专利名称：光学器件自动切换装置及摄影设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及数码摄影、摄像产品装置领域，尤其是涉及一种应用于日夜型数码照相机或摄像机上的两或三滤片切换装置及带切换功能的摄影设备。
背景技术：
正常人眼看到的可见光是在320nm-760nm范围内，而高出760nm的部分，被称作红外光，一般人眼是看不到的。这后一部分光线，进入数码相机或摄像机内部后，会干扰感光芯片的日间彩色成像，造成焦距偏移、色彩失真等后果。在正常的日间彩色摄影或摄像过程中，通常需要在摄影镜头前加装一片红外滤片，其截止频率在760nm或以上，以滤除太阳或其它光源中的红外光部分，但这样的装置在夜间也就丧失了对红外光的感光功能，从而在黑暗的夜间无法成像。因此，具有日夜型两用功能的数码相机或摄像机为了既能在白天使用时拍摄出优良的彩色图片又能在晚上拍摄出效果良好的红外黑白照片，就需要一个滤片切换装置，使得在红外滤片存在的时候只允许760nm以下波长的光线进入来避免白天照片的色彩失真，而到了晚上则允许760nm以上波长的红外线进入来达到较好的夜视效果。现有的红外滤片转换装置常见的有两种一种通过磁铁与线圈的相互吸引作用来实现，如中国专利申请号为200320127940. 4，公开了一种“摄影机的红外线滤光片自动启动装置”(图1)，其结构含有滤光片支架、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，从而使装设有红外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滑架和滤光片的移动， 达到不同种类的光照条件下均能摄像的效果。另一种是通过微型电机驱动实现，如专利申请号2007201723 . 1的“一种红外滤镜驱动机构及相机”(图幻，其设计包括驱动电机、固定在电机输出轴上的滤镜支架及转动限位装置，其设计是采用旋转运动的直流电动机来驱动滤镜支架，从而控制滤镜自动切换。 但该设计存在的不足是当电机不工作时滤片的位置不固定，略有晃动时滤片会在镜头前来回晃动，影响产品的美观。现有的技术方案结构复杂所占空间较大，难以实现小型化设计，不便于安装在便携式数码摄影机或数码摄像机上。此外，现有技术方案采用电机直接驱动，需要电机有较大的输出力矩，否则容易卡死，这使得电机的小型化有局限性，同时摆动机构的占位与体积仍嫌偏大。
发明内容
为解决现有技术安装体积大，成本高，力矩大，功能少的技术问题，本发明提供一种光学器件自动切换装置，包括底座，所述底座上设置有驱动电机、从动齿轮和与之相啮合的主动齿轮，所述主动齿轮固定在所述驱动电机的电机输出轴上的，所述从动齿轮上设置有至少两个用于固定光学器件的固定件，所述固定件周向分布于所述从动齿轮上。其中，所述主动齿轮的齿数小于所述从动齿轮的齿数。
其中，所述固定件为抱箍结构。其中，所述从动齿轮还包括光学结构，所述光学结构为圆孔或狭缝。其中，还包括磁铁定位装置，磁铁定位装置包括磁铁和至少一个铁柱，所述磁铁固定于所述底座上，所述铁柱固定于所述从动轮外圆周上。本发明还提供一种摄影设备，包括滤片、镜头以及光学器件自动切换装置，所述光学器件自动切换装置包括底座，所述底座上设置有驱动电机、从动齿轮和与之相啮合的主动齿轮，所述主动齿轮固定在所述驱动电机的电机输出轴上的，所述从动齿轮上设置有至少两个用于固定光学器件的固定件，所述固定件周向分布于所述从动齿轮上，所述滤片固定于所述光学器件自动切换装置的固定件内，所述光学器件自动切换装置与所述镜头固定连接，所述滤片位于所述镜头的入射光路上。其中，所述主动齿轮的齿数小于所述从动齿轮的齿数。