CN103336350B - 像面高稳定的电动连续变焦机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种像面高稳定的电动连续变焦机构，包括变焦镜组、电机组、机壳、第一限位开关、第二限位开关、触头，所述变焦镜组、电机组、第一限位开关、第二限位开关分别固定在机壳上，该变焦镜组由变焦导轨组、变焦光组、补偿光组、第一凸轮组、第二凸轮组组成，该变焦导轨组是无间隙滚动导轨，由变焦内筒、变焦外筒、轴承座、开口压圈、键、第一滚珠、第二滚珠组成。本发明实现了在特定环境如温度、冲击、振动情况下连续变倍时像面稳定，提高变焦系统成像质量。

Description

像面高稳定的电动连续变焦机构

技术领域

本发明属于光电技术领域，特别是一种像面高稳定的电动连续变焦机构。

背景技术

由于定焦光学系统技术成熟，结构简单，像面稳定、像质好，它广泛地应用于军、民品光学系统中。为解决远距离、近距离目标观察，大多采用镜头切换方式。但切换过程中易丢失目标，操作难度大。连续变焦系统能及时捕捉目标，观察目标。但受加工精度限制、设计软件约束，变焦过程中，像面稳定性差，像质不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种像面高稳定的电动连续变焦机构，解决在特定环境如温度、冲击、振动情况下连续变倍时像面稳定，提高变焦系统成像质量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种像面高稳定的电动连续变焦机构，包括变焦镜组、电机组、机壳、第一限位开关、第二限位开关、触头，所述变焦镜组、电机组、第一限位开关、第二限位开关分别固定在机壳上，该变焦镜组由变焦导轨组、变焦光组、补偿光组、第一凸轮组、第二凸轮组组成，该变焦导轨组是无间隙滚动导轨，由变焦内筒、变焦外筒、轴承座、开口压圈、键、第一滚珠、第二滚珠组成；

变焦外筒包括筒体、齿轮、左V形导轨、右V形导轨，在筒体两端分别设置左V形导轨、右V形导轨，左V形导轨与变焦内筒设置的导轨组成左导轨通道，第二滚珠在左V形导轨上滚动，右V形导轨与轴承座上设置的导轨组成右导轨通道,第一滚珠在右V形导轨上滚动，在筒体上按光学性能曲线设置变倍螺旋凹槽、补偿螺旋凹槽；变焦外筒套接在变焦内筒上，变焦内筒通过轴承座固定在机壳上，开口压圈将变焦内筒的轴向压紧在轴承座上，在变焦内筒的径向设置键，通过键将变焦内筒连接在轴承座上；变焦外筒的右V形导轨通过第一滚珠与轴承座连接，变焦外筒的左V形导轨通过第二滚珠与变焦内筒连接，变焦外筒随第一滚珠、第二滚珠滚动而转动；

变焦光组设置在变焦内筒的一端，补偿光组设置在变焦内筒的另一端，变焦内筒上设置直线导槽；第一凸轮组、第二凸轮组分别由镶套、螺套、螺钉组成，在第一凸轮组中，将装上镶套的螺钉穿过变焦外筒上的变倍螺旋凹槽和变焦内筒上设置的直线导槽后拧入设置在变焦光组的第一镜筒上的螺纹孔内，再用螺套把变焦光组并紧在变焦外筒上的变倍螺旋凹槽内；在第二凸轮组内，将装上镶套的螺钉穿过变焦外筒上的补偿螺旋凹槽和变焦内筒上设置的直线导槽后拧入设置在补偿光组的第二镜筒上的螺纹孔内，再用螺套把补偿光组并紧在变焦外筒上的补偿螺旋凹槽内；

在变焦外筒上的筒体中间设置螺纹孔，在该螺纹孔中设置与第一限位开关、第二限位开关能够接触的触头，第一限位开关设置在机壳的一端，第二限位开关设置在机壳的另一端，第一限位开关和第二限位开关的安装位置相对于变焦外筒转轴对称；

电机组由齿轮和电机组成，该齿轮与电机的转轴连接，齿轮与变焦外筒上的齿轮啮合，当电机顺时针方向转动时，连接在电机转轴上的齿轮与变焦外筒上的齿轮啮合，使变焦外筒随第一滚珠、第二滚珠滚动而作逆时针方向转动，变焦光组、补偿光组在变焦内筒上设置的直线导槽内作相向移动，变焦光组和补偿光组之间的距离逐渐变短，变焦光组和补偿光组组合焦距由短焦向长焦变化，实现了倍率由低倍向高倍连续变化；当设置在变焦外筒的螺纹孔内触头与第二限位开关接触时，电机停止顺时针方向转动，第二限位开关限定变焦外筒逆时针方向转动角度；电机向逆时针方向转动，连接在电机转轴上的齿轮与变焦外筒上的齿轮啮合，使变焦外筒随第一滚珠、第二滚珠滚动而作顺时针方向转动，变焦光组、补偿光组在变焦内筒上设置的直线导槽内作背向移动，变焦光组和补偿光组之间的距离逐渐变长，变焦光组和补偿光组组合焦距由长焦向短焦变化，实现了倍率由高倍向低倍连续变化；当触头与第一限位开关接触时，电机停止逆时针方向转动，第一限位开关限定变焦外筒顺时针方向转动角度，电机顺时针、逆时针转动改变了变焦光组和补偿光组之间的距离，实现了连续变焦功能。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)变焦导轨组由变焦内筒、变焦外筒、轴承座、开口压圈、键和滚珠组成无间隙滚动导轨。该导轨采用半运动式圆柱形轴系v型导轨结构方式，提高导轨置中精度，消除变倍外筒转动时轴向间隙；变焦外筒采用键、开口压圈固定到轴承座上，防止导轨松动；变焦光组、补偿光组设有调整环节，可调整其分别与镜筒同轴；变焦光组、补偿光组与变焦内筒之间有簧片，消除变焦光组、补偿光组移动时径向间隙；凸轮采用自润滑二硫化钼的材料，消除凸轮与凸轮螺旋凹槽、变焦内筒直导槽之间间隙；同时控制变焦透镜、补偿透镜二面角，设置两光组镜筒与变焦内筒公差配合，变焦内筒与变焦外筒公差配合，凸轮与变焦内筒直槽、光变焦外筒螺旋凹槽公差配合解决变焦时像面稳定性，提高变焦系统成像质量。(2)本发明作为像面高稳定的电动连续变焦机构，它解决了在特定环境如：温度、冲击、振动下，连续变焦时像面稳定性，提高变焦系统成像质量。加大了连续变焦光学系统应用范围。(3)本发明结构新颖、稳定可靠，操作快捷方便，能够满足特定环境中，光电系统即时观察、瞄准目标。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1(a)为本发明像面高稳定的电动连续变焦机构的主视图，图1(b)本发明像面高稳定的电动连续变焦机构的剖视图。其中1为变焦镜组，2为电机组，3为机壳，4-1为第一限位开关，4-2为第二限位开关，5为触头。

