CN113687493B - 一种自动调焦装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动调焦装置及其使用方法，其中自动调焦装置包括：机座，所述机座上设置有驱动机构，所述驱动机构连接有能够相对所述机座移动的传动机构，所述传动机构上连接有物镜；所述传动机构包括传动板，所述驱动机构包括抵接在所述传动板上的凸轮，所述凸轮在转动时能够带动所述传动机构移动，用以使所述物镜移动调焦。本发明中的自动调焦装置，通过设置凸轮形式的运动组件，降低了设备成本，提高了调焦精度，减小了空间尺寸；针对不同的调焦行程，只需要加工更换不同偏心距的偏心凸轮即可实现。

Description

一种自动调焦装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及物镜调焦技术领域，具体而言，涉及一种自动调焦装置及其使用方法。

背景技术

在自动调焦装置中，一般采用丝杠螺母机构。其中，丝杠螺母机构主要包括调焦座、电机、滚珠丝杠、直线导轨等组成，通过电机驱动滚珠丝杠，使连接在滚珠丝杠上的调焦座沿直线导轨移动调焦。

现有丝杠螺母结构的调焦形式，受限于滚珠丝杠和直线导轨的加工精度，直接影响调焦机构的定位精度，加工难度大，成本高，同时对于微行程调焦，受限于滚珠丝杠和直线导轨，机构空间大，且机构存在空回。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动调焦装置及其使用方法，通过凸轮能够实现物镜的微调，结合在机座以及传动机构之间的交叉滚珠导轨，保证了物镜的调焦精度。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种自动调焦装置，包括：机座，所述机座上设置有驱动机构，所述驱动机构连接有能够相对所述机座移动的传动机构，所述传动机构上连接有物镜；

所述传动机构包括传动板，所述驱动机构包括抵接在所述传动板上的凸轮，所述凸轮在转动时能够带动所述传动机构直线运动，用以使所述物镜能够沿其轴向移动调焦。

在可选的实施方式中，所述机座上安装有电机，所述凸轮为连接在所述电机的输出轴上的偏心圆凸轮，所述输出轴与所述凸轮之间设置有间隙。

在可选的实施方式中，所述偏心圆凸轮可拆卸地连接在所述输出轴上，所述偏心圆凸轮的弧面上开设有螺纹通孔，所述螺纹通孔中安装有用于将所述偏心圆凸轮固定在所述输出轴上的顶丝。

在可选的实施方式中，所述传动板上连接有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧沿垂直于所述传动板的方向延伸，通过所述拉伸弹簧能够使所述凸轮的侧壁抵接在所述传动板上。

在可选的实施方式中，所述传动板及所述机座上分别设置有弹簧柱，所述拉伸弹簧的两端分别连接在所述弹簧柱上。

在可选的实施方式中，所述传动机构还包括连接在所述传动板上的传动座，所述传动座与所述机座之间设置有交叉滚珠导轨。

在可选的实施方式中，所述交叉滚珠导轨包括两对，每对所述交叉滚珠导轨中的其中一条导轨连接在所述机座上，另一条导轨连接在所述传动座上。

在可选的实施方式中，所述传动座上连接有能够带动所述物镜移动的物镜座，所述物镜通过顶丝连接在所述物镜座上。

在可选的实施方式中，还包括控制系统，所述控制系统分别与所述物镜及所述电机电连接。

第二方面，本发明提供一种前述实施方式中任一项所述自动调焦装置的使用方法，包括以下步骤：

物镜实时采集对焦画面并发送至控制系统；

控制系统根据接收到的对焦画面控制凸轮的转动运行；

凸轮在转动运行时与传动机构联动，使传动机构带动物镜移动调焦，达到物镜最佳焦面。

本发明实施例的有益效果是：

相比于现有技术，本发明中的凸轮结构，改善了现有自动调焦装置的驱动工况，通过凸轮能够实现物镜在较小行程范围的微小调整，提高了对焦精度。

通过传动板以及使凸轮抵接在传动板上，能够将凸轮的转动动作转换为传动板的直线运动，使传动机构带动物镜沿直线移动。

物镜在沿直线移动的同时，能够实时将对焦画面传递到控制系统中，从而使控制系统根据对焦画面实时控制凸轮的转动，以实现物镜的自动调焦。

本发明中的自动调焦装置，通过设置凸轮形式的运动组件，降低了设备成本，提高了调焦精度，减小了空间尺寸；针对不同的调焦行程，只需要加工更换不同偏心距的偏心凸轮即可实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例自动调焦装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例自动调焦装置的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例自动调焦装置的侧视结构示意图。

