用于增穩和減振的裝置和方法
【專利說明】用于増穩和減振的裝置和方法
【背景技術】
[0001] 多年來，業余及專業攝影師和攝像師一直與由于相機安裝的不穩定性、使用者的 移動、從移動交通工具傳遞到相機的運動和振動或者這些問題的組合所造成的圖像模糊作 斗爭。
[0002] 目前，主要有四種普遍采用在攝影和攝像中用于減少振動對圖片的影響的方法： 軟件增穩、鏡頭增穩、傳感器增穩以及整體拍攝設備增穩。
[0003] 鏡頭增穩和傳感器增穩現在廣泛應用于許多消費級數碼相機中。鏡頭增穩的基本 原理是通過控制某些鏡頭或一些柔性焦距透鏡組的水平位移或旋轉來消除鏡頭上的抖動； 而傳感器增穩旨在通過使光敏傳感器能夠平移或旋轉來抵消振動。鏡頭增穩和傳感器增穩 都是在拍攝設備內實現，因而需要最小的體積。然而，由于結構的限制以及鏡頭或傳感器的 移動（包括平移和旋轉）的有限的行程范圍，大振幅或高頻率的振動仍然難以完全消除，特 別是當在移動中的載具上攜載拍攝設備或安裝視頻設備時尤為如此。
[0004] 軟件增穩的效果是有限的。在針對視頻的抖動消除過程中需要極大的計算量，而 通常有益效果有限。
[0005] 總體而言，應用于拍攝設備增穩的方法主要在三個旋轉軸上，以較大的旋轉范圍 和適度快速的反應對拍攝設備進行增穩。這可以基本上克服鏡頭增穩和傳感器增穩的缺 點。然而，由于增穩是針對整套（視頻）設備進行的，因此結構通常很大，使得其不便攜帶 或使用，并且需要非常大量的能量（電池）來驅動增穩設備，從而使其對于大多數商業和個 人應用而言不方便、不實用并且相對昂貴。
【發明內容】
[0006] 本發明提供了一種廣泛應用于執行有效增穩的替代設計，包括但不限于靜態照片 和視頻成像的防抖。本發明部分地揭示了通過例如將成像設備的光學單元與非光學單元相 分隔來對成像設備進行增穩的裝置和方法。本發明有效減少增穩設備所必須的較大體積以 實現防抖。本發明揭示的增穩方法可以：i)減小尺寸和/或重量，ii)改善現有的增穩方法 和/或iii)促進整個拍攝設備構造和與之一起使用的任何外部增穩結構的小型化。
[0007] 一方面，本發明提供了用于為包括光學單元和非光學單元的成像設備增穩的裝 置，所述光學單元和非光學單元構成整個成像設備，所述裝置包括：框架組件，其可旋轉地 連接至成像設備的光學單元而不整體地支撐整個成像設備，其中所述框架組件用于允許光 學單元圍繞至少第一旋轉軸和第二旋轉軸旋轉，光學單元包括至少一鏡頭和光學耦合至所 述鏡頭的一光傳感器；以及連接至框架組件的電機組件，所述電機組件用于直接驅動框架 組件，以便允許光學單元圍繞至少所述第一旋轉軸或所述第二旋轉軸旋轉。
[0008] 在一些實施方式中，成像設備的非光學單元非機械連接至所述裝置。在一些實施 方式中，光學單元和非光學單元電連接。在一些實施方式中，光學單元和非光學單元可相對 于彼此移動。
[0009] 在一些實施方式中，成像設備的非光學單元非機械連接于成像設備的光學單元。 在一些實施方式中，光學單元和非光學單元彼此無線通信。
[0010] 在一些實施方式中，成像設備的光學單元進一步包括濾光器、位置傳感器、存儲介 質、電池、變焦電機、電路、電源、處理器或外殼中的至少一種。在其他實施方式中，成像設備 的光學單元進一步包括適于為光學單元提供穩定性的配重塊。在其他實施方式中，所述配 重塊包括電池。