图2(a)为变焦镜组的主视图，图2(b)为变焦镜组的左视图。其中6为变焦导轨组，7为变焦光组，8为补偿光组，9-1为第一凸轮组，9-2为第二凸轮组，10为簧片。

图3为电机组的结构图。其中11为齿轮，12为电机。

图4为变焦导轨组的结构图。其中13为变焦内筒，14为变焦外筒，15为轴承座，16为开口压圈，17为键，18-1为第一滚珠，18-2为第二滚珠。

图5为变焦外筒的外形图。其中14-5为齿轮，14-1为左V型导轨，14-4为右V型导轨，14-2为变倍螺旋凹槽，14-3为补偿螺旋凹槽。

C1是变倍螺旋凹槽14-2的槽宽，C2是补偿螺旋凹槽14-3的槽宽，α角是变焦外筒14从一位置旋转另一位置时，相对于变焦外筒(14)转轴夹角，变焦外筒14旋转α角时，X1是连接变焦光组7的第一凸轮组9-1处于变倍螺旋凹槽14-2某一中心位置到变焦外筒14左端面距离，X2是连接补偿光组8的第二凸轮组9-2处于补偿螺旋凹槽14-3某一中心位置到变焦外筒14左端面距离。

图6为变焦光组的结构图。其中19为第一透镜，20为第二透镜，21为第三透镜，22为第一压圈，23为第一镜筒，24为第二隔圈，25-1为第一调整螺钉，25-3为第二调整螺钉，25-2为第三调整螺钉，26为第一隔圈。

图7为补偿光组的结构图。其中27为补偿第一透镜，28为补偿第二透镜，29为补偿第三透镜，30为补偿第四透镜，31-1为第四调整螺钉，31-4为第五调整螺钉，31-3为第六调整螺钉，31-2为第七调整螺钉，32为第二镜筒，33为第三隔圈，34为第四隔圈，35为第五隔圈，36为第二压圈，37为垫。

