用于电子设备的承载框架和电路板的制作方法
【专利摘要】一种电子设备包括电子电路板，所述电子电路板包含处理元件和视觉传感器。承载框架用于支承电子电路板。光学元件定位在传感器上方并由承载框架支承。电子电路板弯曲以缩短电子设备的长度、厚度和／或宽度，而不增加电子设备长度、厚度和／或宽度中的其它量。
【专利说明】用于电子设备的承载框架和电路板
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]不适用。
[0003]关于联邦赞助的研究或研发的声明
[0004]不适用。【背景技术】
[0005]本技术涉及电子设备的组件，且更具体涉及组装有印刷电路板和支承该印刷电路板的承载框架的电子设备。
[0006]大多数(如果不是全部)电子设备包括一个或多个印刷电路板(PCB)。组装期间，电路板螺纹连接或以其它方式连接到电子设备的壳体的一部分或壳体内的其它板。一种电子设备是成像设备，更通常称为相机。成像设备通常用于检查、定位和/或获取的对象的图像。例如，在制造应用中，成像系统可用于通过获取所制造的对象的图像并且使用各种类型的图像处理算法分析这些图像以检测该对象中的缺陷。不像使用胶片来捕捉和存储图像的常规相机，某些成像设备使用包括视觉传感器、控制器、照明设备、镜头等在内的各种电子、固态或其它装置。
[0007]某些成像设备可包括壳体，壳体具有安装到若干刚性PCB的固态装置，刚性PCB通过壳体保持在所需配置。若干PCB中的一个需要与镜头对准，且镜头需要与壳体上的开口对准。使用连接器将一个或多个PCB连接在一起，这增加尺寸、成本、组装时间和可能的故障区域。壳体的尺寸限于各固态装置和用于支承它们的刚性PCB的尺寸。
[0008]已经在用于电子设备的印刷电路板区域进行了一些改进。PCB现在可以灵活方式使用，且是刚性和柔性的混合，称为刚性-柔性。混合式刚性-柔性PCB通常由层叠在一起成单个结构的刚性和柔性衬底构成。其它形式的PCB称为刚性化柔性结构，它是简单的柔性电路，包括被附连以提供对电路板上电子组件的支承的刚性件。刚性-柔性电路通常具有刚性层上的导体，这将其与具有刚性件(StifTener)的多层电路区分开。
[0009]现有技术的电子设备不仅在装配过程中，而且在总体尺寸上具有几个缺点，并限制刚性电路板的适用性和PCB连接器的可靠性。
【发明内容】
[0010]本实施例通过包含使用承载框架来支承PCB而克服现有技术的缺点。PCB可围绕承载框架定位并由承载框架支承，且其它电子和固态装置可由PCB和/或承载框架支承。
[0011]因而，某些实施例包括可调节镜头装置。可调节镜头装置包括镜头，镜头包括镜头基部和从镜头基部延伸的镜头镜筒。可调节镜头装置还可包括承载框架，承载框架包括孔，孔包括边。孔的尺寸可被调节成接纳至少镜头基部。可包括镜头焦点固定件，且镜头焦点固定件包括棘轮部分和镜头保持部分。棘轮部分可包括从棘轮部分延伸的至少一个棘齿臂，且至少一个棘齿臂包括配合端，配合端的尺寸被调节成与围绕边定位的多个匹配配合装置中的至少一个配合。镜头保持部分可包括配合部分，配合部分用于与镜头配合以限制镜头的运动。镜头焦点固定件可以是可转动的，以调节所述镜头的焦点位置，使得当镜头焦点固定件沿第一方向转动第一距离时，镜头保持部分使镜头沿第一方向转动第二距离。
[0012]其它实施例还包括电子设备。电子设备包括电子电路板，电子电路板包含处理元件和视觉传感器，电子电路板包括与柔性电路板耦合在一起的多个电路板。承载框架可用于支承电子电路板。镜头可定位在视觉传感器上方并由承载框架支承，镜头至少部分地定位在由电子电路板限定的容积内，镜头位置相对于承载框架和视觉传感器可调节。镜头焦点固定件可耦合到承载框架并与镜头接触。
[0013]与上述内容一致，某些实施例包括用于组装电子设备的方法。该方法包括:提供承载框架，承载框架包括多个限制件，用以支承电子电路板；提供电子电路板，电子电路板包括视觉传感器和处理器；使电子电路板围绕承载框架的至少一部分弯曲；使电子电路板与多个限制件配合；将镜头定位在视觉传感器上方，承载框架将镜头支承在视觉传感器上方；以及用镜头焦点固定件限制镜头，镜头焦点固定件与镜头和承载框架接触，使得沿第一方向将镜头焦点固定件转动第一距离导致镜头沿第一方向转动第二距离。
[0014]对于前述和相关的目标的成就，本技术则包括下文中完整描述的特征。以下描述和所附附图详细阐述了本技术的多方面。然而，这些方面只表示能运用本技术原理的多种方式中的一小部分。通过结合附图参考对本技术的以下详细描述，本技术的其它方面、优点和新颖特征将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据本实施例的电子设备的一实施例的立体图，并示出由承载框架支承的刚性-柔性PCB的一个定向；
[0016]图2是根据本实施例的电子设备的分解图；
[0017]图3是图1所示电子设备的平面图，并示出镜头焦点固定件的实施例；
[0018]图4是如图1所示的镜头焦点固定件的剖视立体图；