[0011] 在一些實施方式中，非光學單元不包括鏡頭或光傳感器。在其他實施方式中，成像 設備的非光學單元包括位置傳感器、存儲介質、電池、電機、電路、電源、處理器或外殼中的 至少一種。
[0012] 在一些實施方式中，第一旋轉軸和第二旋轉軸中的至少一個對應于光學單元的俯 仰軸、橫滾軸或航向軸。在其他實施方式中，框架組件進一步用于允許光學單元圍繞第三旋 轉軸旋轉。在一些實施方式中，第三旋轉軸對應于光學單元的俯仰軸、橫滾軸或航向軸中的 至少一個。
[0013] 進一步地，在一些實施方式中，所述裝置進一步包括一個或多個位置傳感器，其中 所述一個或多個位置傳感器中的至少一個用于檢測與光學單元相關聯的狀態信息。此外， 所述裝置進一步包括控制器，所述控制器根據與光學單元相關聯的狀態信息來生成一個或 多個電機信號。在一些實施方式中，狀態信息包括平移或旋轉移動信息或者位置信息。
[0014] 在其他實施方式中，所述位置傳感器中的至少一個用于檢測與非光學單元相關聯 的狀態信息。
[0015] 在進一步的實施方式中，所述一個或多個位置傳感器中的至少一個用于測量至少 與光學單元的俯仰軸、橫滾軸或航向軸相關聯的移動。此外，所述一個或多個位置傳感器中 的至少一個包括慣性傳感器。
[0016] 在任何前述實施方式中，所述裝置用于連接至可移動物體。此外，所述裝置用于與 所述非光學單元相比，更多地減少所述光學單元所經受的移動，所述移動是由所述可移動 物體造成的。在一些實施方式中，所述用于為包括光學單元和非光學單元的成像設備增穩 的裝置為可手持的。
[0017] 進一步地，在任何前述實施方式中，框架組件包括第一部分和第二部分，所述第一 部分連接至并支撐光學單元，所述第二部分可圍繞第一旋轉軸相對于第一部分和光學單元 移動。此外，框架組件可進一步包括第三部分，所述第三部分可圍繞第二旋轉軸相對于第二 部分移動。
[0018] 本申請提供了用于為包括光學單元和非光學單元的成像設備的至少一部分增穩 的裝置，所述裝置包括比支撐包括光學單元和非光學單元的整個成像設備所需的框架組件 體積小的框架組件，其中所述框架組件用于支撐成像設備的光學單元，其中所述框架組件 用于允許光學單元圍繞至少第一旋轉軸和第二旋轉軸旋轉，并且其中所述光學單元包括鏡 頭和光學耦合至所述鏡頭的光傳感器；并且其中電機組件用于驅動框架組件，以便允許光 學單元圍繞至少第一旋轉軸或第二旋轉軸旋轉。
[0019] 在一些實施方式中，成像設備的非光學單元非機械連接至所述裝置。在一些實施 方式中，光學單元和非光學單元電連接。在一些實施方式中，光學單元和非光學單元可相對 于彼此運動。
[0020] 在一些實施方式中，成像設備的非光學單元不與成像設備的光學單元機械連接。 在一些實施方式中，光學單元和非光學單元彼此無線通信。
[0021] 在一些實施方式中，成像設備的光學單元進一步包括濾光器、位置傳感器、存儲介 質、電池、變焦電機、電路、電源、處理器或外殼中的至少一種。在其他實施方式中，成像設備 的光學單元進一步包括適于為光學單元提供穩定性的配重塊。在其他實施方式中，所述配 重塊包括電池。
[0022] 在一些實施方式中，非光學單元不包括鏡頭或光傳感器。在其他實施方式中，成像 設備的非光學單元包括位置傳感器、存儲介質、電池、電機、電路、電源、處理器或外殼中的 至少一種。
[0023] 在一些實施方式中，第一旋轉軸和第二旋轉軸中的至少一個對應于光學單元的俯 仰軸、橫滾軸或航向軸。在其他實施方式中，框架組件進一步用于允許光學單元圍繞第三旋 轉軸旋轉。在一些實施方式中，第三旋轉軸對應于光學單元的俯仰軸、橫滾軸或航向軸中的 至少一個。