图8为第一凸轮组、第二凸轮组的结构图。其中38为镶套，39为螺套，40为螺钉。

具体实施方式

结合图1(a)和图1(b)，本发明的技术方案是变焦镜组1、电机组2、机壳3、第一限位开关4-1、第二限位开关4-2、触头5组成像面高稳定的电动连续变焦机构，所述变焦镜组1、电机组2、第一限位开关4-1、第二限位开关4-2分别固定在机壳3上，变焦内筒13、变焦外筒14、轴承座15、开口压圈16、键17、第一滚珠18-1、第二滚珠18-2组成无间隙滚动变焦导轨组6。变焦外筒14套接在变焦内筒13上，变焦内筒13通过轴承座15固定在机壳3上，开口压圈16将变焦内筒13的轴向压紧在轴承座15上，在变焦内筒13的径向设置键17，通过键17将变焦内筒13连接在轴承座15上。变焦外筒14包括筒体、齿轮14-5、左V形导轨14-1、右V形导轨14-4，在筒体两端分别设置左V形导轨14-1、右V形导轨14-4，左V形导轨14-1与变焦内筒13设置的导轨组成左导轨通道，左V形导轨(14-1)、右V形导轨(14-4)回转轴同变焦外筒(14)的内筒同轴，同轴度为0.005，表面粗糙度0.8u，第二滚珠18-2在左V形导轨14-1上滚动，右V形导轨14-4与轴承座15上设置的导轨组成右导轨通道,第一滚珠18-1在右V形导轨14-4上滚动。变焦外筒14的右V形导轨14-4通过第一滚珠18-1与轴承座15连接，变焦外筒14的左V形导轨14-1通过第二滚珠18-2与变焦内筒13连接，变焦外筒14随第一滚珠18-1、第二滚珠18-2滚动而转动。变焦外筒(14)与变焦内筒(13)同轴，公差配合为H7/h6，同轴度为表面粗糙度为1.6u；变焦内筒(13)上的直线导槽的槽宽等于镶套(38)直径，公差配合为H7/h6，对称度为0.005，相对于变焦内筒(13)转轴对称，对称度为0.005，表面粗糙度为1.6u；设置变焦光组(7)中的第一镜筒(23)、补偿光组(8)中的第二镜筒(32)与变焦内筒(13)公差配合，公差配合为H7/h6,表面粗糙度为1.6u。变焦光组7设置在变焦内筒13的一端，补偿光组8设置在变焦内筒13的另一端，变焦内筒13上设置直线导槽，变焦外筒14的筒体上按光学性能曲线(光学技术领域人员公知常识,见“光学仪器设计手册”下册P695中图22-21，国防工业出版社出版,1972年3月)设置变倍螺旋凹槽14-2、补偿螺旋凹槽14-3，变倍螺旋凹槽(14-2)槽宽C1、补偿螺旋凹槽(14-3)槽宽C2和变焦内筒(13)的直线导槽的槽宽均等于镶套(38)直径，公差配合为H7/h6，表面粗糙度为1.6u，第一凸轮组9-1、第二凸轮组9-2分别包括镶套、螺套、螺钉，在第一凸轮组9-1中，将装上镶套的螺钉穿过变焦外筒14上的变倍螺旋凹槽14-2和变焦内筒13上的直线导槽后设置在变焦光组7的第一镜筒23上的螺纹孔内，再用第一凸轮组9-1中的螺套把变焦光组7并紧在变焦外筒14上的变倍螺旋凹槽14-2内,由于连接变焦光组7的第一凸轮组9-1同时设置于变焦外筒14上的变倍螺旋凹槽14-2、变焦内筒13上设置的直线导槽内,变焦光组7按变倍螺旋凹槽14-2螺旋升降高度变化规律在变焦内筒13上设置的直线导槽内作直线移动，移动量等于变倍螺旋凹槽14-2的螺旋曲线升降高度变化量。在第二凸轮组9-2内，将装上镶套的螺钉穿过变焦外筒14上的补偿螺旋凹槽14-3和变焦内筒13上的直线导槽后拧入设置在补偿光组8的第二镜筒32上的螺纹孔内，再用第二凸轮组9-2中的螺套把补偿光组8并紧在变焦外筒14上的补偿螺旋凹槽14-3内。由于连接补偿光组8的第二凸轮组9-2同时设置于变焦外筒14上的补偿螺旋凹槽14-3、变焦内筒13上设置的直线导槽内,补偿光组8按补偿螺旋凹槽14-3螺旋升降高度变化规律在变焦内筒13上设置的直线导槽内作直线移动，移动量等于补偿螺旋凹槽14-3的螺旋曲线升降高度变化量。在变焦外筒14上的筒体中间设置螺纹孔，在该螺纹孔中设置与第一限位开关4-1、第二限位开关4-2能够接触的触头5，第一限位开关4-1设置在机壳3的一端，第二限位开关4-2设置在机壳3的另一端,第一限位开关4-1和第二限位开关4-2的安装位置相对于变焦外筒14转轴对称。如图3所示，电机组2由齿轮11和电机12组成，该齿轮11与电机12的转轴连接，齿轮11与变焦外筒14上的齿轮14-5啮合，当电机12顺时针方向转动时,连接在电机12转轴上的齿轮11与变焦外筒14上的齿轮14-5啮合，使变焦外筒14随第一滚珠18-1、第二滚珠18-2滚动而作逆时针方向转动，变焦光组7、补偿光组8在变焦内筒13上设置的直线导槽内作相向移动，变焦光组7和补偿光组8之间的距离逐渐变短，变焦光组7和补偿光组8组合焦距由短焦向长焦变化，实现了倍率由低倍向高倍连续变化。当设置在变焦外筒14的螺纹孔内触头5与第二限位开关4-2接触时，电机12停止顺时针方向转动，第二限位开关4-2限定变焦外筒14逆时针方向转动角度；电机12向逆时针方向转动，连接在电机12转轴上的齿轮11与变焦外筒14上的齿轮14-5啮合，使变焦外筒14作随第一滚珠18-1、第二滚珠18-2滚动而作顺时针方向转动，变焦光组7、补偿光组8在变焦内筒13上设置的直线导槽内作背向移动，变焦光组7和补偿光组8之间的距离逐渐变长，变焦光组7和补偿光组8组合焦距由长焦向短焦变化，实现了倍率由高倍向低倍连续变化。当触头5与第一限位开关4-1接触时，电机12停止逆时针方向转动，第一限位开关4-1限定变焦外筒14顺时针方向转动角度，电机12顺时针、逆时针转动改变了变焦光组7和补偿光组8之间的距离，实现了连续变焦功能，及时保护了电机12，延长了电机12使用寿命，如图2(a)、图2(b)和图8所示。

结合图4，变焦导轨组6由变焦内筒13、变焦外筒14、轴承座15、开口压圈16、键17、第一滚珠18-1、第二滚珠18-2组成无间隙滚动导轨。该变焦导轨组6采用半运动式圆柱形轴系v型导轨结构方式，变焦外筒14套接在变焦内筒13上，在变焦外筒14的筒体两端分别设置左V形导轨14-1、右V形导轨14-4，左V形导轨14-1与变焦内筒13设置的导轨组成左导轨通道，第二滚珠18-2在左V形导轨14-1上滚动，右V形导轨14-4与轴承座15上设置的导轨组成右导轨通道,第一滚珠18-1在右V形导轨14-4上滚动，通过第一滚珠18-1、第二滚珠18-2定位，提高导轨置中精度，通过控制变焦外筒14与变焦内筒13之间配合公差和同轴度、控制右V形导轨14-4与轴承座15上设置的导轨之间配合公差和同轴度和控制右V形导轨14-4与轴承座15上设置的导轨之间配合公差和同轴度，消除变焦外筒14转动时间隙；左V形导轨(14-1)和右V形导轨(14-4)的V形导轨角度为90°±5°,左V形导轨(14-1)、右V形导轨(14-4)回转轴同变焦外筒(14)的内筒同轴，同轴度为0.005，表面粗糙度0.8u,变焦内筒(13)上左端设置与第二滚珠(18-2)相接触的导轨,变焦内筒(13)的导轨回转轴同变焦内筒(13)的内筒同轴,同轴度为0.003,表面粗糙度0.8u；轴承座(15)上设置能与第一滚珠(18-1)相接触的导轨,轴承座(15)的导轨回转轴同轴承座(15)的内筒同轴,同轴度为0.003,表面粗糙度0.8u；左V形导轨(14-1)、右V形导轨(14-4)、变焦内筒(13)的导轨和轴承座(15)的导轨表面渗碳0.8mm～1mm，淬火到50HRC～55HRC，提高导轨耐磨性，保证第一滚珠(18-1)、第二滚珠(18-2)滚动平稳。

