直线致动器和具有包括该直线致动器的机动后焦点模块的摄像的制造方法
【专利摘要】监视网络用于观察大的区域，例如公共场所、街道、公共建筑或私人住宅、私人建筑等。监视网络通常包括多个监视摄像机。这种监视摄像机应该小、可靠、无故障且具有低的维护需求。本发明的主题是一种用于摄像机（1）的构件的直线运动的直线致动器（8），所述直线致动器包括：支撑结构（6）；设置在支撑结构上的用于产生旋转运动的电机（10）；用于承载所述构件且用于相对于所述支撑结构执行所述直线运动的构件承载结构（7）；用于传递旋转运动的传动机构（11），其中，传动机构的处于构件承载结构之前的最后的传动轮是传递轮（20），其中，传递轮包括沿传递轮的转动方向延伸的引导道（23a、b、c），沿着所述引导道具有斜坡，构件承载结构通过停靠结构（24a、b、c）与所述引导道耦合，使得构件承载结构由于引导道的斜坡而通过传递轮的旋转运动沿直线方向（9）移位。
【专利说明】直线致动器和具有包括该直线致动器的机动后焦点模块的摄像机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直线致动器和一种具有包括该直线致动器的机动后焦点模块的摄像机。更具体地讲，本发明涉及一种用于摄像机的构件、尤其是图像捕获单元的直线运动的直线致动器，其中所述直线致动器包括:支撑结构；设置在支撑结构上的用于产生旋转运动的电机；用于承载所述构件且用于相对于所述支撑结构执行所述直线运动的构件承载结构；以及用于传递旋转运动的传动机构，其中，传动机构的处于构件承载结构之前的最后的传动轮是传递轮。本发明还涉及一种具有机动后焦点模块的摄像机，其中，机动后焦点模块包括用于调节后焦点的直线致动器。
【背景技术】
[0002]监视网络用于观察大的区域，例如公共场所、街道、公共建筑或私人住宅、私人建筑等。监视网络通常包括多个分布在监视区域中的监视摄像机以及监视控制中心，其中，摄像机通过公共或私人网络与监视控制中心连接，使得由摄像机捕获的图像可传递到监视控制中心。这种监视摄像机应该小、可靠、无故障且具有低的维护需求。
[0003]文献DE102007001649A1例如公开了一种相应的摄像机系统或监视网络。
【发明内容】
[0004]本发明涉及一种具有权利要求1的特征的直线致动器和一种具有权利要求11的特征的摄像机。本发明的优选或有利实施例通过从属权利要求、说明书和附图公开。
[0005]因此，本发明的主题是一种适于沿直线方向移动或移位摄像机的构件的直线致动器。摄像机的其他可能特征将结合独立权利要求11描述。构件尤其是图像捕获单元、例如CCD或CMOS芯片。优选地，直线方向与摄像机的摄像方向和/或物镜的光轴平行或相同，和/或与图像捕获装置中的图像传感器的表面延伸方向垂直。
[0006]直线致动器包括支撑结构，所述支撑结构例如由塑料制成，且可被模制而成、尤其是被注射成型。支撑结构限定出用于直线致动器的其他部件的基础。优选地，支撑结构静止地设置或固定在摄像机中或摄像机上。
[0007]产生旋转运动的电机附连或联接到支撑结构。电机尤其被实施为步进电机。步进电机允许高精度的旋转运动，且可以以某些精确度控制。
[0008]构件承载结构被提供用于承载所述构件、尤其是所述图像捕获单元。通常，构件承载结构可包括多个单独的部件。为了便于组装直线致动器，优选地，构件承载结构整体形成或形成为单件，例如被形成为由金属制成的铸造、尤其是模铸部件。