其中，所述从动齿轮上还设置有光学结构，所述光学结构为圆孔或狭缝。其中，还包括磁铁定位装置，磁铁定位装置包括磁铁和至少一个铁柱，所述磁铁固定于所述底座上，所述铁柱固定于所述从动轮外圆周上。其中，所述底座的背面设置有安装法兰，所述底座通过所述安装法兰与所述镜头固定。本发明的有益效果是采用主动齿轮和从动齿轮啮合传动的结构，主动齿轮设置在驱动电机上输出轴上，当驱动电机带动主动齿轮旋转，由于从动齿轮与主动齿轮相啮合， 从动齿轮随之旋转，用于固定滤片等光学器件的固定件周向分布于从动轮上，各固定件在随从动齿轮旋转的过程中，位置可以互相替代，实现不同固定件上的滤片的自动切换。主动齿轮由微型电机驱动，从动齿轮中可以安装多个不同效果的滤片，主动齿轮与从动齿轮直接啮合传动，既实现了结构的紧凑，滤片与减速齿轮合二为一，使得该设备的厚度小，又利用了齿轮减速机构的省力原理，可以用更小的电机实现相同的力矩输出，因而使设备的体积更小，大大提高了装置的经济性、可靠性。
图1为现有技术的一种摄影机的红外线滤光片自动启动装置的结构图；图2为现有技术的一种红外滤镜驱动机构及相机的结构图；图3为本发明自动切换装置一实施例的外观立体视图；图4为本发明自动切换装置一实施例的内部立体视图；图5为本发明自动切换装置的后视图；图6为本发明自动切换装置另一实施例的内部立体视图；图7为本发明自动切换装置又一实施例的内部立体结构图。标号说明1.电机 2.主动齿轮 3.从动齿轮 4.底座 5.上盖 51.电机盖7.磁铁 11.电机输出轴31.第一滤片32.第二滤片33.第三滤片41.底座轴42.安装法兰43.透光孔61.铁柱62.铁柱331.小圆孔332.狭缝
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。参阅图3和图4，本发明的实施例首先提供一种可实现多滤片自动切换的装置，包括驱动电机1、固定在电机输出轴11上的主动齿轮2，及与之相啮合的从动齿轮3。在从动齿轮内部，设置了三个周向均布的用于固定滤片的固定件，该固定件采用抱箍结构，每个抱箍结构采用两片半圆形突起状的箍片，可根据实际需要分别固定三个不同性能的滤片，在图4的实施例中三个固定件中分别固定有第一滤片31，第二滤片32，第三滤片33。主动齿轮2、从动齿轮3和驱动电机1设置于底座4上，从动齿轮绕底座轴41旋转，底座轴41是底座4的一部分，底座4上具有透光孔43，本发明的自动切换装置在使用时安装于镜头前， 透光孔43对准镜头，由各固定件固定的滤片旋转至于透光孔43相对时，各滤片对镜头的入射光线进行滤光，当从动齿轮旋转时，滤片31-33依次旋转到镜头处，其轴心与镜头轴心重合，以保证其轴心在镜头的光路上，从而起到不同性质的滤光作用。滤片31-33的中心运动轨迹是一个圆，其相对位置互成120角度。所述的主动齿轮2直接固定在电动机输出轴11 上，在本实施例中，设置主动齿轮2的齿数小于从动齿轮3的齿数，以达到减速增力的效果， 从而使电机可以进一步微型化。所述的从动齿轮3与主动齿轮2相啮合，当电机旋转时，主动齿轮亦带动从动齿轮旋转，两者的速度比与两者的周齿数比成反比，而从动齿轮的输出力矩，则为电机输出力矩的N倍，这里N为上述的周齿轮比。当电机反向旋转时，从动齿轮亦随之反方向旋转。当从动齿轮旋转时，位于从动齿内部固定件上的滤片31-33也随之绕着从动齿轮的轴心回转，每当从动齿轮旋转120度时，后一个滤片取代前一个滤片的位置， 刚好挡在所述的相机镜头前，实现其特定的滤片作用。当然，本发明的切换装置并不仅限于在从动轮中设置三个周向均布用于固定滤片的固定件，固定件的数量可以只为两个，也可以为四个甚至更多，在实际情况中根据需要选用，各固定件也可以并非均布于从动齿轮中，可以在周向上任意设置于从动齿轮中，只需使各固定件的位置保证其在随从动轮旋转时可使固定于其中的滤片在特定位置位于镜头的入射光路前，即可实现其对镜头的入射光线进行滤光的效果。