用於電子設備的承載框架和電路板的製作方法

2023-05-17 07:09:46

用於電子設備的承載框架和電路板的製作方法
【專利摘要】一種電子設備包括電子電路板，所述電子電路板包含處理元件和視覺傳感器。承載框架用於支承電子電路板。光學元件定位在傳感器上方並由承載框架支承。電子電路板彎曲以縮短電子設備的長度、厚度和／或寬度，而不增加電子設備長度、厚度和／或寬度中的其它量。
【專利說明】用於電子設備的承載框架和電路板
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]不適用。
[0003]關於聯邦贊助的研究或研發的聲明
[0004]不適用。【背景技術】
[0005]本技術涉及電子設備的組件，且更具體涉及組裝有印刷電路板和支承該印刷電路板的承載框架的電子設備。
[0006]大多數(如果不是全部)電子設備包括一個或多個印刷電路板(PCB)。組裝期間，電路板螺紋連接或以其它方式連接到電子設備的殼體的一部分或殼體內的其它板。一種電子設備是成像設備，更通常稱為相機。成像設備通常用於檢查、定位和/或獲取的對象的圖像。例如，在製造應用中，成像系統可用於通過獲取所製造的對象的圖像並且使用各種類型的圖像處理算法分析這些圖像以檢測該對象中的缺陷。不像使用膠片來捕捉和存儲圖像的常規相機，某些成像設備使用包括視覺傳感器、控制器、照明設備、鏡頭等在內的各種電子、固態或其它裝置。
[0007]某些成像設備可包括殼體，殼體具有安裝到若干剛性PCB的固態裝置，剛性PCB通過殼體保持在所需配置。若干PCB中的一個需要與鏡頭對準，且鏡頭需要與殼體上的開口對準。使用連接器將一個或多個PCB連接在一起，這增加尺寸、成本、組裝時間和可能的故障區域。殼體的尺寸限於各固態裝置和用於支承它們的剛性PCB的尺寸。
[0008]已經在用於電子設備的印刷電路板區域進行了一些改進。PCB現在可以靈活方式使用，且是剛性和柔性的混合，稱為剛性-柔性。混合式剛性-柔性PCB通常由層疊在一起成單個結構的剛性和柔性襯底構成。其它形式的PCB稱為剛性化柔性結構，它是簡單的柔性電路，包括被附連以提供對電路板上電子組件的支承的剛性件。剛性-柔性電路通常具有剛性層上的導體，這將其與具有剛性件(StifTener)的多層電路區分開。
[0009]現有技術的電子設備不僅在裝配過程中，而且在總體尺寸上具有幾個缺點，並限制剛性電路板的適用性和PCB連接器的可靠性。

【發明內容】

[0010]本實施例通過包含使用承載框架來支承PCB而克服現有技術的缺點。PCB可圍繞承載框架定位並由承載框架支承，且其它電子和固態裝置可由PCB和/或承載框架支承。
[0011]因而，某些實施例包括可調節鏡頭裝置。可調節鏡頭裝置包括鏡頭，鏡頭包括鏡頭基部和從鏡頭基部延伸的鏡頭鏡筒。可調節鏡頭裝置還可包括承載框架，承載框架包括孔，孔包括邊。孔的尺寸可被調節成接納至少鏡頭基部。可包括鏡頭焦點固定件，且鏡頭焦點固定件包括棘輪部分和鏡頭保持部分。棘輪部分可包括從棘輪部分延伸的至少一個棘齒臂，且至少一個棘齒臂包括配合端，配合端的尺寸被調節成與圍繞邊定位的多個匹配配合裝置中的至少一個配合。鏡頭保持部分可包括配合部分，配合部分用於與鏡頭配合以限制鏡頭的運動。鏡頭焦點固定件可以是可轉動的，以調節所述鏡頭的焦點位置，使得當鏡頭焦點固定件沿第一方向轉動第一距離時，鏡頭保持部分使鏡頭沿第一方向轉動第二距離。
[0012]其它實施例還包括電子設備。電子設備包括電子電路板，電子電路板包含處理元件和視覺傳感器，電子電路板包括與柔性電路板耦合在一起的多個電路板。承載框架可用於支承電子電路板。鏡頭可定位在視覺傳感器上方並由承載框架支承，鏡頭至少部分地定位在由電子電路板限定的容積內，鏡頭位置相對於承載框架和視覺傳感器可調節。鏡頭焦點固定件可耦合到承載框架並與鏡頭接觸。
[0013]與上述內容一致，某些實施例包括用於組裝電子設備的方法。該方法包括:提供承載框架，承載框架包括多個限制件，用以支承電子電路板；提供電子電路板，電子電路板包括視覺傳感器和處理器；使電子電路板圍繞承載框架的至少一部分彎曲；使電子電路板與多個限制件配合；將鏡頭定位在視覺傳感器上方，承載框架將鏡頭支承在視覺傳感器上方；以及用鏡頭焦點固定件限制鏡頭，鏡頭焦點固定件與鏡頭和承載框架接觸，使得沿第一方向將鏡頭焦點固定件轉動第一距離導致鏡頭沿第一方向轉動第二距離。
[0014]對於前述和相關的目標的成就，本技術則包括下文中完整描述的特徵。以下描述和所附附圖詳細闡述了本技術的多方面。然而，這些方面只表示能運用本技術原理的多種方式中的一小部分。通過結合附圖參考對本技術的以下詳細描述，本技術的其它方面、優點和新穎特徵將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是根據本實施例的電子設備的一實施例的立體圖，並示出由承載框架支承的剛性-柔性PCB的一個定向；
[0016]圖2是根據本實施例的電子設備的分解圖；