[0009]传动机构适于传递旋转运动。尤其地，传动机构是从具有旋转运动的电机到具有直线运动的构件承载结构的驱动系的一部分。传动机构包括至少一个称作传递轮的传动轮。在多个传动轮的情况下，传递轮是邻近构件承载结构的传动轮。传递轮的解释优选是功能性的，其中，传递轮通过被传递的旋转运动致动。在一个可能的实施例中，传递轮可具有轮的形式。为了便于组装直线致动器，优选地，传递轮整体形成或形成为单件，例如被形成为由塑料制成的模制成型、尤其是注射成型部件。
[0010]根据本发明，传递轮包括引导道，尤其是滑动道，其设置、优选形成在传递轮上且沿着转动方向延伸。优选地，引导道设置在传递轮的面向构件承载结构的前侧。引导道倾斜，使得引导道在与传递轮的转动轴线平行的方向上和/或直线方向上的高度沿着引导道变化。构件承载结构通过停靠结构操作性地连接到引导道，使得构件承载结构由于引导道的斜坡而通过转动传递轮沿直线方向移位。可选地，在传递轮的转动过程中，停靠结构沿着引导道移动，且被引导道的斜坡沿直线方向移动。当构件承载结构与停靠结构操作性地联接时，构件承载结构也沿相同的方向移位。这样，构件承载结构在传递轮的旋转运动过程中的位移对应于该旋转运动过程中的斜坡的高度差。
[0011]本发明的一个发现是，通过提供传递轮作为可将旋转运动转换为直线运动的转换器的关键元件，提供了紧凑且可靠的直线致动器。可靠性使得可无故障操作和具有低的维护要求。紧凑性使得可将直线致动器集成到具有有限的可用空间的摄像机中。
[0012]在本发明的一个优选实施例中，引导道被实施为至少一个圆形路径或其一部分。所述圆形路径与传递轮的转动轴线同轴地设置。在该实施例中，停靠结构仅沿一个方向、即直线方向移动，且相对于与直线方向垂直的平面静止，使得结构可变得简单，从而易于制造。
[0013]在本发明的一个优选改进中，引导道在圆周方向或转动方向上具有恒定的斜率，使得构件承载结构沿所述直线方向的移位与传递轮的转动成比例。该改进使得可容易地控制直线致动器。
[0014]在本发明的一个优选的实现方式中，所述停靠结构被实施为一个或多个停靠指状部或停靠块。尤其地，停靠指状部或块仅在小于15°、优选小于10°的角度范围上延伸。这种实现方式考虑了，停靠结构沿转动方向延伸越大，传递轮的总转动范围就越小。因此，使停靠结构在转动方向上尽可能小是有益的。另一方面，应提供足够的支撑，使得停靠指状部或块绕着传递轮的转动轴线至少在3°或5°的范围上延伸。
[0015]优选地，引导道在大于或等于60°、90°或110°的圆弧上延伸。这种延伸尺度确保了，对于停靠结构具有长的引导道。而且，优选地，引导道包括三个区段，它们对应于三个作为停靠结构的停靠指状部。尤其，引导道的所述区段和/或停靠指状部规律地分布在圆周方向上。所述布置方式防止构件承载结构沿直线方向倾斜、进而防止卡住。
[0016]为了进一步有助于直线致动器的无倾斜、从而无卡住的操作，构件承载结构优选被支撑结构可靠锁定或形状锁定地弓I导。支撑结构可具有在直线方向上延伸且从构件承载结构引导滑动块的引导凹槽、沟槽或沟道。尤其优选的是，支撑结构的所述引导结构中的至少两个优选相对于传递轮的转动轴线布置在直径位置上或半部上。
[0017]构件承载结构通过引导道的斜坡远离传递轮沿直线方向移位。在相反方向上，构件承载结构被弹性推压，使得弹簧构件将构件承载结构挤压在传递轮上。在该优选改进的情况下，直线致动器能够沿直线方向往复移位构件承载结构。