在不同的固定件中可固定不同效果的滤片，实现多样化的滤光效果。另外本发明的自动切换装置中，从动齿轮的结构也并非仅限于图示，从动齿轮上的啮齿可以不需要完全覆盖整个圆周，例如可以如图7所示， 啮齿只分布在部分圆周上，在使用时通过设置电机的转动使所需要的滤片旋转至镜头前即可。另外主动齿轮和从动齿轮的齿形也不一定需要设置为图中的直齿结构，还可以设计为斜齿，甚至是曲线齿轮，只需要两者啮合传动使固定于从动齿轮上的光学器件转动即可。在本实施例中，自动切换装置中固定的三个滤片，可以按如下方案设置第一滤片 31为红外截止滤片，第二滤片32为补偿滤片，第三滤片33可以为空以降低成本，当其对红外光的焦距补偿作用会弱于相应的补偿滤片时，第三滤片33则可为一片不同截止波长的红外滤片(与第一滤片31相比)，或不同折射率的补偿滤片(与第二滤片32相比)。三个滤片互成120度角，位于所述的从动齿轮内部，静止时，第一滤片31的光学轴心与相机镜头的光学轴心重合，第一滤片31位于镜头的入射光路前，起到滤除红外光线的作用。从动齿轮逆时针旋转120度后，第二滤片32来到镜头光路前，起到开放红外光线的作用，同时补偿红外光线的焦距偏移。而当从动齿轮继续逆时针旋转120度后，第三滤片33开始发挥作用， 该第三滤片33，可以根据用途灵活设计，比如说是一块增强彩色照片质感的青蓝玻璃片、或天空滤片UVA/UVB+红外滤片的组合，也可以是一块远红外的截止滤片。在一实施例中，本发明的第三滤片固定件还可以直接设计为光学结构，不需固定滤片即可实现光学效果，例如参阅图6，将第三滤片固定件设计成一个有着固定口径的小圆孔331，起到收缩光圈的作用，在白天日光特别强的时段可以有效地改善相机的曝光；第三滤片固定件的结构还可以如图7所示的结构设计成一条狭缝332的形状，配合电机的速度， 在运动中起到快门的作用，提升相机对运动物体的成像效果。请参阅图5和图3，本发明的自动切换装置采用整体结构设计，装置壳体由底座4、 上盖5组成，其中底座上设置有电机盖51，从侧面看，底座与电机盖成L形，底座4扣合于相机镜头的光路前，结构牢固可靠，安装简易，部件数目少，由于镜头本身具有高度，电机盖可以容置于该段空间内，提高空间利用率。本实施例的装置外壳可以全部采用塑胶注塑件，以适应大批量生产，成本低廉。在底座4背对于底座轴41的另一面，设计有安装法兰42，该安装法兰42与镜头大小相匹配，可以将底座及整个装置直接扣合在镜头上，安装法兰是围绕透光孔设置的，这样安装法兰扣在镜头上正好使透光孔与镜头相对，从动齿轮3通过转动使滤片与透光孔43相对，从而位于镜头的入射光路之前，起到滤光的作用。请参阅图6，本发明可采用步进电机或超声电机驱动，能实现从动齿轮的精确定位，及滤片位置的断电自锁。也可以采用价格低廉的空心杯电机或其它永磁电机，如果采用空心杯电机或其它永磁电机，则可以附加磁铁定位机构，包括铁柱61与62，及磁铁7，所述磁铁7固定于所述底座4上，所述铁柱61固定于所述固定件上，所述磁铁7在所述驱动电机1停止运行后，如图6所示，空心杯电机1工作带动主动齿轮2旋转，通过主动齿轮与从动齿轮的啮合，进一步带动从动齿轮3绕底座4的底座轴41旋转；初始位置时，滤片31的光学轴心与镜头的光学轴心重合，且铁柱61与磁铁7相互吸引，将滤片固定在该初始位置； 从动齿轮逆时针旋转120°后，使滤片32的圆心来到镜头处，滤片的光学轴心与镜头的光学轴心重合，同时通过铁柱62与磁铁相互吸引，固定在另一个位置；反之，从动齿轮顺时针旋转120°后，使滤片31回到镜头前位置，其圆心与镜头圆心重合，同时通过铁柱61与磁铁相互吸引，固定在初始位置。