用于增稳和减振的装置和方法
【专利说明】用于増稳和减振的装置和方法
【背景技术】
[0001] 多年来，业余及专业摄影师和摄像师一直与由于相机安装的不稳定性、使用者的 移动、从移动交通工具传递到相机的运动和振动或者这些问题的组合所造成的图像模糊作 斗争。
[0002] 目前，主要有四种普遍采用在摄影和摄像中用于减少振动对图片的影响的方法： 软件增稳、镜头增稳、传感器增稳以及整体拍摄设备增稳。
[0003] 镜头增稳和传感器增稳现在广泛应用于许多消费级数码相机中。镜头增稳的基本 原理是通过控制某些镜头或一些柔性焦距透镜组的水平位移或旋转来消除镜头上的抖动； 而传感器增稳旨在通过使光敏传感器能够平移或旋转来抵消振动。镜头增稳和传感器增稳 都是在拍摄设备内实现，因而需要最小的体积。然而，由于结构的限制以及镜头或传感器的 移动（包括平移和旋转）的有限的行程范围，大振幅或高频率的振动仍然难以完全消除，特 别是当在移动中的载具上携载拍摄设备或安装视频设备时尤为如此。
[0004] 软件增稳的效果是有限的。在针对视频的抖动消除过程中需要极大的计算量，而 通常有益效果有限。
[0005] 总体而言，应用于拍摄设备增稳的方法主要在三个旋转轴上，以较大的旋转范围 和适度快速的反应对拍摄设备进行增稳。这可以基本上克服镜头增稳和传感器增稳的缺 点。然而，由于增稳是针对整套（视频）设备进行的，因此结构通常很大，使得其不便携带 或使用，并且需要非常大量的能量（电池）来驱动增稳设备，从而使其对于大多数商业和个 人应用而言不方便、不实用并且相对昂贵。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种广泛应用于执行有效增稳的替代设计，包括但不限于静态照片 和视频成像的防抖。本发明部分地揭示了通过例如将成像设备的光学单元与非光学单元相 分隔来对成像设备进行增稳的装置和方法。本发明有效减少增稳设备所必须的较大体积以 实现防抖。本发明揭示的增稳方法可以：i)减小尺寸和/或重量，ii)改善现有的增稳方法 和/或iii)促进整个拍摄设备构造和与之一起使用的任何外部增稳结构的小型化。
[0007] 一方面，本发明提供了用于为包括光学单元和非光学单元的成像设备增稳的装 置，所述光学单元和非光学单元构成整个成像设备，所述装置包括：框架组件，其可旋转地 连接至成像设备的光学单元而不整体地支撑整个成像设备，其中所述框架组件用于允许光 学单元围绕至少第一旋转轴和第二旋转轴旋转，光学单元包括至少一镜头和光学耦合至所 述镜头的一光传感器；以及连接至框架组件的电机组件，所述电机组件用于直接驱动框架 组件，以便允许光学单元围绕至少所述第一旋转轴或所述第二旋转轴旋转。
[0008] 在一些实施方式中，成像设备的非光学单元非机械连接至所述装置。在一些实施 方式中，光学单元和非光学单元电连接。在一些实施方式中，光学单元和非光学单元可相对 于彼此移动。
[0009] 在一些实施方式中，成像设备的非光学单元非机械连接于成像设备的光学单元。 在一些实施方式中，光学单元和非光学单元彼此无线通信。
[0010] 在一些实施方式中，成像设备的光学单元进一步包括滤光器、位置传感器、存储介 质、电池、变焦电机、电路、电源、处理器或外壳中的至少一种。在其他实施方式中，成像设备 的光学单元进一步包括适于为光学单元提供稳定性的配重块。在其他实施方式中，所述配 重块包括电池。
[0011] 在一些实施方式中，非光学单元不包括镜头或光传感器。在其他实施方式中，成像 设备的非光学单元包括位置传感器、存储介质、电池、电机、电路、电源、处理器或外壳中的 至少一种。
[0012] 在一些实施方式中，第一旋转轴和第二旋转轴中的至少一个对应于光学单元的俯 仰轴、横滚轴或航向轴。在其他实施方式中，框架组件进一步用于允许光学单元围绕第三旋 转轴旋转。在一些实施方式中，第三旋转轴对应于光学单元的俯仰轴、横滚轴或航向轴中的 至少一个。
[0013] 进一步地，在一些实施方式中，所述装置进一步包括一个或多个位置传感器，其中 所述一个或多个位置传感器中的至少一个用于检测与光学单元相关联的状态信息。此外， 所述装置进一步包括控制器，所述控制器根据与光学单元相关联的状态信息来生成一个或 多个电机信号。在一些实施方式中，状态信息包括平移或旋转移动信息或者位置信息。
[0014] 在其他实施方式中，所述位置传感器中的至少一个用于检测与非光学单元相关联 的状态信息。
[0015] 在进一步的实施方式中，所述一个或多个位置传感器中的至少一个用于测量至少 与光学单元的俯仰轴、横滚轴或航向轴相关联的移动。此外，所述一个或多个位置传感器中 的至少一个包括惯性传感器。