[0019]图5是根据本实施例的电子设备的剖视立体图，并示出镜头焦点固定件的替代实施例；
[0020]图6是根据本实施例的电子设备的一部分的剖视立体图，并示出镜头焦点固定件的替代实施例；
[0021]图7是根据本实施例的电子设备的立体图并示出；
[0022]图8是如图7所示的镜头焦点固定件的实施例的立体图；
[0023]图9是图1所示电子设备的平面图，并示出镜头焦点固定件的实施例；
[0024]图10是根据本实施例的电子设备的立体图并示出承载框架且视觉传感器镜头被移除；
[0025]图11是电子设备的可选构造的立体图，示出根据本实施例覆盖承载框架表面的主要部分并与视觉传感器镜头交叠的刚性-柔性PCB的一部分；
[0026]图12-14是示出根据本实施例围绕承载框架弯曲并由承载框架支承的刚性-柔性PCB的替代构造；
[0027]图15是根据本实施例的电子设备的立体图并示出耦合至承载框架和/或刚性-柔性PCB的光学组件；[0028]图16是电子设备的可选构造的立体图，电子设备包括液体镜头配置；
[0029]图17是定位在封壳内的电子设备的部分分解立体图，该封壳包括热耦合到电子设备的散热器以从电子设备吸走热量；
[0030]图18是如图17所示位于封壳内的电子设备的立体图；
[0031]图19是位于封壳内的电子设备的部分分解立体图，并示出输入/输出板；
[0032]图20是图19所示电子设备的立体图，并示出包括可耦合至照明设备的连接器的输入/输出板；
[0033]图21是封围的电子设备的立体图，并示出如图20所示的照明设备；以及
[0034]图22是图9所示电子设备的平面图，并示出封围的、并具有前盖的电子设备，提供镜头焦点固定件的部分视图；
[0035]图23是与电子设备相关联的方法的流程图。
[0036]虽然本技术容许多种修改和替代形式，但其具体实施例将通过附图中的示例示出且将在本文中予以详细描述。然而应当理解，这里对具体实施例的描述并不旨在将本技术限于所公开的特定形式，相反，其意图是覆盖落在如所附权利要求所限定的本技术的精神和范围内的所有修改、等效方案以及替换方案。
【具体实施方式】
[0037]现在参考附图描述本技术的各个方面，其中在若干视图中相似的附图标记对应于类似的元素。然而应该理解，下文所涉及的附图和详细描述并不旨在将所要求保护的主题限制为所公开的特定形式。相反，本发明将涵盖落入所要求保护的主题的精神和范围内的所有修改、等效方案和替换方案。
[0038]如此处所使用的，术语“组件”、“系统”、“设备”等旨在指硬件、硬件和软件的组合、软件或者是执行中的软件。本文中所使用的词语“示例性”意味着用作示例、实例、或说明。在此被描述为“示例性”的任何方面或设计并不一定要被解释为相比其他方面或设计更优选或有利。
[0039]此外，所公开的主题可以通过使用标准编程和/或工程技术和/或编程来产生软件、固件、硬件、或其任何组合以控制基于电子的设备实施在此详述的诸方面而被实现为系统、方法、装置或制造品。
[0040]除非另外指定或限制，术语“安装”、“连接”、“支承”和“耦合(coupled) ”及其变体被广泛地使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支承和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。如本文中所使用的，除非另有明确表述，“连接”是指一个元件/特征直接或间接地连接到另一元件/特征，并且不一定是电地或机械地。类似地，除非另有明确表述，“耦合”是指一个部件/特征直接或间接地耦合到另一部件/特征，并且不一定是电地或机械地。
[0041]如此处所使用地，术语“处理器”可包括一个或多个处理器和多个存储器和/或一个或多个可编程硬件部件。如此处所使用地，术语“处理器”意在包括任何类型的处理器、CPU、微控制器、数字信号处理器、或能执行软件指令的其他设备。
[0042]如此处所使用的，术语“存储介质”包括非易失性介质，例如磁介质或硬盘、光学存储、或闪存；诸如系统存储器之类的易失性介质，例如诸如DRAM、SRAM、EDO RAM、RAMBUSRAM、DR DRAM之类的随机存取存储器(RAM);或者其上可存储计算机程序和/或可缓存数据通信的安装介质，诸如软件介质，例如CD-ROM或软盘。术语“存储介质”还可包括其他类型的存储器或其组合。
[0043]下面通过使用示图来说明用于实施本技术的实施例的实施例的结构或处理来描述本技术的实施例。以这种方式使用示图来呈现本技术的实施例不应被解释为对其范围的限制。本技术构想了电子设备配置和用于组装和使用载体框架来支承PCB的系统与方法。
[0044]将结合使用承载框架组装的成像设备描述电子设备的各实施例，刚性-柔性PCB在承载框架上、内和/或围绕承载框架来定位或弯曲。这是因为本技术的特征和优点很好地适于该目的。还应理解，该技术的各方面可应用于其它形式的电子设备和PCB，以及可受益于使用刚性-柔性PCB和承载框架的其它系统和组件。使用围绕承载框架定位的刚性-柔性PCB降低成本并产生紧凑体积形式的电子设备。刚性-柔性PCB和承载框架可用于减小电子设备的长度、厚度和宽度中的至少一个，而不增加长度、厚度和宽度中的其它。
