CN208399786U - 一种采用音圈马达控制的变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用音圈马达控制的变焦镜头，包括：镜片群组(1)、音圈马达(2)；镜片群组(1)、音圈马达(2)；其中，所述音圈马达(2)包括线圈(4)、磁铁(5)、金属块(6)，所述镜片群组(1)通过结构件(3)与金属块(6)固定，所述磁铁(5)固定在所述金属块(6)的朝向线圈(4)的一侧。其中，所述镜片群组(1)包括聚焦透镜组和变焦透镜组；所述音圈马达(2)为两个，分别控制所述聚焦透镜组和变焦透镜组。本实用新型的优点在于：采用简单的机械控制结构，即可提高变倍聚焦的速度及精度，而且可以大幅降低变倍聚焦带来的噪声，降低了生产成本。

Description

一种采用音圈马达控制的变焦镜头

技术领域

本实用新型属于变焦镜头技术领域，具体涉及一种采用音圈马达控制变焦及聚焦的变焦镜头。

背景技术

随着数码影像技术的推广和普及，光学成像装置被广泛应用到各种类型的设备上，例如种类繁多的便携及小型设备，小型化的光学成像装置，例如小型变焦镜头，具有广泛需求。

目前已有的安防变焦镜头控制都是采用步进马达控制，变倍聚焦速度低且精度相对较低、噪声较大。

变焦镜头一般具有两个独立的运动过程，一个是变焦(Zoom)运动过程，一个是聚焦运动过程。通常，这两个运动过程分别由两个独立的电机来实现。

音圈马达(Voice Coil Actuator/Voice Coil Motor)，是一种将电能转化为机械能的装置，并实现直线型及有限摆角的运动。利用来自永久磁钢的磁场与通电线圈导体产生的磁场中磁极间的相互作用产生有规律的运动的装置。因为音圈马达是一种非换流型动力装置，其定位精度完全取决于反馈及控制系统，与音圈马达本身无关。采用合适的定位反馈及感应装置其定位精度可以轻易达到10NM，加速度可达300g(实际加速度也取决于负载物的状况)。

中国发明专利公开号CN1162753A公开了一种不受摄象机姿态影响而迅速正确地控制变焦透镜组和聚焦透镜组位置的控制装置。该控制装置包括：一变焦透镜组，一聚焦透镜组，机构驱动变焦透镜组与聚焦透镜组的致动器，驱动致动器的电路，检测变焦与聚焦透镜组各当前位置的位置监测器，计算其目标位置的目标位置计算器，将透镜组定位在其目标位置的定位器，评估上述定位结果的评估器，根据定位器和评估器的输出值而输出校正值，以消除由于重力影响而带来的误差的校正器。使所述变焦透镜组和所述聚焦透镜组定位的所述驱动定位器是音圈电机。

然而，上述专利技术中，需要设计相位补偿器、致动器、透镜位置检测等电路和机械结构，导致音圈马达控制变焦透镜组和聚焦透镜组位置的电路结构，机械结构较为复杂，成本较高。

实用新型内容

为解决以上问题，本实用新型一种采用音圈马达控制变焦及聚焦的变焦镜头，机械结构简单，易于实现。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种采用音圈马达控制的变焦镜头，包括：

镜片群组(1)、音圈马达(2)；所述音圈马达(2)包括线圈(4)、磁铁(5)、金属块(6)，所述镜片群组(1)通过结构件(3)与金属块(6)固定在一起，所述磁铁(5)固定在所述金属块(6)的朝向线圈(4)的一侧。

优选的，所述镜片群组(1)包括聚焦透镜组和变焦透镜组。

更优选的，所述音圈马达(2)为两个，分别控制所述聚焦透镜组和变焦透镜组。

更优选的，所述线圈(4)为中空结构，并且所述磁铁(5)穿过线圈(4)的中空部分。

更优选的，所述变焦镜头进一步包括镜筒(7)，所述线圈(4)固定在镜筒(7)上。

更优选的，所述镜筒具有三个导轴(8、10、11)，其中的两个导轴(8、10)上套设所述镜片群组(1)，而另一个导轴(11)上套设所述结构件(3)。

更优选的，所述磁铁(5)具有S极和N极。

更优选的，所述变焦镜头进一步包括定位单元(9)，安装在所述线圈(4)的一侧，所述音圈马达(2)通过定位单元(9)精确定位音圈马达(2)自身的移动位置。

更优选的，所述定位单元(9)包括至少以下传感器之一：磁条传感器、光栅传感器、容栅传感器、电容传感器、霍尔传感器。

更优选的，所述导轴(8、10、11)的导轴孔为圆形、椭圆形或U型

本实用新型的优点在于：采用简单的机械控制结构，即可提高变倍聚焦的速度及精度，而且可以大幅降低变倍聚焦带来的噪声，降低了生产成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型的一种采用音圈马达控制的变焦镜头剖面结构图。

