专利名称：基于齿轮结构的半球形开合镜头遮挡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及可开合的半球形镜头的遮挡装置，特别是涉及ー种基于齿轮传动结构的半球形可开合的镜头遮挡装置。
背景技术：
摄像、照相等影像采集设备基本都配有镜头遮挡装置，在设备不拍摄图像时遮挡装置闭合以保护镜头和感光器件，在需要进行拍摄时，通过人工或机械方式将遮挡装置打开。常见的机械遮挡装置一般采用挡片式，设计为平移开合运动，这在使用视角范围不太大的镜头时不会影响成像，但在使用超广角、鱼眼等视野范围很大的镜头时，因为此类镜头的前端都拥有凸出的透镜单元，如果镜头的位置保持不变，平移挡片在打开后其机械结构通常依然会位于镜头视角范围内，使得有效成像范围缩小。特别是对于视角达到甚至超过180°的鱼眼镜头，挡片平移开合的遮挡装置通常都不适用，大多采用人工移除镜头配套的遮光罩的方式。因此，需要提供ー种适用于鱼眼镜头的镜头遮挡装置，以满足超广角或鱼眼镜头的遮挡保护需求。
发明内容
本发明的目的是提供ー种基于齿轮结构的半球形开合镜头遮挡装置，通过齿轮组驱动多个瓣片以不同速度和方向转动，仅采用一个电机就能实现对多个瓣片的驱动和准确定位，结构简单、运动位置准确、部件稳定可靠、加工难度低。为了实现上述目的，本发明提供了ー种基于齿轮结构的半球形开合镜头遮挡装置，包括瓣片组，包括至少两个瓣片，所述至少两个瓣片枢转连接在同一旋转轴线上；每个所述瓣片具有对应闭合位置和对应开启位置，当每个所述瓣片位于对应闭合位置时构成一个半球形球面，所述半球形球面罩住凸出镜头，位于对应开启位置时所述瓣片位于所述凸出镜头的视角之外；齿轮组，用于带动所述瓣片组的每个瓣片在对应闭合位置和对应开启位置之间转动，使所述瓣片同时到达对应闭合位置和同时到达对应开启位置；电机，用于为所述齿轮组提供动カ。优选地，上述的装置中，所述齿轮组中各齿轮的节圆半径和/或齿数根据每个所述瓣片的预定运动速度和瓣片间的预定相对运动位置来确定。优选地，上述的装置中，还包括托架，用于安装所述瓣片组、所述齿轮组和所述电机；运动控制模块，用于接收计算机指令，控制所述电机的驱动状态；电源模块，用于为所述电机和所述运动控制模块提供电能。优选地，上述的装置中，所述至少两个瓣片的瓣片数量为N，N为偶数；所述齿轮组包括固定的被动齿轮轴，轴线与所述瓣片的所述旋转轴线重合，所述被动齿轮轴上安装有N个相互独立的被动齿轮，分别对应带动N个所述瓣片；固定的传动齿轮轴，轴线与所述瓣片的所述旋转轴线平行；所述传动齿轮轴上安装有N/2个与所述被动齿轮相啮合的传动齿轮，所述传动齿轮的齿数互不相同，N/2个所述传动齿轮互相固定在一起；能转动的主动齿轮轴，轴 线与所述瓣片的所述旋转轴线平行，并通过固定轴筒与所述电机相连；所述主动齿轮轴上安装有N/2个与所述主动齿轮轴相固定并且与所述被动齿轮相啮合的主动齿轮，所述主动齿轮的齿数互不相同；所述主动齿轮轴上还安装有ー个与所述主动齿轮轴相固定并且与所述传动齿轮相啮合的独立主动齿轮。优选地，上述的装置中，与所述主动齿轮相啮合的被动齿轮所对应的瓣片构成第ー组，与所述传动齿轮相啮合的被动齿轮所对应的瓣片构成第二组，所述第一组中的瓣片与所述第二组中的瓣片运动方向相反。优选地，上述的装置中，每个所述瓣片的一端与对应的被动齿轮连为一体，每个所述瓣片的另一端装有固定轮，所述固定轮套在位于所述旋转轴线上的固定轴上。