[0018]在一个优选实施例中，传动机构包括具有多个(传动)齿轮的齿轮系，其中，总传动比的绝对值大于I和/或齿轮系是减速传动机构。因此，电机侧的每分钟的转动圈数大于传递轮侧的每分钟的转动圈数。优选地，传递轮是直齿轮，所述直齿轮可在内表面或外表面上具有齿。替代性，旋转运动通过摩擦传动机构传递，所述摩擦传动机构在内表面或外表面具有摩擦区域。传动轮可由塑料制成，例如被形成为模制成型、尤其是注射成型部件。优选地，传动轮的大部分或所有转动轴线彼此平行地设置，以便容易地组装直线致动器。
[0019]尤其优选地，大部分或所有传动轮沿直线方向投影时与传递轮重叠，以允许具有小的包装空间。在使用包括同轴布置的两个传动齿轮的至少一个双齿轮单元的情况下，包装空间可尤其被减小尺寸。在一个可能的实现方式中，使用两个这种双齿轮单元。
[0020]尤其优选地，传递轮被实施为与相邻的传动齿轮单元或齿轮耦合的中空齿轮或内齿轮。
[0021]本发明的另一个主题是一种摄像机，尤其是监视摄像机，其具有包括上述的用于调节摄像机的图像捕获单元的位置的直线致动器的后焦点模块。更具体地讲，直线致动器改变图像捕获单元与物镜之间的距离，所述图像捕获单元作为所述构件与构件承载结构连接。该摄像机还可包括用于与监视网络或监视中心通信以将数据、尤其是图像或视频流或其他元数据传递到监视中心或从监视中心接收讯息或指令的接口模块。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]通过描述本发明的优选实施例以及附图，可使本发明的其他特征、优点和作用变得明显。附图示出了:
[0023]图1是作为本发明的一个实施例的摄像机的一个单元的从底侧观看的等轴测视图；
[0024]图2是从后侧朝向图1中的摄像机的后焦点调节模块观看的等轴测视图；
[0025]图3是图2中的后焦点调节模块的仰视图；
[0026]图4是图2和3中的后焦点调节模块的传递轮的示意性前视图；
[0027]图5是前面的图的后焦点调节模块的多个部件的示意性分解视图；
[0028]图6是前面的图的后焦点调节模块的多个部件的等轴测视图。
【具体实施方式】
[0029]图1示出了作为本发明的一个实施例的摄像机I的三维视图，其中不具有外部壳体且不具有物镜，从而，仅示出了摄像机I的单元2。摄像机1、进而单元2是监视摄像机，例如用于监视网络中。
[0030]单元2可大概分为三个子组件，即，用于调节摄像机I的后焦点的机动后焦点调节模块3、包括电源组的图像处理模块4以及接口模块5。
[0031]机动后焦点调节模块3是盒形的，且具有如下讨论的通过改变物镜(未示出)和图像捕获单元(未示出)之间的距离来调节摄像机I的后焦点的功能。在图像处理模块4中，由图像捕获单元捕获的图像被预处理、处理、压缩等。还可分析图像或执行物体探测或物体跟踪。所述图像可被实施为单个图像、系列图像或具有多个图像的视频流。图像处理单元4包括一个或两个印刷电路板。电源组通过转换或处理供给电压向摄像机I提供电能。
[0032]所述接口模块5提供例如用于提供供给电压的电源的多个电气/电子接口、例如用于与监视控制中心通信和用于向监视控制中心传送图像或图像的元数据的网络接口。
[0033]图2以三维视图从背侧示出了机动后焦点调节模块3，其中，一些构件在该图中被省去。图3通过顶视图示出了图2的内容。机动后焦点调节模块3包括作为支撑结构的壳体6，在所述壳体6中，构件承载结构7作为直线致动器8的一部分被设置成可沿直线方向9移动。直线致动器8还包括电机10和传动机构11，所述传动机构11适于将电机10的旋转运动转换为构件承载结构7沿直线方向9的移位。
