CN213876152U - 一种连续变焦机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种连续变焦机构。本实用新型的目的是解决现有连续变焦机构中存在抗冲击能力和可靠性差，且读数头和磁栅均占用空间的技术问题，提供一种连续变焦机构。该连续变焦机构采用了导轨和步进电机、螺杆及螺母一体化的结构定位精度高、稳定可靠、抗冲击，游动结构的设置可防止螺杆的径向晃动，保证螺杆安装可靠，游动结构可轴向游动，防止高低温造成螺杆变形造成螺母与螺杆在运动过程中卡死；螺杆固定方式设计成的可调的偏心结构，保证螺杆与导轨的相对平行度满足要求；在各极限位置处设定弹性限位件，防止冲击振动造成的极限位置卡死问题，且不存在现有技术中读数头和磁栅占用空间的问题。

Description

一种连续变焦机构

技术领域

本实用新型涉及一种连续变焦机构。

背景技术

目前连续变焦镜头发展迅速，其应用越来越广泛，在一些跟踪和扫描场景下，对连续变焦镜头的要求也越来越高，像质和光轴稳定性往往成为关注的重点。变焦机构是连续变焦镜头中关键性的一个机构，通过变焦组的两个镜组(变倍镜组、补偿镜组)相对移动到各个固定的共轭点位置，实现光学变焦，清晰成像。变焦的精度直接影响了镜头的像质，变焦过程中的跳动量直接影响了光轴的稳定性，所以变焦机构成为了连续变焦系统的核心。

目前常用的连续变焦机构多采用凸轮形式的变焦结构，这种变焦机构阻力大且光轴稳定性较差，通常只适用于30-80mm口径以内，口径增大则结构件高低温变形量增大，一来结构件阻力变大，二来镜筒的径深比减小影响了光轴稳定性，导致在连续变焦过程中目标发生偏移。

申请号为200720093808.6的专利中公开了一种采用磁栅导轨、直线电机调焦的变焦机构，其中采用了导轨、磁栅、直线电机形式的变焦机构。该机构变倍组与补偿组固定在两个导轨上，通过转接件将两个镜组分别与直线电机连接，通过直线电机分别驱动，磁栅尺与读数头配合来记录变倍组与补偿组移动的绝对位置。这种结构可解决大口径变焦问题，精度高，光轴稳定性好，但是磁栅采用粘接方式固定在支架上，抗冲击能力和可靠性差，且读数头和磁栅的设置均使得占用空间增加。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有连续变焦机构中存在抗冲击能力和可靠性差，且读数头和磁栅均占用空间的技术问题，提供一种连续变焦机构。

发明构思：

采用导轨和步进电机、螺杆及螺母一体化的结构，通过步进电机细分步距角达到高精度定位，并可通过步进电机编码器的反馈值对定位精度实现闭环控制。定位精度高、稳定可靠、抗冲击且节省空间。但是此种结构存在以下三个缺点：

1、通常的普通螺杆固定方式采用两端固定方式，容易导致螺杆在高低温环境下发生变形，导致机构卡死；

2、装调过程中螺杆和导轨的平行度要求过高，难以避免卡死；

3、两个镜组在极限位置易发生卡死。

本实用新型针对上述问题采用了以下解决方法：

1、螺杆采用一端固定、一端游动的方式，克服螺杆高低温发生的变形；

2、在基于导轨和螺杆的变焦结构基础上，采用偏心套结构调节导轨，保证导轨和螺杆的平行度；

3、在极限位置设置弹性限位，防止冲击振动过程中造成极限位置卡死的问题。

为解决上述技术问题，实现上述发明构思，本实用新型提供的技术解决方案如下：

一种连续变焦机构，包括机架、变倍镜组、补偿镜组和驱动单元，其特殊之处在于：

所述驱动单元包括电机开关组件、变倍镜组步进电机、补偿镜组步进电机、导向组件、两个螺杆和两个螺母；

所述导向组件包括两条相互平行的导轨和四个滑块；两条导轨设置在机架上，四个滑块设置在两条导轨上；所述变倍镜组和补偿镜组均分别通过两个滑块设置在两条导轨上；

所述变倍镜组步进电机、补偿镜组步进电机均固定在机架上；

两个所述螺杆的一端分别与变倍镜组步进电机和补偿镜组步进电机的输出轴连接；变倍镜组和补偿镜组底部分别通过螺母转接件固定在两个螺母上；两个所述螺母与螺杆螺纹配合，以实现通过步进电机驱动螺杆旋转使得变倍镜组和补偿镜组在导轨上移动；