优选地，上述的装置中，所述瓣片的横向截面和纵向截面均为弧形，所述瓣片的纵向弧度为180°，横向弧度不小于180° /N。优选地，上述的装置中，N=4，所述瓣片材质为不透光的金属或硬塑料。本发明实施例至少存在以下技术效果I)本发明实施例通过齿轮带动每个瓣片在对应闭合位置和对应开启位置之间转动，也就是通过齿轮组驱动多个瓣片以不同速度和方向转动，齿轮传动结构尺寸小巧、因此镜头遮挡装置的机械结构简单、运动位置准确、部件稳定可靠、加工难度低。2)本发明实施例通过齿轮组合使所述瓣片同时到达对应闭合位置和对应开启位置仅采用一个电机就能实现对多个瓣片的驱动和准确定位。3)本发明实施例将瓣片分为运动方向相反的两组，同时减少了齿轮齿数比的幅值，減少了对加工エ艺的要求和安装空间的需求，易于加工和使用。4)本发明提出的镜头遮挡装置，在闭合时能够完全遮蔽成像设备的镜头，打开后在不移动镜头的情况下也不会影响成像的视野范围。
图I为本发明实施例半球形镜头遮挡装置的闭合状态结构示意图；图2为本发明实施例半球形镜头遮挡装置的开启状态结构示意图；图3为本发明实施例半球形镜头遮挡装置的瓣片示意图；图4为本发明实施例半球形镜头遮挡装置的传动齿轮组结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图I、图2分别为本发明实施例半球形镜头遮挡装置的闭合状态和开启状态的结构示意图，如图I、图2所示，本发明实施例提供了ー种基于齿轮结构的半球形开合镜头遮挡装置，包括瓣片组110，包括至少两个瓣片，所述至少两个瓣片枢转连接在同一旋转轴线上；每个所述瓣片具有对应闭合位置和对应开启位置，位于对应闭合位置的所述至少两个瓣片构成罩住凸出镜头的半球形遮挡球面，位于对应开启位置的所述至少两个瓣片位于所述凸出镜头的视角之外；齿轮组120，用于通过 齿轮带动每个所述瓣片在对应闭合位置和对应开启位置之间转动，使所述至少两个瓣片同时到达对应闭合位置和同时到达对应开启位置；电机130，用于为所述齿轮组提供动力。可见，本发明实施例通过齿轮带动每个瓣片在对应闭合位置和对应开启位置之间转动，也就是通过齿轮组驱动多个瓣片以不同速度和方向转动，齿轮传动结构尺寸小巧、因此镜头遮挡装置的机械结构简单、运动位置准确、部件稳定可靠、加工难度低。本发明实施例将所述瓣片分为运动方向相反的两组，通过齿轮使所述瓣片同时到达对应闭合位置和对应开启位置，可以仅仅采用ー个电机就能实现对多个瓣片的驱动和准确定位。本发明实施例的半球形镜头遮挡装置，在不移动镜头的情况下，该装置打开后全部机械结构处于镜头视角180°范围以外，不会影响镜头的成像视野和范围。在一个优选实施例中，所述齿轮组中各齿轮的节圆半径和/或齿数根据每个所述瓣片的预定运动速度和瓣片间的预定相对运动位置来确定。其中，镜头遮挡装置还包括托架140，用于安装固定所述瓣片组110、所述齿轮组120和所述电机130 ；运动控制模块210，用于接收计算机指令，控制所述电机的驱动状态；电源模块220，用于为所述电机和所述运动控制模块提供电能。