[0034]图像捕获单元(未示出)、例如CMOS或C⑶芯片设置在构件承载结构7上。壳体6包括前开口 12，其中，物镜(未示出)、前开口 12和图像捕获单元被对齐，使得图像通过物镜、经由前开口 12传递到所述图像捕获装置。物镜的光轴与直线方向9平行或相同，使得通过沿直线方向9移动或移位构件承载结构7，物镜与图像捕获单元之间的沿着光轴的距离被改变相同的量，从而允许调节摄像机I的后焦点。
[0035]壳体6由金属制成,但也可由塑料制成,且例如是模铸部件。壳体6包括前壁13和圆周侧壁14，它们形成内部空间，构件承载结构7部分地容纳在所述内部空间中。壳体6示出了整体形成在壳体6中的多个凹部或区段，下面将逐步地解释这一点。壳体6包括沿直线方向9延伸的两个引导槽15a、b，所述引导槽引导整体形成在构件承载结构7上的两个伸出部16a、b，使得构件承载结构7被形状锁定，因此它仅可沿直线方向9移动。金属用于热传递功能的目的。
[0036]构件承载结构7也由金属制成，但也可由塑料制成，尤其是被模铸而成，且包括作为主区段17的后壁，底壁18a和顶壁18b从所述主区段17沿与主区段17垂直的直线方向延伸，伸出部16a、b分别形成在所述底壁18a和顶壁18b上。金属用于热传递的目的。
[0037]电机10设置在壳体6上，且将其旋转运动沿传动机构11传递。电机10是具有例如18°的全步幅宽度的步进电机。电机10的输出轴与第一传动轮Gl耦合。
[0038]传动轮Gl与包括传动轮G2和传动轮G3的第一传动轮单元19a耦合，所述传动轮G2和传动轮G3被刚性连接，且具有相同的转动轴线Al。传动轮Gl的外表面与传动轮G2的外表面耦合。传动轮G2的直径大于传动轮G3的直径。
[0039]传动轮G3与包括传动轮G4和传动轮G5的第二传动轮单元19b耦合，所述传动轮G4和传动轮G5被刚性连接，且具有相同的转动轴线A2。传动轮G4的直径大于传动轮G5的直径。传动轮G3的外表面与传动轮G4的外表面耦合。
[0040]传动轮G5与包括传动轮G6和传动轮G7的第三传动轮单元19c耦合，所述传动轮G6和传动轮G7被刚性连接，且具有相同的转动轴线A3。传动轮G6的直径大于传动轮G7的直径。传动轮G5的外表面与传动轮G6的外表面耦合。
[0041]传动轮G7与传递轮20耦合，所述传递轮20包括位于面向传动轮GP"G7的一侧的传动区段21和面向构件承载结构7的引导区段22。传动区段21包括内表面，所述内表面具有中空传动区段，所述中空传动区段与传动轮G7耦合。传递轮20绕着转动轴线A4转动。
[0042]所有轴线A1、A2、A3、A4均彼此平行，且平行于直线方向9和光轴。传动轮
和传递轮20是直齿轮，且可以通过摩擦或者通过齿彼此耦合。基于传动轮GL...G7和传递轮20的直径，电机10侧的每分钟的转动圈数大于传递轮20侧的每分钟的转动圈数。传递轮20可被电机10和传动机构8转动、摆动或旋转。
[0043]可以从是传递轮20的引导区段21的示意性前视图的图4最佳地看出，三个引导道23a、b、c形成在传递轮20中，其中，每个引导道23a、b、c沿着圆周方向或转动方向延伸。每个引导道23a、b、c在接近120°的角度范围上延伸。传递轮20 (也称作楔形轮)的高度是 7 mm η
[0044]可从图3中看出，引导道23a、b、c沿它们的延伸方向倾斜。在直线方向9上从斜坡的起点到终点的高度差是3mm。所有这三个引导道23a、b、c具有相同的恒定斜率。构件承载结构7包括整体形成在构件承载结构7中的停靠块24a、b、c，且沿与直线方向9相反的作为停靠或相反方向的方向延伸，其中，每个引导道23a、b、c支撑相应的一个停靠块24a、
b、C。