[0017]圖3是圖1所示電子設備的平面圖，並示出鏡頭焦點固定件的實施例；
[0018]圖4是如圖1所示的鏡頭焦點固定件的剖視立體圖；
[0019]圖5是根據本實施例的電子設備的剖視立體圖，並示出鏡頭焦點固定件的替代實施例；
[0020]圖6是根據本實施例的電子設備的一部分的剖視立體圖，並示出鏡頭焦點固定件的替代實施例；
[0021]圖7是根據本實施例的電子設備的立體圖並示出；
[0022]圖8是如圖7所示的鏡頭焦點固定件的實施例的立體圖；
[0023]圖9是圖1所示電子設備的平面圖，並示出鏡頭焦點固定件的實施例；
[0024]圖10是根據本實施例的電子設備的立體圖並示出承載框架且視覺傳感器鏡頭被移除；
[0025]圖11是電子設備的可選構造的立體圖，示出根據本實施例覆蓋承載框架表面的主要部分並與視覺傳感器鏡頭交疊的剛性-柔性PCB的一部分；
[0026]圖12-14是示出根據本實施例圍繞承載框架彎曲並由承載框架支承的剛性-柔性PCB的替代構造；
[0027]圖15是根據本實施例的電子設備的立體圖並示出耦合至承載框架和/或剛性-柔性PCB的光學組件；[0028]圖16是電子設備的可選構造的立體圖，電子設備包括液體鏡頭配置；
[0029]圖17是定位在封殼內的電子設備的部分分解立體圖，該封殼包括熱耦合到電子設備的散熱器以從電子設備吸走熱量；
[0030]圖18是如圖17所示位於封殼內的電子設備的立體圖；
[0031]圖19是位於封殼內的電子設備的部分分解立體圖，並示出輸入/輸出板；
[0032]圖20是圖19所示電子設備的立體圖，並示出包括可耦合至照明設備的連接器的輸入/輸出板；
[0033]圖21是封圍的電子設備的立體圖，並示出如圖20所示的照明設備；以及
[0034]圖22是圖9所示電子設備的平面圖，並示出封圍的、並具有前蓋的電子設備，提供鏡頭焦點固定件的部分視圖；
[0035]圖23是與電子設備相關聯的方法的流程圖。
[0036]雖然本技術容許多種修改和替代形式，但其具體實施例將通過附圖中的示例示出且將在本文中予以詳細描述。然而應當理解，這裡對具體實施例的描述並不旨在將本技術限於所公開的特定形式，相反，其意圖是覆蓋落在如所附權利要求所限定的本技術的精神和範圍內的所有修改、等效方案以及替換方案。
【具體實施方式】
[0037]現在參考附圖描述本技術的各個方面，其中在若干視圖中相似的附圖標記對應於類似的元素。然而應該理解，下文所涉及的附圖和詳細描述並不旨在將所要求保護的主題限制為所公開的特定形式。相反，本發明將涵蓋落入所要求保護的主題的精神和範圍內的所有修改、等效方案和替換方案。
[0038]如此處所使用的，術語「組件」、「系統」、「設備」等旨在指硬體、硬體和軟體的組合、軟體或者是執行中的軟體。本文中所使用的詞語「示例性」意味著用作示例、實例、或說明。在此被描述為「示例性」的任何方面或設計並不一定要被解釋為相比其他方面或設計更優選或有利。
[0039]此外，所公開的主題可以通過使用標準編程和/或工程技術和/或編程來產生軟體、固件、硬體、或其任何組合以控制基於電子的設備實施在此詳述的諸方面而被實現為系統、方法、裝置或製造品。
[0040]除非另外指定或限制，術語「安裝」、「連接」、「支承」和「耦合(coupled) 」及其變體被廣泛地使用，並且涵蓋直接和間接的安裝、連接、支承和耦合。此外，「連接」和「耦合」不限於物理或機械連接或耦合。如本文中所使用的，除非另有明確表述，「連接」是指一個元件/特徵直接或間接地連接到另一元件/特徵，並且不一定是電地或機械地。類似地，除非另有明確表述，「耦合」是指一個部件/特徵直接或間接地耦合到另一部件/特徵，並且不一定是電地或機械地。
[0041]如此處所使用地，術語「處理器」可包括一個或多個處理器和多個存儲器和/或一個或多個可編程硬體部件。如此處所使用地，術語「處理器」意在包括任何類型的處理器、CPU、微控制器、數位訊號處理器、或能執行軟體指令的其他設備。
[0042]如此處所使用的，術語「存儲介質」包括非易失性介質，例如磁介質或硬碟、光學存儲、或快閃記憶體；諸如系統存儲器之類的易失性介質，例如諸如DRAM、SRAM、EDO RAM、RAMBUSRAM、DR DRAM之類的隨機存取存儲器(RAM);或者其上可存儲電腦程式和/或可緩存數據通信的安裝介質，諸如軟體介質，例如CD-ROM或軟盤。術語「存儲介質」還可包括其他類型的存儲器或其組合。
[0043]下面通過使用示圖來說明用於實施本技術的實施例的實施例的結構或處理來描述本技術的實施例。以這種方式使用示圖來呈現本技術的實施例不應被解釋為對其範圍的限制。本技術構想了電子設備配置和用於組裝和使用載體框架來支承PCB的系統與方法。
[0044]將結合使用承載框架組裝的成像設備描述電子設備的各實施例，剛性-柔性PCB在承載框架上、內和/或圍繞承載框架來定位或彎曲。這是因為本技術的特徵和優點很好地適於該目的。還應理解，該技術的各方面可應用於其它形式的電子設備和PCB，以及可受益於使用剛性-柔性PCB和承載框架的其它系統和組件。使用圍繞承載框架定位的剛性-柔性PCB降低成本並產生緊湊體積形式的電子設備。剛性-柔性PCB和承載框架可用於減小電子設備的長度、厚度和寬度中的至少一個，而不增加長度、厚度和寬度中的其它。