[0016] 在任何前述实施方式中，所述装置用于连接至可移动物体。此外，所述装置用于与 所述非光学单元相比，更多地减少所述光学单元所经受的移动，所述移动是由所述可移动 物体造成的。在一些实施方式中，所述用于为包括光学单元和非光学单元的成像设备增稳 的装置为可手持的。
[0017] 进一步地，在任何前述实施方式中，框架组件包括第一部分和第二部分，所述第一 部分连接至并支撑光学单元，所述第二部分可围绕第一旋转轴相对于第一部分和光学单元 移动。此外，框架组件可进一步包括第三部分，所述第三部分可围绕第二旋转轴相对于第二 部分移动。
[0018] 本申请提供了用于为包括光学单元和非光学单元的成像设备的至少一部分增稳 的装置，所述装置包括比支撑包括光学单元和非光学单元的整个成像设备所需的框架组件 体积小的框架组件，其中所述框架组件用于支撑成像设备的光学单元，其中所述框架组件 用于允许光学单元围绕至少第一旋转轴和第二旋转轴旋转，并且其中所述光学单元包括镜 头和光学耦合至所述镜头的光传感器；并且其中电机组件用于驱动框架组件，以便允许光 学单元围绕至少第一旋转轴或第二旋转轴旋转。
[0019] 在一些实施方式中，成像设备的非光学单元非机械连接至所述装置。在一些实施 方式中，光学单元和非光学单元电连接。在一些实施方式中，光学单元和非光学单元可相对 于彼此运动。
[0020] 在一些实施方式中，成像设备的非光学单元不与成像设备的光学单元机械连接。 在一些实施方式中，光学单元和非光学单元彼此无线通信。
[0021] 在一些实施方式中，成像设备的光学单元进一步包括滤光器、位置传感器、存储介 质、电池、变焦电机、电路、电源、处理器或外壳中的至少一种。在其他实施方式中，成像设备 的光学单元进一步包括适于为光学单元提供稳定性的配重块。在其他实施方式中，所述配 重块包括电池。
[0022] 在一些实施方式中，非光学单元不包括镜头或光传感器。在其他实施方式中，成像 设备的非光学单元包括位置传感器、存储介质、电池、电机、电路、电源、处理器或外壳中的 至少一种。
[0023] 在一些实施方式中，第一旋转轴和第二旋转轴中的至少一个对应于光学单元的俯 仰轴、横滚轴或航向轴。在其他实施方式中，框架组件进一步用于允许光学单元围绕第三旋 转轴旋转。在一些实施方式中，第三旋转轴对应于光学单元的俯仰轴、横滚轴或航向轴中的 至少一个。
[0024] 进一步地，在一些实施方式中，所述装置进一步包括一个或多个位置传感器，其中 所述一个或多个位置传感器中的至少一个用于检测与光学单元相关联的状态信息。此外， 所述装置进一步包括控制器，所述控制器根据与光学单元相关联的状态信息来生成一个或 多个电机信号。在一些实施方式中，状态信息包括平移或旋转移动信息或者位置信息。
[0025] 在其他实施方式中，所述位置传感器中的至少一个用于检测与非光学单元相关联 的状态信息。
[0026] 在进一步的实施方式中，所述一个或多个位置传感器中的至少一个用于测量至少 与光学单元的俯仰轴、横滚轴或航向轴相关联的移动。此外，所述一个或多个位置传感器中 的至少一个包括惯性传感器。
[0027] 在任何前述实施方式中，所述装置用于连接至可移动物体。此外，所述装置用于： 与所述非光学单元相比，更多地减少所述光学单元所经受的移动，所述移动是由所述可移 动物体造成的。在一些实施方式中，所述用于为包括光学单元和非光学单元的成像设备的 至少一部分增稳的装置为手持型的。
[0028] 进一步地，在任何前述实施方式中，框架组件包括第一部分和第二部分，所述第一 部分连接至并支撑光学单元，所述第二部分可围绕第一旋转轴相对于第一部分和光学单元 移动。此外，框架组件可进一步包括第三部分，所述第三部分可围绕第二旋转轴相对于第二 部分移动。
[0029] 在另一方面，本发明提供了用于为包括光学单元和非光学单元的成像设备的至少 一部分增稳的装置，所述光学单元和非光学单元构成整个成像设备，所述装置包括：框架组 件，其支撑成像设备的光学单元，其中所述框架组件用于允许光学单元围绕至少第一旋转 轴和第二旋转轴旋转，并且其中光学单元包括至少一镜头和光学耦合至所述镜头的一光传 感器；以及电机组件，其连接至框架组件，其中所述电机组件用于驱动框架组件，以便允许 光学单元围绕至少第一旋转轴或第二旋转轴旋转，并且其中所述电机组件消耗的最小能量 小于驱动支撑整个成像装置的框架组件所需的能量。