[0045]停靠块24a、b、c作为停靠工具在停靠或相反方向上抵靠在引导道23a、b、c上。在传递轮20绕着其转动轴线A4转动的情况下，停靠块24a、b、c相对于引导道23a、b、c滑动，且通过斜坡沿直线方向9移位。这样，构件承载结构7沿直线方向9移动。
[0046]在基于电机10、传动机构8、传递轮20的斜坡的设计的该实施例中，直线致动器11允许构件承载结构7产生3_的总位移，从而，电机10的18°的每个步幅使构件承载结构7沿直线方向9具有3 μ m (微米)的步幅。直线致动器11的组合高度仅大约15_。
[0047]弹簧构件25设置在构件承载结构7与壳体6之间，且仅在图5和6中不出，图5和6示出了壳体6以及弹簧构件25的分解等轴测视图和非分解的等轴测视图。弹簧构件25是多功能部件，且包括引导区段26和设置在引导区段26的上侧和下侧的弹簧区段27a、b0
[0048]弹簧构件25的第 一功能是推压功能。直线致动器11仅能够沿直线方向9挤压构件承载结构，而不能沿相反的方向回撤构件承载结构7。弹簧构件25沿相反或停靠方向预加载构件承载结构?,因此，在直线致动器11撤回的情况下，构件承载结构7在相反的方向上被主动地挤压。而且，弹簧构件25确保，构件承载结构7始终与传动轮20接触并将构件承载结构7保持在其位置。每个弹簧区段27a、b包括板簧区段28a、b，所述板簧区段28a、28b例如是腿形或舌形，且平行于引导区段26延伸，而且沿向着构件承载结构7的方向形成或弯折。板簧区段28a、b利用它们的自由端29a、b挤压在构件承载结构7上，从而，构件承载结构7在所述相反方向上被预加载。
[0049]后焦点调节模块3包括滑动件30，所述滑动件30是用于两个光学过滤器31a、b的保持器或槽道。滑动件30可沿滑动方向33插入后焦点调节模块3的引导槽32中，所述滑动方向33与直线方向9垂直。滑动件30可设置在两个滑动位置，其中，在第一滑动位置，第一光学过滤器31a、例如IR过滤器，在第二滑动位置，第二光学过滤器31b、例如假体过滤器放置在物镜与图像捕获单元之间的光学路径中。滑动件30被图中未示出的另一电机驱动。
[0050]弹簧构件25的第二功能是为滑动件30提供引导表面，以支持或实现滑动件30在滑动方向33上的形状锁定引导。引导区段26包括侧引导表面34a、底引导表面34b和顶引导表面34c，所述这三个表面均面向滑动槽32中的滑动件30。侧引导表面34a平行于滑动件30和滑动方向33延伸，且与直线方向9垂直。底和顶引导表面34b、c设置在翼区段上，所述翼区段与侧引导表面34a垂直延伸，且桥接引导区段26和弹簧区段27a、b。总之，在与滑动方向33垂直的横截面中，引导区段26为滑动件30提供U形引导结构。在其余区域或敞开区域，滑动件30被壳体6的引导表面引导，使得引导槽32由弹簧构件2和壳体6一起形成。[0051]弹簧构件25的第三功能是锁定功能，其中，弹簧构件25锁定在壳体6中。每个板簧区段27a、b包括平台弹簧35a、b (或弯曲板簧)，所述平台弹簧35a、b在直线方向9上是可回弹的或挠性的。平台弹簧35a、b被设计成装配在作为凹部设置在壳体6中的凹切部36a,b中。在后焦点调节模块3的组装过程中，弹簧构件25沿着直线方向9插入壳体6中。在最终位置，平台弹簧35a、b被实施为弯曲手指扣合部或定位在凹切部36a、b中。在释放弹簧构件25之后，平台弹簧35a、b是防止弹簧构件25在所述相反方向上松脱的形状锁定件。