[0045]示例性成像设备可嵌入其它电子设备以增加机器视觉和/或编码读取功能，并且还可以是独立的成像设备。当嵌入时，这种电子设备可以是作为非限制实例的工业、医疗、移动或零售设备，并且可用于作为非限制实例的制造组装、测试、测量、自动化和/或控制应用等。当独立时，成像设备可整合到封壳内，并可包括例如连接器、I / O、电路和用户界面组件。示例性成像设备可使用图像获取软件，图像获取软件可操作用于执行各种类型的图像获取中的任何一种。成像设备可执行作为非限制实例的机器视觉任务和/或解码包含机器可读符号的图像。
[0046]参照图1，本文描述的各实施例可减小成像设备50的大小和/或成本。在某些实施例中，某些或全部电子部件可放在可定位在一个或多个刚性-柔性PCB52上，该一个或多个刚性-柔性可在承载框架54上和/或内和/或围绕承载框架54定位。承载框架54可支承PCB52和其它部件，包括成像设备机械件、电子件和/或成像设备光学件。这样，成像设备可用最小的体积尺寸实现最大的PCB面积。成像设备50的总体尺寸可通过使用围绕承载框架54弯曲或折叠的刚性-柔性PCB52而减小。该尺寸减小可通过将镜头简体积并入折叠的PCB52内部来实现。
[0047]为了优化热耗散，各实施例可包括放置在PCB52上以面向成像设备50外侧的某些或全部发热部件，以有助于从成像设备辐射热量。在某些实施例中，PCB52的不同板构造之间的连接可通过刚性-柔性PCB52的柔性部件82实现。
[0048]现参照图2，示例性成像设备50通常包括刚性-柔性PCB52和承载框架54。刚性-柔性PCB52可包括各种板构造,这些板构造包括处理元件。在图2所示的实施例中，刚性-柔性PCB可包括主板56、传感器板58、电源和I / 0板60、以及照明板62。应理解，这些板中的任何板可去除或用其它板代替，且附图中所讨论和所示的部件可从一个板移动到另一个板。具体的板名称并不是限制，而是仅为了简化而命名，且并不限定具体形式或功倉泛。
[0049]主板56可通常包括用于图像处理和解码的处理器64。处理器64可由软件编码，该软件配置为控制亮度、采集图像数据、和将所采集的图像数据处理码为可用信息等。图像处理可包括已知操作，已知操作作为非限制实例包括检查、对准和测量。存储介质66也可包括在主板56上以存储成像软件、图像、以及缓冲数据等。[0050]传感器板58可通常包括视觉传感器68。视觉传感器68用于将通过镜头70进入的光转换成电子以形成图像。镜头70将图像数据，即来自图像的反射光，聚焦到视觉传感器68上。镜头70可定位在传感器板58上的视觉传感器68上方，以提供对象在视觉传感器68的视场(FOV)内的视图。为了保护视觉传感器68免受灰尘和散射光影响，可使用诸如双粘合密封带92的密封剂，且密封剂可围绕视觉传感器68的外边缘94定位，并可粘结到传感器板。在某些实施例中，隔热材料幅材(web) 74可定位在部件和/或板之间以辅助减少热流。例如，隔热材料74可定位在视觉传感器68与处理器64之间以辅助减少热流。
[0051]诸如已知LED和/或激光二极管之类的瞄准装置72可包括在传感器板58上。瞄准装置可提供成像设备50的FOV中心的诸如点或X的例如视觉指示的指示。瞄准装置72可定位在传感器板58上或其它板中的任何板上，且承载框架54可包括孔124以允许LED束或激光束(未示出)穿过。瞄准镜头126可放置在瞄准装置72的前部或顶部，从而例如调节瞄准输出角度和/或一致性。瞄准镜头126可用其它类型的镜头代替以符合不同的应用要求。承载框架54可包括凹陷128，该凹陷可用于将瞄准镜头126固定到承载框架54。瞄准镜头126可包括将瞄准镜头、以及可能照明板62固定到承载框架54的一个或多个凸片或压紧件130。在其它实施例中，粘合带或膜可单独使用或与压紧件130组合使用以将瞄准镜头126固定到承载框架54。
[0052]电源和I / 0板60可通常包括电源管理电路76和用于各种任选设备和/或耦合到例如通信网络的模拟和/或数字输入和输出(I / 0)连接件78。照明板62还可包括
I/ 0连接件78，且其中还可包括例如用于对象照明的照明设备80(例如一个或多个LED)。照明设备80可以是例如已知的LED。类似于瞄准镜头126，在某些实施例中，照明镜头114可放置在照明设备80的前部或顶部，以调节例如光输出角度和/或一致性。照明镜头114可用其它类型的镜头代替以符合不同的照明要求。照明板62的尺寸和形状可被调节以包括可用于将照明镜头114固定到承载框架54的凹陷116或其它结构或固定机构。照明镜头114还可用于将照明板62保持到承载框架54。类似于瞄准镜头126，在某些实施例中，照明镜头114可包括将照明镜头、和/或可能的照明板62固定到承载框架54的一个或多个凸片或压紧件120 (参见图15)。应理解，承载框架54还可包括保持特征以允许照明镜头114保持在承载框架54上。在其它实施例中，粘合带或膜122可单独使用或与保持件120组合使用以将照明镜头114固定到照明板62和/或承载框架。
