专利名称：滤光片切换装置及其电磁驱动单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数字摄影、摄像产品装置领域，具体地说涉及一种数字影像拍摄 器用的滤光片切换装置及其电磁驱动单元。应用该滤光片切换装置的数字影像拍摄器通常 配设有光学摄像镜头、光学低通滤光片(Optical Low Pass Filter，以下简称0LPF)和电荷 藕合元件(Charge Coupled Device，以下简称(XD)。该滤光片切换装置用于控制具有不同 滤光功能的滤光片插入或者退出数字影像拍摄器的照相光路中。
背景技术：
大部分数字影像拍摄器都需要满足全天候二十四小时运作的要求。但由于白天与 夜晚光线亮度明显不同，为提供摄影镜头所需的光线量，通常在日间或夜间会使用功能不 同的两组滤光片。在白天，光线较强，容易使得摄影镜头拾取之光线量过高，致使拍摄的影 像过亮，不清楚，此时使用的滤光片应当是能够去除肉眼无法见到的光线之能量，例如紫外 线、红外线等，使摄影镜头获得较适当的光线及影像。但在夜间，原本光线能量就不足，此时 使用的滤光片则不应当具有隔离不可见光的功能，反而得增加光线的穿透性，或是具有消 除鬼影的效果。因此，全天候二十四小时运作的数字影像拍摄器，尤其是监视器等，其所使 用的滤光片切换装置，通常会配设一个可以更换工作位置的单元，例如工位切换箱，以便在 白天或夜间(或者光线阴暗的环境)能够自动切换其功能适当的滤光片。目前，市售的数字影像拍摄器已经规格化或标准化，其仅能为滤光片切换装置提 供一个狭窄的空间，供厂商自行设计一组滤光片切换装置安装到该空间内。公知的滤光片 切换装置，其结构通常分为两种。其一是利用电动马达负责驱动，以齿轮等构件完成传动。这种机械驱动转换方式 的缺点是体积过于庞大，且因空间受限，仅能安装输出功率较小的电动马达，因此滤光片移 动时的速度较慢，容易使光学镜头拾取的影像在滤光片移动过程中产生模糊或黑影。其二是以线圈缠绕滤光片组件，配合磁铁产生的磁力，达到切换滤光片的目的。这 种电磁驱动转换方式的缺点是较为耗电，在低温下也容易出现故障，且此种方式不论滤光 片是否处于切换或待机过程中，都要持续供给电能，致使耗电量较高。而在低温或者湿度较 高时，构件间的阻力增大，线圈与磁铁所能产生的作用力将难于使滤光片移动。再者，经多 次往复移动后，构成线圈的金属导线容易被拉断，造成切换故障。对于上述第二种驱动方式，中国专利申请号为200320127940. 4的实用新型专利 公开了一种“摄影机的红外线滤光片自动启动装置”，其用于日间拍摄彩色影像，而于夜间 自动启动滤光镜拍摄黑白摄像的结构，包含有滤光片支架、滤光片磁吸线圈组、光敏电阻、 滤光片滑架、红外线滤光片及滤光片，利用光敏电阻控制滤光片磁吸线圈组的开关，而使装 设有红外线滤光片及滤光片的滑架可以上下移动，用光线控制，可自动控制红外线滤光片 及滤光片的移动，达到不同光度系均能摄像的效果。该技术方案是通过红外线滤光片和滤 光片在磁吸线圈作用下，依靠滑架上下滑动进行镜头转换，因此所占的空间较大，难以实现 小型化设计。[0007]另外，目前市面上常见的监视器C⑶的有效摄像尺寸一股有8mmX 8mm和7mmX 7mm 两种，如果采用直线往返式的驱动方式，其驱动机构的往返行程就不能少于17mm，在此状况 下，容易产生以下的问题1)精度难以掌控，产品不良率高；2)整台摄像机组装完毕后，在 摄像机的运送过程中，摄像机内部的滤光片切换装置容易因冲击震动而影响其结构性能， 造成用户不能有效地启动该装置。
