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1、(10)申请公布号 CN 103364933 A (43)申请公布日 2013.10.23 CN 103364933 A *CN103364933A* (21)申请号 201310309277.8 (22)申请日 2013.07.22 G02B 15/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院西安光学精密机械研究 所 地址 710119 陕西省西安市高新区新型工业 园信息大道 17 号 (72)发明人 王苗 郝伟 姚大为 曹焱 (74)专利代理机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 61211 代理人 杨引雪 (54) 发明名称 数字凸轮连续变焦系统 (57) 摘要 本发明涉及一种数字凸。
2、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。本发明提供了一 种低成本、 精度高、 体积小、 可调整的数字凸轮连 续变焦系统。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书。
3、1页 说明书3页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103364933 A CN 103364933 A *CN103364933A* 1/1 页 2 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。
4、框内孔中的调焦镜、 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、 安装在调焦镜框内孔中的变倍镜、 与变倍镜框固定连接 的直线运动电机组、 还包括与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、 安装在补偿镜框内孔中的补偿镜、 与补偿镜框固定连接 的直线运动电机组、 还包括与设置在补偿镜框上的第二读数头和第二光栅尺。
5、 ； 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。 权 利 要 求 书 CN 103364933 A 2 1/3 页 3 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。
6、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。
7、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 （1） 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 0。
8、008 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 ； 0011 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 ； 0012 上述调焦组件包括调焦镜框、 安装在调焦镜框。
9、内孔中的调焦镜、 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 说 明 书 CN 103364933 A 3 2/3 页 4 编码器的驱动电机、 传动齿轮副 ； 0013 上述变倍组件包括变倍镜框、 安装在调焦镜框内孔中的变倍镜、 与变倍镜框固定 连接的直线运动电机组、 还包括与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 ； 0014 上述补偿组件包括补偿镜框、 安装在补偿镜框内孔中的补偿镜、 与补偿镜。
10、框固定 连接的直线运动电机组、 还包括与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 ； 0015 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 ； 0016 上述导向组件包括精密导套、 精密导杆与限位开关。 0017 本发明的优点是 ： 0018 1. 低成本。零件简单， 易加工。 0019 2. 精度高。加工、 装配精度容易保证。 0020 3. 体积小。结构简单、 小巧。 0021 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。 附图说明 0022 图 1 是本发明的结构试图 ； 0023 图。
11、 2 是本发明各组运动曲线示意图 ； 0024 图 3 是本发明变倍组件结构示意图 ； 0025 图 4 是本发明变倍组件轴向截面示意图 ； 0026 图 5 是本发明补偿组件结构示意图 ； 0027 图 6 是本发明补偿组件轴向截面示意图 ； 0028 图 7 是本发明调焦组件示意图 ； 0029 图 8 是本发明调焦组件轴向截面示意图 ； 0030 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。
12、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 0031 参见图 1-8， 0032 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。 0033 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。
13、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 说 明 书 CN 103364933 A 4 3/3 页 5 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。 0034 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。
14、、 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。 0035 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。。
15、电机组的运动精度可以达到 0.01mm（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。 0036 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。
16、整， 从而 可保证运动中的同轴度。 0037 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。 0038 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。 说 明 书 CN 103364933 A 5 1/5 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103364933 A 6 2/5 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103364933 A 7 3/5 页 8 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103364933 A 8 4/5 页 9 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103364933 A 9 5/5 页 10 图 8 说 明 书 附 图 CN 103364933 A 10 。