孔的俯仰摇动环，俯仰摇动环接收于固定环的中心孔内，并且能够相对于水平摇动环和固定环绕着水平摇动轴线旋转；连接至水平摇动环的支撑板，所述支撑板具有中心孔和保持孔； 连接至支撑板的俯仰摇动托架，所述俯仰摇动托架具有俯仰摇动齿轮孔； 俯仰摇动扇形齿轮，其具有延伸穿过支撑板的保持孔并且与俯仰摇动环相接触的一部 分；以及安装托架，其具有至少局部地延伸穿过俯仰摇动托架的俯仰摇动齿轮孔并且连接至俯 仰摇动齿轮孔的一部分，其中俯仰摇动电机轴的旋转引起俯仰摇动环绕着水平摇动轴线的旋转、俯仰摇动扇形 齿轮以及安装托架绕着俯仰摇动轴线的旋转，并且其中水平摇动电机轴的旋转引起水平摇动环、支撑环、俯仰摇动托架、俯仰摇动扇形齿 轮以及安装托架绕着水平摇动轴线的旋转。
10. —种使用滑环、抗旋转臂和水平俯仰摇动机构将照相机系统的照相机透镜模块连 接至电路板的方法，所述滑环具有定子和转子，所述转子具有销并且能够相对于定子旋转， 所述方法包括将滑环连接至电路板； 将转子的销接收于抗旋转臂的凹陷中； 将转子的销电连接至柔性扁平线缆的第一端； 将柔性扁平线缆的第一端定位为与抗旋转臂相接触； 将柔性扁平线缆的第二端电连接至照相机透镜模块； 将电路板电连接至水平俯仰摇动机构；以及 将水平俯仰摇动机构连接至照相机透镜模块，其包括 将抗旋转臂构造为以与照相机透镜模块相同的量和方向旋转；以及 将柔性扁平线缆构造为在一个平面中弯曲。
11. 根据权利要求10的方法，其中水平俯仰摇动机构包括水平摇动段和俯仰摇动段， 并且其中构造抗旋转臂包括将水平摇动段的保持叉与抗旋转臂相配合，并且所述方法还包 括在不旋转抗旋转臂之下俯仰摇动照相机透镜模块；以及水平摇动照相机透镜模块，包括将抗旋转臂与保持叉相啮合以便与照相机透镜模块一 起旋转柔性扁平线缆的第一端和转子。
12. 根据权利要求ll的方法，其中水平摇动照相机透镜是绕着水平摇动轴线并且俯仰 摇动照相机透镜模块是绕着俯仰摇动轴线，并且其中柔性扁平线缆在由照相机透镜模块的 观察轴线以及水平摇动轴线所形成的平面中弯曲。
13. 根据权利要求10的方法，其中照相机透镜模块包括线缆托槽，并且其中构造柔性 扁平线缆包括将线缆托槽构造为接收柔性扁平线缆的俯仰摇动区域的一部分。
14. 根据权利要求10的方法，还包括将柔性扁平线缆的一部分绕抗旋转臂缠绕。
15. —种构造来分别绕着水平和俯仰摇动轴线水平和俯仰摇动照相机透镜模块的差动 驱动系统，所述俯仰摇动轴线与所述水平摇动轴线正交，所述差动驱动系统包括具有水平摇动电机轴的水平摇动电机； 具有俯仰摇动电机轴的俯仰摇动电机；具有中心孔的固定环，水平和俯仰摇动电机轴延伸穿过固定环的中心孔；具有中心孔的水平摇动环，水平摇动环接收于固定环的中心孔内，并且能够相对于固定环绕着水平摇动轴线旋转；具有中心孔的俯仰摇动环，俯仰摇动环接收于固定环的中心孔内，并且能够相对于水平摇动环和固定环绕着水平摇动轴线旋转；连接至水平摇动环的支撑板，所述支撑板具有中心孔和保持孔； 连接至支撑板的俯仰摇动托架，所述俯仰摇动托架具有俯仰摇动齿轮孔； 俯仰摇动扇形齿轮，其具有延伸穿过支撑板的保持孔并且与俯仰摇动环相接触的一部分；并且其中俯仰摇动电机轴的旋转引起俯仰摇动环绕着水平摇动轴线的旋转、俯仰摇动扇形 齿轮绕着俯仰摇动轴线的旋转，并且其中水平摇动电机轴的旋转引起水平摇动环、支撑环、俯仰摇动托架、俯仰摇动扇形齿 轮绕着水平摇动轴线的旋转。
16. 根据权利要求15的差动驱动系统，还包括水平摇动电机安装板和俯仰摇动电机安装板，水平摇动电机安装至水平摇动电机安装 板并且俯仰摇动电机安装至俯仰摇动电机安装板，水平摇动电机安装板和俯仰摇动电机安 装板均具有各自的中心孔，并且水平和俯仰摇动电机轴分别延伸穿过这些中心孔；具有中心孔的旋转俯仰摇动环，俯仰摇动环接收于固定环的中心孔内，并且能够相对 于水平摇动环和固定环绕着水平摇动轴线旋转；以及安装托架，其具有至少局部地延伸穿过俯仰摇动托架的俯仰摇动齿轮孔并且连接至俯 仰摇动齿轮孔的一部分，其中俯仰摇动扇形齿轮还包括至少局部地延伸穿过俯仰摇动托架的俯仰摇动齿轮孔 的另一部分。