[0045]示例性成像設備可嵌入其它電子設備以增加機器視覺和/或編碼讀取功能，並且還可以是獨立的成像設備。當嵌入時，這種電子設備可以是作為非限制實例的工業、醫療、移動或零售設備，並且可用於作為非限制實例的製造組裝、測試、測量、自動化和/或控制應用等。當獨立時，成像設備可整合到封殼內，並可包括例如連接器、I / O、電路和用戶界面組件。示例性成像設備可使用圖像獲取軟體，圖像獲取軟體可操作用於執行各種類型的圖像獲取中的任何一種。成像設備可執行作為非限制實例的機器視覺任務和/或解碼包含機器可讀符號的圖像。
[0046]參照圖1，本文描述的各實施例可減小成像設備50的大小和/或成本。在某些實施例中，某些或全部電子部件可放在可定位在一個或多個剛性-柔性PCB52上，該一個或多個剛性-柔性可在承載框架54上和/或內和/或圍繞承載框架54定位。承載框架54可支承PCB52和其它部件，包括成像設備機械件、電子件和/或成像設備光學件。這樣，成像設備可用最小的體積尺寸實現最大的PCB面積。成像設備50的總體尺寸可通過使用圍繞承載框架54彎曲或摺疊的剛性-柔性PCB52而減小。該尺寸減小可通過將鏡頭簡體積併入摺疊的PCB52內部來實現。
[0047]為了優化熱耗散，各實施例可包括放置在PCB52上以面向成像設備50外側的某些或全部發熱部件，以有助於從成像設備輻射熱量。在某些實施例中，PCB52的不同板構造之間的連接可通過剛性-柔性PCB52的柔性部件82實現。
[0048]現參照圖2，示例性成像設備50通常包括剛性-柔性PCB52和承載框架54。剛性-柔性PCB52可包括各種板構造,這些板構造包括處理元件。在圖2所示的實施例中，剛性-柔性PCB可包括主板56、傳感器板58、電源和I / 0板60、以及照明板62。應理解，這些板中的任何板可去除或用其它板代替，且附圖中所討論和所示的部件可從一個板移動到另一個板。具體的板名稱並不是限制，而是僅為了簡化而命名，且並不限定具體形式或功倉泛。
[0049]主板56可通常包括用於圖像處理和解碼的處理器64。處理器64可由軟體編碼，該軟體配置為控制亮度、採集圖像數據、和將所採集的圖像數據處理碼為可用信息等。圖像處理可包括已知操作，已知操作作為非限制實例包括檢查、對準和測量。存儲介質66也可包括在主板56上以存儲成像軟體、圖像、以及緩衝數據等。[0050]傳感器板58可通常包括視覺傳感器68。視覺傳感器68用於將通過鏡頭70進入的光轉換成電子以形成圖像。鏡頭70將圖像數據，即來自圖像的反射光，聚焦到視覺傳感器68上。鏡頭70可定位在傳感器板58上的視覺傳感器68上方，以提供對象在視覺傳感器68的視場(FOV)內的視圖。為了保護視覺傳感器68免受灰塵和散射光影響，可使用諸如雙粘合密封帶92的密封劑，且密封劑可圍繞視覺傳感器68的外邊緣94定位，並可粘結到傳感器板。在某些實施例中，隔熱材料幅材(web) 74可定位在部件和/或板之間以輔助減少熱流。例如，隔熱材料74可定位在視覺傳感器68與處理器64之間以輔助減少熱流。
[0051]諸如已知LED和/或雷射二極體之類的瞄準裝置72可包括在傳感器板58上。瞄準裝置可提供成像設備50的FOV中心的諸如點或X的例如視覺指示的指示。瞄準裝置72可定位在傳感器板58上或其它板中的任何板上，且承載框架54可包括孔124以允許LED束或雷射束(未示出)穿過。瞄準鏡頭126可放置在瞄準裝置72的前部或頂部，從而例如調節瞄準輸出角度和/或一致性。瞄準鏡頭126可用其它類型的鏡頭代替以符合不同的應用要求。承載框架54可包括凹陷128，該凹陷可用於將瞄準鏡頭126固定到承載框架54。瞄準鏡頭126可包括將瞄準鏡頭、以及可能照明板62固定到承載框架54的一個或多個凸片或壓緊件130。在其它實施例中，粘合帶或膜可單獨使用或與壓緊件130組合使用以將瞄準鏡頭126固定到承載框架54。
[0052]電源和I / 0板60可通常包括電源管理電路76和用於各種任選設備和/或耦合到例如通信網絡的模擬和/或數字輸入和輸出(I / 0)連接件78。照明板62還可包括
I/ 0連接件78，且其中還可包括例如用於對象照明的照明設備80(例如一個或多個LED)。照明設備80可以是例如已知的LED。類似於瞄準鏡頭126，在某些實施例中，照明鏡頭114可放置在照明設備80的前部或頂部，以調節例如光輸出角度和/或一致性。照明鏡頭114可用其它類型的鏡頭代替以符合不同的照明要求。照明板62的尺寸和形狀可被調節以包括可用於將照明鏡頭114固定到承載框架54的凹陷116或其它結構或固定機構。照明鏡頭114還可用於將照明板62保持到承載框架54。類似於瞄準鏡頭126，在某些實施例中，照明鏡頭114可包括將照明鏡頭、和/或可能的照明板62固定到承載框架54的一個或多個凸片或壓緊件120 (參見圖15)。應理解，承載框架54還可包括保持特徵以允許照明鏡頭114保持在承載框架54上。在其它實施例中，粘合帶或膜122可單獨使用或與保持件120組合使用以將照明鏡頭114固定到照明板62和/或承載框架。
