数字凸轮连续变焦系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种数字凸轮连续变焦系统。包括固定框架、分别设置在固定框架两端的调焦组件与补偿组件、设置在调焦组件与补偿组件之间的变倍组件、用于变倍组件做往复直线运动的第一导杆、用于补偿组件做往复直线运动的第二导杆、调焦组件一端设置有前镜组件、补偿组件一端依次设置有调光组件和后镜组件；变倍组件与补偿组件之间设置有向第一导杆与第二导杆提供动力源的精密丝杆输出直线电机。本实用新型提供了一种低成本、精度高、体积小、可调整的数字凸轮连续变焦系统。
【专利说明】数字凸轮连续变焦系统
【技术领域】
[0001]本发明属于光学机械领域，涉及一种变焦系统，尤其涉及一种数字凸轮连续变焦系统。
【背景技术】
[0002]机械补偿连续变焦光学系统，传统的方法主要是采用机械凸轮机构实现变焦距光学镜头的连续变焦。机械凸轮种类多种多样，按照凸轮形状分为盘式凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮三类。在镜头运动机构中，主要采用圆柱型凸轮。在凸轮圆周上开有两组曲线槽，两组槽按照光学性能曲线加工，使变倍组移动时，补偿组做相应的移动以做补偿用。
[0003]在机械凸轮机构中，主要有旋转电机、凸轮、导向销、移动镜组和带有直线槽的外镜筒等。通过旋转电机输出扭矩，通过齿轮传动将扭矩传递给凸轮，凸轮通过导向销将动能传递给移动镜组。因外镜筒上的直线槽限制了导向销的运动轨迹，故凸轮正反转动时，会带动移动镜组做往复直线运动。变焦距光学镜头在变焦过程中，为了获得满意的成像质量，要求各运动镜组的位移准确。因此为了保证光学镜头在变焦过程中各运动镜组位移精确，则对凸轮提出了很高的制造精度要求，从而给凸轮的制造带来很大的难度。机械凸轮变焦机构存在以下主要问题:
[0004]( I)采用凸轮精度要求很高，机械加工难度大，需要高精度的机床和镗床，提高了成本。
[0005](2)变倍滑架和补偿滑架易磨损，长时间使用会导致变焦精度降低。
[0006](3)由于采用了齿轮传动系统，以及导向销和凸轮之间存在间隙，造成空回较大，所以整个机构存在体积大、效率低、精度差等问题。
[0007](4)设计加工完成后，曲线不能更改和调整。
【发明内容】
[0008]为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本发明提出了一种数字凸轮连续变焦系统。
[0009]本发明的技术方案是:
[0010]一种数字凸轮连续变焦系统，其特殊之处在于:包括固定框架、分别设置在固定框架两端的调焦组件与补偿组件、设置在调焦组件与补偿组件之间的变倍组件、用于变倍组件做往复直线运动的第一导杆、用于补偿组件做往复直线运动的第二导杆、调焦组件一端设置有前镜组件、补偿组件一端依次设置有调光组件和后镜组件；上述变倍组件与补偿组件之间设置有向第一导杆与第二导杆提供动力源的精密丝杆输出直线电机；
[0011]上述调焦组件包括调焦镜框、安装在调焦镜框中的调焦镜、与调焦镜框固定连接的运动电机组；上述调焦镜框对应导向组件的位置设置有通孔；上述导向组件穿过调焦镜框上的通孔；上述运动电机组按照动力的传动方向依次设置有精密丝杆、精密丝套、带编码器的驱动电机、传动齿轮副；[0012]上述变倍组件包括变倍镜框、安装在调焦镜框中的变倍镜、与变倍镜框固定连接的直线运动电机组、还包括设置在变倍镜框上的第一读数头和第一光栅尺；上述变倍镜框对应导向组件的位置设置有通孔；
[0013]上述补偿组件包括补偿镜框、安装在补偿镜框中的补偿镜、与补偿镜框固定连接的直线运动电机组、还包括设置在补偿镜框上的第二读数头和第二光栅尺；上述补偿镜框对应导向组件的位置设置有通孔；
[0014]上述直线运动电机组依照动力的传动方向依次设置电机、精密丝杆、精密丝套；
[0015]上述导向组件包括精密导套、精密导杆与限位开关。
[0016]本发明的优点是:
[0017]1.低成本。零件简单，易加工。
[0018]2.精度高。加工、装配精度容易保证。
[0019]3.体积小。结构简单、小巧。
[0020]4.可调整。不改动硬件、结构的情况下，运动曲线可方便的进行调整。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的结构试图；
[0022]图2a是本发明调焦组件运动曲线示意图；
[0023]图2b是本发明变倍组件运动曲线示意图；
[0024]图2c是本发明补偿组件运动曲线示意图；
[0025]图3是本发明变倍组件结构示意图；
[0026]图4是本发明变倍组件轴向截面示意图；
[0027]图5是本发明补偿组件结构示意图；
[0028]图6是本发明补偿组件轴向截面示意图；
[0029]图7是本发明调焦组件示意图；
[0030]图8是本发明调焦组件轴向截面示意图；
