數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)。包括固定框架、分別設(shè)置在固定框架兩端的調(diào)焦組件與補償組件、設(shè)置在調(diào)焦組件與補償組件之間的變倍組件、用于變倍組件做往復(fù)直線運動的第一導(dǎo)桿、用于補償組件做往復(fù)直線運動的第二導(dǎo)桿、調(diào)焦組件一端設(shè)置有前鏡組件、補償組件一端依次設(shè)置有調(diào)光組件和后鏡組件；變倍組件與補償組件之間設(shè)置有向第一導(dǎo)桿與第二導(dǎo)桿提供動力源的精密絲桿輸出直線電機。本實用新型提供了一種低成本、精度高、體積小、可調(diào)整的數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)。
【專利說明】數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)機械領(lǐng)域，涉及一種變焦系統(tǒng)，尤其涉及一種數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機械補償連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的方法主要是采用機械凸輪機構(gòu)實現(xiàn)變焦距光學(xué)鏡頭的連續(xù)變焦。機械凸輪種類多種多樣，按照凸輪形狀分為盤式凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪三類。在鏡頭運動機構(gòu)中，主要采用圓柱型凸輪。在凸輪圓周上開有兩組曲線槽，兩組槽按照光學(xué)性能曲線加工，使變倍組移動時，補償組做相應(yīng)的移動以做補償用。
[0003]在機械凸輪機構(gòu)中，主要有旋轉(zhuǎn)電機、凸輪、導(dǎo)向銷、移動鏡組和帶有直線槽的外鏡筒等。通過旋轉(zhuǎn)電機輸出扭矩，通過齒輪傳動將扭矩傳遞給凸輪，凸輪通過導(dǎo)向銷將動能傳遞給移動鏡組。因外鏡筒上的直線槽限制了導(dǎo)向銷的運動軌跡，故凸輪正反轉(zhuǎn)動時，會帶動移動鏡組做往復(fù)直線運動。變焦距光學(xué)鏡頭在變焦過程中，為了獲得滿意的成像質(zhì)量，要求各運動鏡組的位移準確。因此為了保證光學(xué)鏡頭在變焦過程中各運動鏡組位移精確，則對凸輪提出了很高的制造精度要求，從而給凸輪的制造帶來很大的難度。機械凸輪變焦機構(gòu)存在以下主要問題:
[0004]( I)采用凸輪精度要求很高，機械加工難度大，需要高精度的機床和鏜床，提高了成本。
[0005](2)變倍滑架和補償滑架易磨損，長時間使用會導(dǎo)致變焦精度降低。
[0006](3)由于采用了齒輪傳動系統(tǒng)，以及導(dǎo)向銷和凸輪之間存在間隙，造成空回較大，所以整個機構(gòu)存在體積大、效率低、精度差等問題。
[0007](4)設(shè)計加工完成后，曲線不能更改和調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0010]一種數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)，其特殊之處在于:包括固定框架、分別設(shè)置在固定框架兩端的調(diào)焦組件與補償組件、設(shè)置在調(diào)焦組件與補償組件之間的變倍組件、用于變倍組件做往復(fù)直線運動的第一導(dǎo)桿、用于補償組件做往復(fù)直線運動的第二導(dǎo)桿、調(diào)焦組件一端設(shè)置有前鏡組件、補償組件一端依次設(shè)置有調(diào)光組件和后鏡組件；上述變倍組件與補償組件之間設(shè)置有向第一導(dǎo)桿與第二導(dǎo)桿提供動力源的精密絲桿輸出直線電機；
[0011]上述調(diào)焦組件包括調(diào)焦鏡框、安裝在調(diào)焦鏡框中的調(diào)焦鏡、與調(diào)焦鏡框固定連接的運動電機組；上述調(diào)焦鏡框?qū)?yīng)導(dǎo)向組件的位置設(shè)置有通孔；上述導(dǎo)向組件穿過調(diào)焦鏡框上的通孔；上述運動電機組按照動力的傳動方向依次設(shè)置有精密絲桿、精密絲套、帶編碼器的驅(qū)動電機、傳動齒輪副；[0012]上述變倍組件包括變倍鏡框、安裝在調(diào)焦鏡框中的變倍鏡、與變倍鏡框固定連接的直線運動電機組、還包括設(shè)置在變倍鏡框上的第一讀數(shù)頭和第一光柵尺；上述變倍鏡框?qū)?yīng)導(dǎo)向組件的位置設(shè)置有通孔；
