數字凸輪連續變焦系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種數字凸輪連續變焦系統。包括固定框架、分別設置在固定框架兩端的調焦組件與補償組件、設置在調焦組件與補償組件之間的變倍組件、用于變倍組件做往復直線運動的第一導桿、用于補償組件做往復直線運動的第二導桿、調焦組件一端設置有前鏡組件、補償組件一端依次設置有調光組件和后鏡組件；變倍組件與補償組件之間設置有向第一導桿與第二導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、可調整的數字凸輪連續變焦系統。
【專利說明】數字凸輪連續變焦系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于光學機械領域，涉及一種變焦系統，尤其涉及一種數字凸輪連續變焦系統。
【背景技術】
[0002]機械補償連續變焦光學系統，傳統的方法主要是采用機械凸輪機構實現變焦距光學鏡頭的連續變焦。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，兩組槽按照光學性能曲線加工，使變倍組移動時，補償組做相應的移動以做補償用。
[0003]在機械凸輪機構中，主要有旋轉電機、凸輪、導向銷、移動鏡組和帶有直線槽的外鏡筒等。通過旋轉電機輸出扭矩，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向銷的運動軌跡，故凸輪正反轉動時，會帶動移動鏡組做往復直線運動。變焦距光學鏡頭在變焦過程中，為了獲得滿意的成像質量，要求各運動鏡組的位移準確。因此為了保證光學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，長時間使用會導致變焦精度降低。
[0006](3)由于采用了齒輪傳動系統，以及導向銷和凸輪之間存在間隙，造成空回較大，所以整個機構存在體積大、效率低、精度差等問題。
[0007](4)設計加工完成后，曲線不能更改和調整。
【發明內容】
[0008]為了解決【背景技術】中所存在的技術問題，本發明提出了一種數字凸輪連續變焦系統。
[0009]本發明的技術方案是:
[0010]一種數字凸輪連續變焦系統，其特殊之處在于:包括固定框架、分別設置在固定框架兩端的調焦組件與補償組件、設置在調焦組件與補償組件之間的變倍組件、用于變倍組件做往復直線運動的第一導桿、用于補償組件做往復直線運動的第二導桿、調焦組件一端設置有前鏡組件、補償組件一端依次設置有調光組件和后鏡組件；上述變倍組件與補償組件之間設置有向第一導桿與第二導桿提供動力源的精密絲桿輸出直線電機；
[0011]上述調焦組件包括調焦鏡框、安裝在調焦鏡框中的調焦鏡、與調焦鏡框固定連接的運動電機組；上述調焦鏡框對應導向組件的位置設置有通孔；上述導向組件穿過調焦鏡框上的通孔；上述運動電機組按照動力的傳動方向依次設置有精密絲桿、精密絲套、帶編碼器的驅動電機、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、還包括設置在變倍鏡框上的第一讀數頭和第一光柵尺；上述變倍鏡框對應導向組件的位置設置有通孔；
[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、還包括設置在補償鏡框上的第二讀數頭和第二光柵尺；上述補償鏡框對應導向組件的位置設置有通孔；
[0014]上述直線運動電機組依照動力的傳動方向依次設置電機、精密絲桿、精密絲套；
[0015]上述導向組件包括精密導套、精密導桿與限位開關。
[0016]本發明的優點是:
[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。結構簡單、小巧。
[0020]4.可調整。不改動硬件、結構的情況下，運動曲線可方便的進行調整。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的結構試圖；
[0022]圖2a是本發明調焦組件運動曲線示意圖；
[0023]圖2b是本發明變倍組件運動曲線示意圖；
[0024]圖2c是本發明補償組件運動曲線示意圖；
[0025]圖3是本發明變倍組件結構示意圖；
[0026]圖4是本發明變倍組件軸向截面示意圖；
[0027]圖5是本發明補償組件結構示意圖；
[0028]圖6是本發明補償組件軸向截面示意圖；
[0029]圖7是本發明調焦組件示意圖；
[0030]圖8是本發明調焦組件軸向截面示意圖；
[0031]其中，1-前鏡組件、2-調焦組件、3-變倍組件、4-補償組件、5-調光組件、6_后鏡組件、7-精密絲桿輸出直線電機、8-第一導桿、9-第一讀數頭、10-第一光柵尺、11-限位開關、12-第二導桿、71-變倍鏡框、101-第二光柵尺、91-第二讀數頭、21-精密絲桿、22-精密絲套、23-帶編碼器的驅動電機、24-傳動齒輪副、25-精密導套、26-精密導桿、。