17. 根据权利要求15的差动驱动系统，其中照相机透镜模块经由俯仰摇动环的旋转而 俯仰摇动、经由俯仰摇动环和水平摇动环的等速旋转而水平摇动，并且经由俯仰摇动环和 水平摇动环的不等速旋转而组合地水平/俯仰摇动，直到获得期望的照相机位置。
18. 根据权利要求15的差动驱动系统，其中水平摇动电机轴具有与水平摇动环的齿轮 部分相啮合的水平摇动轴齿轮部分以便启动水平摇动环的旋转，并且俯仰摇动电机轴具有 与俯仰摇动环的齿轮部分相啮合的俯仰摇动轴齿轮部分以便启动俯仰摇动环的旋转。
19. 根据权利要求15的差动驱动系统，其中水平和俯仰摇动电机安装板均还包括固定端和枢转端，所述固定端由枢轴套紧固至电 机支撑板，所述枢转端包括保持孔和突起；电机支撑板包括一对保持翼以及一对突起，每个保持翼延伸入俯仰和水平摇动电机安 装板的保持孔以限制枢转端的运动范围；其中拉伸弹簧连接至俯仰和水平摇动电机安装板的每个突起以及连接至电机支撑板 的其中一个突起。
20. —种照相机系统，其包括 电路板；滑环，其具有连接至电路板的定子以及转子，所述转子具有销并且能够相对于定子旋转；照相机透镜模块；柔性扁平线缆，其具有电连接至销的第一端，电连接至照相机透镜模块的第二端，以及定位于第一端和第二端之间的柔性俯仰摇动区域，所述柔性俯仰摇动区域能够在照相 机透镜模块俯仰摇动时沿着长度弯曲；以及抗旋转臂，其连接至转子并且与柔性扁平线缆的第一端相接触， 具有水平摇动电机轴的水平摇动电机； 具有俯仰摇动电机轴的俯仰摇动电机；具有中心孔的固定环，水平和俯仰摇动电机轴延伸穿过固定环的中心孔； 具有中心孔的水平摇动环，水平摇动环接收于固定环的中心孔内，并且能够相对于固定环绕着水平摇动轴线旋转；具有中心孔的俯仰摇动环，俯仰摇动环接收于固定环的中心孔内，并且能够相对于水平摇动环和固定环绕着水平摇动轴线旋转；连接至水平摇动环的支撑板，所述支撑板具有中心孔和保持孔； 连接至支撑板的俯仰摇动托架，所述俯仰摇动托架具有俯仰摇动齿轮孔； 与抗旋转臂相结合的保持叉；以及俯仰摇动扇形齿轮，其具有延伸穿过支撑板的保持孔并且与俯仰摇动环相接触的一部分；其中俯仰摇动电机轴的旋转引起俯仰摇动环绕着水平摇动轴线的旋转、以及俯仰摇动 扇形齿轮绕着俯仰摇动轴线的旋转，并且其中水平摇动电机轴的旋转引起水平摇动环、支撑环、俯仰摇动托架、俯仰摇动扇形齿 轮、抗旋转臂经由保持叉、柔性扁平线缆以及转子绕着水平摇动轴线的旋转。
21. 根据权利要求20的照相机系统，其中所述系统包括俯仰摇动段和水平摇动段，所 述水平摇动段包括水平摇动电机、水平摇动环、支撑环、俯仰摇动托架、俯仰摇动扇形齿轮、 抗旋转臂、保持叉、柔性扁平线缆以及转子，并且其中保持叉结合至水平摇动段的另一元 件。
22. 根据权利要求20的照相机系统，其中所述照相机透镜模块经由俯仰摇动环的旋转 而俯仰摇动，经由俯仰摇动环和水平摇动环的等速旋转而水平摇动、以及经由俯仰摇动环 和水平摇动环的不等速旋转而组合地水平/俯仰摇动，直到获得期望的照相机位置。
全文摘要
一种照相机系统，其具有照相机透镜模块、滑环连接器以及水平/俯仰摇动机构。在一种构造中，照相机系统包括电路板、具有连接至电路板的定子以及可相对于定子旋转的转子的滑环、照相机透镜模块、以及柔性扁平线缆。照相机系统还能包括连接至转子并且与柔性扁平线缆的第一端相接触的抗旋转臂。抗旋转臂能在照相机透镜模块的水平摇动期间防止柔性扁平线缆的扭曲。
文档编号H04N5/232GK101742121SQ20091022655
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月25日 优先权日2008年11月26日
发明者R·赖特, T·L·琼斯 申请人:罗伯特·博世有限公司