图标：

1-机座；11-电机；12-输出轴；13-凸轮；14-弹簧固定柱；15-弹簧挂柱；16-拉伸弹簧；

2-传动座；21-传动板；22-交叉滚珠导轨；

3-物镜座；

4-物镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

请参照图1-图3，本实施例提供的自动调焦装置，包括：机座1，所述机座1上设置有驱动机构，所述驱动机构连接有能够相对所述机座1移动的传动机构，所述传动机构上连接有物镜4；

所述传动机构包括传动板21，所述驱动机构包括抵接在所述传动板21上的凸轮13，所述凸轮13在转动时能够带动所述传动机构直线运动，用以使所述物镜4能够沿其轴向移动调焦。

本发明中的自动调焦装置，主要用于物镜4的自动调焦。在现有的调焦装置中，为了保证物镜4沿轴向直线移动，通常采用滚珠丝杠以及直线导轨相配合的形式，通过将调焦座连接在滚珠丝杠上，并使调焦座沿直线导轨移动，对物镜4进行对焦。

现有滚珠丝杠以及直线导轨的配合形式，难以在微小行程区间对物镜4进行调焦。且滚珠丝杠以及直线导轨机构在空间中的体积较为庞大，不利于设备的安装。

通过本发明中的凸轮13以及传动板21的配合，能够减小设备占地，通过凸轮13转动带动传动机构移动的形式，能够缩小连接在传动机构上物镜4的路径，从而能够实现对于物镜4的微行程调焦，满足了在微小焦距中进行调焦的需求。

本实施例中的驱动机构包括电机11，凸轮13具体为连接在电机输出轴12上的偏心圆凸轮13，在偏心圆凸轮13上设置有安装孔，该安装孔并不在凸轮13的圆心，而是设置在凸轮13上的偏心位置，通过将偏心圆凸轮13安装在电机11的输出轴12上，能够使电机11在运行时带动偏心圆凸轮13转动，从而间接地使与偏心圆凸轮13保持抵接状态的传动板21移动，进一步带动与传动板21一体连接的传动机构进行移动，从而最终带动连接在传动机构上的物镜4移动，并在移动过程中进行调焦。

输出轴12与偏心圆凸轮13之间具体为间隙配合的关系，在偏心圆凸轮13的安装孔与输出轴12之间设置有间隙，通过间隙配合的设置关系，能够使偏心圆凸轮13在输出轴12上的偏心距保持可调，从而使同一偏心圆凸轮13在转动时能够使传动板21输出不同的距离。

另外，间隙配合的连接关系，还可利于针对不同的物镜4焦距变换不同尺寸的偏心圆凸轮13，从而达到灵活调整的目的。

基于能够更换不同尺寸的凸轮13，偏心圆凸轮13可拆卸地连接在输出轴12上，偏心圆凸轮13通过顶丝连接在输出轴12上。在偏心圆凸轮13的弧面上开设有螺纹通孔，在连接时，通过将顶丝与螺纹通孔相互配合，使顶丝的末端从安装孔的壁面中伸出，并使顶丝抵接在输出轴12上，从而使偏心圆凸轮13固定在输出轴12上。

为了保持传动板21与偏心圆凸轮13的抵接状态，在传动板21上连接有拉伸弹簧16，该拉伸弹簧16主要通过自身的拉力对传动板21进行拉动，并配合偏心圆凸轮13在转动时传动板21的位移。

具体地，拉伸弹簧16沿垂直于传动板21板面的方向延伸，能够使拉伸弹簧16对传动板21施加垂直拉动的力，从而使传动板21与凸轮13之间保持相对稳定的抵接状态，防止出现偏移。

通过拉伸弹簧16能够使凸轮13的侧壁抵接在传动板21上，且通过将拉伸弹簧16设置为垂直于传动板21平面延伸的形式，能够有效保持传动板21与凸轮13稳定的抵接状态。

本实施例中的拉伸弹簧16具体安装在传动板21与机座1之间，其中，伸出机座1的端面上安装有弹簧固定柱14，在传动板21上设置有弹簧挂柱15。弹簧固定柱14的延伸方向与输出轴12的延伸方向平行，弹簧挂柱15设置在传动板21的中部，拉伸弹簧16的两端分别固定在弹簧固定柱14以及弹簧挂柱15上，且弹簧的轴向垂直于传动板21的平面，能够使拉伸弹簧16施加的拉力垂直于传动板21，使传动板21与凸轮13的抵接状态时刻保持稳定。