[0053]承载框架54可以是模制、成型和/或加工部件，且尺寸和形状可被调节以便为某些或全部板56、58、60和62提供支承结构，并用于支承下文讨论的一个或多个光学元件和/或其它成像设备部件。承载框架54还可包括多个PCB保持件90。在所示实施例中，承载框架54包括四个PCB保持件90 (在视图中隐藏了左后PCB)，但也可使用更多或更少PCB保持件90。图11中使用六个PCB保持件90。例如图1和2所示，可将PCB保持件90偏置以提供任何板的卡配合(snap-fit)。可以看出，主板56、传感器板58、电源和I / 0板60、和/或照明板62可通过使用PCB保持件90和/或承载框架本身在承载框架54上、内和/或周围保持就位。
[0054]常规成像设备包括对特定焦距进行工厂校准的镜头，且没有用于用户调节的选项。不同的焦距需要不同的成像设备。其它常规成像设备提供某些镜头调节能力，但需要工具和成像设备的拆卸，即使对于小的或轻微的精调调节也是如此。为了克服这些限制，承载框架54可包括孔88，孔88的尺寸被调节成支承主成像镜头70。孔88可螺纹连接成允许镜头70进行更换和/或转动以调节镜头焦点。这使得能够通过调节镜头70而不是移动成像设备50来聚焦成像设备。在某些实施例中，镜头70可包括带螺纹底部96，且承载框架54可包括孔88内的匹配螺纹98以支撑镜头，并允许镜头70转动以调节镜头70与视觉传感器68之间的距离来进行聚焦。在某些应用中，镜头可用镜头焦点固定件100固定以限制镜头自身转动。
[0055]成像设备在用在制造组装、测试、测量、自动化和/或控制应用时例如可经受恶劣的运行环境，包括振动和会造成热膨胀和收缩的温度变化。这些环境因素会使镜头自身转动，这最终会使镜头离焦，可能造成不令人满意的结果。镜头焦点固定件100不仅可用于限制镜头70在这些恶劣环境中转动，而且在某些实施例中，镜头焦点固定件100也可允许不使用工具调节镜头70，同时限制镜头。
[0056]参照图3和4，镜头焦点固定件100可成型配合和由使用者卡配或压入就位以限制镜头70，并可转动以提供镜头调节的分离步骤以调节镜头70的焦点位置，所有步骤都不使用工具。在某些实施例中，镜头焦点固定件100可包括基部134、棘轮部分136和镜头保持部分138。在某些实施例中，棘轮部分136可包括从基部134延伸的至少一个棘齿臂140。棘齿臂140可包括从棘齿臂140的配合端144延伸的突起142。突起142可被调节尺寸并被配置成与匹配的配合装置146配合，诸如围绕孔88的凹陷边148定位的多个凹陷146中的一个。棘齿臂140可施加径向延伸的力，使得配合端144朝向匹配的配合装置146偏置。如图所示，镜头焦点固定件100包括六个棘齿臂140，但考虑更多或更少的棘齿臂。每个突起142和凹陷146提供用于镜头70的离散焦点位置。在某些实施例中，凹陷边148可包括切口 150，在该切口 150处棘齿臂140和相关的突起142不与凹部146接触。应理解，可使用其它闩锁机构，包括边148可包括突起142，且配合端144可包括例如凹陷146的情况。
[0057]镜头保持部分138可部分地或大致围绕镜筒106与镜头的镜筒106接触和配合。如图3所示，保持部分138可包括配合部分150，诸如多个肋150，以与镜筒106接触和配合，并防止镜头70转动。示出三个肋150，但也考虑更多或更少的肋。
[0058]使用时，用户可通过在螺纹孔88内转动螺纹镜头70而安装和提供镜头70的调节。用户可然后将镜头焦点固定件100定位在镜头70上方，并将镜头焦点固定件100插入凹陷边148内且在镜头镜筒106上方。现限制镜头70自身转动。为了提供离散焦点位置的精调焦点调节，用户可抓持棘轮部分136并沿顺时针方向或逆时针方向152转动棘轮部分，从而离散地调节镜头70的焦点位置。棘齿臂140和相关凹陷146用于提供离散调节位置，而镜头保持部分138限制镜头相对于镜头焦点固定件100的位置。例如，当镜头焦点固定件100沿第一方向转动一距离时，镜头保持部分138使镜头70也随镜头焦点固定件100沿第一方向转动一距离。镜头焦点固定件100和镜头70的转动距离可相同，或可包括传动装置，例如以上调或下调镜头70的转动距离。
[0059]参照图5，在某些实施例中，镜头焦点固定件可包括镜头焦点固定圈102，并可定位在镜头70上方以将镜头固定在所需焦点位置并防止镜头转动。类似于镜头焦点固定件100，镜头焦点固定圈102可定位在镜头70上方并插入凹陷边148内且在镜头镜筒106上方。现限制镜头70自身转动。为了提供精调焦点调节，用户可去除镜头焦点固定圈102，沿顺时针方向或逆时针方向在螺纹孔88内转动螺纹镜头70，从而调节镜头70的焦点位置。用户可然后将镜头焦点固定件102重新定位在镜头70上方，并将镜头焦点固定圈102插入凹陷边148内且在镜头镜筒106上方。镜头焦点固定圈102还可包括保持部分138以防止镜头70转动。保持部分138可通过部分地或基本上围绕镜筒106来与镜头70的镜筒106接触和配合。