图2示出了本实用新型的一种采用音圈马达控制的变焦镜头内部拆解结构示意图。

图3示出了本实用新型的一种采用音圈马达控制的变焦镜头的定位单元结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本实用新型涉及的镜头是由两个或多个镜片群组组成，其中一组镜片群为变焦透镜组，实现变倍功能；还有一组镜片群为聚焦透镜组，实现聚焦功能。VCM马达即音圈马达，音圈马达通过定位单元精确定位移动位置，镜片群组通过结构件与音圈马达固定。当音圈马达通电后，会带动镜片群组移动实现快速变倍和聚焦目标；其中，音圈马达A控制聚焦透镜组实现聚焦功能，音圈马达B控制变焦透镜组实现变倍功能；音圈马达主要优势是变倍聚焦速度快、精度高且在作动过程中噪声较小。因此，由于本实用新型采用音圈马达控制聚焦和变焦两个镜片群组，相对于传统的步进马达控制，实现了变倍聚焦速度快、精度高且在作动过程中噪声较小的良好效果。

如图2所示，根据本实用新型的实施方式，本实用新型的一种采用音圈马达控制的变焦镜头，包括：镜片群组(1)、音圈马达(2)；其中，所述镜片群组(1)通过结构件(3)与音圈马达(2)固定在一起。优选的，所述镜片群组(1)包括聚焦透镜组和变焦透镜组。优选的，所述音圈马达(2)为两个，分别控制所述聚焦透镜组和变焦透镜组；所述音圈马达(2)包括线圈(4)、磁铁(5)、金属块(6)，所述镜片群组(1)通过结构件(3)与金属块(6)固定在一起，所述磁铁(5)固定在所述金属块(6)的朝向线圈(4)的一侧，所述线圈(4)为中空结构，并且所述磁铁(5)穿过线圈(4)的中空部分。优选的，所述变焦镜头进一步包括镜筒(7)，所述线圈(4)固定在镜筒(7)上。优选的，所述镜筒具有三个导轴(8、10、11)，其中的两个导轴(8、10)上套设所述镜片群组(1)，而另一个导轴(11)上套设所述结构件(3)。所述磁铁(5)具有S极和N极。

其中，导轴(8、10、11)的直径大于1.5mm，长度大于50mm，导轴(8、10)中心距镜筒内壁距离小于10mm，材质为不锈钢材质，导轴(8、10、11)上涂润滑油以保证群组在运动过程中平滑顺畅；导轴(8)的导轴孔为圆形，主要起主要定位的作用，导轴(10)或导轴(11)的导轴孔为椭圆形或U型导轴孔，起辅助定位作用。

本实用新型中，变焦透镜组的行程在10mm～50mm之间，聚焦透镜组的行程在5mm～30mm之间，磁铁(5)的长度大于10mm。

如图3所示，本实用新型的变焦镜头进一步包括定位单元(9)，安装在所述线圈(4)的一侧。音圈马达(2)通过定位单元(9)精确定位音圈马达(2)自身的移动位置，由于音圈马达(2)与镜片群组(1)是固定在一起的，因此可以同时确定镜片群组(1)的位置。所述定位单元(9)包括但不限于以下几种：磁条传感器、光栅传感器、容栅传感器、电容传感器、霍尔传感器。

磁条传感器，又称磁阻传感器、磁阻效应传感器，是根据磁性材料的磁阻效应制成的。磁性材料(如坡莫合金)具有各向异性，对它进行磁化时，其磁化方向将取决于材料的易磁化轴、材料的形状和磁化磁场的方向。当给带状坡莫合金材料通电流I时，材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角。如果给材料施加一个磁场B(被测磁场)，就会使原来的磁化方向转动。如果磁化方向转向垂直于电流的方向，则材料的电阻将减小；如果磁化方向转向平行于电流的方向，则材料的电阻将增大。磁阻效应传感器一般有四个这样的电阻组成，并将它们接成电桥。在被测磁场B作用下，电桥中位于相对位置的两个电阻阻值增大，另外两个电阻的阻值减小。在其线性范围内，电桥的输出电压与被测磁场成正比。

