CN111812917A - 光学设备 - Google Patents

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Abstract

一种光学设备，其包括：保持架，其构造成保持光学元件并包括齿条；以及驱动器，其构造成驱动所述保持架。所述驱动器包括：蜗杆，其由所述驱动器旋转；蜗轮，其构造成与所述蜗杆一起形成蜗杆传动装置；以及小齿轮，其构造成随着所述蜗轮的旋转而旋转并与所述齿条接合。

Description

光学设备
技术领域
本发明涉及具有用于驱动诸如滤光器的光学元件的机构的光学设备。
背景技术
传统地，已知装备有滤光器切换机构的摄像设备，该滤光器切换机构用于将红外阻挡滤光器(红外截止滤光器)、ND滤光器等插入到光路中以及从光路中移除。例如，日本特开2012-173523号公报公开了一种滤光器切换机构，其用于通过具有杆的致动器将保持滤光器的滤光器架插入到光路中以及从光路中移除。
然而，日本特开2012-173523号公报中公开的滤光器切换机构具有的用于将滤光器架保持(锁定)在预定位置的保持力弱，并且在被施加振动或冲击时，滤光器可能被无意地切换。另一方面，如果使致动器的扭矩更大以增加保持力，则致动器以及最终的摄像设备会大型化。用于将滤光器架锁定在预定位置的任何专用锁定单元也将引起摄像设备的尺寸大型化。
发明内容
本发明提供了一种能够移动并稳定地保持(或锁定)光学元件的紧凑的光学设备。
根据本发明的一个方面的光学设备包括：保持架，其构造成保持光学元件并包括齿条；以及驱动器，其构造成驱动所述保持架。所述驱动器包括：蜗杆，其由所述驱动器旋转；蜗轮，其构造成与所述蜗杆一起形成蜗杆传动装置；以及小齿轮，其构造成随着所述蜗轮的旋转而旋转并与所述齿条接合。
从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的一实施方式的摄像设备的立体图。
图2A和图2B分别是根据本实施方式的相机单元的立体图和截面图。
图3是根据本实施方式的镜筒单元的分解立体图。
图4是根据本实施方式的相机单元的截面图，示出了插入到光路中的白玻璃。
图5是示出根据本实施方式的滤光器保持架、蜗杆传动装置和蜗轮的配置的立体图。
图6是根据本实施方式的相机单元的不包括前保持件和齿轮盖的主视图。
具体实施方式
现在参照附图，将给出根据本发明的实施方式的详细说明。
图1是根据本发明的一实施方式的作为监视相机设备的摄像设备1的立体图。摄像设备(光学设备)1包括相机单元(光学设备)2。图2A是相机单元2的立体图，图2B是沿着图2A所示的相机单元2的光轴OA的截面图。将图2B中的左侧(被摄体侧)称为前侧，并将右侧称为后侧。相机单元2具有前保持件3和后保持件4，并且具有大致球形的形状。相机单元2具有镜筒单元(镜头或光学设备)5。镜筒单元5被夹在并固定在前保持件3和后保持件4之间。图3是镜筒单元5的分解立体图。
如图3所示，镜筒单元5包括透镜单元11、固定镜筒12、防尘橡胶13、图像传感器基板14、滤光器基座16、滤光器保持架17、致动器20和齿轮盖25。
透镜单元11保持形成被摄体的光学像的摄像光学系统，并且包括一个或多个透镜。一个或多个透镜可以是在光轴方向(X轴方向)上可移动或不可移动(固定)的。透镜可以包括用于聚焦的聚焦透镜和用于改变对焦距离的变焦透镜(倍率改变透镜)。如图2A所示，透镜单元11具有形成于安装部11a的表面的螺纹槽，并且在固定镜筒12的安装部12b的内表面也形成有螺纹槽。透镜单元11通过安装部11a和12b之间的接合(通过将安装部11a螺合到安装部12b)被固定到固定镜筒12。
防尘橡胶13与固定镜筒12接合以提供防尘和防振。图像传感器基板14是安装有图像传感器15的基板，被固定到固定镜筒12，并且防尘橡胶13被夹在固定镜筒12和图像传感器基板14之间。图像传感器15光电转换经由摄像光学系统形成的光学像，并且图像传感器15包括诸如CCD和CMOS的光电转换元件。
滤光器保持架17在与Z轴方向正交的侧面上具有齿条17a，并且保持用于阻挡红外线的红外截止滤光器(光学元件)18和白玻璃(dummy glass)19。滤光器保持架17以能够在与透镜单元11的光轴正交的方向(Y轴方向)上移动的方式被滤光器基座16保持，并且滤光器基座16被从设置于固定镜筒12的侧面的开口12a沿Y轴方向插入并被固定镜筒12保持。