实用新型内容针对前述现有技术存在的缺点，本实用新型的第一目的是提供一种灵活小巧、运 作稳定平滑、定位可靠的滤光片切换装置。本实用新型的第二目的是提供一种用于滤光片切换装置的电磁驱动单元。为实现上述第一目的，本实用新型采用了以下的技术方案提供一种滤光片切换 装置，包括工位切换箱，具有供光线穿透的通孔；设置在所述工位切换箱内的摆动单元， 该摆动单元包括了可在第一位置与第二位置之间左右摆动的滤光片支架和左右相邻地设 置在该滤光片支架上的第一滤光片和第二滤光片，当所述滤光片支架位于所述第一位置 时，所述第一滤光片与所述通孔重叠，当所述滤光片支架位于所述第二位置时，所述第二滤 光片与所述通孔重叠；用于使所述摆动单元摆动的电磁驱动单元，该电磁驱动单元包括电 路板、电路板固定座、驱动件、磁性体、线圈和线圈固定座，所述线圈固定座和线圈的外部设 置有一铁磁性外管，所述线圈固定座与所述铁磁性外管之间设有铁磁体，所述驱动件具有 一用于固定所述磁性体的芯轴和一插设于所述滤光片支架以将其驱动的偏心驱动轴，所述 磁性体在所述线圈固定座中保持绕所述芯轴的轴线可在有限角度范围内转动的状态。 优选地，所述铁磁性外管为镍管，所述铁磁体为铁杆，所述磁性体为永久磁铁。优选地，所述第一滤光片和第二滤光片的形状均为方形。优选地，所述工位切换箱由具有上通孔的上盖和具有下通孔的底座组成，所述上 通孔与下通孔均为方形且在光路上相互重叠，所述上盖通过其内表面上的弹性卡钩及定位 柱与所述底座的内表面上的卡孔及定位孔的配合而实现扣合连接。优选地，所述电路板固定座上具有可供所述偏心驱动轴穿过并限制其摆动角度的 弧形槽。优选地，所述电路板固定座通过其第一面上的定位柱插接固定于所述工位切换 箱，所述线圈固定座通过定位柱插接固定于所述电路板固定座，所述线圈绕制在由所述电 路板固定座与线圈固定座组接而成的组件上；所述电路板固定座通过其第二面上的定位柱 插接固定于所述电路板，所述工位切换箱通过弹性卡钩扣接于所述电路板。为实现上述第二目的，本实用新型采用了以下的技术方案提供一种滤光片切换 装置的电磁驱动单元，包括电路板、电路板固定座、驱动件、磁性体、线圈和线圈固定座，其 特征在于所述线圈固定座和线圈的外部设置有一铁磁性外管，所述线圈固定座与所述铁 磁性外管之间设有铁磁体，所述驱动件具有一用于固定所述磁性体的芯轴和一插设于所述 滤光片支架以将其驱动的偏心驱动轴，所述磁性体在所述线圈固定座中保持绕所述芯轴的 轴线可在有限角度范围内转动的状态。本实用新型的滤光片切换装置在工位切换箱内设置有可左右摆动的摆动单元，电 磁驱动单元通过其驱动件驱动该摆动单元摆动，驱动件的偏心驱动轴到摆动中心点的距离远小于滤光片到该摆动中心点的距离，因此，根据杠杆的原理，利用电磁驱动单元在偏心驱 动轴上产生的较小行程(2mm 3mm)，就可以实现在滤光片上产生较大的行程(16mm)。相 比于直线往返式的驱动方式，极大地减小了驱动行程，节省了空间，使得整个滤光片切换装 置更加小巧，而且精度更易于掌控，可降低产品的不良率，并提高产品的结构可靠性。更重 要的是，该驱动件的芯轴上固定磁性体，该磁性体在线圈固定座中保持绕该芯轴的轴线可 在有限角度范围内转动的状态，再将线圈固定座和线圈置于具有铁磁性的外管中，例如镍 管，这样可根据所需磁场力大小来选择不同含铁量的镍管，以达到最佳定位效果；所述线圈 固定座的外周壁上嵌设若干根铁磁体，例如铁杆。在这种结构状态下，磁性体与镍管之间存 在的初始磁场力就可以很好地在磁场作用方向上保持驱动件的定位，并且避免了摆动单元 往一侧摆动到终点时因碰撞反弹而产生的摆动不到位，依据弹力的大小，可通过配置不同 数量的铁杆而达到最佳的定位效果。在此基础上，通过外加电力经由线圈产生其作用强度 和方向可调的附加磁场。在初始磁场力和附加磁场力的双重作用下，驱动件的定位和位置 调节均可以得到很好的控制。在驱动件的传递作用下，就能驱动切换装置内部的滤光片支 架带动滤光片进行切换动作，使得相互邻接的滤光片在互相切换位置以进入成像光路时具 有顺畅的承继特性和稳定性，或者在断电的状态下通过初始磁场力使携载有滤光片的滤光 片支架获得稳定不变的定位。该滤光片切换装置的操作过程具有省电、切换过程精确快速、 故障率低、组装容易、应用范围广的特点。