两个所述螺杆的另一端均通过游动结构与机架连接；所述游动结构包括轴承、轴承挡圈、偏心套和轴承固定座；所述轴承的轴承内圈套设在螺杆上；所述轴承挡圈套设在螺杆上，且从轴承外侧顶住轴承内圈；所述偏心套套设在轴承的轴承外圈上，端面靠在机架上；所述轴承固定座的凸缘与机架固连，其外圆与机架配合，内孔与偏心套外圆配合，端面顶住偏心套。

进一步地，所述电机开关组件包括两个开关固定座和两个微动开关，两个开关固定座均设置在机架上且位于变倍镜组和补偿镜组之间，两个微动开关分别设置在两个开关固定座上；两个微动开关分别电连接变倍镜组步进电机和补偿镜组步进电机，用于控制电机的通断。

进一步地，还包括限位组件；所述限位组件包括两个弹性限位座、弹性硅胶垫和防撞橡胶垫，两个弹性限位座相对设置在机架上且位于变倍镜组和补偿镜组之间，弹性硅胶垫设置在弹性限位座侧面，用于与镜组端面接触，以防止镜组撞坏微动开关；防撞橡胶垫分别设置在变倍镜组和补偿镜组的内侧端面上，以防止两个镜组之间碰撞，破环镜片。

进一步地，还包括4个导轨挡片，4个导轨挡片分别固定在2个导轨的端部，用于防止滑块脱落。

进一步地，两个所述螺母分别通过螺母转接件与变倍镜组和补偿镜组固定。

进一步地，所述螺母为消间隙螺母。

进一步地，所述轴承固定座上设置有三个腰形孔；所述轴承固定座通过3个螺钉与机架连接。

进一步地，所述偏心套的偏心量为0.2mm；所述轴承固定座的偏心量为0.2mm。

进一步地，所述变倍镜组步进电机、补偿镜组步进电机均固定在机架的底部，且靠近两个导轨的位置处。

本实用新型相比现有技术具有的有益效果：

1、本实用新型提供的连续变焦机构，采用了导轨和步进电机、螺杆及螺母一体化的结构定位精度高、稳定可靠、抗冲击，游动结构的设置可防止螺杆的径向晃动，保证螺杆安装可靠，游动结构可轴向游动，防止高低温造成螺杆变形导致螺母与螺杆在运动过程中卡死出现；螺杆固定方式设计成的可调的偏心结构，保证螺杆与导轨的相对平行度满足要求；在各极限位置处设定弹性限位件，防止冲击振动造成的极限位置卡死问题，且不存在现有技术中读数头和磁栅占用空间的问题。

2、弹性限位座设置在机架上且位于变倍镜组和补偿镜组之间，弹性硅胶垫设置在弹性限位座侧面，用于与镜组端面接触，两个防撞橡胶垫分别设置在变倍镜组和补偿镜组的内侧端面上，这样的结构满足在振动、冲击、各种环境环境下，变倍镜组与补偿镜组在极限位置处具有缓冲作用，而不会导致驱动卡死。

3、螺母采用消间隙螺母，可使得步进电机在正反转时消除空回带来的误差。

4、两个步进电机固定在机架的底部，且靠近两个导轨的位置处，驱动力臂较短，驱动效率高，使得机架结构简单，体积缩小。

附图说明

图1为本实用新型连续变焦机构的结构示意图；

图2为本实用新型连续变焦机构游动结构处的结构示意图；

图3为本实用新型连续变焦机构轴承固定座的结构示意图；

附图标记说明：

1-机架、2-变倍镜组、3-补偿镜组、4-变倍镜组步进电机、5-螺杆、6-螺母、7-导轨、8-滑块、9-导轨挡片、10-开关固定座、11-微动开关、12-螺母转接件、13-弹性限位座、14-弹性硅胶垫、15-防撞橡胶垫、16-轴承、17-轴承挡圈、18-偏心套、19-轴承固定座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地说明。

本实用新型采用导轨和步进电机、螺杆及螺母一体化的结构，通过步进电机细分步距角达到高精度定位，并可通过步进电机编码器的反馈值对定位精度实现闭环控制。定位精度高、稳定可靠、抗冲击且节省空间。