[0013]上述補償組件包括補償鏡框、安裝在補償鏡框中的補償鏡、與補償鏡框固定連接的直線運動電機組、還包括設(shè)置在補償鏡框上的第二讀數(shù)頭和第二光柵尺；上述補償鏡框?qū)?yīng)導(dǎo)向組件的位置設(shè)置有通孔；
[0014]上述直線運動電機組依照動力的傳動方向依次設(shè)置電機、精密絲桿、精密絲套；
[0015]上述導(dǎo)向組件包括精密導(dǎo)套、精密導(dǎo)桿與限位開關(guān)。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0017]1.低成本。零件簡單，易加工。
[0018]2.精度高。加工、裝配精度容易保證。
[0019]3.體積小。結(jié)構(gòu)簡單、小巧。
[0020]4.可調(diào)整。不改動硬件、結(jié)構(gòu)的情況下，運動曲線可方便的進行調(diào)整。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)試圖；
[0022]圖2a是本發(fā)明調(diào)焦組件運動曲線示意圖；
[0023]圖2b是本發(fā)明變倍組件運動曲線示意圖；
[0024]圖2c是本發(fā)明補償組件運動曲線示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明變倍組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明變倍組件軸向截面示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明補償組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6是本發(fā)明補償組件軸向截面示意圖；
[0029]圖7是本發(fā)明調(diào)焦組件示意圖；
[0030]圖8是本發(fā)明調(diào)焦組件軸向截面示意圖；
[0031]其中，1-前鏡組件、2-調(diào)焦組件、3-變倍組件、4-補償組件、5-調(diào)光組件、6_后鏡組件、7-精密絲桿輸出直線電機、8-第一導(dǎo)桿、9-第一讀數(shù)頭、10-第一光柵尺、11-限位開關(guān)、12-第二導(dǎo)桿、71-變倍鏡框、101-第二光柵尺、91-第二讀數(shù)頭、21-精密絲桿、22-精密絲套、23-帶編碼器的驅(qū)動電機、24-傳動齒輪副、25-精密導(dǎo)套、26-精密導(dǎo)桿、。
【具體實施方式】
[0032]參見圖1-8，
[0033]直線驅(qū)動需要以下關(guān)鍵元件:直線電機、直線導(dǎo)軌、直線位移傳感器。直線電機可以將電能直接轉(zhuǎn)換為直線運動機械能而不需要中間轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的傳動系統(tǒng)，從而較傳統(tǒng)方式有明顯優(yōu)勢，如結(jié)構(gòu)簡單、速度快、精度高等特點。
[0034]方案中采用數(shù)字凸輪技術(shù)(電機程序控制)代替機械凸輪實現(xiàn)對變焦距光學(xué)鏡頭進行連續(xù)變焦控制的方法。利用計算機按照變焦方程對驅(qū)動電機進行程序控制，使變焦距鏡頭中各運動鏡組獲得要求的線性或非線性精確位移，保證像面的穩(wěn)定，獲得滿意的成像結(jié)果，同時輸出準確的焦距值，以滿足設(shè)備進行測量的需求。精密絲桿輸出直線電機是變倍組、補償組運動的動力源。在系統(tǒng)連續(xù)變焦過程中，驅(qū)動變倍組和補償組按照設(shè)定的運動曲線運動，保證系統(tǒng)在變焦過程中始終保持像面清晰，同時根據(jù)控制及反饋可以精確的知道當前的焦距值。
[0035]工作時，由程序控制變倍組件3、補償組件4及調(diào)焦組件2同時分別按照光學(xué)設(shè)計(或測定)曲線運動，能夠快速、精確的實現(xiàn)連續(xù)變焦，并反饋焦距信息，且保證變焦過程中成像始終清晰?？梢詽M足精密跟蹤與測量的要求。