[0018]图1本实用新型滤光片切换装置的立体图。[0019]图2是图1所示滤光片切换装置的零件分解图。[0020]图3是图1所示滤光片切换装置中的上盖外侧立体图。[0021]图4是图3所示上盖的内侧立体图。[0022]图5是图1所示滤光片切换装置中的底座外侧立体图。[0023]图6是图5所示底座的内侧立体图。[0024]图7是图1所示滤光片切换装置中的摆动单元的主视图。[0025]图8是图1所示滤光片切换装置中的电磁驱动单元的立体图。[0026]图9是图8所示电磁驱动单元的零件分解图。[0027]图10和图11是图1所示滤光片切换装置于昼夜间切换的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图，详细说明本实用新型数字影像拍摄器用滤光片切换装置的具体实 施方式。本实用新型滤光片切换装置仅示意性地描述其结构状况，应用该滤光片切换装置 的相应监视器，例如摄影机之其它构成要素，例如模/数转换器(A/D转换器)、微处理器 (MPU微处理器)、内置存储器、液晶显示器(LCD液晶显示器)、可移动存储器(PC卡)和接 口器件(计算机接口、电视机接口)等部分属于现有公知技术文献公开的内容，在此不予赘 述。下面详细描述本实用新型滤光片切换装置10各构件及其构造关系。参见图1和图2，本实用新型滤光片切换装置10以下列部件作为构成基础，包括三个部分工位切换箱 1、摆动单元2和电磁驱动单元3。如图1和图2所示，工位切换箱1包括上盖11和对应于上盖11的底座12，上盖 11与底座12相互扣合在一起构成内部中空的箱形盒体。前述摆动单元2和电磁驱动单元 3均设置于工位切换箱1内部。电磁驱动单元3承担着带动摆动单元2左右往复摆动的任 务，以便产生下文所描述的两块滤光片22、23交替滤光的功效。参见图3至图6，上盖11的外表面113的中央位置设有一用于连接镜头组件的凸 环111，该凸环111内部具有一贯穿上盖11的上通孔112，该上通孔112呈方形。上盖11 的内表面114的边缘部位设有弹性卡钩115和定位柱116。底座12的中央位置具有一贯穿 底座12的下通孔121，该下通孔121亦呈方形，并且在光路上与前述上通孔112重叠。底座 12的内表面122具有一可供摆动单元2在其内摆动的摆动槽1210，该内表面122的边缘部 位设有卡孔123和定位孔124。底座12的外表面125的中央位置具有一用于容纳影像传 感器(即电荷藕合元件CCD)的框架1211，该框架1211基本呈方形，其大小对应于影像传 感器。框架1211的下方具有一凹陷的容置仓126，该容置仓126主要用来容纳电磁驱动单 元3，该容置仓126内设置有弹性卡钩127、定位柱128及透孔129，容置仓126的两侧壁上 各设有一个定位孔1213，透孔129可供电磁驱动单元3部分穿过而实现与摆动单元2的配 合，内表面122在透孔129的一侧设有定位轴1212。上盖11通过其弹性卡钩115及定位柱 116与底座12的卡孔123及定位孔124配合而实现扣合，适合人工操作，方便快捷，无需螺 钉、粘胶等连接手段。参见图7所示，摆动单元2包括一滤光片支架21，其上嵌设了透光特性存在差异的 第一滤光片22和第二滤光片23，第一滤光片22和第二滤光片23在摆动方向上左右相邻 地设置。本实施例中，第一滤光片22和第二滤光片23的形状均为方形，其厚度较薄，约为 0. 3mm，重量也很轻，以便电磁驱动单元3容易将其带动。第一滤光片22用于日间或光线较 强的时辰，它能隔离一些肉眼看不到的不可见光，例如红外线、紫外线等。