[0024] 進一步地，在一些實施方式中，所述裝置進一步包括一個或多個位置傳感器，其中 所述一個或多個位置傳感器中的至少一個用于檢測與光學單元相關聯的狀態信息。此外， 所述裝置進一步包括控制器，所述控制器根據與光學單元相關聯的狀態信息來生成一個或 多個電機信號。在一些實施方式中，狀態信息包括平移或旋轉移動信息或者位置信息。
[0025] 在其他實施方式中，所述位置傳感器中的至少一個用于檢測與非光學單元相關聯 的狀態信息。
[0026] 在進一步的實施方式中，所述一個或多個位置傳感器中的至少一個用于測量至少 與光學單元的俯仰軸、橫滾軸或航向軸相關聯的移動。此外，所述一個或多個位置傳感器中 的至少一個包括慣性傳感器。
[0027] 在任何前述實施方式中，所述裝置用于連接至可移動物體。此外，所述裝置用于： 與所述非光學單元相比，更多地減少所述光學單元所經受的移動，所述移動是由所述可移 動物體造成的。在一些實施方式中，所述用于為包括光學單元和非光學單元的成像設備的 至少一部分增穩的裝置為手持型的。
[0028] 進一步地，在任何前述實施方式中，框架組件包括第一部分和第二部分，所述第一 部分連接至并支撐光學單元，所述第二部分可圍繞第一旋轉軸相對于第一部分和光學單元 移動。此外，框架組件可進一步包括第三部分，所述第三部分可圍繞第二旋轉軸相對于第二 部分移動。
[0029] 在另一方面，本發明提供了用于為包括光學單元和非光學單元的成像設備的至少 一部分增穩的裝置，所述光學單元和非光學單元構成整個成像設備，所述裝置包括：框架組 件，其支撐成像設備的光學單元，其中所述框架組件用于允許光學單元圍繞至少第一旋轉 軸和第二旋轉軸旋轉，并且其中光學單元包括至少一鏡頭和光學耦合至所述鏡頭的一光傳 感器；以及電機組件，其連接至框架組件，其中所述電機組件用于驅動框架組件，以便允許 光學單元圍繞至少第一旋轉軸或第二旋轉軸旋轉，并且其中所述電機組件消耗的最小能量 小于驅動支撐整個成像裝置的框架組件所需的能量。
[0030] 在一些實施方式中，成像設備的非光學單元非機械連接至所述裝置。在一些實施 方式中，光學單元和非光學單元電連接。在一些實施方式中，光學單元和非光學單元可相對 于彼此運動。
[0031]在一些實施方式中，成像設備的非光學單元不與成像設備的光學單元機械連接。 在一些實施方式中，光學單元和非光學單元彼此無線通信。
[0032]在一些實施方式中，成像設備的光學單元進一步包括濾光器、位置傳感器、存儲介 質、電池、變焦電機、電路、電源、處理器或外殼中的至少一種。在其他實施方式中，成像設備 的光學單元進一步包括適于為光學單元提供穩定性的配重塊。在其他實施方式中，所述配 重塊包括電池。
[0033] 在一些實施方式中，非光學單元不包括鏡頭或光傳感器。在其他實施方式中，成像 設備的非光學單元包括位置傳感器、存儲介質、電池、電機、電路、電源、處理器或外殼中的 至少一種。
[0034] 在一些實施方式中，第一旋轉軸和第二旋轉軸中的至少一個對應于光學單元的俯 仰軸、橫滾軸或航向軸。在其他實施方式中，框架組件進一步用于允許光學單元圍繞第三旋 轉軸旋轉。在一些實施方式中，第三旋轉軸對應于光學單元的俯仰軸、橫滾軸或航向軸中的 至少一個。