[0031]其中，1-前镜组件、2-调焦组件、3-变倍组件、4-补偿组件、5-调光组件、6_后镜组件、7-精密丝杆输出直线电机、8-第一导杆、9-第一读数头、10-第一光栅尺、11-限位开关、12-第二导杆、71-变倍镜框、101-第二光栅尺、91-第二读数头、21-精密丝杆、22-精密丝套、23-带编码器的驱动电机、24-传动齿轮副、25-精密导套、26-精密导杆、。
【具体实施方式】
[0032]参见图1-8，
[0033]直线驱动需要以下关键元件:直线电机、直线导轨、直线位移传感器。直线电机可以将电能直接转换为直线运动机械能而不需要中间转换结构的传动系统，从而较传统方式有明显优势，如结构简单、速度快、精度高等特点。
[0034]方案中采用数字凸轮技术(电机程序控制)代替机械凸轮实现对变焦距光学镜头进行连续变焦控制的方法。利用计算机按照变焦方程对驱动电机进行程序控制，使变焦距镜头中各运动镜组获得要求的线性或非线性精确位移，保证像面的稳定，获得满意的成像结果，同时输出准确的焦距值，以满足设备进行测量的需求。精密丝杆输出直线电机是变倍组、补偿组运动的动力源。在系统连续变焦过程中，驱动变倍组和补偿组按照设定的运动曲线运动，保证系统在变焦过程中始终保持像面清晰，同时根据控制及反馈可以精确的知道当前的焦距值。
[0035]工作时，由程序控制变倍组件3、补偿组件4及调焦组件2同时分别按照光学设计(或测定)曲线运动，能够快速、精确的实现连续变焦，并反馈焦距信息，且保证变焦过程中成像始终清晰。可以满足精密跟踪与测量的要求。
[0036]变倍组件3包含直线运动电机组(含电机、精密丝杆、精密丝套)、第一光栅尺10、第一读数头9、第一导杆8、精密导套25、变倍镜框71、限位开关11等。变倍组根据设计(或测定)的运动曲线，由电机组带动变倍镜框沿直线运动，实现连续变焦的变倍功能。为满足变焦过程光学镜组的平稳移动，两根导杆的间距在尽可能大的基础上，还要保证电机驱动点尽可能靠近两根导杆的连线。精密导套可以由两侧分布的顶丝进行配合间隙调整，从而可保证运动中的同轴度。电机组的运动精度可以达到0.0lmm (消隙精密丝套)。光栅尺与读数头共同组成镜组运动位置的高精度反馈系统，精度可达到微米甚至纳米级。
[0037]补偿组件4包含直线运动电机组(含电机、精密丝杆、精密丝套)、第二光栅尺101、第二读数头91、精密导杆26、精密导套25、补偿镜框、限位开关11等。变倍组根据设计(或测定)的运动曲线，由电机组带动变倍镜框沿直线运动，实现连续变焦的变倍功能。为满足变焦过程光学镜组的平稳移动，两根导杆的间距在尽可能大的基础上，还要保证电机驱动点尽可能靠近两根导杆的连线。精密导套可以由两侧分布的顶丝进行配合间隙调整，从而可保证运动中的同轴度。
[0038]调焦组件可根据设计(或测定)的温度及目标距离要求对变焦过程中的像面位置进行调整。调焦组件2包含精密丝杆21、精密丝套22、带编码器的驱动电机23、传动齿轮副24、精密导套25、精密导杆26、限位开关11。工作时，电机驱动调焦镜框沿导杆进行运动。精密导套可以由两侧分布的顶丝进行配合间隙调整，从而可保证运动中的同轴度。
[0039]调焦、变倍、补偿镜组均采用了端板加支撑杆(导杆)的框笼结构，在方便进行组合加工的同时还保证了系统的刚性，同时又极大的减轻了重量。
【权利要求】
1.一种数字凸轮连续变焦系统，其特征在于:包括固定框架、分别设置在固定框架两端的调焦组件与补偿组件、设置在调焦组件与补偿组件之间的变倍组件、用于变倍组件做往复直线运动的第一导杆、用于补偿组件做往复直线运动的第二导杆、调焦组件一端设置有前镜组件、补偿组件一端依次设置有调光组件和后镜组件；所述变倍组件与补偿组件之间设置有向第一导杆与第二导杆提供动力源的精密丝杆输出直线电机； 所述调焦组件包括调焦镜框、安装在调焦镜框中的调焦镜、与调焦镜框固定连接的运动电机组；所述调焦镜框对应导向组件的位置设置有通孔；所述导向组件穿过调焦镜框上的通孔；所述运动电机组按照动力的传动方向依次设置有精密丝杆、精密丝套、带编码器的驱动电机、传动齿轮副； 所述变倍组件包括变倍镜框、安装在调焦镜框中的变倍镜、与变倍镜框固定连接的直线运动电机组、还包括设置在变倍镜框上的第一读数头和第一光栅尺；所述变倍镜框对应导向组件的位置设置有通孔； 所述补偿组件包括补偿镜框、安装在补偿镜框中的补偿镜、与补偿镜框固定连接的直线运动电机组、还包括设置在补偿镜框上的第二读数头和第二光栅尺；所述补偿镜框对应导向组件的位置设置有通孔。
2.根据权利要求1所述的数字凸轮连续变焦系统，其特征在于:所述直线运动电机组依照动力的传动方向依次设置电机、精密丝杆、精密丝套。
3.根据权利要求2所述的数字凸轮连续变焦系统，其特征在于:所述导向组件包括精密导套、精密导杆与限位开关。
【文档编号】G02B15/00GK203502658SQ201320438593
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】王苗, 郝伟, 姚大为, 曹焱 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所