图4为本发明实施例半球形镜头遮挡装置的传动齿轮组结构示意图，在一个优选实施例中，所述至少两个瓣片的瓣片数量为N，N为偶数；如图4所示，所述齿轮组包括固定的被动齿轮轴410，轴线与所述瓣片的所述旋转轴线重合，所述被动齿轮轴上安装有N个相互独立的被动齿轮，分别对应带动N个所述瓣片；固定的传动齿轮轴420，轴线与所述瓣片的所述旋转轴线平行；所述传动齿轮轴上安装有N/2个与所述被动齿轮相啮合的传动齿轮，所述传动齿轮的齿数互不相同，N/2个所述传动齿轮互相固定在一起；能转动的主动齿轮轴430，轴线与所述瓣片的所述旋转轴线平行，并通过固定轴筒与所述电机相连；所述主动齿轮轴上安装有N/2个与所述主动齿轮轴相固定并且与所述被动齿轮相啮合的主动齿轮，所述主动齿轮的齿数互不相同；所述主动齿轮轴上还安装有一个与所述主动齿轮轴相固定并且与所述传动齿轮相啮合的独立主动齿轮。在一个优选实施例中，与所述主动齿轮相哨合的被动齿轮所对应的瓣片构成第一组，与所述传动齿轮相啮合的被动齿轮所对应的瓣片构成第二组，所述第一组中的瓣片与所述第二组中的瓣片运动方向相反。图3为本发明实施例半球形镜头遮挡装置的瓣片示意图；如图3所示，每个所述瓣片111的一端与对应的被动齿轮411连为一体，每个所述瓣片111的另一端装有固定轮150，所述固定轮150套在所述旋转轴线上的固定轴160上。
在一个优选实施例中，所述瓣片的截面为弧形，所述瓣片的纵向(垂直于运动方向)弧度为180°，横向(运动方向)弧度为180° /N+a°，其中a的取值可以根据需求调整。所以，N个所述瓣片构成的所述半球形遮挡球面，在垂直所述旋转轴线的周向(运动方向)为大于等于180°的弧面。瓣片的横截面和纵截面均为弧形，由金属或硬塑料材料制成，具有一定硬度且不透光，可以起到保护镜头的作用。为了保证遮光性，瓣片间相互有一定的交叠部分，在ー个优选实施例中，瓣片数量为4个，每个瓣片的弧度在垂直于运动方向上为180°，平行于运动方向上为50°。每个瓣片弧度一致，弧半径从小到大依次相差1mm。当然，在实际使用中，可以根据情况调整瓣片的数量和弧度，但要保证瓣片数量为偶数；
如图2所示，遮挡装置在打开时，瓣片分为两组，以固定轴为轴心，向相対的方向旋转，当打开到位时，两组瓣片分别位于固定轴轴线的两侧；如图4所示，传动齿轮组包括主动齿轮轴430，传动齿轮轴420，被动齿轮轴410，以及相互有啮合关系的M个齿轮，M=NX 2+1 ；主动齿轮轴430与电机轴固定在一起，主动轴上的齿轮与轴固定在一起，因此，该轴上的齿轮与电机的转动方向和速度一致；轴上的齿轮按传动功能分为两组一组将电机的转动传给传动齿轮轴，另ー组传给被动齿轮轴上的齿轮；每个齿轮的齿数不同，转动方向和速度相同；被动齿轮轴410固定在托架上，不可转动；轴上的齿轮分为两组，位置相邻，ー组与传动轴上的齿轮ー对ー哨合，该组齿轮转动方向与电机转动方向一致；一组与主动齿轮轴上的齿轮ー对ー哨合，该组齿轮转动方向与电机转动方向相反；姆个齿轮相互独立，分别与一个瓣片固定在一起；每个齿轮的齿数不同，转动速度不同；传动齿轮轴420固定在托架上；轴上的齿轮在传动关系上位于主动和被动齿轮之间，负责将电机的转动传给被动齿轮轴上的齿轮；该轴齿轮之间相互固定，转动动力由其中一个齿轮与主动轴上的齿轮啮合而得到；所有齿轮保持一致的转动速度和方向，转动方向与电机相反；姆个齿轮齿数不同，分别与被动齿轮轴上的齿轮ー对ー哨合；在一个优选实施例中，瓣片为4个；所以被动齿轮轴上的齿轮数也为4个；齿轮组一共需要用9个齿轮；齿轮C2、C5、C7、C9分别与4个瓣片的一端固定在一起，齿轮之间有一定间距，以保证相互之间不摩擦；C1与C2啮合；C4与C5啮合，同时也与C3啮合；C6与C7啮合；C8与C9啮合；C1和C4、C6和C8分别固定在一起；在打开和闭合过程中，每个瓣片的转动角度不同，分别为±90°、土45°、土45°、±90°，其实现依靠传动齿轮之间的齿数不同；同吋，每个轴上的齿轮必须保证轴心在同一直线上，为了正确啮合，齿轮的节圆半径R必须满足一定关系RC9+RC8-RC7+RC6-D3，Rc9-Rc8, RC7/RC6-2 ；RC5+RC4-RC1+RC2-D1，Rci_Rc2 Rc5,Rc4_2 ；RC3+RC4-D2，Rc3-Rc4, Rc3 く D2_R 主动轴-R 传动轴；齿轮的厚度也必须考虑相互直接没有传动关系的齿轮之间应留有一定缝隙以避免不应有的摩擦；在本实施例中，为了能在较小的空间安装整个装置，同时又不增加加工难度，各齿轮的节圆半径、齿数和厚度分别为
齿轮Cl |-C2C3「C4 "I C5C6 l'C7C8「C9
节圆半径(nun)4.54.53365107. 57. 5
齿数151510102015302020
齿轮厚度(nun)2.5222. 522. 522. 52电机130的转轴与主动齿轮轴430固定在一起，电源为电机和运动控制模块供电；当运动控制模块收到计算机发出的打开命令吋，驱动电机正向转动，主动齿轮轴及齿轮C3、C6和C8与电机同向同速转动；C3啮合C4且齿数相同，C4与Cl固定在一起，因此Cl和C4 与C3反向转动，转速相同，即与电机反向同速转动；C1啮合C2且齿数相同，所以C2与Cl反向同速转动，即与电机同向同速转动；C4啮合C5，齿数为C5的1/2，所以C5与C4反向、与电机同向，速度为电机的1/2 ；C6啮合C7，齿数为C7的1/2，所以C7与C6反向即与电机反向转动，速度为电机的1/2 ；C8啮合C9且齿数相同，因此C9与C8反向即与电机反向转动，转速相同；当电机正向转动90°吋，C2带动瓣片同向转动了 90°，C5带动瓣片同向转动了45°，C7带动瓣片反向转动了 45°，C9带动瓣片反向转动了 90°。根据电机转动速度，可以计算出电机转动90°所需要的时间，作为运动控制模块的动作定时器，当定时器到达预订时间，运动控制模块停止电机动作，就完成了一次打开过程。当执行闭合指令吋，运动控制模块驱动电机反向转动90°，所有齿轮根据啮合关系带动瓣片闭合到位。在限制电机转动角度的功能实现上，还可以采取安装限位开关的方法，或者使用步进电机。由上可知，本发明实施例具有以下优势I)本发明实施例通过齿轮带动每个瓣片在对应闭合位置和对应开启位置之间转动，也就是通过齿轮组驱动多个瓣片以不同速度和方向转动，齿轮传动结构尺寸小巧、因此镜头遮挡装置的机械结构简单、运动位置准确、部件稳定可靠、加工难度低。2)本发明实施例通过齿轮使所述至少两个瓣片同时到达对应闭合位置和对应开启位置，仅采用一个电机就能实现对多个瓣片的驱动和准确定位。3)本发明实施例将瓣片分为运动方向相反的两组，同时减少了齿轮齿数比的幅值，減少了对加工エ艺的要求和安装空间的需求，易于加工和使用。4)本发明提出的镜头遮挡装置，在闭合时能够完全遮蔽成像设备的镜头，打开后在不移动镜头的情况下也不会影响成像的视野范围。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种基于齿轮结构的半球形开合镜头遮挡装置，其特征在于，包括 瓣片组，包括至少两个瓣片，所述至少两个瓣片枢转连接在同一旋转轴线上；每个所述瓣片具有对应闭合位置和对应开启位置，当每个所述瓣片位于对应闭合位置时构成ー个半球形球面，所述半球形球面罩住凸出镜头，位于对应开启位置时所述瓣片位于所述凸出镜头的视角之外； 齿轮组，用于带动所述瓣片组的每个瓣片在对应闭合位置和对应开启位置之间转动，使所述瓣片同时到达对应闭合位置和同时到达对应开启位置； 电机，用于为所述齿轮组提供动力。