一种连续变焦机构，如图1所示，包括固定和支撑所有器件的机架1、变倍镜组2、补偿镜组3和驱动单元，所述驱动单元包括电机开关组件、变倍镜组步进电机4、补偿镜组步进电机、导向组件、两个螺杆5和两个螺母6；所述导向组件包括两条相互平行的导轨7和四个滑块8；两条导轨7设置在机架1上，并通过M3螺钉固定，四个滑块8设置在两条导轨7上；所述变倍镜组2和补偿镜组3均分别通过两个滑块8设置在两条导轨7上，在导轨7上可以平滑的自由移动；还包括4个导轨挡片9，4个导轨挡片9分别固定在2个导轨7的端部，防止滑块8脱落。所述变倍镜组步进电机4、补偿镜组步进电机均固定在机架1上。通过细分步进电机的步距角达到高精度定位，并可通过步进电机自带编码器的反馈值对定位精度实现闭环控制。

两个所述螺杆5的一端分别与变倍镜组步进电机4和补偿镜组步进电机的输出轴连接；变倍镜组2和补偿镜组3底部分别通过螺母转接件12固定在两个螺母6上；两个所述螺母6与螺杆5螺纹配合，以实现通过步进电机4驱动螺杆5旋转使得变倍镜组2和补偿镜组3在导轨上移动；所述螺母6为消间隙螺母6，消间隙螺母6可使得步进电机在正反转时消除空回带来的误差；两个所述螺杆5的另一端均通过游动结构与机架1连接，防止轴承16轴向脱落；如图2所示，所述游动结构包括轴承16、轴承挡圈17、偏心套18和轴承固定座19；所述轴承16的轴承内圈套设在螺杆5上；所述轴承挡圈17套设在螺杆5上，且从轴承16外侧顶住轴承内圈；所述偏心套18套设在轴承16的轴承外圈，端面靠在机架1上；所述轴承固定座19的凸缘与机架1固连，其外圆与机架1配合，内孔与偏心套18外圆配合，端面顶住偏心套18。防止螺杆5的径向晃动，径向结构保证螺杆5安装可靠，轴向游动的方式可以防止因高低温导致螺杆5变形造成螺母6与螺杆5在运动过程中卡死。通过轴承固定座19可保证螺杆5的轴端在直径为0.4mm圆内任意位置固定，由此调节螺杆5与导轨7的平行度。

所述电机开关组件包括两个开关固定座10和两个微动开关11，两个开关固定座10均设置在机架1上且位于变倍镜组2和补偿镜组3之间，开关固定座10设计出腰形孔固定时可轴向移动，两个微动开关11分别设置在两个开关固定座10上；两个微动开关11分别电连接变倍镜组步进电机4和补偿镜组步进电机，用于控制电机的通断。两个镜组在移动过程中碰到微动开关11，步进电机接收到信号立即停止，将微动开关11起点作为两组镜组的零位，其余焦距位置都是编码器相对零位的电位器值。

还包括限位组件；所述限位组件包括两个弹性限位座13、弹性硅胶垫14和防撞橡胶垫15，两个弹性限位座13相对设置在机架1上且位于变倍镜组2和补偿镜组3之间，弹性硅胶垫14设置在弹性限位座13侧面，用于与镜组端面接触，以防止镜组撞坏微动开关11；防撞橡胶垫15分别设置在变倍镜组2和补偿镜组3的内侧端面上，以防止两个镜组之间碰撞，破环镜片。机架1的固定孔设计成腰型，当变倍镜组2与补偿镜组3起点和终点位置确定以后，弹性限位块使得弹性橡胶垫与镜组端面接触，这样的结构满足在振动、冲击、各种环境或各种方式固定的环境下，变倍镜组2与补偿镜组3在极限位置处有缓冲作用而不会导致驱动卡死。

如图2所示，所述轴承固定座19上设置有三个腰形孔；所述轴承固定座19通过3个螺钉与机架1连接，也即，在轴承固定座19上加工出三个腰形孔，机架1均布6个螺纹孔，保证轴承固定座19旋转任意角度都可通过螺纹孔固定。所述偏心套18的偏心量为0.2mm；所述轴承固定座19的偏心量为0.2mm。两个步进电机固定在机架1的底部，分别靠近两个导轨7的位置，缩短了螺杆5与滑块8的力臂，使得电机驱动效率提高，两个步进电机放在机架1下部节省了整机的空间。