[0060]参照图6，在其它实施例中，镜头焦点固定件可包括镜头焦点固定塞108，并可定位在承载框架54上或内。镜头焦点固定塞108可包括接触部分110。接触部分110可带有螺纹以与镜头70上的螺纹基部96啮合，和/或接触部分110可以是大致软的材料，例如塑料或橡胶，以与镜头70配合并防止镜头转动。在某些实施例中，可使用镜头焦点固定件100或镜头焦点固定圈102和镜头焦点固定塞108。
[0061]参照图7和8，示出镜头焦点固定件250的替代实施例。类似于镜头焦点固定件100，镜头焦点固定件250可成型配合并由用户卡配或压配就位以限制镜头70。镜头焦点固定件250可转动以提供镜头调节的离散步骤，从而调节镜头70的焦点位置，所有这些步骤都不使用工具。在某些实施例中，镜头焦点固定件250可包括槽274以允许例如螺丝刀或类似设备的工具转动镜头焦点固定件。镜头焦点固定件250与限制件252 —起可提供预定数量的固定焦点位置，这可通过转动镜头焦点固定件250来实现。
[0062]在某些实施例中，镜头焦点固定件250可包括基部262、棘轮部分258和镜头保持部分268。基部262可由用户抓持以转动镜头焦点固定件250。棘轮部分258的侧壁278可包括预定数量的配合装置256和至少一个止挡突起260。诸如多个凹陷256中的一个的每个配合装置256与限制件252协作可提供镜头70的离散焦点位置。止挡突起260可被调节尺寸并配置成防止镜头焦点固定件250转过预定量的角度(例如180或270度，或者更多或更少)。
[0063]参照图9，限制件252可通过诸如铆钉或螺钉272的各种装置固定到承载框架54。限制件252可包括从基部274延伸的棘齿臂264和偏置臂265。棘齿臂264可包括从棘齿臂264的配合端276延伸的突起266。突起266可被调节尺寸并配置成与围绕棘轮部分258定位的多个凹陷256中的一个配合。棘齿臂264可施加诸如径向延伸压缩力之类的力，使得配合端276朝向匹配凹陷256偏置。如图所示，镜头焦点固定件250包括三个凹陷256，但考虑更多或更少的凹陷。每个凹陷256提供镜头70的离散焦点位置，使得突起266在凹陷256之一内卡配锁定就位。通过转动镜头焦点固定件250，突起266可从凹陷256解锁，并发现下一凹陷256并重新锁定。在某些实施例中，每个凹陷256可具有指示焦点位置的相关联视觉指示270。应理解，可使用其它闩锁机构，包括其中棘轮部分258可包括突起266，且配合端276可包括例如凹陷256。
[0064]镜头保持部分268可通过部分地或基本上围绕镜筒106来与镜头70的镜筒106接触和配合。如图8和9最清楚所示的，保持部分138可包括配合部分254，诸如多个肋254，以与镜筒106接触和配合，并防止镜头70转动。示出三个肋254，但也考虑更多或更少的肋。
[0065]为了提供离散焦点位置的精调焦点调节，用户可抓持基部262并沿顺时针方向或逆时针方向152转动基部262，从而离散地调节镜头70的焦点位置。突起266和相关联凹陷256用于提供离散调节位置，而镜头保持部分268限制镜头70相对于镜头焦点固定件250的位置。例如，当镜头焦点固定件250沿第一方向转动一距离时，镜头保持部分268使镜头70也随镜头焦点固定件250沿第一方向转动一距离。镜头焦点固定件250和镜头70的转动距离可相同，或可包括传动装置，例如以步进地上调或步进地下调镜头70的转动距离。在图9中，镜头焦点固定件250可仅沿逆时针方向转动，因为止挡突起260限制镜头焦点固定件250沿顺时针方向的转动。
[0066]参照图10，在某些实施例中，每个板56、58、60和62可以是用柔性PCB82将一个或多个刚性板耦合在一起的大致刚性PCB结构，本文称为刚性-柔性PCB。应理解，柔性PCB也可整体或部分地使用。在一实施例中，传感器板58可用柔性PCB82定位在主板56上方并耦合到主板56。该定向允许视觉传感器68定位成使得镜头70可定位在视觉传感器上方。电源和I / 0板60可用柔性PCB82耦合到主板56，并可朝向成像设备的面84向上延伸(参见图11)。电源和I / 0板60也可稱合到例如传感器板58,而非主板56。照明板62则可用柔性PCB82耦合到电源和I / 0板。照明板62还可耦合到例如传感器板58。
[0067]参照图11，在某些实施例中，照明板62可延伸并覆盖成像设备50的面84的某些或主要部分。在该实施例中，延伸的照明板62可覆盖镜头70的一部分，仅留下穿过照明板62的孔86，该孔86的尺寸可被调节成根据需要允许足够的光进入镜头70。