通过与铁柱61的磁固定将从动齿轮上的固定件定位。当在固定件上的滤片旋转至预定的位置时，磁铁7和磁柱61成距离最小的相互吸引状态，从而在电机断电后，滤片不会因振动、运输或其它原因偏离其锁定位置。而当电机启动时，需要克服磁铁定位机构的阻力，才能改变滤片的位置。上述驱动电机的控制，可以由预先编制好的程序来实现，如根据时钟信号给出的昼夜转换信号，或采用一个光敏器件，根据其输出来实现白天与黑夜之间的切换。本发明还提供一种包括照相机、摄像机等用于摄影的摄影设备，在该摄影设备中包括镜头、滤片和上述的滤片自动切换装置，在安装时，滤片安装于自动切换装置中的固定件中，并使滤片在随从动齿轮旋转时位于镜头的入射光路前，自动切换装置可通过其底座上的安装法兰扣合于镜头前。具体的结构上文已有描述，此处不再赘述。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种光学器件自动切换装置，其特征在于包括底座，所述底座上设置有驱动电机、 从动齿轮和与之相啮合的主动齿轮，所述主动齿轮固定在所述驱动电机的电机输出轴上的，所述从动齿轮上设置有至少两个用于固定光学器件的固定件，所述固定件周向分布于所述从动齿轮上。
2.根据权利要求1所述光学器件自动切换装置，其特征在于所述主动齿轮的齿数小于所述从动齿轮的齿数。
3.根据权利要求1所述光学器件自动切换装置，其特征在于所述固定件为抱箍结构。
4.根据权利要求1所述光学器件自动切换装置，其特征在于所述从动齿轮上还设置有光学结构，所述光学结构为圆孔或狭缝。
5.根据权利要求1所述光学器件自动切换装置，其特征在于还包括磁铁定位装置，磁铁定位装置包括磁铁和至少一个铁柱，所述磁铁固定于所述底座上，所述铁柱固定于所述从动轮外圆周上。
6.一种摄影设备，其特征在于包括滤片、镜头以及光学器件自动切换装置，所述光学器件自动切换装置包括底座，所述底座上设置有驱动电机、从动齿轮和与之相啮合的主动齿轮，所述主动齿轮固定在所述驱动电机的电机输出轴上的，所述从动齿轮上设置有至少两个用于固定光学器件的固定件，所述固定件周向分布于所述从动齿轮上，所述滤片固定于所述光学器件自动切换装置的固定件内，所述光学器件自动切换装置与所述镜头固定连接，所述滤片位于所述镜头的入射光路上。
7.根据权利要求6所述摄影设备，其特征在于所述主动齿轮的齿数小于所述从动齿轮的齿数。
8.根据权利要求6所述摄影设备，其特征在于所述从动齿轮上还设置有光学结构，所述光学结构为圆孔或狭缝。
9.根据权利要求6所述摄影设备，其特征在于还包括磁铁定位装置，磁铁定位装置包括磁铁和至少一个铁柱，所述磁铁固定于所述底座上，所述铁柱固定于所述从动轮外圆周上。
10.根据权利要求6所述摄影设备，其特征在于所述底座的背面设置有安装法兰，所述底座通过所述安装法兰与所述镜头固定。
全文摘要
本发明提供一种光学器件自动切换装置及摄影设备，所述光学器件自动切换装置包括底座，所述底座上设置有驱动电机、从动齿轮和与之相啮合的主动齿轮，主动齿轮固定在驱动电机的电机输出轴上，从动齿轮上设置有至少两个用于固定滤片的固定件，固定件周向分布于所述从动齿轮上。由于采用了齿轮结构，使得本发明结构紧凑，且滤片与减速齿轮合二为一，使得该装置的厚度小，又利用了齿轮减速机构的省力原理，可以用更小的电机实现相同的力矩输出，因而使设备的体积更小，大大提高了装置的经济性、可靠性。
文档编号G02B7/00GK102313956SQ20111026978
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年8月26日
发明者李毅, 钟作奎 申请人:深圳市优威视讯科技有限公司