光栅传感器(optical grating transducer)指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线密度为10～100线/毫米。由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应，因而能提高测量精度。传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。标尺光栅相对于指示光栅移动时，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光电元件上，在它们的输出端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，直接显示被测的位移量。传感器的光路形式有两种：一种是透射式光栅，它的栅线刻在透明材料(如工业用白玻璃、光学玻璃等)上；另一种是反射式光栅，它的栅线刻在具有强反射的金属(不锈钢)或玻璃镀金属膜(铝膜)上。这种传感器的优点是量程大和精度高。

容栅传感器的结构非常类似于平行板电容器，它是由一组排列成栅状结构的平行板电容器并联而成的，如果把随时间变化的周期信号，通过电子电路的控制，在同一瞬间以不同的相位分布，分别加载于顺序排列的栅状电容器各个栅极上，则在另一公共极板上，任一瞬间产生的感应信号将与该瞬间加载的激励信号具有相同的相位分布。它与其它数字式位移传感器，如光栅、感应同步器等相比，具有体积小、结构简单、分辨率和准确度高、测量速度快、功耗小、成本低、对使用环境要求不高等突出的特点。

电容传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测物理量或机械量转换成为电容量变化的一种转换装置，实际上就是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器广泛用于位移、角度、振动、速度、压力、成分分析、介质特性等方面的测量。最常用的是平行板型电容器或圆筒型电容器。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

本实用新型的音圈马达安装方式及工作原理如下：

镜片群组通过结构件和金属块固定在一起，然后套在三个导轴上；金属块上固定一块磁铁，磁铁分S极和N极，线圈固定在镜筒上；线圈背面安装磁条传感器(定位单元)，通过磁条传感器等定位单元实现定位功能。

当给线圈通电时，根据电流的大小及电流方向，由于电磁效应会对磁铁产生一个纵向的推动力，从而音圈马达带动镜片群组运动，实现变倍与聚焦的效果。本实用新型采用音圈马达控制聚焦和变焦两个镜片群组，相对于传统的步进马达控制，实现了变倍聚焦速度快、精度高且在作动过程中噪声较小的良好效果。并且，由于本实用新型采用了简单的机械控制结构，即可提高变倍聚焦的速度及精度，而且可以大幅降低变倍聚焦带来的噪声，降低了生产成本。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种采用音圈马达控制的变焦镜头，其特征在于，包括：

镜片群组(1)、音圈马达(2)；其中，所述音圈马达(2)包括线圈(4)、磁铁(5)、金属块(6)，所述镜片群组(1)通过结构件(3)与金属块(6)固定，所述磁铁(5)固定在所述金属块(6)的朝向线圈(4)的一侧。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，

所述镜片群组(1)包括聚焦透镜组和变焦透镜组。

3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，

所述音圈马达(2)为两个，分别控制所述聚焦透镜组和变焦透镜组。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的变焦镜头，其特征在于，

所述线圈(4)为中空结构，并且所述磁铁(5)穿过线圈(4)的中空部分。

5.根据权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于，

所述变焦镜头进一步包括镜筒(7)，所述线圈(4)固定在镜筒(7)上。

6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，

所述镜筒具有三个导轴(8、10、11)，其中的两个导轴(8、10)上套设所述镜片群组(1)，而另一个导轴(11)上套设所述结构件(3)。

7.根据权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于，

所述磁铁(5)具有S极和N极。

8.根据权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于，

所述变焦镜头进一步包括定位单元(9)，安装在所述线圈(4)的一侧，所述音圈马达(2)通过定位单元(9)精确定位音圈马达(2)自身的移动位置。

9.根据权利要求8所述的变焦镜头，其特征在于，

所述定位单元(9)包括至少以下传感器之一：磁条传感器、光栅传感器、容栅传感器、电容传感器、霍尔传感器。

10.根据权利要求6所述的变焦镜头，其特征在于，

所述导轴(8、10、11)的导轴孔为圆形、椭圆形或U型。