[0053]承載框架54可以是模製、成型和/或加工部件，且尺寸和形狀可被調節以便為某些或全部板56、58、60和62提供支承結構，並用於支承下文討論的一個或多個光學元件和/或其它成像設備部件。承載框架54還可包括多個PCB保持件90。在所示實施例中，承載框架54包括四個PCB保持件90 (在視圖中隱藏了左後PCB)，但也可使用更多或更少PCB保持件90。圖11中使用六個PCB保持件90。例如圖1和2所示，可將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、傳感器板58、電源和I / 0板60、和/或照明板62可通過使用PCB保持件90和/或承載框架本身在承載框架54上、內和/或周圍保持就位。
[0054]常規成像設備包括對特定焦距進行工廠校準的鏡頭，且沒有用於用戶調節的選項。不同的焦距需要不同的成像設備。其它常規成像設備提供某些鏡頭調節能力，但需要工具和成像設備的拆卸，即使對於小的或輕微的精調調節也是如此。為了克服這些限制，承載框架54可包括孔88，孔88的尺寸被調節成支承主成像鏡頭70。孔88可螺紋連接成允許鏡頭70進行更換和/或轉動以調節鏡頭焦點。這使得能夠通過調節鏡頭70而不是移動成像設備50來聚焦成像設備。在某些實施例中，鏡頭70可包括帶螺紋底部96，且承載框架54可包括孔88內的匹配螺紋98以支撐鏡頭，並允許鏡頭70轉動以調節鏡頭70與視覺傳感器68之間的距離來進行聚焦。在某些應用中，鏡頭可用鏡頭焦點固定件100固定以限制鏡頭自身轉動。
[0055]成像設備在用在製造組裝、測試、測量、自動化和/或控制應用時例如可經受惡劣的運行環境，包括振動和會造成熱膨脹和收縮的溫度變化。這些環境因素會使鏡頭自身轉動，這最終會使鏡頭離焦，可能造成不令人滿意的結果。鏡頭焦點固定件100不僅可用於限制鏡頭70在這些惡劣環境中轉動，而且在某些實施例中，鏡頭焦點固定件100也可允許不使用工具調節鏡頭70，同時限制鏡頭。
[0056]參照圖3和4，鏡頭焦點固定件100可成型配合和由使用者卡配或壓入就位以限制鏡頭70，並可轉動以提供鏡頭調節的分離步驟以調節鏡頭70的焦點位置，所有步驟都不使用工具。在某些實施例中，鏡頭焦點固定件100可包括基部134、棘輪部分136和鏡頭保持部分138。在某些實施例中，棘輪部分136可包括從基部134延伸的至少一個棘齒臂140。棘齒臂140可包括從棘齒臂140的配合端144延伸的突起142。突起142可被調節尺寸並被配置成與匹配的配合裝置146配合，諸如圍繞孔88的凹陷邊148定位的多個凹陷146中的一個。棘齒臂140可施加徑向延伸的力，使得配合端144朝向匹配的配合裝置146偏置。如圖所示，鏡頭焦點固定件100包括六個棘齒臂140，但考慮更多或更少的棘齒臂。每個突起142和凹陷146提供用於鏡頭70的離散焦點位置。在某些實施例中，凹陷邊148可包括切口 150，在該切口 150處棘齒臂140和相關的突起142不與凹部146接觸。應理解，可使用其它閂鎖機構，包括邊148可包括突起142，且配合端144可包括例如凹陷146的情況。
[0057]鏡頭保持部分138可部分地或大致圍繞鏡筒106與鏡頭的鏡筒106接觸和配合。如圖3所示，保持部分138可包括配合部分150，諸如多個肋150，以與鏡筒106接觸和配合，並防止鏡頭70轉動。示出三個肋150，但也考慮更多或更少的肋。
[0058]使用時，用戶可通過在螺紋孔88內轉動螺紋鏡頭70而安裝和提供鏡頭70的調節。用戶可然後將鏡頭焦點固定件100定位在鏡頭70上方，並將鏡頭焦點固定件100插入凹陷邊148內且在鏡頭鏡筒106上方。現限制鏡頭70自身轉動。為了提供離散焦點位置的精調焦點調節，用戶可抓持棘輪部分136並沿順時針方向或逆時針方向152轉動棘輪部分，從而離散地調節鏡頭70的焦點位置。棘齒臂140和相關凹陷146用於提供離散調節位置，而鏡頭保持部分138限制鏡頭相對於鏡頭焦點固定件100的位置。例如，當鏡頭焦點固定件100沿第一方向轉動一距離時，鏡頭保持部分138使鏡頭70也隨鏡頭焦點固定件100沿第一方向轉動一距離。鏡頭焦點固定件100和鏡頭70的轉動距離可相同，或可包括傳動裝置，例如以上調或下調鏡頭70的轉動距離。
[0059]參照圖5，在某些實施例中，鏡頭焦點固定件可包括鏡頭焦點固定圈102，並可定位在鏡頭70上方以將鏡頭固定在所需焦點位置並防止鏡頭轉動。類似於鏡頭焦點固定件100，鏡頭焦點固定圈102可定位在鏡頭70上方並插入凹陷邊148內且在鏡頭鏡筒106上方。現限制鏡頭70自身轉動。為了提供精調焦點調節，用戶可去除鏡頭焦點固定圈102，沿順時針方向或逆時針方向在螺紋孔88內轉動螺紋鏡頭70，從而調節鏡頭70的焦點位置。用戶可然後將鏡頭焦點固定件102重新定位在鏡頭70上方，並將鏡頭焦點固定圈102插入凹陷邊148內且在鏡頭鏡筒106上方。鏡頭焦點固定圈102還可包括保持部分138以防止鏡頭70轉動。保持部分138可通過部分地或基本上圍繞鏡筒106來與鏡頭70的鏡筒106接觸和配合。