[0068]图12-14示出替代实施例，其中刚性-柔性PCB52可以各种方式围绕承载框架54定位。在图12中，移除承载框架以更好示出可能的刚性-柔性PCB定向。在图12中，例如主板56定位在成像设备的电源和I / 0板60的相反侧上。在图13和14中，示出替代的板构造，其中瞄准装置72和/或照明设备80可定位在一个或多个板上，例如在围绕和/或可紧接着或靠近镜头70定位的板上。此外，柔性PCB82可从各PCB的任一侧延伸以符合任何尺寸或形状限制，和/或各种承载框架54构造。
[0069]参照图15，为了支承不同镜头154，镜头延伸件112可耦合或安装到承载框架54，或可以是承载框架的一部分。镜头延伸件112可在内部和/或外部有螺纹，从而其可螺纹连接到承载框架54，并允许诸如镜头154的各种不同镜头螺纹连接到镜头延伸件112。这样，具有不同焦点和/或成像特性的不同镜头例如可安装到成像设备50，由此增加其可用于的应用。
[0070]在某些应用中，视觉传感器68与被成像对象之间的距离可在不同使用时变化。在这些情况下，为了获得有用的图像(即可从其提取所需数据以完成成像过程的图像)，可提供可调节镜头和自动调焦系统。在这些情况下，当启用成像设备以执行视觉过程时，镜头和自动调焦系统可对镜头自动调焦，使得可在视觉传感器上产生被成像对象的清晰图像，并可进行处理以完成成像过程。
[0071]参照图16，可用于成像设备的一种类型的镜头是液体镜头132。液体镜头可由具有不同折射率的一种或多种流体构成，并可通过控制液体的弯液面或表面来改变。在一种类型的液体镜头中，例如将两种流体容纳在具有透明端帽的管内。第一种是导电水溶液，而第二种是不导电的油。管内部涂有疏水材料，这使水溶液形成半球形镜头，该半球形镜头可通过跨涂层施加DC电压来调节，从而减少在称为电湿润的过程中的斥水性。电湿润调节液体的表面张力，改变曲率半径并调镜头的焦距。
[0072]液体镜头极为灵活，提供高度可变焦距而无需移动部件。成像设备50可支承液体镜头132并可经由柔性连接件156连接到成像设备，柔性连接件156耦合到照明板62上的连接件78，或连接件156可连接到例如刚性-柔性PCB52的柔性部分82。[0073]常规成像设备使用通信缆线物理地耦合到包括足够处理能力的计算机或类似装置。常规成像设备用于获取图像，并然后将图像上传到计算机进行图像解码。这样，常规成像设备仅包括足够的处理能力以获取和传输图像，在空间和热量产生可更容易管理的计算机上进行处理密集活动。众所周知，诸如图像解码器的进行处理密集活动的处理器在尺寸可能是大的并会产生大量的热作为处理活动的副产品。
[0074]在某些实施例中，与将图像传输到计算机进行处理相比，处理器64可被调节尺寸且被配置成处理图像。成像设备50上图像的处理会产生大量的热并还会需要用于在物理上更大的处理器的额外PCB空间。此外，由于在成像设备50上进行处理，会产生需要在部件组件传输的更多信号。使用刚性-柔性PCB52可减少和/或消除常规刚性电路板之间的额外连接件，常规刚性电路板需要连接件将两个或多个刚性电路板耦合在一起。
[0075]如上文讨论的，为了优化热耗散，各实施例可包括放置在刚性-柔性PCB52上以面向成像设备50外侧的某些或全部发热部件，以有助于从成像设备辐射热量。在某些实施例中，处理器64和视觉传感器68可在包括刚性-柔性PCB52的不同板上，从而将发热的处理器64与热敏视觉传感器68分开。
[0076]在其它实施例中，一个或多个散热器180可热耦合到成像设备50以将热量消散到环境。图17不出成像设备50的仰视图,其中封壳184或封壳184的各部分可用作散热器180，而在其它实施例中，散热器184可热耦合到成像设备50的部件，并然后放置在例如分开的封壳内。众所周知，可使用热缝填料(thermal gap filler) 182以将例如处理器64或刚性-柔性PCB52上的其它装置耦合到散热器180。散热器180可由已知散热材料制成，诸如铜和/或铝。封壳184可由例如塑料材料制成。
[0077]在图17的实施例中，示出成像设备50的三面热耦合到散热器180。应理解，散热器180可构造成更多或更少地热耦合到这三面，且在某些实施例中，散热器180可与成像设备50的一面或多面热隔离。封壳184被示为包括顶部186、底部188、前盖190和用作封壳184侧壁的散热器180。在某些实施例中，一根或多根I / 0和/或通信缆线192可延伸穿过后壁194并耦合到输入/输出板198，输入/输出板198耦合到成像设备50。顶部186、底部188、散热器180以及前盖190可用例如螺钉196组装和固定在一起。前盖190可卡配以允许在不使用工具的情况下来移除，从而接近镜头焦点固定件100和镜头焦点固定圈102来调节镜头70。图18示出封壳184内的成像设备50。
[0078]参照图19-21，示出成像设备50和相关联封壳184的俯视图。在图19和20中，可更好地看到输入/输出板198，并示出使用柔性PCB82耦合到成像设备。在某些实施例中，柔性PCB82可延伸穿过输入/输出板198内的槽200。输入/输出板198可耦合到散热器180和/或壳体184，并可包括诸如LED202之类的一个或多个指示器作为用户界面。