【具體實施方式】
[0032]參見圖1-8，
[0033]直線驅動需要以下關鍵元件:直線電機、直線導軌、直線位移傳感器。直線電機可以將電能直接轉換為直線運動機械能而不需要中間轉換結構的傳動系統，從而較傳統方式有明顯優勢，如結構簡單、速度快、精度高等特點。
[0034]方案中采用數字凸輪技術(電機程序控制)代替機械凸輪實現對變焦距光學鏡頭進行連續變焦控制的方法。利用計算機按照變焦方程對驅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，保證像面的穩定，獲得滿意的成像結果，同時輸出準確的焦距值，以滿足設備進行測量的需求。精密絲桿輸出直線電機是變倍組、補償組運動的動力源。在系統連續變焦過程中，驅動變倍組和補償組按照設定的運動曲線運動，保證系統在變焦過程中始終保持像面清晰，同時根據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及調焦組件2同時分別按照光學設計(或測定)曲線運動，能夠快速、精確的實現連續變焦，并反饋焦距信息，且保證變焦過程中成像始終清晰。可以滿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、第一讀數頭9、第一導桿8、精密導套25、變倍鏡框71、限位開關11等。變倍組根據設計(或測定)的運動曲線，由電機組帶動變倍鏡框沿直線運動，實現連續變焦的變倍功能。為滿足變焦過程光學鏡組的平穩移動，兩根導桿的間距在盡可能大的基礎上，還要保證電機驅動點盡可能靠近兩根導桿的連線。精密導套可以由兩側分布的頂絲進行配合間隙調整，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)。光柵尺與讀數頭共同組成鏡組運動位置的高精度反饋系統，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、第二讀數頭91、精密導桿26、精密導套25、補償鏡框、限位開關11等。變倍組根據設計(或測定)的運動曲線，由電機組帶動變倍鏡框沿直線運動，實現連續變焦的變倍功能。為滿足變焦過程光學鏡組的平穩移動，兩根導桿的間距在盡可能大的基礎上，還要保證電機驅動點盡可能靠近兩根導桿的連線。精密導套可以由兩側分布的頂絲進行配合間隙調整，從而可保證運動中的同軸度。
[0038]調焦組件可根據設計(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整。調焦組件2包含精密絲桿21、精密絲套22、帶編碼器的驅動電機23、傳動齒輪副24、精密導套25、精密導桿26、限位開關11。工作時，電機驅動調焦鏡框沿導桿進行運動。精密導套可以由兩側分布的頂絲進行配合間隙調整，從而可保證運動中的同軸度。
[0039]調焦、變倍、補償鏡組均采用了端板加支撐桿(導桿)的框籠結構，在方便進行組合加工的同時還保證了系統的剛性，同時又極大的減輕了重量。
【權利要求】
1.一種數字凸輪連續變焦系統，其特征在于:包括固定框架、分別設置在固定框架兩端的調焦組件與補償組件、設置在調焦組件與補償組件之間的變倍組件、用于變倍組件做往復直線運動的第一導桿、用于補償組件做往復直線運動的第二導桿、調焦組件一端設置有前鏡組件、補償組件一端依次設置有調光組件和后鏡組件；所述變倍組件與補償組件之間設置有向第一導桿與第二導桿提供動力源的精密絲桿輸出直線電機； 所述調焦組件包括調焦鏡框、安裝在調焦鏡框中的調焦鏡、與調焦鏡框固定連接的運動電機組；所述調焦鏡框對應導向組件的位置設置有通孔；所述導向組件穿過調焦鏡框上的通孔；所述運動電機組按照動力的傳動方向依次設置有精密絲桿、精密絲套、帶編碼器的驅動電機、傳動齒輪副； 所述變倍組件包括變倍鏡框、安裝在調焦鏡框中的變倍鏡、與變倍鏡框固定連接的直線運動電機組、還包括設置在變倍鏡框上的第一讀數頭和第一光柵尺；所述變倍鏡框對應導向組件的位置設置有通孔； 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、還包括設置在補償鏡框上的第二讀數頭和第二光柵尺；所述補償鏡框對應導向組件的位置設置有通孔。
2.根據權利要求1所述的數字凸輪連續變焦系統，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置電機、精密絲桿、精密絲套。
3.根據權利要求2所述的數字凸輪連續變焦系統，其特征在于:所述導向組件包括精密導套、精密導桿與限位開關。
【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 優先權日:2013年7月22日
【發明者】王苗, 郝偉, 姚大為, 曹焱 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所