变焦内筒13通过轴承座15固定在机壳3上，开口压圈16将变焦内筒13的轴向压紧在轴承座15上，并通过键17将变焦内筒13的径向连接在轴承座15上；防止变焦导轨组6冲击、振动时松动；变焦光组7、补偿光组8设有调整环节，可调整变焦光组7与第一镜筒23外圆柱面同轴，调整补偿光组8与第二镜筒32外圆柱面同轴。第一镜筒23、第二镜筒32外圆柱面上设置有注胶孔，沿着注胶孔把黑色南大704胶注入第一镜筒23、第二镜筒32内，确保变焦光组7、补偿光组8冲击、振动时,光轴稳定。变焦光组7、补偿光组8与变焦内筒13之间有簧片10，消除变焦光组7、补偿光组8移动时径向间隙；第一凸轮组9-1、第二凸轮组9-2内的镶套38选用自润滑的材料PA66二硫化钼棒制成，消除了第一凸轮组9-1与变焦外筒14的变倍螺旋凹槽14-2、变焦内筒13直线导槽之间间隙；消除了第二凸轮组9-2与变焦外筒14的补偿螺旋凹槽14-3、变焦内筒13直线导槽之间间隙。同时控制变焦光组7中的透镜、补偿光组8中的补偿透镜二面角，设置变焦光组7中的第一镜筒23、补偿光组8中的第二镜筒32与变焦内筒13公差配合，变焦内筒13与变焦外筒14公差配合，第一凸轮组9-1、第二凸轮组9-2中的镶套38与变焦内筒13设置的直线导槽、变倍螺旋凹槽14-2、补偿螺旋凹槽14-3公差配合，解决电动变焦时像面稳定性，提高变焦系统成像质量。

实施例

参照图1实施例中，变焦镜组1、电机组2、第一限位开关4-1、第二限位开关4-2分别固定在机壳3上，在变焦镜组1中的变焦外筒14上的筒体中间设置螺纹孔，在该螺纹孔中设置与第一限位开关4-1、第二限位开关4-2能够接触的触头5，第一限位开关4-1设置在机壳3的一端，第二限位开关4-2设置在机壳3的另一端,第一限位开关4-1和第二限位开关4-2的安装位置相对于变焦外筒14转轴对称。变焦外筒14套接在变焦内筒13上，变焦内筒13通过轴承座15固定在机壳3上，开口压圈16将变焦内筒13的轴向压紧在轴承座15上，并通过键17将变焦内筒13的径向连接在轴承座15上；变焦外筒14的右V形导轨14-4通过第一滚珠18-1与轴承座15连接，变焦外筒14的左V形导轨14-1通过第二滚珠18-2与变焦内筒13连接，变焦外筒14随第一滚珠18-1、第二滚珠18-2滚动而转动。变焦外筒14按光学性能曲线制造成两条螺旋凹槽，一条是变倍螺旋凹槽14-2，另一条是补偿螺旋凹槽14-3。变焦光组7设置在变焦内筒13的一端，补偿光组8设置在变焦内筒13的另一端，变焦内筒13上设置有与凸轮组9-1、凸轮组9-2相配合的直线导槽。第一凸轮组9-1、第二凸轮组9-2分别设置镶套38、螺套39、螺钉40，将装上镶套38的螺钉40穿过变焦外筒14上的变倍螺旋凹槽14-2和变焦内筒13上设置的直线导槽拧入变焦光组7上的第一镜筒23设置的螺纹孔内，再用第一凸轮组9-1中的螺套39把变焦光组7并紧在变焦外筒14上的变倍螺旋凹槽14-2内,将装上镶套38的螺钉40穿过变焦外筒14上的补偿螺旋凹槽14-3和变焦内筒13上设置的直线导槽拧入补偿光组8上的第二镜筒32设置的螺纹孔内，再用第二凸轮组9-2中的螺套39把补偿光组8并紧在变焦外筒14上的补偿螺旋凹槽14-3内，组成凸轮运动机构。驱动电机组2中的电机12，使电机组2上的齿轮11与变焦镜组1中的变焦外筒14上的齿轮14-5啮合，变焦外筒14发生与电机12方向相反的转动，机壳3上设置了第一限位开关4-1、第二限位开关4-2，当设置在变焦外筒14的螺纹孔内触头5与第二限位开关4-2接触时，变焦外筒14停止逆时针方向转动，第二限位开关4-2限定变焦外筒14逆时针方向转动角度；当触头5与第一限位开关4-1接触时，变焦外筒14停止顺时针方向转动，第一限位开关4-1限定变焦外筒14顺时针方向转动角度。连接变焦光组7的第一凸轮组9-1与变焦外筒14的变倍螺旋凹槽14-2啮合转动，由于连接变焦光组7的第一凸轮组9-1同时设置于变焦内筒13的直线导槽内，它同时按变倍螺旋凹槽14-2螺旋升降高度变化规律在变焦内筒13上设置的直线导槽内作直线移动，移动量等于变倍螺旋凹槽14-2的螺旋曲线升降高度变化量；连接补偿光组8的第二凸轮组9-2与变焦外筒14的补偿螺旋凹槽14-3啮合转动，由于连接补偿光组8的第二凸轮组9-2同时设置于变焦内筒13的直线导槽内，它同时按补偿螺旋凹槽14-3螺旋升降高度变化规律在变焦内筒13上设置的直线导槽内作直线移动，移动量等于补偿螺旋凹槽14-3的螺旋曲线升降高度变化量；该凸轮运动机构是利用第一凸轮组9-1来移动变焦光组7，利用第二凸轮组9-2来移动补偿光组8，使变焦光组7中的第三透镜21与补偿光8中的补偿第一透镜27光学间隔发生连续改变，使变焦光组7和补偿光8的组合焦距连续改变，以获得不同的倍率，从而实现连续变倍。