滤光器保持架17被驱动器驱动。更具体地，驱动器驱动滤光器保持架17，使得红外截止滤光器18在位于摄像光学系统的光轴上的位置和从光轴OA退避的位置之间移动。在图2B中，红外截止滤光器18位于光轴上。在图4中，白玻璃19位于光轴上。后面将说明驱动器的构造。
诸如马达的致动器20用作在与光轴正交的方向上驱动滤光器保持架17的驱动源，并连接到柔性印刷电路板21。附图标记22表示用于检测滤光器保持架17在与光轴正交的方向上的位置的光遮断器，该光遮断器安装在柔性印刷电路板21上。齿轮盖25保持致动器20，并且将中间齿轮单元24可旋转地保持在齿轮盖25和固定镜筒12之间。
驱动器包括致动器20、固定到旋转轴20a上的蜗杆(圆筒蜗杆)23(稍后说明的图6)以及中间齿轮单元24。中间齿轮单元24包括具有同轴旋转轴24c(图6)的蜗轮(锥齿轮)24a和小齿轮(正齿轮)24b。由于同轴结构，能够使摄像设备紧凑。蜗杆23是具有小齿数的螺旋形齿轮，其通过致动器20的转子与旋转轴20a一体地旋转。蜗轮24a与蜗杆23接合并与蜗杆23形成蜗杆传动装置。小齿轮24b与蜗轮24a形成为一体，并且随着蜗轮24a旋转而旋转。小齿轮24b与形成于滤光器保持架17的齿条17a接合。
由于上述构造，致动器20的驱动力经由蜗杆23、中间齿轮单元24和齿条17a传递到滤光器保持架17。日本特开2012-173523号公报使用杆作为动力传递机构来驱动滤光器保持架，但本实施方式使用包括蜗杆23和蜗轮24a的蜗杆传动装置作为动力传递机构。蜗杆传动装置能够通过调节蜗杆23的槽的前进角(advance angle)(或快速角(fast angle))来抑制从蜗轮侧到蜗杆侧的旋转的传递(自锁功能)。换言之，通过将蜗杆23的前进角设置为预定值，将能够增加使蜗杆23从滤光器保持架17侧旋转或执行自锁所需的载荷P。结果，通过将载荷P设定成比施加冲击或振动时在滤光器插入/移除方向上施加于滤光器保持架17的载荷大，能够防止滤光器被无意地切换。由于动力传递机构用作锁定机构，因此能够使光学设备比包括新的锁定单元的光学设备小。
现在参照图4，将给出根据本实施方式的滤光器切换操作的说明。当经由连接到图像传感器基板14的未示出的电线将驱动信号输入到致动器20时，致动器20的转子围绕旋转轴旋转。随着致动器20的转子旋转，固定到旋转轴20a的蜗杆23和与其接合的蜗轮24a(中间齿轮单元24)旋转。当中间齿轮单元24旋转时，滤光器保持架17经由小齿轮24b和与小齿轮24b接合的齿条17a在与光轴正交的方向上移动。驱动信号被输入到致动器20中以便在滤光器保持架17移动预定的移动量时停止。
图2B示出了红外截止滤光器18被插入到光路(光轴OA)中，图4示出了白玻璃19被插入到光路中。通过沿与图5中的箭头所示的与光轴正交的方向驱动滤光器保持架17，将红外截止滤光器18和白玻璃19选择性地插入到光路中。
现在参照图5，将对滤光器保持架17、蜗杆23和中间齿轮单元24的配置进行说明。图5是示出滤光器保持架17、蜗杆23和中间齿轮单元24的配置的立体图。
固定到致动器20的蜗杆23的旋转轴23A的方向与作为滤光器保持架17的驱动方向的Y轴方向相同(平行)。由此，能够使摄像设备1紧凑。中间齿轮单元24的旋转轴24c的方向与光轴方向(X轴方向)大致相同。中间齿轮单元24比齿条17a远离光轴OA，并且旋转轴23A比旋转轴24A靠近光轴OA。由于该配置，从光轴方向看，滤光器保持架17及其驱动器能够被容纳在小范围内，并且能够使相机单元2以及摄像设备1的尺寸小型化。
图6是从光轴方向上的被摄体侧观察的相机单元2的不包括前保持件3和齿轮盖25的主视图。由于根据本实施方式的相机单元2具有上述紧凑构造，如图6所示，齿轮单元24、致动器20和蜗杆23被容纳在由滤光器基座16在Y轴方向上的长度所确定的后保持件4的内周圆4A中。因此，即使在施加振动或冲击时，也能够以小型的构造稳定地保持滤光器。
本实施方式将小型蜗杆23的旋转轴23A布置在光轴OA与中间齿轮单元24的旋转轴24A之间，但本发明不限于此。例如，如果相机单元2不具有大致球形的形状等，并且相机单元2可以部分地突出，则中间齿轮单元24的旋转轴24A可以布置在光轴OA与蜗杆23的旋转轴23A之间。