[0060]參照圖6，在其它實施例中，鏡頭焦點固定件可包括鏡頭焦點固定塞108，並可定位在承載框架54上或內。鏡頭焦點固定塞108可包括接觸部分110。接觸部分110可帶有螺紋以與鏡頭70上的螺紋基部96嚙合，和/或接觸部分110可以是大致軟的材料，例如塑料或橡膠，以與鏡頭70配合併防止鏡頭轉動。在某些實施例中，可使用鏡頭焦點固定件100或鏡頭焦點固定圈102和鏡頭焦點固定塞108。
[0061]參照圖7和8，示出鏡頭焦點固定件250的替代實施例。類似於鏡頭焦點固定件100，鏡頭焦點固定件250可成型配合併由用戶卡配或壓配就位以限制鏡頭70。鏡頭焦點固定件250可轉動以提供鏡頭調節的離散步驟，從而調節鏡頭70的焦點位置，所有這些步驟都不使用工具。在某些實施例中，鏡頭焦點固定件250可包括槽274以允許例如螺絲刀或類似設備的工具轉動鏡頭焦點固定件。鏡頭焦點固定件250與限制件252 —起可提供預定數量的固定焦點位置，這可通過轉動鏡頭焦點固定件250來實現。
[0062]在某些實施例中，鏡頭焦點固定件250可包括基部262、棘輪部分258和鏡頭保持部分268。基部262可由用戶抓持以轉動鏡頭焦點固定件250。棘輪部分258的側壁278可包括預定數量的配合裝置256和至少一個止擋突起260。諸如多個凹陷256中的一個的每個配合裝置256與限制件252協作可提供鏡頭70的離散焦點位置。止擋突起260可被調節尺寸並配置成防止鏡頭焦點固定件250轉過預定量的角度(例如180或270度，或者更多或更少)。
[0063]參照圖9，限制件252可通過諸如鉚釘或螺釘272的各種裝置固定到承載框架54。限制件252可包括從基部274延伸的棘齒臂264和偏置臂265。棘齒臂264可包括從棘齒臂264的配合端276延伸的突起266。突起266可被調節尺寸並配置成與圍繞棘輪部分258定位的多個凹陷256中的一個配合。棘齒臂264可施加諸如徑向延伸壓縮力之類的力，使得配合端276朝向匹配凹陷256偏置。如圖所示，鏡頭焦點固定件250包括三個凹陷256，但考慮更多或更少的凹陷。每個凹陷256提供鏡頭70的離散焦點位置，使得突起266在凹陷256之一內卡配鎖定就位。通過轉動鏡頭焦點固定件250，突起266可從凹陷256解鎖，並發現下一凹陷256並重新鎖定。在某些實施例中，每個凹陷256可具有指示焦點位置的相關聯視覺指示270。應理解，可使用其它閂鎖機構，包括其中棘輪部分258可包括突起266，且配合端276可包括例如凹陷256。
[0064]鏡頭保持部分268可通過部分地或基本上圍繞鏡筒106來與鏡頭70的鏡筒106接觸和配合。如圖8和9最清楚所示的，保持部分138可包括配合部分254，諸如多個肋254，以與鏡筒106接觸和配合，並防止鏡頭70轉動。示出三個肋254，但也考慮更多或更少的肋。
[0065]為了提供離散焦點位置的精調焦點調節，用戶可抓持基部262並沿順時針方向或逆時針方向152轉動基部262，從而離散地調節鏡頭70的焦點位置。突起266和相關聯凹陷256用於提供離散調節位置，而鏡頭保持部分268限制鏡頭70相對於鏡頭焦點固定件250的位置。例如，當鏡頭焦點固定件250沿第一方向轉動一距離時，鏡頭保持部分268使鏡頭70也隨鏡頭焦點固定件250沿第一方向轉動一距離。鏡頭焦點固定件250和鏡頭70的轉動距離可相同，或可包括傳動裝置，例如以步進地上調或步進地下調鏡頭70的轉動距離。在圖9中，鏡頭焦點固定件250可僅沿逆時針方向轉動，因為止擋突起260限制鏡頭焦點固定件250沿順時針方向的轉動。
[0066]參照圖10，在某些實施例中，每個板56、58、60和62可以是用柔性PCB82將一個或多個剛性板耦合在一起的大致剛性PCB結構，本文稱為剛性-柔性PCB。應理解，柔性PCB也可整體或部分地使用。在一實施例中，傳感器板58可用柔性PCB82定位在主板56上方並耦合到主板56。該定向允許視覺傳感器68定位成使得鏡頭70可定位在視覺傳感器上方。電源和I / 0板60可用柔性PCB82耦合到主板56，並可朝向成像設備的面84向上延伸(參見圖11)。電源和I / 0板60也可稱合到例如傳感器板58,而非主板56。照明板62則可用柔性PCB82耦合到電源和I / 0板。照明板62還可耦合到例如傳感器板58。
[0067]參照圖11，在某些實施例中，照明板62可延伸並覆蓋成像設備50的面84的某些或主要部分。在該實施例中，延伸的照明板62可覆蓋鏡頭70的一部分，僅留下穿過照明板62的孔86，該孔86的尺寸可被調節成根據需要允許足夠的光進入鏡頭70。