[0079]输入/输出板198可包括诸如已知板到板连接件的连接件206，以允许成像设备50控制其它照明设备。例如，如图20最清楚看出的，具有至少一个照明设备81和匹配连接件212的照明设备210可耦合到连接件206。在某些实施例中，照明设备210可以是封装产品或单元216的一部分，如图21所示。在其它实施例中，照明设备210可以是远程照明设备，例如不是封装产品或单元216的一部分，而是耦合到成像设备50并在成像设备50的控制下。
[0080]参照图22，示出包括镜头焦点固定件250的成像设备50在封壳184内。封壳184可包括前盖190。在该实施例中，前盖190可包括前盖190内的掩盖部分280和间隙部分270。间隙部分可被调节尺寸以允许视觉访问指示所选镜头焦点位置的所选视觉指示器270。其余焦点位置的其余视觉指示器270可被掩盖部分280遮挡。
[0081 ] 图23示出使用承载框架54和刚性-柔性PCB52来组装电子设备的方法的实施例。图23所示方法可与以上附图所示的任何系统或设备等等结合使用。在多个实施例中，所示方法元素中的一些可并发执行，按与所示次序不同的次序执行，或者可被省略。也可按需执行附加方法元素。
[0082]参照图23，示出使用承载框架54和刚性-柔性PCB52组装电子设备的方法160。第一步骤是如在过程方框162处指示的提供适于支承一个或多个电子电路板的承载框架54，在该情况下是刚性-柔性PCB52。如前所述，承载框架54可包括多个限制件90，用以支承刚性-柔性PCB52。在处理方框164处，提供刚性-柔性PCB52，且在处理方框166和168处，刚性-柔性PCB52可弯曲或折叠并与承载框架54配合。在某些实施例中，刚性-柔性PCB52可包括视觉传感器。由于刚性-柔性PCB52定位在承载框架54上、内和/或周围，镜头70可定位在视觉传感器68上方，承载框架54将镜头70支承在视觉传感器68上方，如过程方框170所指示的。对于定位好的镜头70，在过程方框172处，可用镜头焦点固定件100限制镜头70。在某些实施例中，镜头焦点固定件100可与镜头70和承载框架54两者接触以限制镜头70自身转动，并允许调节镜头70的定位。
[0083]虽然已参考优选实施例描述了本技术，但是本领域技术人员将认识到，可在形式和细节上作出改变而不脱离本技术的精神和范围。例如，本技术不限于本文所示的智能相机及关联设备的实施例，并且可利用其它线扫描相机来实施。
[0084]以上公开的特定实施例仅仅是说明性的，因为本技术可按不同但等效的方式来修改和实施，这对于受益于本文教导的本领域技术人员而言是显而易见的。此外，不旨在限制本文所示以及在所附权利要求书中所述的构造或设计的细节。因此明显的是，以上公开的特定实施例可被更改或修改，并且所有此类变化被认为落入本技术的范围和精神内。因此，在所附权利要求书中陈述本文所寻求的保护。
【权利要求】
1.一种可调节镜头装置，包括: 镜头，所述镜头包括镜头基部和从所述镜头基部延伸的镜头镜筒； 承载框架，所述承载框架包括孔，所述孔包括边，所述孔的尺寸被调节成接纳至少所述镜头基部； 镜头焦点固定件，所述镜头焦点固定件包括棘轮部分和镜头保持部分； 所述棘轮部分包括从所述棘轮部分延伸的至少一个棘齿臂，且所述至少一个棘齿臂包括配合端，所述配合端的尺寸被调节成成与围绕所述边定位的多个匹配配合装置中的至少一个配合； 镜头保持部分，所述镜头保持部分包括配合部分，所述配合部分用于与所述镜头配合以限制所述镜头的运动；以及 镜头焦点固定件，所述镜头焦点固定件能转动以调节所述镜头的焦点位置，使得当所述镜头焦点固定件沿第一方向转动第一距离时，所述镜头保持部分使所述镜头沿所述第一方向转动第二距离。
2.如权利要求1所述的可调节镜头装置: 其特征在于，当所述镜头焦点固定件沿所述第一方向转动时，所述至少一个棘齿臂的所述配合端从所述多个配合装置中的一个转移到所述多个配合装置中的另一个，从而导致所述镜头焦点固定件不连续运动和所述镜头沿所述第一方向的不连续运动。
3.如权利要求1所述的可调节镜头装置: 其特征在于，所述镜头基部带螺纹，且所述孔带螺纹，以使得所述孔螺纹地接纳所述镜头，且当所述镜头焦点固定件沿所述第一方向转动时，所述镜头保持部分导致所述镜头随所述镜头焦点固定件沿所述第一方向螺纹地转动。
4.如权利要求1所述的可调节镜头装置: 其特征在于，所述承载框架包括用以支承电子电路板的多个限制件。
5.如权利要求1所述的可调节镜头装置: 其特征在于，当所述孔包括凹陷边时，所述镜头焦点固定件的尺寸被调节成至少部分地配装在由所述凹陷边限定的空间内，且所述镜头焦点固定件能在由所述凹陷边限定的空间内转动。
6.如权利要求1所述的可调节镜头装置: 其特征在于，所述可调节镜头装置是成像设备，所述成像设备还包括视觉传感器和用于处理由所述成像设备获取的图像的处理器。
7.如权利要求6所述的可调节镜头装置: 其特征在于，所述镜头焦点固定件可转动以调节所述镜头与所述视觉传感器之间的距离。