传动机构除了包括传动板21，还包括作为传动主体结构的传动座2，传动板21具体连接在传动座2上，能够使传动板21在移动时带动传动座2进行移动。物镜4通过物镜座3连接在传动座2上，在传动座2移动的同时，能够带动物镜座3以及物镜4移动调焦。

区别于现有技术中的滚珠丝杠和直线导轨，本发明中采用交叉滚珠导轨22使传动座2保持直线移动。交叉滚珠导轨22是由两根具有V型滚道的导轨，滚珠保持架以及圆柱滚珠等组成，相互交叉排列的圆柱滚珠在经过精密磨削的V型滚道面上往复运动，可承受各个方向的载荷，实现高精度、平稳的直线运动。

通过交叉滚珠导轨22的形式保证传动座2沿直线移动，从而保障物镜4沿其轴向进行调焦。具体地，交叉滚珠导轨22设置在传动座2与机座1之间，能够通过交叉滚珠导轨22限制传动座2的移动，使传动座2相对机座1沿直线移动。

本实施例中的交叉滚珠导轨22包括两对，每对交叉滚珠导轨22包括两条相对设置的导轨，其中一条导轨固定安装在机座1上，另一条导轨连接在传动座2上。偏心圆凸轮13在转动时，通过凸轮13侧壁与传动板21的抵接关系使传动板21移动，进而通过交叉滚珠导轨22的限制，使传动座2相对机座1沿直线移动。

通过设置的交叉滚珠导轨22，有效简化了限位机构的组成，通过将每对导轨分别设置在传动座2以及固定座上，减少了限位机构的外露，有效避免了传动机构与限位机构出现干涉现象，且相互配合的两条导轨改变了现有滚珠丝杠的以转动转变为直线移动的传动形式，有效避免了滚珠丝杠的空回。

在传动座2上连接有能够带动物镜4移动的物镜座3，传动座2在沿直线移动的同时能够带动物镜座3沿直线移动，从而能够使物镜4沿其轴向，更具体地来讲使物镜4在对焦方向上调整焦距。

为了满足不同物镜4的调焦需求，物镜4通过顶丝连接在物镜座3上，在物镜座3上设置有螺纹通孔，带有螺纹的顶丝能够通过螺纹配合安装在螺纹通孔中，且顶丝末端能够从物镜座3上伸出并将物镜4固定在物镜座3上的安装孔上。通过顶丝固定的形式，能够方便对于不同型号物镜4的更换，有利于拓宽自动调焦装置的应用范围。

本实施例中的驱动机构主要是在控制系统的控制下运行的，通过物镜4实时采集到的对焦画面调整驱动机构的运行。

通过将控制系统分别与物镜4及电机11电连接的形式，能够实时将物镜4采集到的对焦画面传递到控制系统，并使控制系统通过实时采集到的对焦画面控制电机11的运行，从而实现自动对焦。

另外，在控制系统中还可设置相应的对焦算法，使物镜4自动实现对焦，有效提高自动对焦装置的智能性。

通过本发明中的自动对焦装置，能够实现传动机构带动物镜4沿直线即沿物镜4的轴向上进行调焦，有效改善了驱动以及传动工况，极大提高了自动对焦装置的精准性，且实现了在对焦方向上微焦调整。

第二实施例

本发明还提供了一种采用上述自动对焦装置进行的使用方法，用于物镜4的自动对焦，包括以下步骤：

根据物镜4在对焦方向上实时采集到的对焦画面，通过控制系统控制电机11的转动运行，从而驱动偏心圆凸轮13转动；

偏心圆凸轮13在转动的同时与传动机构保持联动关系，通过设置在机座1与传动机构之间的拉伸弹簧16，控制偏心圆凸轮13与传动机构上传动板21保持抵接关系，从而将偏心圆凸轮13的转动移动转化为传动机构的直线移动，并通过交叉滚珠导轨22保证直线移动的精准度；

传动机构在直线移动的同时带动物镜座3以及安装在物镜座3上的物镜4沿物镜4的轴向移动，从而使物镜4在对焦方向上移动调焦，当达到物镜4最佳的对焦画面时控制系统控制电机11停止运行，完成物镜4的调焦。