第二滤光片23则 用于夜间或光线较弱的时候。滤光片支架21的底端设置有一对应于定位轴1212的定位孔 24与一用于与电磁驱动单元3配合的腰形孔槽25。参见图8和图9所示，电磁驱动单元3包括了电路板31、电路板固定座32、驱动件 33、永久磁铁34、线圈35、线圈固定座36、镍管37和若干根铁杆38。电路板固定座32通过 其第一面上的两根定位柱321与容置仓126两侧的定位孔1213插接配合而固定在底座12 上，线圈固定座36通过两根定位柱361插接固定于电路板固定座32的第二面，线圈35则 绕制在由电路板固定座32与线圈固定座36组接而成的组件上；电路板固定座32通过其 第二面上的两根定位柱322插接于电路板31的定位孔311而实现连接固定，当该电磁驱动 单元3安装至底座12的容置仓126时，容置仓126内的两根弹性卡钩127从电路板31的 两端将其扣合固定。驱动件33采用其本身不具备磁性且重量较轻的塑料制成，其具有一芯 轴331和一偏心驱动轴332，永久磁铁34固定在芯轴331上，并且该永久磁铁34在线圈固 定座36中保持绕芯轴331的轴线可在有限角度范围内转动的状态。该芯轴331的一端插 入在电路板固定座32的中心位置的轴孔323中，构成驱动件33的旋转轴心。偏心驱动轴 332通过摆臂333与芯轴331连成一体，该偏心驱动轴332穿过电路板固定座32上的弧形 槽324并枢接于滤光片支架21底端的孔槽25，当偏心驱动轴332摆动时，其通过孔槽25而驱动滤光片支架21以定位轴1212为轴心摆动，弧形槽324可限制偏心驱动轴332的摆动 角度。具有铁磁性的镍管37设置在线圈固定座36和线圈35的外部，线圈固定座36的外 周壁上开有容纳铁杆38的U形槽362，铁杆38嵌设在U形槽362内。在本实施例中，所述 铁杆38有五根，线圈35的一侧有两根，另一侧有三根。此外，还可通过配置不同数量的铁 杆而达到摆动单元2的最佳定位效果。线圈35的电极线通过电路板31上的电路及未示出的导线连接于外部电源，利用 可以导电的线圈35通电后发生的磁场力变化作用于永久磁铁34，从而使驱动件33产生摇 摆运动。外部电源仅在需要驱动件33摆动时才供应电力。而在常时，由于驱动件33的常 态定位通过永久磁铁34与镍管37之间的磁性吸附完成，因此电磁驱动单元3在常态下处 于断电状态，使用上较为省电。组装时，先把电磁驱动单元3设置于底座12的容置仓126内，使偏心驱动轴332 穿过透孔129，利用一未示出的盖板将容置仓126封闭。然后将摆动单元2设置于底座12 的摆动槽1210内，使定位轴1212与定位孔24配合，偏心驱动轴332与孔槽25配合。最后 再将上盖11与底座12扣合即可完成组装。如图10和图11所示，线圈35将因瞬间通电产生磁力，推动永久磁铁34转动，进而 带动驱动件33转动，此时驱动件33通过与滤光片支架21接合的偏心驱动轴332引导滤光 片支架21以定位轴1212为轴心向左或向右摆动，直至抵止于摆动槽1210的左侧或右侧， 以在白天时于上通孔112与下通孔121显露出第一滤光片22，以过滤肉眼看不到的不可见 光，例如红外线、紫外线等，而于夜间显露出第二滤光片23，以增加光线的穿透性，达到消除 鬼影的效果，从而使摄影机在白天与黑夜都能获得清晰影像。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型实施的范围。 故即凡依本实用新型权利要求所述的特征及构思所为的等同变化或修饰，均应包括于本实 用新型的保护范围之内。