连续变焦时，为确保像面高稳定，提高成像质量，对变焦内筒13、变焦外筒14、轴承座15、变焦光组7中的镜筒23、补偿光组8中的镜筒32等关键零件，选用热稳性较好的材料钢20CrMnTi和3Cr13消除环境温度影响带来的变形，同时控制它们同轴度、配合间隙来消除光组移动时像面跳动；变焦内筒13、变焦外筒14采用数控加工方法，确保导槽对称性与平滑性和变焦外筒14设置的变倍螺旋凹槽14-2、补偿螺旋凹槽14-3曲线精度；变焦导轨组6是采用半运动式圆柱形轴系v型导轨结构，变焦内筒13、变焦外筒14、轴承座15组成V型导轨，通过第一滚珠18-1、第二滚珠18-2提高置中精度；

开口压圈16将变焦内筒13的轴向压紧在轴承座15上，并通过键17将变焦内筒13的径向连接在轴承座15上，采用键17、开口压圈16防止变焦导轨组6松动；变焦光组7、补偿光组8与变焦内筒13之间有簧片，以此消除变焦光组7、补偿光组8移动时径向间隙；第一凸轮组9-1、第二凸轮组9-2内的镶套38选用自润滑的材料PA66二硫化钼棒制成，消除了第一凸轮组9-1与变焦外筒14的变倍螺旋凹槽14-2、变焦内筒13直线导槽之间间隙；消除了第二凸轮组9-2与变焦外筒14的补偿螺旋凹槽14-3、变焦内筒13直线导槽之间间隙。

如图2所示，变焦光组7设置在变焦导轨组6中的变焦内筒13的一端，补偿光组8设置在变焦内筒13的另一端，变焦内筒13上设置有与凸轮组9-1、凸轮组9-2相配合的直线导槽。第一凸轮组9-1、第二凸轮组9-2分别设置镶套38、螺套39、螺钉40，将装上镶套38的螺钉40穿过变焦导轨组6中的变焦外筒14上的变倍螺旋凹槽14-2和变焦内筒13上设置的直线导槽拧入变焦光组7上的第一镜筒23设置的螺纹孔内，再用第一凸轮组9-1中的螺套39把变焦光组7并紧在变焦外筒14上的变倍螺旋凹槽14-2内,将装上镶套38的螺钉40穿过变焦外筒14上的补偿螺旋凹槽14-3和变焦内筒13上设置的直线导槽拧入补偿光组8上的第二镜筒32设置的螺纹孔内，再用第二凸轮组9-2中的螺套39把补偿光组8并紧在变焦外筒14上的补偿螺旋凹槽14-3内。变变焦光组7、补偿光组8与变焦导轨组6中的变焦内筒之间装有簧片10，以此消除变焦光组7、补偿光组8移动时径向间隙，确保变焦时，像面稳定。

如图3所示，用销把齿轮11和电机12连接构成驱动组件。

如图4所示，变焦外筒14套接在变焦内筒13上，变焦内筒13通过轴承座15固定在机壳3上，开口压圈16将变焦内筒13的轴向压紧在轴承座15上，并通过键17将变焦内筒13的径向连接在轴承座15上；变焦外筒14的右V形导轨14-4通过第一滚珠18-1与轴承座15连接，变焦外筒14的左V形导轨14-1通过第二滚珠18-2与变焦内筒13连接，变焦外筒14随第一滚珠18-1、第二滚珠18-2滚动而转动。

如图5所示，变焦外筒14包括筒体、齿轮14-5、左V形导轨14-1、右V形导轨14-4、变倍螺旋凹槽14-2、补偿螺旋凹槽14-3，在筒体两端分别设置左V形导轨14-1、右V形导轨14-4，左V形导轨14-1与变焦内筒13设置的导轨组成左导轨通道，第二滚珠18-2在左V形导轨14-1上滚动，右V形导轨14-4与轴承座15上设置的导轨组成右导轨通道,第一滚珠18-1在右V形导轨14-4上滚动。在筒体中间设置螺纹孔，在该螺纹孔中设置与第一限位开关4-1、第二限位开关4-2能够接触的触头5，在变焦外筒14的筒体上按光学性能曲线设置变倍螺旋凹槽14-2、补偿螺旋凹槽14-3，变倍螺旋凹槽14-2槽宽C1、补偿螺旋凹槽14-3槽宽C2均等于镶套38直径，公差配合为H7/h6。

变焦外筒14旋转α角时，X1是连接变焦光组7的第一凸轮组9-1处于变倍螺旋凹槽14-2某一中心位置到变焦外筒14左端面距离，X2是连接补偿光组8的第二凸轮组9-2处于补偿螺旋凹槽14-3某一中心位置到变焦外筒14左端面距离，X2-X1的值表示变焦光组7中的第三透镜21与补偿光8中的补偿第一透镜27光学间隔变化相关联的对应值。变倍外筒14旋转α角范围为：0≤α≤180°，

X1＝10.7+0.18478α,

X2＝-9.1794665E-13α⁶+3.5164619E-10α⁵-5.8881614E-08α⁴+3.8034638E-06α³-3.0923047E-04α²-4.7905217E-02α+9.2383682E+01