[0068]圖12-14示出替代實施例，其中剛性-柔性PCB52可以各種方式圍繞承載框架54定位。在圖12中，移除承載框架以更好示出可能的剛性-柔性PCB定向。在圖12中，例如主板56定位在成像設備的電源和I / 0板60的相反側上。在圖13和14中，示出替代的板構造，其中瞄準裝置72和/或照明設備80可定位在一個或多個板上，例如在圍繞和/或可緊接著或靠近鏡頭70定位的板上。此外，柔性PCB82可從各PCB的任一側延伸以符合任何尺寸或形狀限制，和/或各種承載框架54構造。
[0069]參照圖15，為了支承不同鏡頭154，鏡頭延伸件112可耦合或安裝到承載框架54，或可以是承載框架的一部分。鏡頭延伸件112可在內部和/或外部有螺紋，從而其可螺紋連接到承載框架54，並允許諸如鏡頭154的各種不同鏡頭螺紋連接到鏡頭延伸件112。這樣，具有不同焦點和/或成像特性的不同鏡頭例如可安裝到成像設備50，由此增加其可用於的應用。
[0070]在某些應用中，視覺傳感器68與被成像對象之間的距離可在不同使用時變化。在這些情況下，為了獲得有用的圖像(即可從其提取所需數據以完成成像過程的圖像)，可提供可調節鏡頭和自動調焦系統。在這些情況下，當啟用成像設備以執行視覺過程時，鏡頭和自動調焦系統可對鏡頭自動調焦，使得可在視覺傳感器上產生被成像對象的清晰圖像，並可進行處理以完成成像過程。
[0071]參照圖16，可用於成像設備的一種類型的鏡頭是液體鏡頭132。液體鏡頭可由具有不同折射率的一種或多種流體構成，並可通過控制液體的彎液面或表面來改變。在一種類型的液體鏡頭中，例如將兩種流體容納在具有透明端帽的管內。第一種是導電水溶液，而第二種是不導電的油。管內部塗有疏水材料，這使水溶液形成半球形鏡頭，該半球形鏡頭可通過跨塗層施加DC電壓來調節，從而減少在稱為電溼潤的過程中的斥水性。電溼潤調節液體的表面張力，改變曲率半徑並調鏡頭的焦距。
[0072]液體鏡頭極為靈活，提供高度可變焦距而無需移動部件。成像設備50可支承液體鏡頭132並可經由柔性連接件156連接到成像設備，柔性連接件156耦合到照明板62上的連接件78，或連接件156可連接到例如剛性-柔性PCB52的柔性部分82。[0073]常規成像設備使用通信纜線物理地耦合到包括足夠處理能力的計算機或類似裝置。常規成像設備用於獲取圖像，並然後將圖像上傳到計算機進行圖像解碼。這樣，常規成像設備僅包括足夠的處理能力以獲取和傳輸圖像，在空間和熱量產生可更容易管理的計算機上進行處理密集活動。眾所周知，諸如圖像解碼器的進行處理密集活動的處理器在尺寸可能是大的並會產生大量的熱作為處理活動的副產品。
[0074]在某些實施例中，與將圖像傳輸到計算機進行處理相比，處理器64可被調節尺寸且被配置成處理圖像。成像設備50上圖像的處理會產生大量的熱並還會需要用於在物理上更大的處理器的額外PCB空間。此外，由於在成像設備50上進行處理，會產生需要在部件組件傳輸的更多信號。使用剛性-柔性PCB52可減少和/或消除常規剛性電路板之間的額外連接件，常規剛性電路板需要連接件將兩個或多個剛性電路板耦合在一起。
[0075]如上文討論的，為了優化熱耗散，各實施例可包括放置在剛性-柔性PCB52上以面向成像設備50外側的某些或全部發熱部件，以有助於從成像設備輻射熱量。在某些實施例中，處理器64和視覺傳感器68可在包括剛性-柔性PCB52的不同板上，從而將發熱的處理器64與熱敏視覺傳感器68分開。
[0076]在其它實施例中，一個或多個散熱器180可熱耦合到成像設備50以將熱量消散到環境。圖17不出成像設備50的仰視圖,其中封殼184或封殼184的各部分可用作散熱器180，而在其它實施例中，散熱器184可熱耦合到成像設備50的部件，並然後放置在例如分開的封殼內。眾所周知，可使用熱縫填料(thermal gap filler) 182以將例如處理器64或剛性-柔性PCB52上的其它裝置耦合到散熱器180。散熱器180可由已知散熱材料製成，諸如銅和/或鋁。封殼184可由例如塑料材料製成。
[0077]在圖17的實施例中，示出成像設備50的三面熱耦合到散熱器180。應理解，散熱器180可構造成更多或更少地熱耦合到這三面，且在某些實施例中，散熱器180可與成像設備50的一面或多面熱隔離。封殼184被示為包括頂部186、底部188、前蓋190和用作封殼184側壁的散熱器180。在某些實施例中，一根或多根I / 0和/或通信纜線192可延伸穿過後壁194並耦合到輸入/輸出板198，輸入/輸出板198耦合到成像設備50。頂部186、底部188、散熱器180以及前蓋190可用例如螺釘196組裝和固定在一起。前蓋190可卡配以允許在不使用工具的情況下來移除，從而接近鏡頭焦點固定件100和鏡頭焦點固定圈102來調節鏡頭70。圖18示出封殼184內的成像設備50。
[0078]參照圖19-21，示出成像設備50和相關聯封殼184的俯視圖。在圖19和20中，可更好地看到輸入/輸出板198，並示出使用柔性PCB82耦合到成像設備。在某些實施例中，柔性PCB82可延伸穿過輸入/輸出板198內的槽200。輸入/輸出板198可耦合到散熱器180和/或殼體184，並可包括諸如LED202之類的一個或多個指示器作為用戶界面。