如上所述，本实施方式能够提供一种紧凑的光学设备，当施加冲击或振动时，该光学设备能够防止用于将滤光器插入到光路中以及从光路移除的滤光器切换机构无意地切换滤光器。根据本发明的光学设备包括诸如可更换镜头设备的镜头设备、诸如监视相机和数字相机的摄像设备以及诸如扩展器的其它光学设备。另外，光学元件不受特别限制，并且可以包括透射特定波长的光的滤光器、各种玻璃、透镜等。在蜗杆传动装置中，蜗杆和锥齿轮(蜗轮)可以点接触或线接触。蜗杆可以是圆筒形蜗杆或鼓形蜗杆。光学元件的移动方向不受限制，并且可以包括沿光轴方向和其它方向的分量。
本发明不限于图5所示的构造。在图5中，蜗轮24a设置在蜗杆23的右侧(-Z轴方向)，但也可以设置在蜗杆23下方(X轴方向)。在该情况下，中间齿轮单元24向图5的左侧旋转90°。在该情况下，齿条17a面向滤光器保持架17的与致动器20相对的一侧(-X轴方向)。如上所述，在图5中，光轴OA与小齿轮24b的旋转轴24c彼此平行，当从光轴方向观察时，蜗杆23的旋转轴23A布置在光轴OA与旋转轴24c之间。另一方面，在上述变型例中，小齿轮24b的旋转轴24c与光轴OA和蜗杆23的旋转轴23A正交，蜗杆23的旋转轴23A位于光轴OA和小齿轮24b的中心(Z轴方向和Y轴方向的中心)之间。
如上所述，根据本实施方式的光学设备(摄像设备1、相机单元2和镜筒单元5)保持光学元件(红外截止滤光器18)，并且包括具有齿条17a的滤光器保持架17和用于驱动保持架的驱动器。驱动器包括由致动器20旋转的蜗杆23、与蜗杆23一起形成蜗杆传动装置的蜗轮24a、以及随着蜗轮24a的旋转而旋转并与齿条17a接合的小齿轮24c。通过使用蜗杆传动装置的自锁功能，即使在发生冲击等的情况下，根据本实施方式的光学设备也能够将光学元件稳定地保持(锁定)在预定位置，从而防止光学元件意外移动。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求的范围应符合最宽泛的解释，以包含所有这样的变型、等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种光学设备，其包括：
保持架，其构造成保持光学元件并包括齿条；以及
驱动器，其构造成驱动所述保持架，
其特征在于，所述驱动器包括：
蜗杆，其由所述驱动器旋转；
蜗轮，其构造成与所述蜗杆一起形成蜗杆传动装置；以及
小齿轮，其构造成随着所述蜗轮的旋转而旋转并与所述齿条接合。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述驱动器包括具有所述蜗轮和所述小齿轮的齿轮单元，并且所述蜗轮和所述小齿轮具有同轴的旋转轴。
3.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述保持架的驱动方向与所述蜗杆传动装置的旋转轴的方向彼此平行。
4.根据权利要求1所述的光学设备，还包括构造成形成被摄体的光学像的光学系统，
其中，所述驱动器驱动所述保持架，使得所述光学元件在位于所述光学系统的光轴上的位置和从所述光轴退避的位置之间移动。
5.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，当从光轴方向观察时，所述蜗杆的旋转轴布置在所述光轴与所述小齿轮的中心之间。
6.根据权利要求5所述的光学设备，其特征在于，所述小齿轮的旋转轴与所述光轴平行，并且当从所述光轴方向观察时，所述蜗杆的旋转轴布置在所述光轴与所述小齿轮的旋转轴之间。
7.根据权利要求5所述的光学设备，其特征在于，所述小齿轮的旋转轴与所述光轴和所述蜗杆的旋转轴正交。
8.根据权利要求4所述的光学设备，还包括镜筒，所述镜筒具有供所述保持架从与所述光轴正交的方向插入的开口，并且所述镜筒构造成保持所述保持架和所述光学系统。
9.根据权利要求4所述的光学设备，还包括构造成对所述光学像进行光电转换的图像传感器。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的光学设备，其特征在于，所述光学设备包括近似球形的形状。
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