8.—种电子设备,包括: 电子电路板，所述电子电路板包含处理元件和视觉传感器，所述电子电路板包括与柔性电路板耦合在一起的多个电路板； 承载框架，所述承载框架支承所述电子电路板； 镜头，所述镜头定位在所述视觉传感器上方并由所述承载框架支承，所述镜头至少部分地定位在由所述电子电路板限定的容积内，所述镜头位置相对于所述承载框架和所述视觉传感器可调节；以及 镜头焦点固定件，所述镜头焦点固定件耦合到所述承载框架并与所述镜头接触以限制所述镜头的运动。
9.如权利要求8所述的电子设备: 其特征在于，所述瞄准装置由所述多个电路板中的至少一个支承，且可互换镜头定位在所述瞄准装置上方，所述可互换镜头由所述承载框架中的至少一个和所述多个电路板中的至少一个支承。
10.如权利要求8所述的电子设备: 其特征在于，所述照明设备由所述多个电路板中的至少一个支承，且可互换镜头定位在所述照明设备上方，所述可互换镜头由所述承载框架中的至少一个和所述多个电路板中的至少一个支承。
11.如权利要求8所述的电子设备: 其特征在于，所述镜头焦点固定件包括基部、具有耦合到所述基部的侧壁的棘轮部分、以及耦合到所述棘轮部分的镜头保持部分，所述侧壁包括配合装置和止挡突起；以及 限制件，所述限制件用于与所述配合装置配合。
12.如权利要求8所述的电子设备: 其特征在于，所述镜头可调节地螺纹连接到所述承载框架。
13.如权利要求8所述的电子设备: 其特征在于，所述处理元件从所述视觉传感器获取图像数据，并将所获取的图像数据处理成经处理的图像。
14.如权利要求8所述的电子设备: 其特征在于，当所述电子电路板由所述承载框架支承以便于减少来自所述电子设备的热量时，所述处理元件布置在所述电子电路板的面向外的表面上。
15.如权利要求14所述的电子设备: 其特征在于，还包括散热器，所述散热器与所述处理元件的面向外的表面热连通。
16.如权利要求15所述的电子设备: 其特征在于，还包括封壳以至少部分地容纳所述电子设备，所述散热器构成所述封壳的至少一部分。
17.如权利要求8所述的电子设备: 其特征在于，所述镜头焦点固定件包括基部、耦合到所述基部的棘轮部分、以及耦合到所述基部的镜头保持部分。
18.如权利要求17所述的电子设备: 其特征在于，所述棘轮部分包括棘齿臂，所述棘齿臂包括配合端。
19.如权利要求17所述的电子设备: 其特征在于，所述镜头保持部分包括至少一个配合部分，所述配合部分用于与所述镜头的镜筒接触。
20.—种电子设备,包括: 电子电路板，所述电子电路板包含处理元件和视觉传感器，所述电子电路板包括与柔性电路板耦合在一起的多个电路板；承载框架，所述承载框架用于支承所述电子电路板； 镜头，所述镜头定位在所述视觉传感器上方并由所述承载框架支承，所述镜头至少部分地定位在由所述电子电路板限定的容积内，所述镜头位置相对于所述承载框架和所述视觉传感器可调节；以及 耦合在一起的所述多个刚性电路板在展开时具有矩形形状，并围绕所述承载框架的多个垂直角折叠。
21.如权利要求20所述的电子设备: 其特征在于，所述镜头包括液体镜头，所述液体镜头用于控制所述电子设备的焦距。
22.如权利要求20所述的电子设备: 其特征在于，所述多个刚性电路板中的一个包括孔，所述多个刚性电路板中的所述一个覆盖所述电子设备的面的至少一部分，使得所述孔定位在所述镜头上方。
23.如权利要求20所述的电子设备: 其特征在于，所述多个刚性电路板中的一个包括连接件，所述连接件用于允许所述电子设备控制照明设备，所述照明设备是封装有所述电子设备和远程照明设备中的至少一个。
24.如权利要求20 所述的电子设备: 其特征在于，镜头延伸件安装到所述承载框架，且所述镜头安装到所述镜头延伸件。
25.一种用于组装电子设备的方法，所述方法包括: 提供承载框架，所述承载框架包括用以支承电子电路板的多个限制件； 提供电子电路板，所述电子电路板包括视觉传感器和处理器； 使所述电子电路板围绕所述承载框架的至少一部分弯曲； 使所述电子电路板与所述多个限制件配合； 将镜头定位在所述视觉传感器上方，所述承载框架将所述镜头支承在所述视觉传感器上方；以及 用镜头焦点固定件限制所述镜头，所述镜头焦点固定件与所述镜头和所述承载框架接触，使得沿第一方向将所述镜头焦点固定件转动第一距离导致所述镜头沿所述第一方向转动第二距离。
26.如权利要求25所述的方法:其特征在于， 还包括获取图像数据，并使用所述处理器将所获取的图像数据解码成经解码的图像。
27.如权利要求25所述的方法:其特征在于， 还包括将散热器热耦合到所述处理器。
28.如权利要求25所述的方法: 其特征在于，所述电子电路板包括与柔性电路板耦合在一起的多个电路板。
【文档编号】G03B17/12GK103780811SQ201310492904
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】K·弗卢杰, L·农宁克, R·鲁特, D·R·金 申请人:康耐视公司