[0052]弹簧构件25的第四功能是定位功能，其中，弹簧构件25被实施为自对中或自定位部件。每个板簧区段27a、b包括定位区段37a、b，所述定位区段被整体形成在壳体6中的定位凹部38a、b接收。定位凹部38a、b是凹槽，所述凹槽沿直线方向9延伸。定位区段37a、b和定位凹部38a、b在弹簧构件25被引导到其最终位置时充当组装辅助结构，且在弹簧构件25的最终位置充当形状锁定安装结构。
[0053]弹簧构件25由金属制成，且被实施为单件式金属板部件，而且可通过切割和弯曲金属板制造。
【权利要求】
1.一种用于摄像机(I)的构件的直线运动的直线致动器(8)，所述直线致动器(8)包括: 支撑结构(6)， 设置在支撑结构(6 )上的用于产生旋转运动的电机(10 )， 用于承载所述构件且用于相对于所述支撑结构(6)执行所述直线运动的构件承载结构(7)， 用于传递旋转运动的传动机构(11)，其中，传动机构(11)的处于构件承载结构(7)之前的最后的传动轮是传递轮(20 )， 其特征在于 传递轮(20)包括沿传递轮(20)的转动方向延伸的引导道(23a、b、c)，沿着所述引导道(23a、b、c)具有斜坡，其中，构件承载结构(7)通过停靠结构(24a、b、c)与所述引导道(23a、b、c)耦合，使得构件承载结构(7 )由于引导道(23a、b、c)的斜坡而通过传递轮(20)的旋转运动沿直线方向(9)移位。
2.如权利要求1所述的直线致动器(8)，其特征在于，引导道(23a、b、c)是与传递轮(20)的转动轴线(A4)同轴和同心的至少一个圆形路径或其部分区段。
3.如前面权利要求中任一所述的直线致动器(8)，其特征在于，引导道(23a、b、c)在传递轮(20)的转动方向上具有恒定的斜率。
4.如前面权利要求中任一所述的直线致动器(8)，其特征在于，停靠结构(24a、b、c)被实施为至少一个停靠指状部或停靠块。
5.如权利要求2-4中任一所述的直线致动器(8)，其特征在于，所述至少一个引导道(23a、b、c)绕着转动轴线在大于或等于60°、优选大于或等于90°、尤其大于或等于110°上延伸。
6.如权利要求5所述的直线致动器(8)，其特征在于，传递轮包括三个引导道(23a、b、c)，其中，每一个引导道(23a、b、c)分别形成在传递轮的相应的三分之一中。
7.如前面权利要求中任一所述的直线致动器(8)，其特征在于，构件承载结构(7)通过支撑结构(6 )被沿直线方向(9 )形状配合地弓I导。
8.如前面权利要求中任一所述的直线致动器(8)，其特征在于，构件承载结构(7)被沿直线方向(9)弹簧推压，以朝传递轮(20)的方向预加载构件承载结构(7)。
9.如前面权利要求中任一所述的直线致动器(8)，其特征在于，传动机构(11)包括具有多个齿轮(G1...7)的齿轮系，其具有绝对值大于I的传动比。
10.如权利要求9所述的直线致动器(8)，其特征在于，传递轮(20)被实施为用于与邻近的齿轮(G7)耦合的中空齿轮。
11.一种具有后焦点模块(3)的摄像机(1)，其特征在于，它具有根据前面权利要求中任一所述的直线致动器(8)，其中，构件承载件(7)承载图像捕获单元，直线致动器(8)允许调节构件承载结构(7)、进而图像捕获单元与物镜之间的距离。
【文档编号】H04N5/225GK103718100SQ201180072608
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2011年7月29日 优先权日:2011年7月29日
【发明者】A·M·赖肯, B·罗腾加特 申请人:罗伯特·博世有限公司