2.根据权利要求I所述的半球形开合镜头遮挡装置，其特征在于，所述齿轮组中各齿轮的节圆半径和/或齿数根据每个所述瓣片的预定运动速度和瓣片间的预定相对运动位置来确定。
3.根据权利要求I所述的半球形开合镜头遮挡装置，其特征在于，还包括 托架，用于安装所述瓣片组、所述齿轮组和所述电机； 运动控制模块，用于接收计算机指令，控制所述电机的驱动状态； 电源模块，用于为所述电机和所述运动控制模块提供电能。
4.根据权利要求I、2或3所述的半球形开合镜头遮挡装置，其特征在于，所述至少两个瓣片的瓣片数量为N，N为偶数；所述齿轮组包括 固定的被动齿轮轴，轴线与所述瓣片的所述旋转轴线重合，所述被动齿轮轴上安装有N个相互独立的被动齿轮，分别对应带动N个所述瓣片； 固定的传动齿轮轴，轴线与所述瓣片的所述旋转轴线平行；所述传动齿轮轴上安装有N/2个与所述被动齿轮相啮合的传动齿轮，所述传动齿轮的齿数互不相同，N/2个所述传动齿轮互相固定在一起； 能转动的主动齿轮轴，轴线与所述瓣片的所述旋转轴线平行，并通过固定轴筒与所述电机相连；所述主动齿轮轴上安装有N/2个与所述主动齿轮轴相固定并且与所述被动齿轮相啮合的主动齿轮，所述主动齿轮的齿数互不相同；所述主动齿轮轴上还安装有一个与所述主动齿轮轴相固定并且与所述传动齿轮相啮合的独立主动齿轮。
5.根据权利要求4所述的半球形开合镜头遮挡装置，其特征在干， 与所述主动齿轮相哨合的被动齿轮所对应的瓣片构成第一组，与所述传动齿轮相哨合的被动齿轮所对应的瓣片构成第二组，所述第一组中的瓣片与所述第二组中的瓣片运动方向相反。
6.根据权利要求4所述的半球形开合镜头遮挡装置，其特征在干， 每个所述瓣片的一端与对应的被动齿轮连为一体，每个所述瓣片的另一端装有固定轮，所述固定轮套在位于所述旋转轴线上的固定轴上。
7.根据权利要求6所述的半球形开合镜头遮挡装置，其特征在干， 所述瓣片的横向截面和纵向截面均为弧形，所述瓣片的纵向弧度为180°，横向弧度不小于 180° /No
8.根据权利要求7所述的半球形开合镜头遮挡装置，其特征在干，N=4，所述瓣片材质为不透光的金属或硬塑料。
全文摘要
本发明公开了一种基于齿轮结构的半球形开合镜头遮挡装置，包括瓣片组，包括至少两个瓣片，所述至少两个瓣片枢转连接在同一旋转轴线上；每个瓣片具有对应闭合位置和对应开启位置，当每个瓣片位于对应闭合位置时构成一个半球形球面，所述半球形球面罩住凸出镜头，位于对应开启位置时瓣片位于凸出镜头的视角之外；齿轮组，用于带动瓣片组的每个瓣片在对应闭合位置和对应开启位置之间转动，使瓣片同时到达对应闭合位置和同时到达对应开启位置；电机，用于为齿轮组提供动力。本发明通过齿轮组驱动多个瓣片以不同速度和方向转动，仅采用一个电机就能实现对多个瓣片的驱动和准确定位，结构简单、运动位置准确、部件稳定可靠、加工难度低。
文档编号G03B11/04GK102645817SQ20121014055
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者吕伟涛, 姚雯, 张阳, 杨俊 , 马颖 申请人:中国气象科学研究院