注:上式为科学计数法表示，如E-13＝10^-13，E+01＝10。

如图6所示，先分别测量第一透镜19和第二透镜20、第二透镜20和第三透镜21组装后的光学间隔,若不满足光学间隔设计指标要求(这是机构设计事先确定的要求，不是本发明需要解决的问题)，可通过选配或修切第一隔圈26的厚度，确保第一透镜19和第二透镜20之间的光学间隔,选配或修切第二隔圈24的厚度，确保第二透镜20和第三透镜21之间的光学间隔，然后依次将第一透镜19、第一隔圈26、第二透镜20、第二隔圈24、第三透镜21装入第一镜筒23中，把第一压圈22旋入第一镜筒23中，刚好接触第三透镜21，但不要并紧第一压圈22。在第一镜筒23外圆上设置有四个第一调整螺钉25-1,通过第一调整螺钉25-1来校准第一透镜19的光轴与第一镜筒23外圆柱面同轴，同上法依次通过第一镜筒23外圆上设置的四个第二调整螺钉25-3、四个第三调整螺钉25-2分别校准第二透镜20、第三透镜21的光轴分别与第一镜筒23外圆柱面同轴，最后并紧第一压圈22,沿着第一镜筒23外圆柱面上设置的注胶孔把黑色南大704胶注第一镜筒23内,确保变焦光组7冲击、振动时,变焦光组7光轴稳定。

如图7所示,分别测量补偿第一透镜27和补偿第二透镜28、补偿第二透镜28和补偿第三透镜29、补偿第三透镜29和补偿第四透镜30组装后的光学间隔,若不满足光学间隔设计指标要求，可通过选配或修切第五隔圈35、第四隔圈34、第三隔圈33的厚度，依次分别保证补偿第一透镜27和补偿第二透镜28、补偿第二透镜28和补偿第三透镜29、补偿第三透镜29和补偿第四透镜30之间的光学间隔，然后依次将补偿第四透镜30、第三隔圈33、补偿第三透镜29、第四隔圈34、补偿第二透镜28、第五隔圈35、补偿第一透镜27、垫37装入第二镜筒32中，把第二压圈36旋入第二镜筒32中，刚好接触垫37，但不要并紧第二压圈36，在第二镜筒32外圆上分别设置有：四个第四调整螺钉31-1、四个第五调整螺钉31-4、四个第六调整螺钉31-3和四个第七调整螺钉31-2，通过第四调整螺钉31-1来校准补偿第四透镜30的光轴与第二镜筒32外圆柱面同轴，通过第五调整螺钉31-4校准补偿第三透镜29的光轴与第二镜筒32外圆柱面同轴，通过第六调整螺钉31-3校准补偿第二透镜28的光轴与第二镜筒32外圆柱面同轴,通过第七调整螺钉31-2校准补偿第一透镜27的光轴与第二镜筒32外圆柱面同轴,最后并紧第二压圈36,沿着第二镜筒32外圆柱面上设置的注胶孔把黑色南大704胶注第二镜筒32内,确保补偿光组8冲击、振动时,补偿光组8光轴稳定。

如图8所示,第一凸轮组9-1、第二凸轮组9-2分别由镶套38、螺套39、螺钉40组成，在第一凸轮组9-1中，将装上镶套的螺钉穿过变焦外筒14上的变倍螺旋凹槽14-2和变焦内筒13上的直线导槽后拧入变焦光组7上的第一镜筒23设置的螺纹孔内，再用第一凸轮组9-1中的螺套39把变焦光组7并紧在变焦外筒14上的变倍螺旋凹槽14-2内；在第二凸轮组9-2中，将装上镶套的螺钉穿过变焦外筒14上的补偿螺旋凹槽14-3和变焦内筒13上的直线导槽后拧入补偿光组8上的第二镜筒32设置的螺纹孔内，再用第二凸轮组9-2中的螺套39把补偿光组8并紧在变焦外筒14上的补偿螺旋凹槽14-3内。

Claims (7)

1.一种像面高稳定的电动连续变焦机构，其特征在于包括变焦镜组（1）、电机组（2）、机壳（3）、第一限位开关（4-1）、第二限位开关（4-2）、触头（5），所述变焦镜组（1）、电机组（2）、第一限位开关（4-1）、第二限位开关（4-2）分别固定在机壳（3）上，该变焦镜组（1）由变焦导轨组（6）、变焦光组（7）、补偿光组（8）、第一凸轮组（9-1）、第二凸轮组（9-2）组成，该变焦导轨组（6）是无间隙滚动导轨，由变焦内筒（13）、变焦外筒（14）、轴承座（15）、开口压圈（16）、键（17）、第一滚珠（18-1）、第二滚珠（18-2）组成；

变焦外筒（14）包括筒体、齿轮（14-5）、左V形导轨（14-1）、右V形导轨（14-4），在筒体两端分别设置左V形导轨（14-1）、右V形导轨（14-4），左V形导轨（14-1）与变焦内筒（13）设置的导轨组成左导轨通道，第二滚珠（18-2）在左V形导轨（14-1）上滚动，右V形导轨（14-4）与轴承座（15）上设置的导轨组成右导轨通道, 第一滚珠（18-1）在右V形导轨（14-4）上滚动，在筒体上按光学性能曲线设置变倍螺旋凹槽（14-2）、补偿螺旋凹槽（14-3）；变焦外筒（14）套接在变焦内筒（13）上，变焦内筒（13）通过轴承座（15）固定在机壳（3）上，开口压圈（16）将变焦内筒（13）的轴向压紧在轴承座（15）上，在变焦内筒（13）的径向设置键（17），通过键（17）将变焦内筒（13）连接在轴承座（15）上；变焦外筒（14）的右V形导轨（14-4）通过第一滚珠（18-1）与轴承座（15）连接，变焦外筒（14）的左V形导轨（14-1）通过第二滚珠（18-2）与变焦内筒（13）连接，变焦外筒（14）随第一滚珠（18-1）、第二滚珠（18-2）滚动而转动；