[0036]變倍組件3包含直線運動電機組(含電機、精密絲桿、精密絲套)、第一光柵尺10、第一讀數(shù)頭9、第一導(dǎo)桿8、精密導(dǎo)套25、變倍鏡框71、限位開關(guān)11等。變倍組根據(jù)設(shè)計(或測定)的運動曲線，由電機組帶動變倍鏡框沿直線運動，實現(xiàn)連續(xù)變焦的變倍功能。為滿足變焦過程光學(xué)鏡組的平穩(wěn)移動，兩根導(dǎo)桿的間距在盡可能大的基礎(chǔ)上，還要保證電機驅(qū)動點盡可能靠近兩根導(dǎo)桿的連線。精密導(dǎo)套可以由兩側(cè)分布的頂絲進行配合間隙調(diào)整，從而可保證運動中的同軸度。電機組的運動精度可以達到0.0lmm (消隙精密絲套)。光柵尺與讀數(shù)頭共同組成鏡組運動位置的高精度反饋系統(tǒng)，精度可達到微米甚至納米級。
[0037]補償組件4包含直線運動電機組(含電機、精密絲桿、精密絲套)、第二光柵尺101、第二讀數(shù)頭91、精密導(dǎo)桿26、精密導(dǎo)套25、補償鏡框、限位開關(guān)11等。變倍組根據(jù)設(shè)計(或測定)的運動曲線，由電機組帶動變倍鏡框沿直線運動，實現(xiàn)連續(xù)變焦的變倍功能。為滿足變焦過程光學(xué)鏡組的平穩(wěn)移動，兩根導(dǎo)桿的間距在盡可能大的基礎(chǔ)上，還要保證電機驅(qū)動點盡可能靠近兩根導(dǎo)桿的連線。精密導(dǎo)套可以由兩側(cè)分布的頂絲進行配合間隙調(diào)整，從而可保證運動中的同軸度。
[0038]調(diào)焦組件可根據(jù)設(shè)計(或測定)的溫度及目標距離要求對變焦過程中的像面位置進行調(diào)整。調(diào)焦組件2包含精密絲桿21、精密絲套22、帶編碼器的驅(qū)動電機23、傳動齒輪副24、精密導(dǎo)套25、精密導(dǎo)桿26、限位開關(guān)11。工作時，電機驅(qū)動調(diào)焦鏡框沿導(dǎo)桿進行運動。精密導(dǎo)套可以由兩側(cè)分布的頂絲進行配合間隙調(diào)整，從而可保證運動中的同軸度。
[0039]調(diào)焦、變倍、補償鏡組均采用了端板加支撐桿(導(dǎo)桿)的框籠結(jié)構(gòu)，在方便進行組合加工的同時還保證了系統(tǒng)的剛性，同時又極大的減輕了重量。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)，其特征在于:包括固定框架、分別設(shè)置在固定框架兩端的調(diào)焦組件與補償組件、設(shè)置在調(diào)焦組件與補償組件之間的變倍組件、用于變倍組件做往復(fù)直線運動的第一導(dǎo)桿、用于補償組件做往復(fù)直線運動的第二導(dǎo)桿、調(diào)焦組件一端設(shè)置有前鏡組件、補償組件一端依次設(shè)置有調(diào)光組件和后鏡組件；所述變倍組件與補償組件之間設(shè)置有向第一導(dǎo)桿與第二導(dǎo)桿提供動力源的精密絲桿輸出直線電機； 所述調(diào)焦組件包括調(diào)焦鏡框、安裝在調(diào)焦鏡框中的調(diào)焦鏡、與調(diào)焦鏡框固定連接的運動電機組；所述調(diào)焦鏡框?qū)?yīng)導(dǎo)向組件的位置設(shè)置有通孔；所述導(dǎo)向組件穿過調(diào)焦鏡框上的通孔；所述運動電機組按照動力的傳動方向依次設(shè)置有精密絲桿、精密絲套、帶編碼器的驅(qū)動電機、傳動齒輪副； 所述變倍組件包括變倍鏡框、安裝在調(diào)焦鏡框中的變倍鏡、與變倍鏡框固定連接的直線運動電機組、還包括設(shè)置在變倍鏡框上的第一讀數(shù)頭和第一光柵尺；所述變倍鏡框?qū)?yīng)導(dǎo)向組件的位置設(shè)置有通孔； 所述補償組件包括補償鏡框、安裝在補償鏡框中的補償鏡、與補償鏡框固定連接的直線運動電機組、還包括設(shè)置在補償鏡框上的第二讀數(shù)頭和第二光柵尺；所述補償鏡框?qū)?yīng)導(dǎo)向組件的位置設(shè)置有通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)，其特征在于:所述直線運動電機組依照動力的傳動方向依次設(shè)置電機、精密絲桿、精密絲套。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字凸輪連續(xù)變焦系統(tǒng)，其特征在于:所述導(dǎo)向組件包括精密導(dǎo)套、精密導(dǎo)桿與限位開關(guān)。
【文檔編號】G02B15/00GK203502658SQ201320438593
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】王苗, 郝偉, 姚大為, 曹焱 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所