[0079]輸入/輸出板198可包括諸如已知板到板連接件的連接件206，以允許成像設備50控制其它照明設備。例如，如圖20最清楚看出的，具有至少一個照明設備81和匹配連接件212的照明設備210可耦合到連接件206。在某些實施例中，照明設備210可以是封裝產品或單元216的一部分，如圖21所示。在其它實施例中，照明設備210可以是遠程照明設備，例如不是封裝產品或單元216的一部分，而是耦合到成像設備50並在成像設備50的控制下。
[0080]參照圖22，示出包括鏡頭焦點固定件250的成像設備50在封殼184內。封殼184可包括前蓋190。在該實施例中，前蓋190可包括前蓋190內的掩蓋部分280和間隙部分270。間隙部分可被調節尺寸以允許視覺訪問指示所選鏡頭焦點位置的所選視覺指示器270。其餘焦點位置的其餘視覺指示器270可被掩蓋部分280遮擋。
[0081 ] 圖23示出使用承載框架54和剛性-柔性PCB52來組裝電子設備的方法的實施例。圖23所示方法可與以上附圖所示的任何系統或設備等等結合使用。在多個實施例中，所示方法元素中的一些可並發執行，按與所示次序不同的次序執行，或者可被省略。也可按需執行附加方法元素。
[0082]參照圖23，示出使用承載框架54和剛性-柔性PCB52組裝電子設備的方法160。第一步驟是如在過程方框162處指示的提供適於支承一個或多個電子電路板的承載框架54，在該情況下是剛性-柔性PCB52。如前所述，承載框架54可包括多個限制件90，用以支承剛性-柔性PCB52。在處理方框164處，提供剛性-柔性PCB52，且在處理方框166和168處，剛性-柔性PCB52可彎曲或摺疊並與承載框架54配合。在某些實施例中，剛性-柔性PCB52可包括視覺傳感器。由於剛性-柔性PCB52定位在承載框架54上、內和/或周圍，鏡頭70可定位在視覺傳感器68上方，承載框架54將鏡頭70支承在視覺傳感器68上方，如過程方框170所指示的。對於定位好的鏡頭70，在過程方框172處，可用鏡頭焦點固定件100限制鏡頭70。在某些實施例中，鏡頭焦點固定件100可與鏡頭70和承載框架54兩者接觸以限制鏡頭70自身轉動，並允許調節鏡頭70的定位。
[0083]雖然已參考優選實施例描述了本技術，但是本領域技術人員將認識到，可在形式和細節上作出改變而不脫離本技術的精神和範圍。例如，本技術不限於本文所示的智能相機及關聯設備的實施例，並且可利用其它線掃描相機來實施。
[0084]以上公開的特定實施例僅僅是說明性的，因為本技術可按不同但等效的方式來修改和實施，這對於受益於本文教導的本領域技術人員而言是顯而易見的。此外，不旨在限制本文所示以及在所附權利要求書中所述的構造或設計的細節。因此明顯的是，以上公開的特定實施例可被更改或修改，並且所有此類變化被認為落入本技術的範圍和精神內。因此，在所附權利要求書中陳述本文所尋求的保護。
【權利要求】
1.一種可調節鏡頭裝置，包括: 鏡頭，所述鏡頭包括鏡頭基部和從所述鏡頭基部延伸的鏡頭鏡筒； 承載框架，所述承載框架包括孔，所述孔包括邊，所述孔的尺寸被調節成接納至少所述鏡頭基部； 鏡頭焦點固定件，所述鏡頭焦點固定件包括棘輪部分和鏡頭保持部分； 所述棘輪部分包括從所述棘輪部分延伸的至少一個棘齒臂，且所述至少一個棘齒臂包括配合端，所述配合端的尺寸被調節成成與圍繞所述邊定位的多個匹配配合裝置中的至少一個配合； 鏡頭保持部分，所述鏡頭保持部分包括配合部分，所述配合部分用於與所述鏡頭配合以限制所述鏡頭的運動；以及 鏡頭焦點固定件，所述鏡頭焦點固定件能轉動以調節所述鏡頭的焦點位置，使得當所述鏡頭焦點固定件沿第一方向轉動第一距離時，所述鏡頭保持部分使所述鏡頭沿所述第一方向轉動第二距離。
2.如權利要求1所述的可調節鏡頭裝置: 其特徵在於，當所述鏡頭焦點固定件沿所述第一方向轉動時，所述至少一個棘齒臂的所述配合端從所述多個配合裝置中的一個轉移到所述多個配合裝置中的另一個，從而導致所述鏡頭焦點固定件不連續運動和所述鏡頭沿所述第一方向的不連續運動。
3.如權利要求1所述的可調節鏡頭裝置: 其特徵在於，所述鏡頭基部帶螺紋，且所述孔帶螺紋，以使得所述孔螺紋地接納所述鏡頭，且當所述鏡頭焦點固定件沿所述第一方向轉動時，所述鏡頭保持部分導致所述鏡頭隨所述鏡頭焦點固定件沿所述第一方向螺紋地轉動。
4.如權利要求1所述的可調節鏡頭裝置: 其特徵在於，所述承載框架包括用以支承電子電路板的多個限制件。
5.如權利要求1所述的可調節鏡頭裝置: 其特徵在於，當所述孔包括凹陷邊時，所述鏡頭焦點固定件的尺寸被調節成至少部分地配裝在由所述凹陷邊限定的空間內，且所述鏡頭焦點固定件能在由所述凹陷邊限定的空間內轉動。
6.如權利要求1所述的可調節鏡頭裝置: 其特徵在於，所述可調節鏡頭裝置是成像設備，所述成像設備還包括視覺傳感器和用於處理由所述成像設備獲取的圖像的處理器。
7.如權利要求6所述的可調節鏡頭裝置: 其特徵在於，所述鏡頭焦點固定件可轉動以調節所述鏡頭與所述視覺傳感器之間的距離。