变焦光组（7）设置在变焦内筒（13）的一端，补偿光组（8）设置在变焦内筒（13）的另一端，变焦内筒（13）上设置直线导槽；第一凸轮组（9-1）、第二凸轮组（9-2）分别由镶套、螺套、螺钉组成，在第一凸轮组（9-1）中，将装上镶套的螺钉穿过变焦外筒（14）上的变倍螺旋凹槽（14-2）和变焦内筒（13）上的直线导槽后拧入设置在变焦光组（7）的第一镜筒（23） 上的螺纹孔内，再用螺套把变焦光组（7）并紧在变焦外筒（14）上的变倍螺旋凹槽（14-2）内；在第二凸轮组（9-2）内，将装上镶套的螺钉穿过变焦外筒（14）上的补偿螺旋凹槽（14-3） 和变焦内筒（13）上的直线导槽后拧入设置在补偿光组（8）的第二镜筒（32） 上的螺纹孔内，再用螺套把补偿光组（8）并紧在变焦外筒（14）上的补偿螺旋凹槽（14-3） 内；

在变焦外筒（14）上的筒体中间设置螺纹孔，在该螺纹孔中设置与第一限位开关（4-1）、第二限位开关（4-2）能够接触的触头（5），第一限位开关（4-1）设置在机壳（3）的一端，第二限位开关（4-2）设置在机壳（3）的另一端，第一限位开关（4-1）和第二限位开关（4-2）的安装位置相对于变焦外筒（14）转轴对称；

电机组（2）由齿轮（11）和电机（12）组成，该齿轮（11）与电机（12）的转轴连接，齿轮（11）与变焦外筒（14）上的齿轮（14-5）啮合，当电机（12）顺时针方向转动时,连接在电机（12）转轴上的齿轮（11）与变焦外筒（14）上的齿轮（14-5）啮合，使变焦外筒（14）随第一滚珠（18-1）、第二滚珠（18-2）滚动而作逆时针方向转动，变焦光组（7）、补偿光组（8）在变焦内筒（13）上设置的直线导槽内作相向移动，变焦光组（7）和补偿光组（8）之间的距离逐渐变短，变焦光组（7）和补偿光组（8）组合焦距由短焦向长焦变化，实现了倍率由低倍向高倍连续变化；当设置在变焦外筒（14）的螺纹孔内触头（5）与第二限位开关（4-2）接触时，电机（12）停止顺时针方向转动，第二限位开关（4-2）限定变焦外筒（14）逆时针方向转动角度；电机（12）向逆时针方向转动，连接在电机（12）转轴上的齿轮（11）与变焦外筒（14）上的齿轮（14-5）啮合，使变焦外筒（14）随第一滚珠（18-1）、第二滚珠（18-2）滚动而作顺时针方向转动，变焦光组（7）、补偿光组（8）在变焦内筒（13）上设置的直线导槽内作背向移动，变焦光组（7）和补偿光组（8）之间的距离逐渐变长，变焦光组（7）和补偿光组（8）组合焦距由长焦向短焦变化，实现了倍率由高倍向低倍连续变化；当触头（5）与第一限位开关（4-1）接触时，电机（12）停止逆时针方向转动，第一限位开关（4-1）限定变焦外筒（14）顺时针方向转动角度，电机（12）顺时针、逆时针转动改变了变焦光组（7）和补偿光组（8）之间的距离，实现了连续变焦功能；

所述变焦光组（7）由第一透镜（19）、第二透镜（20）、第三透镜（21）、第一压圈（22）、第一镜筒（23）、第一隔圈（26）、第一调整螺钉（25-1）、第二调整螺钉（25-3）、第三调整螺钉（25-2）、第二隔圈（24）组成，第一透镜（19）和第二透镜（20）、第二透镜（20）和第三透镜（21）组装后的光学间隔符合设计指标要求后，依次将第一透镜（19）、第一隔圈（26）、第二透镜（20）、第二隔圈　（24）、第三透镜（21）装入第一镜筒（23）中，把第一压圈（22） 旋入第一镜筒（23）中，刚好接触第三透镜（21），但不并紧第一压圈（22）；在第一镜筒（23）外圆上设置有四个第一调整螺钉（25-1），通过第一调整螺钉（25-1）来校准第一透镜（19）的光轴与第一镜筒（23）外圆柱面同轴，同上依次通过第一镜筒（23）外圆上设置的四个第二调整螺钉（25-3）、四个第三调整螺钉（25-2）分别校准第二透镜（20） 、第三透镜（21）的光轴分别与第一镜筒（23）外圆柱面同轴，最后并紧第一压圈（22）, 沿着第一镜筒（23）外圆柱面上设置的注胶孔把黑色南大704胶注第一镜筒（23）内，确保变焦光组（7）冲击、振动时, 变焦光组（7）光轴稳定；