以下以具体的示例对本发明中的自动调焦装置及使用方法进行说明：

从结构上本发明中的自动调焦装置主要分为凸轮机构、导向机构以及控制系统，其中：

凸轮机构包括：弹簧固定柱14、拉伸弹簧16、偏心圆凸轮13和弹簧挂柱15，用于确定调焦行程以及将偏心圆凸轮13的转动转换为直线运动。其中：偏心圆凸轮13与输出轴12为间隙配合，且偏心圆凸轮13弧面开有螺纹孔，用于偏心圆凸轮13和输出轴12的固定，防止偏心圆凸轮13和输出轴12产生相对位移；弹簧固定柱14固定于机座1上，弹簧挂柱15固定于传动板21上，拉伸弹簧16固定连接于弹簧固定柱14和弹簧挂柱15之间，当电机11带动偏心圆凸轮13转动时，依靠拉伸弹簧16的拉伸力，保证传动板21和偏心圆凸轮13的紧密接触即保持两者的抵接状态，消除电机11轴隙。

导向机构包括：交叉滚珠导轨22、传动板21、物镜座3和物镜4，用于使物镜4沿其轴向运动，保证光轴同轴度。交叉滚珠导轨22的其中一条导轨固定连接于机座1上，用于固定交叉滚珠导轨22，该条导轨作为固定轨，另一条固定连接在传动座2上，作为滑动轨。物镜4通过顶丝固定的方式固定于物镜座3，物镜座3通过螺栓与传动座2固定连接；偏心圆凸轮13通过传动板21及传动座2带动交叉滚珠导轨22的滑动轨运动，进而通过传动座2和物镜座3带动物镜4做轴向运动。交叉滚珠导轨22的精度决定了物镜4的光轴同轴度，通过选用高精度的交叉滚珠导轨22作为导向轨道，保证了物镜4沿轴向运动和光轴同轴度。

控制系统包括：电机11、机座1及控制系统，控制系统用于控制电机11间接地控制凸轮机构按指定算法运动，驱动物镜4运动到最佳焦面。机座1安装在工作台上，机座1的材质选用殷钢，利用的殷钢的材料特性，减少电机11发热对整个系统的影响，电机11固定在机座1上，电机11和安装座机座1采用间隙配合，保证电机11和机座1的垂直度，两者通过螺栓固定连接；利用控制系统驱动电机11按指定的清晰度评价算法移动，使物镜4能够自动移动到最佳焦面。

需要重点指出的有，通过可拆卸连接的偏心圆凸轮13，针对不同的调焦行程，只需要加工或者更换不同偏心距的偏心圆凸轮13进行调整；通过拉伸弹簧16能够有效消除电机11轴隙，保证传动过程的精准度；通过将偏心圆凸轮13直接安装在电机11的输出轴12上，有效提高了工作效率，使物镜4的调焦操作更加便捷。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动调焦装置，其特征在于，包括：机座，所述机座上设置有驱动机构，所述驱动机构连接有能够相对所述机座移动的传动机构，所述传动机构上连接有物镜；

所述传动机构包括传动板，所述驱动机构包括抵接在所述传动板上的凸轮，所述凸轮在转动时能够带动所述传动机构移动，用以使所述物镜移动调焦；

所述机座上安装有电机，所述凸轮为连接在所述电机的输出轴上的偏心圆凸轮，所述输出轴与所述凸轮之间设置有间隙；

所述偏心圆凸轮可拆卸地连接在所述输出轴上，所述偏心圆凸轮的弧面上开设有螺纹通孔，所述螺纹通孔中安装有用于将所述偏心圆凸轮固定在所述输出轴上的顶丝。

2.根据权利要求1所述的自动调焦装置，其特征在于，所述传动板上连接有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧沿垂直于所述传动板的方向延伸，通过所述拉伸弹簧能够使所述凸轮的侧壁抵接在所述传动板上。

3.根据权利要求2所述的自动调焦装置，其特征在于，所述传动板及所述机座上分别设置有弹簧柱，所述拉伸弹簧的两端分别连接在所述弹簧柱上。

4.根据权利要求1所述的自动调焦装置，其特征在于，所述传动机构还包括连接在所述传动板上的传动座，所述传动座与所述机座之间设置有交叉滚珠导轨。

5.根据权利要求4所述的自动调焦装置，其特征在于，所述交叉滚珠导轨包括两对，每对所述交叉滚珠导轨中的其中一条导轨连接在所述机座上，另一条导轨连接在所述传动座上。

6.根据权利要求5所述的自动调焦装置，其特征在于，所述传动座上连接有能够带动所述物镜移动的物镜座，所述物镜通过顶丝连接在所述物镜座上。

7.根据权利要求1所述的自动调焦装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统分别与所述物镜及所述电机电连接。

8.一种根据权利要求1－7中任一项所述自动调焦装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

物镜实时采集对焦画面并发送至控制系统；

控制系统根据接收到的对焦画面控制凸轮的转动运行；

凸轮在转动运行时与传动机构联动，使传动机构带动物镜移动调焦，达到物镜最佳焦面。