8.—種電子設備,包括: 電子電路板，所述電子電路板包含處理元件和視覺傳感器，所述電子電路板包括與柔性電路板耦合在一起的多個電路板； 承載框架，所述承載框架支承所述電子電路板； 鏡頭，所述鏡頭定位在所述視覺傳感器上方並由所述承載框架支承，所述鏡頭至少部分地定位在由所述電子電路板限定的容積內，所述鏡頭位置相對於所述承載框架和所述視覺傳感器可調節；以及 鏡頭焦點固定件，所述鏡頭焦點固定件耦合到所述承載框架並與所述鏡頭接觸以限制所述鏡頭的運動。
9.如權利要求8所述的電子設備: 其特徵在於，所述瞄準裝置由所述多個電路板中的至少一個支承，且可互換鏡頭定位在所述瞄準裝置上方，所述可互換鏡頭由所述承載框架中的至少一個和所述多個電路板中的至少一個支承。
10.如權利要求8所述的電子設備: 其特徵在於，所述照明設備由所述多個電路板中的至少一個支承，且可互換鏡頭定位在所述照明設備上方，所述可互換鏡頭由所述承載框架中的至少一個和所述多個電路板中的至少一個支承。
11.如權利要求8所述的電子設備: 其特徵在於，所述鏡頭焦點固定件包括基部、具有耦合到所述基部的側壁的棘輪部分、以及耦合到所述棘輪部分的鏡頭保持部分，所述側壁包括配合裝置和止擋突起；以及 限制件，所述限制件用於與所述配合裝置配合。
12.如權利要求8所述的電子設備: 其特徵在於，所述鏡頭可調節地螺紋連接到所述承載框架。
13.如權利要求8所述的電子設備: 其特徵在於，所述處理元件從所述視覺傳感器獲取圖像數據，並將所獲取的圖像數據處理成經處理的圖像。
14.如權利要求8所述的電子設備: 其特徵在於，當所述電子電路板由所述承載框架支承以便於減少來自所述電子設備的熱量時，所述處理元件布置在所述電子電路板的面向外的表面上。
15.如權利要求14所述的電子設備: 其特徵在於，還包括散熱器，所述散熱器與所述處理元件的面向外的表面熱連通。
16.如權利要求15所述的電子設備: 其特徵在於，還包括封殼以至少部分地容納所述電子設備，所述散熱器構成所述封殼的至少一部分。
17.如權利要求8所述的電子設備: 其特徵在於，所述鏡頭焦點固定件包括基部、耦合到所述基部的棘輪部分、以及耦合到所述基部的鏡頭保持部分。
18.如權利要求17所述的電子設備: 其特徵在於，所述棘輪部分包括棘齒臂，所述棘齒臂包括配合端。
19.如權利要求17所述的電子設備: 其特徵在於，所述鏡頭保持部分包括至少一個配合部分，所述配合部分用於與所述鏡頭的鏡筒接觸。
20.—種電子設備,包括: 電子電路板，所述電子電路板包含處理元件和視覺傳感器，所述電子電路板包括與柔性電路板耦合在一起的多個電路板；承載框架，所述承載框架用於支承所述電子電路板； 鏡頭，所述鏡頭定位在所述視覺傳感器上方並由所述承載框架支承，所述鏡頭至少部分地定位在由所述電子電路板限定的容積內，所述鏡頭位置相對於所述承載框架和所述視覺傳感器可調節；以及 耦合在一起的所述多個剛性電路板在展開時具有矩形形狀，並圍繞所述承載框架的多個垂直角摺疊。
21.如權利要求20所述的電子設備: 其特徵在於，所述鏡頭包括液體鏡頭，所述液體鏡頭用於控制所述電子設備的焦距。
22.如權利要求20所述的電子設備: 其特徵在於，所述多個剛性電路板中的一個包括孔，所述多個剛性電路板中的所述一個覆蓋所述電子設備的面的至少一部分，使得所述孔定位在所述鏡頭上方。
23.如權利要求20所述的電子設備: 其特徵在於，所述多個剛性電路板中的一個包括連接件，所述連接件用於允許所述電子設備控制照明設備，所述照明設備是封裝有所述電子設備和遠程照明設備中的至少一個。
24.如權利要求20 所述的電子設備: 其特徵在於，鏡頭延伸件安裝到所述承載框架，且所述鏡頭安裝到所述鏡頭延伸件。
25.一種用於組裝電子設備的方法，所述方法包括: 提供承載框架，所述承載框架包括用以支承電子電路板的多個限制件； 提供電子電路板，所述電子電路板包括視覺傳感器和處理器； 使所述電子電路板圍繞所述承載框架的至少一部分彎曲； 使所述電子電路板與所述多個限制件配合； 將鏡頭定位在所述視覺傳感器上方，所述承載框架將所述鏡頭支承在所述視覺傳感器上方；以及 用鏡頭焦點固定件限制所述鏡頭，所述鏡頭焦點固定件與所述鏡頭和所述承載框架接觸，使得沿第一方向將所述鏡頭焦點固定件轉動第一距離導致所述鏡頭沿所述第一方向轉動第二距離。
26.如權利要求25所述的方法:其特徵在於， 還包括獲取圖像數據，並使用所述處理器將所獲取的圖像數據解碼成經解碼的圖像。
27.如權利要求25所述的方法:其特徵在於， 還包括將散熱器熱耦合到所述處理器。
28.如權利要求25所述的方法: 其特徵在於，所述電子電路板包括與柔性電路板耦合在一起的多個電路板。
【文檔編號】G03B17/12GK103780811SQ201310492904
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2012年10月19日
【發明者】K·弗盧傑, L·農寧克, R·魯特, D·R·金 申請人:康耐視公司