[0035] 進一步地，在一些實施方式中，所述裝置進一步包括一個或多個位置傳感器，其中 所述一個或多個位置傳感器中的至少一個用于檢測與光學單元相關聯的狀態信息。此外， 所述裝置進一步包括控制器，所述控制器根據與光學單元相關聯的狀態信息來生成一個或 多個電機信號。在一些實施方式中，狀態信息包括平移或旋轉移動信息或者位置信息。
[0036] 在其他實施方式中，所述位置傳感器中的至少一個用于檢測與非光學單元相關聯 的狀態信息。
[0037] 在進一步的實施方式中，所述一個或多個位置傳感器中的至少一個用于測量至少 與光學單元的俯仰軸、橫滾軸或航向軸相關聯的移動。此外，所述一個或多個位置傳感器中 的至少一個包括慣性傳感器。
[0038] 在一些前述實施方式中，所述裝置用于連接至可移動物體。此外，所述裝置用于： 與所述非光學單元相比，更多地減少所述光學單元所經受的移動，所述移動是由所述可移 動物體造成的。在一些實施方式中，所述用于為包括光學單元和非光學單元的成像設備的 至少一部分增穩的裝置為手持型的。
[0039] 進一步地，在一些前述實施方式中，框架組件包括第一部分和第二部分，所述第一 部分連接至并支撐光學單元，所述第二部分可圍繞第一旋轉軸相對于第一部分和光學單元 移動。此外，框架組件可進一步包括第三部分，所述第三部分可圍繞第二旋轉軸相對于第二 部分移動。
[0040] 在所述裝置的一些實施方式中，所述能量小于當整個成像設備整體地由框架組件 所支撐時驅動所述框架組件所需的能量的量。
[0041] 在一些實施方式中，裝置用于為包括光學單元和非光學單元的成像設備的至少一 部分增穩，并且其中所述電機組件消耗的最小能量小于驅動支撐整個成像裝置的框架組件 所需的能量，所述能量小于當整個成像設備整體地由框架組件所支撐時驅動所述框架組件 所需的能量。
[0042] 在另一方面，本發明提供了成像設備，所述成像設備包括：光學單元，其包括至少 一鏡頭和一光學耦合至所述鏡頭的光傳感器；以及非光學單元，其電連接至光學單元，其中 所述光學單元可通過連接至所述光學單元的框架組件的致動而相對于非光學單元運動。
[0043] 在一些實施方式中，非光學單元非機械連接至框架組件。
[0044] 在一些實施方式中，光學單元進一步包括濾光器、位置傳感器、存儲介質、電池、變 焦電機、電路、電源、處理器或外殼中的至少一種。在其他實施方式中，光學單元進一步包括 適于為光學單元提供穩定性的配重塊。在一些實施方式中，所述配重塊包括電池。
[0045] 在一些實施方式中，非光學單元不包括鏡頭或光傳感器。在其他實施方式中，成像 設備的非光學單元包括位置傳感器、存儲介質、電池、電機、電路、電源、處理器或外殼中的 至少一種。
[0046] 在成像設備的一些實施方式中，光學單元可通過框架組件的致動而圍繞第一旋轉 軸和第二旋轉軸移動，并且光學單元可通過框架組件的致動而圍繞第三旋轉軸移動。
[0047] 在成像設備的其他實施方式中，光學單元可通過框架組件的致動而圍繞第三旋轉 軸移動，并且所述第三旋轉軸對應于光學單元的俯仰軸、橫滾軸或航向軸中的至少一個。
[0048] 在成像設備的進一步實施方式中，與光學單元相關聯的狀態信息可由一個或多個 位置傳感器來檢測，并且所述與光學單元相關聯的狀態信息用于生成一個或多個電機信 號，所述電機信號驅動框架組件的致動。所述狀態信息包括平移或旋轉移動信息或者位置 信息。此外，與非光學單元相關聯的狀態信息可由一個或多個位置傳