工作原理：

将变倍镜组2和补偿镜组3固定在两个导轨7的滑块8上，将变倍镜组步进电机4和补偿镜组步进电机分别通过螺杆5和螺母6与变倍镜组2和补偿镜组3连接，通过两个电机驱动变倍镜组2与补偿镜组3在导轨7上沿光轴方向，按光学设计的焦距位置移动，使变焦镜头连续变焦。以微动开关11位置为起点，通过记录步进电机编码器的电位器值记录变倍组与补偿组的焦距对应的位置，实现连续变焦。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所保护技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种连续变焦机构，包括机架(1)、变倍镜组(2)、补偿镜组(3)和驱动单元，其特征在于：

所述驱动单元包括电机开关组件、变倍镜组步进电机(4)、补偿镜组步进电机、导向组件、两个螺杆(5)和两个螺母(6)；

所述导向组件包括两条相互平行的导轨(7)和四个滑块(8)；两条导轨(7)设置在机架(1)上，四个滑块(8)设置在两条导轨(7)上；所述变倍镜组(2)和补偿镜组(3)均分别通过两个滑块(8)设置在两条导轨(7)上；

所述变倍镜组步进电机(4)、补偿镜组步进电机均固定在机架(1)上；

两个所述螺杆(5)的一端分别与变倍镜组步进电机(4)和补偿镜组步进电机的输出轴连接；变倍镜组(2)和补偿镜组(3)底部分别通过螺母转接件(12)固定在两个螺母(6)上；两个所述螺母(6)与螺杆(5)螺纹配合，以实现通过步进电机(4)驱动螺杆(5)旋转使得变倍镜组(2)和补偿镜组(3)在导轨上移动；

两个所述螺杆(5)的另一端均通过游动结构与机架(1)连接；所述游动结构包括轴承(16)、轴承挡圈(17)、偏心套(18)和轴承固定座(19)；所述轴承(16)的轴承内圈套设在螺杆(5)上；所述轴承挡圈(17)套设在螺杆(5)上，且从轴承(16)外侧顶住轴承内圈；所述偏心套(18)套设在轴承(16)的轴承外圈，端面靠在机架(1)上；所述轴承固定座(19)的凸缘与机架(1)固连，其外圆与机架(1)配合，内孔与偏心套(18)外圆配合，端面顶住偏心套(18)。

2.根据权利要求1所述的连续变焦机构，其特征在于：

所述电机开关组件包括两个开关固定座(10)和两个微动开关(11)，两个开关固定座(10)均设置在机架(1)上且位于变倍镜组(2)和补偿镜组(3)之间，两个微动开关(11)分别设置在两个开关固定座(10)上；两个微动开关(11)分别电连接变倍镜组步进电机(4)和补偿镜组步进电机，用于控制电机的通断。

3.根据权利要求2所述的连续变焦机构，其特征在于：

还包括限位组件；所述限位组件包括两个弹性限位座(13)、弹性硅胶垫(14)和防撞橡胶垫(15)，两个弹性限位座(13)相对设置在机架(1)上且位于变倍镜组(2)和补偿镜组(3)之间，弹性硅胶垫(14)设置在弹性限位座(13)侧面，用于与镜组端面接触，以防止镜组撞坏微动开关(11)；防撞橡胶垫(15)分别设置在变倍镜组(2)和补偿镜组(3)的内侧端面上，以防止两个镜组之间碰撞，破环镜片。

4.根据权利要求1至3任一所述的连续变焦机构，其特征在于：

还包括4个导轨挡片(9)，4个导轨挡片(9)分别固定在2个导轨(7)的端部，用于防止滑块(8)脱落。

5.根据权利要求4所述的连续变焦机构，其特征在于：

所述螺母(6)为消间隙螺母。

6.根据权利要求5所述的连续变焦机构，其特征在于：

所述轴承固定座(19)上设置有三个腰形孔；所述轴承固定座(19)通过3个螺钉与机架(1)连接。

7.根据权利要求6所述的连续变焦机构，其特征在于：

所述偏心套(18)的偏心量为0.2mm；所述轴承固定座(19)的偏心量为0.2mm。

8.根据权利要求7所述的连续变焦机构，其特征在于：

所述变倍镜组步进电机(4)、补偿镜组步进电机均固定在机架(1)的底部，且靠近两个导轨(7)的位置处。

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