[0030] 在一些实施方式中，成像设备的非光学单元非机械连接至所述装置。在一些实施 方式中，光学单元和非光学单元电连接。在一些实施方式中，光学单元和非光学单元可相对 于彼此运动。
[0031]在一些实施方式中，成像设备的非光学单元不与成像设备的光学单元机械连接。 在一些实施方式中，光学单元和非光学单元彼此无线通信。
[0032]在一些实施方式中，成像设备的光学单元进一步包括滤光器、位置传感器、存储介 质、电池、变焦电机、电路、电源、处理器或外壳中的至少一种。在其他实施方式中，成像设备 的光学单元进一步包括适于为光学单元提供稳定性的配重块。在其他实施方式中，所述配 重块包括电池。
[0033] 在一些实施方式中，非光学单元不包括镜头或光传感器。在其他实施方式中，成像 设备的非光学单元包括位置传感器、存储介质、电池、电机、电路、电源、处理器或外壳中的 至少一种。
[0034] 在一些实施方式中，第一旋转轴和第二旋转轴中的至少一个对应于光学单元的俯 仰轴、横滚轴或航向轴。在其他实施方式中，框架组件进一步用于允许光学单元围绕第三旋 转轴旋转。在一些实施方式中，第三旋转轴对应于光学单元的俯仰轴、横滚轴或航向轴中的 至少一个。
[0035] 进一步地，在一些实施方式中，所述装置进一步包括一个或多个位置传感器，其中 所述一个或多个位置传感器中的至少一个用于检测与光学单元相关联的状态信息。此外， 所述装置进一步包括控制器，所述控制器根据与光学单元相关联的状态信息来生成一个或 多个电机信号。在一些实施方式中，状态信息包括平移或旋转移动信息或者位置信息。
[0036] 在其他实施方式中，所述位置传感器中的至少一个用于检测与非光学单元相关联 的状态信息。
[0037] 在进一步的实施方式中，所述一个或多个位置传感器中的至少一个用于测量至少 与光学单元的俯仰轴、横滚轴或航向轴相关联的移动。此外，所述一个或多个位置传感器中 的至少一个包括惯性传感器。
[0038] 在一些前述实施方式中，所述装置用于连接至可移动物体。此外，所述装置用于： 与所述非光学单元相比，更多地减少所述光学单元所经受的移动，所述移动是由所述可移 动物体造成的。在一些实施方式中，所述用于为包括光学单元和非光学单元的成像设备的 至少一部分增稳的装置为手持型的。
[0039] 进一步地，在一些前述实施方式中，框架组件包括第一部分和第二部分，所述第一 部分连接至并支撑光学单元，所述第二部分可围绕第一旋转轴相对于第一部分和光学单元 移动。此外，框架组件可进一步包括第三部分，所述第三部分可围绕第二旋转轴相对于第二 部分移动。
[0040] 在所述装置的一些实施方式中，所述能量小于当整个成像设备整体地由框架组件 所支撑时驱动所述框架组件所需的能量的量。
[0041] 在一些实施方式中，装置用于为包括光学单元和非光学单元的成像设备的至少一 部分增稳，并且其中所述电机组件消耗的最小能量小于驱动支撑整个成像装置的框架组件 所需的能量，所述能量小于当整个成像设备整体地由框架组件所支撑时驱动所述框架组件 所需的能量。
[0042] 在另一方面，本发明提供了成像设备，所述成像设备包括：光学单元，其包括至少 一镜头和一光学耦合至所述镜头的光传感器；以及非光学单元，其电连接至光学单元，其中 所述光学单元可通过连接至所述光学单元的框架组件的致动而相对于非光学单元运动。
[0043] 在一些实施方式中，非光学单元非机械连接至框架组件。
[0044] 在一些实施方式中，光学单元进一步包括滤光器、位置传感器、存储介质、电池、变 焦电机、电路、电源、处理器或外壳中的至少一种。在其他实施方式中，光学单元进一步包括 适于为光学单元提供稳定性的配重块。在一些实施方式中，所述配重块包括电池。
[0045] 在一些实施方式中，非光学单元不包括镜头或光传感器。在其他实施方式中，成像 设备的非光学单元包括位置传感器、存储介质、电池、电机、电路、电源、处理器或外壳中的 至少一种。
[0046] 在成像设备的一些实施方式中，光学单元可通过框架组件的致动而围绕第一旋转 轴和第二旋转轴移动，并且光学单元可通过框架组件的致动而围绕第三旋转轴移动。
[0047] 在成像设备的其他实施方式中，光学单元可通过框架组件的致动而围绕第三旋转 轴移动，并且所述第三旋转轴对应于光学单元的俯仰轴、横滚轴或航向轴中的至少一个。
[0048] 在成像设备的进一步实施方式中，与光学单元相关联的状态信息可由一个或多个 位置传感器来检测，并且所述与光学单元相关联的状态信息用于生成一个或多个电机信 号，所述电机信号驱动框架组件的致动。所述状态信息包括平移或旋转移动信息或者位置 信息。此外，与非光学单元相关联的状态信息可由一个或多个位置传