权利要求1.滤光片切换装置，包括工位切换箱，具有供光线穿透的通孔；设置在所述工位切换箱内的摆动单元，该摆动单元包括了可在第一位置与第二位置之 间左右摆动的滤光片支架和左右相邻地设置在该滤光片支架上的第一滤光片和第二滤光 片，当所述滤光片支架位于所述第一位置时，所述第一滤光片与所述通孔重叠，当所述滤光 片支架位于所述第二位置时，所述第二滤光片与所述通孔重叠；用于使所述摆动单元摆动的电磁驱动单元，该电磁驱动单元包括电路板、电路板固定 座、驱动件、磁性体、线圈和线圈固定座；其特征在于所述线圈固定座和线圈的外部设置有一铁磁性外管，所述线圈固定座与所述铁磁性外 管之间设有铁磁体，所述驱动件具有一用于固定所述磁性体的芯轴和一插设于所述滤光片 支架以将其驱动的偏心驱动轴，所述磁性体在所述线圈固定座中保持绕所述芯轴的轴线可 在有限角度范围内转动的状态。
2.根据权利要求1所述的滤光片切换装置，其特征在于所述铁磁性外管为镍管，所述 铁磁体为铁杆，所述磁性体为永久磁铁。
3.根据权利要求2所述的滤光片切换装置，其特征在于所述铁杆有多根，它们分别嵌 设在所述线圈固定座的外周壁上。
4.根据权利要求1所述的滤光片切换装置，其特征在于所述第一滤光片和第二滤光 片的形状均为方形。
5.根据权利要求1所述的滤光片切换装置，其特征在于所述工位切换箱由具有上通 孔的上盖和具有下通孔的底座组成，所述上通孔与下通孔均为方形且在光路上相互重叠， 所述上盖通过其内表面上的弹性卡钩及定位柱与所述底座的内表面上的卡孔及定位孔的 配合而实现扣合连接。
6.根据权利要求1所述的滤光片切换装置，其特征在于所述电路板固定座上具有可 供所述偏心驱动轴穿过并限制其摆动角度的弧形槽。
7.根据权利要求1所述的滤光片切换装置，其特征在于所述电路板固定座通过其第 一面上的定位柱插接固定于所述工位切换箱，所述线圈固定座通过定位柱插接固定于所述 电路板固定座，所述线圈绕制在由所述电路板固定座与线圈固定座组接而成的组件上；所 述电路板固定座通过其第二面上的定位柱插接固定于所述电路板，所述工位切换箱通过弹 性卡钩扣接于所述电路板。
8.滤光片切换装置的电磁驱动单元，包括电路板、电路板固定座、驱动件、磁性体、线圈 和线圈固定座，其特征在于所述线圈固定座和线圈的外部设置有一铁磁性外管，所述线圈 固定座与所述铁磁性外管之间设有铁磁体，所述驱动件具有一用于固定所述磁性体的芯轴 和一插设于所述滤光片支架以将其驱动的偏心驱动轴，所述磁性体在所述线圈固定座中保 持绕所述芯轴的轴线可在有限角度范围内转动的状态。
9.根据权利要求8所述的电磁驱动单元，其特征在于所述铁磁性外管为镍管，所述铁 磁体为铁杆，所述磁性体为永久磁铁；其中，所述铁杆有多根，它们分别嵌设在所述线圈固 定座的外周壁上。
10.根据权利要求8所述的电磁驱动单元，其特征在于所述线圈固定座通过定位柱插接固定于所述电路板固定座，所述线圈绕制在由所述电路板固定座与线圈固定座组接而成 的组件上；所述电路板固定座通过其第二面上的定位柱插接固定于所述电路板。
专利摘要本实用新型提供了一种滤光片切换装置及其电磁驱动单元，该滤光片切换装置包括工位切换箱、摆动单元和电磁驱动单元，该电磁驱动单元包括电路板、电路板固定座、驱动件、磁性体、线圈和线圈固定座，线圈固定座和线圈的外部设置有一铁磁性外管，线圈固定座的外周壁上嵌设有铁磁体，驱动件具有用于固定磁性体的芯轴和插设于摆动单元的滤光片支架以将其驱动的偏心驱动轴，磁性体在线圈固定座中保持绕驱动件的芯轴轴线可在有限角度范围内转动的状态。本实用新型滤光片切换装置极大地减小了驱动行程，节省了空间，体积更加小巧，而且精度更易于掌控，可降低产品的不良率，提高产品的结构可靠性，并且驱动件的定位和位置调节均可以得到很好的控制。
文档编号G03B17/14GK201780444SQ20102027379
公开日2011年3月30日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者陈新发 申请人:陈新发