所述补偿光组（8）由补偿第一透镜（27）、补偿第二透镜（28）、补偿第三透镜（29）、补偿第四透镜（30）、第四调整螺钉（31-1）、第五调整螺钉（31-4）、第六调整螺钉（31-3）、第七调整螺钉（31-2）、第二镜筒（32）、第三隔圈（33）、第四隔圈（34）、第五隔圈（35）、第二压圈（36）、垫（37）组成，补偿第一透镜（27）和补偿第二透镜（28）、补偿第二透镜（28）和补偿第三透镜（29）、补偿第三透镜（29）和补偿第四透镜（30）组装后符合光学间隔设计指标要求，依次将补偿第四透镜（30）、第三隔圈（33）、补偿第三透镜（29）、第四隔圈（34）、补偿第二透镜（28）、第五隔圈（35）、补偿第一透镜（27）、垫（37）装入第二镜筒（32）中，把第二压圈（36）旋入第二镜筒（32）中，刚好接触垫（37），但不并紧第二压圈（36），在第二镜筒（32）外圆上分别设置有：四个第四调整螺钉（31-1）、四个第五调整螺钉（31-4）、四个第六调整螺钉（31-3）和四个第七调整螺钉（31-2），通过第四调整螺钉（31-1）来校准补偿第四透镜（30）的光轴与第二镜筒（32）外圆柱面同轴，通过第五调整螺钉（31-4）校准补偿第三透镜（29）的光轴与第二镜筒（32）外圆柱面同轴，通过第六调整螺钉（31-3）校准补偿第二透镜（28）的光轴与第二镜筒（32）外圆柱面同轴, 通过第七调整螺钉（31-2）校准补偿第一透镜（27）的光轴与第二镜筒（32）外圆柱面同轴，最后并紧第二压圈（36）, 沿着第二镜筒（32）外圆柱面上设置的注胶孔把黑色南大704胶注第二镜筒（32）内，确保补偿光组（8）冲击、振动时, 补偿光组（8）光轴稳定。

2.根据权利要求1所述的像面高稳定的电动连续变焦机构，其特征在于变倍螺旋凹槽（14-2）槽宽C1、补偿螺旋凹槽（14-3）槽宽C2和变焦内筒（13）的直线导槽的槽宽均等于镶套（38） 直径，公差配合为H7/h6，表面粗糙度为1.6u；连接变焦光组（7）的第一凸轮组（9-1） ）随变焦外筒（14）转动而在变倍螺旋凹槽（14-2）内转动，同时按变倍螺旋凹槽（14-2）的螺旋曲线升降高度变化规律在变焦内筒（13）上设置的直线导槽内移动，移动量等于变倍螺旋凹槽（14-2）的螺旋曲线升降高度变化量；连接补偿光组（8）的第二凸轮组（9-2） 随变焦外筒（14）转动而在补偿螺旋凹槽（14-3）内转动，同时按补偿螺旋凹槽（14-3）的螺旋曲线升降高度变化规律在变焦内筒（13）上设置的直线导槽内移动，移动量等于补偿螺旋凹槽（14-3）的螺旋曲线升降高度变化量；变焦内筒（13）上的直线导槽的长度等于变倍螺旋凹槽（14-2）与补偿螺旋凹槽（14-3）之间的最大直线距离, 直线导槽是机械限位, 限定了变焦光组（7）、 补偿光组（8）最大移动范围，第一限位开关（4-1）、第二限位开关（4-2）是电动限位，限定了变焦光组（7）、 补偿光组（8）移动范围。

3.根据权利要求1所述的像面高稳定的电动连续变焦机构，其特征在于变焦外筒（14）与变焦内筒（13）同轴，公差配合为H7/h6，同轴度为Ø0.005，表面粗糙度为1.6u；变焦内筒（13）上的直线导槽的槽宽等于镶套（38） 直径，公差配合为H7/h6，对称度为0.005，相对于变焦内筒（13）转轴对称，对称度为0.005，表面粗糙度为1.6u；设置变焦光组（7）中的第一镜筒（23）、补偿光组（8）中的第二镜筒（32）与变焦内筒（13）公差配合，公差配合为H7/h6, 表面粗糙度为1.6u。

4.根据权利要求1所述的像面高稳定的电动连续变焦机构，其特征在于左V形导轨（14-1）和 右V形导轨（14-4）的V形导轨角度为90^o±5 ^o, 左V形导轨（14-1）、 右V形导轨（14-4）回转轴同变焦外筒（14）的内筒同轴，同轴度为0.005，表面粗糙度0.8u, 变焦内筒（13）上左端设置与第二滚珠（18-2）相接触的导轨, 变焦内筒（13）的导轨回转轴同变焦内筒（13）的内筒同轴, 同轴度为0.003,表面粗糙度0.8u，变焦外筒（14）的左V形导轨（14-1）与变焦内筒（13）的导轨配对加工，确保了第二滚珠（18-2）在变焦外筒（14）的左V形导轨（14-1）与变焦内筒（13）的导轨之间无间隙滚动；轴承座（15）上设置能与第一滚珠（18-1）相接触的导轨, 轴承座（15）的导轨回转轴同轴承座（15）的内筒同轴, 同轴度为0.003,表面粗糙度0.8u, 变焦外筒（14）的右V形导轨（14-4）与轴承座（15）的导轨配对加工,确保了第一滚珠（18-1）在变焦外筒（14）的右V形导轨（14-4）与轴承座（15）的导轨之间无间隙滚动。

5.根据权利要求1所述的像面高稳定的电动连续变焦机构，其特征在于左V形导轨（14-1）、右V形导轨（14-4）、变焦内筒（13）的导轨和轴承座（15）的导轨表面渗碳0.8mm～1mm，淬火到50HRC～55HRC，提高导轨耐磨性，保证第一滚珠（18-1）、第二滚珠（18-2）滚动平稳。

6.根据权利要求1所述的像面高稳定的电动连续变焦机构，其特征在于变焦内筒（13）、变焦外筒（14）、轴承座（15）、变焦光组（7）中的第一镜筒（23）、补偿光组（8）中的第二镜筒（32）选用材料钢20CrMnTi 和3Cr13，消除环境温度影响带来的变形；第一凸轮组（9-1）、第二凸轮组（9-2）的镶套选用自润滑的材料PA66二硫化钼棒制成。

7.根据权利要求1所述的像面高稳定的电动连续变焦机构，其特征在于变焦光组（7）与变焦内筒（13）之间以及补偿光组（8）与变焦内筒（13）之间分别设置簧片（10），以此消除变焦光组（7）、补偿光组（8）移动时径向间隙，确保变焦时，像面稳定。