專(zhuān)利名稱(chēng)：變焦透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡系統(tǒng)，特別是一種用于帶有變焦功能的移動(dòng)電 話(huà)、數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)的變焦透鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
變焦透鏡系統(tǒng)是具有變焦功能系統(tǒng)的重要組成部分之一?，F(xiàn)有的變焦透 鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般包括變焦單元、變焦驅(qū)動(dòng)裝置、補(bǔ)償單元和補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)裝置 等。其中變焦單元包括從物側(cè)至像側(cè)依次排列在同一光軸上的具有正折射的 第一透鏡組、具有負(fù)折射的第二透鏡組和具有正折射的第三透鏡組，在某些透鏡系統(tǒng)中也可以不設(shè)置第三透鏡組；補(bǔ)償單元為布置在第三透鏡組與像側(cè) 之間的具有正折射的第四透鏡組。當(dāng)放大率從具有最短焦距的廣角狀態(tài)向具 有最長(zhǎng)焦距的遠(yuǎn)焦端狀態(tài)改變時(shí)，第一透鏡組和第三透鏡組相對(duì)于光軸位置 固定，第二透鏡組，即變焦單元在變焦驅(qū)動(dòng)裝置作用下由物側(cè)向像側(cè)沿著光 軸移動(dòng)；第四透鏡組，即補(bǔ)償單元在補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)裝置作用下沿光軸移動(dòng)以補(bǔ)償 在變焦單元移動(dòng)之后產(chǎn)生的像面位置變動(dòng)。由于補(bǔ)償單元的移動(dòng)與變焦單元 的移動(dòng)必須保持某種特定關(guān)系，才能保證像正好成在成像元件所在位置，所 以這種傳統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)中，變焦驅(qū)動(dòng)裝置和補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)是很重 要的。公開(kāi)號(hào)為CN101065700A的變焦透鏡裝置中公開(kāi)了一種變焦透鏡系統(tǒng) 的驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)。如圖1所示，驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)包括馬達(dá)1、與透鏡系統(tǒng)的光 軸平行布置的進(jìn)給絲杠20和原動(dòng)軸25、從動(dòng)軸27。馬達(dá)l的輸出軸上安裝 有第一齒輪5。進(jìn)給絲杠20 —端部安裝有與第一齒輪5嚙合的第二齒輪7， 進(jìn)給絲杠20上設(shè)有與其配合的移動(dòng)體21 。原動(dòng)軸25的一端部安裝有與第二 齒輪7嚙合的第三齒輪6，另一端安裝有可以間歇帶動(dòng)從動(dòng)軸27的間歇傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)D。從動(dòng)軸27上形成有螺旋狀的變焦用凸輪面36。第二保持框14上設(shè) 有可以與凸輪面36配合工作的從動(dòng)部17，相當(dāng)于變焦單元的變焦透鏡12安裝在第二保持框14上。第三保持框15上設(shè)有可以與移動(dòng)體21配合工作的 從動(dòng)部19，相當(dāng)于補(bǔ)償單元的聚焦透鏡13安裝在第三保持框15上。馬達(dá)l 啟動(dòng)，帶動(dòng)第一齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)第二齒輪7、第三齒輪6隨之轉(zhuǎn)動(dòng); 第二齒輪7過(guò)帶動(dòng)進(jìn)給絲杠20轉(zhuǎn)動(dòng)，與進(jìn)給絲杠20配合的移動(dòng)體21沿著 絲杠20軸向移動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)從動(dòng)部19移動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)聚焦透鏡13沿軸 向移動(dòng)；同時(shí)，第三齒輪6帶動(dòng)原動(dòng)軸25轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)D的作 用，從動(dòng)軸27帶動(dòng)凸輪面36間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，于是從動(dòng)部17沿著凸輪面36相 應(yīng)移動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)變焦透鏡12間歇性沿著光軸方向移動(dòng)。在凸輪面36的特 定形狀及間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)D的作用下，變焦透鏡12沿著光軸移動(dòng)產(chǎn)生的像面 移動(dòng)，恰好由聚焦透鏡13的移動(dòng)彌補(bǔ)。
由上述的驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)可知，目前的變焦透鏡系統(tǒng)中的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置是 非常復(fù)雜的，其由一個(gè)動(dòng)力源通過(guò)兩套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)變焦驅(qū)動(dòng)裝置和補(bǔ) 償驅(qū)動(dòng)裝置。其結(jié)構(gòu)包括齒輪、間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、絲杠等多個(gè)相互配合的傳動(dòng) 部件，這不但制造成本高，而且占據(jù)很大空間，不利于減小變焦透鏡系統(tǒng)的 體積，同時(shí)要求各個(gè)傳動(dòng)部件之間要保證很高的傳動(dòng)精度，否則會(huì)極大地影 響成像質(zhì)量。另外，如果變焦系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，則原有的機(jī)械驅(qū)動(dòng) 裝置無(wú)法繼續(xù)使用，需要重新設(shè)計(jì)相適應(yīng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置，不但設(shè)計(jì)、制造 麻煩，而且進(jìn)一步增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體 積小，且控制精確、靈活的變焦透鏡系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種變焦透鏡系統(tǒng)，包括依次安裝在 同一光軸上的變焦單元、補(bǔ)償單元和成像單元，以及驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其 中還包括微處理控制單元，其中所述驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括變焦步進(jìn)電機(jī)和 補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)。所述變焦單元通過(guò)傳動(dòng)件安裝在變焦步進(jìn)電機(jī)的輸出軸 上，所述補(bǔ)償單元通過(guò)傳動(dòng)件安裝在補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，所述微處理控制單元根據(jù)由變焦步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變焦單元和成像單元之間的距 離變化調(diào)節(jié)由補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的補(bǔ)償單元和成像單元之間的距離。
其中所述微處理控制單元包括數(shù)據(jù)采集單元、補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理單元和 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元；其中
所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)；
所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集到的距離數(shù)據(jù)得出變 焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)；
所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元向補(bǔ)償歩進(jìn)電機(jī)發(fā)出指示，使其帶動(dòng)補(bǔ) 償單元移動(dòng)相應(yīng)的距離。
所述微處理控制單元還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)變焦單元到成 像單元之間的距離數(shù)據(jù)和與該距離數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償單元到成像單元 之間的距離數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)表，所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 中查找的方式得出補(bǔ)償單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)。
其中還包括變焦控制單元，其用于得出變焦單元到成像單元之間的 距離數(shù)據(jù)，并輸入到所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單 元接收變焦控制單元輸入的距離數(shù)據(jù)，指令所述變焦步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)變焦 單元移動(dòng)相應(yīng)的距離。
所述傳動(dòng)件是螺紋結(jié)構(gòu)。
所述螺紋結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在電機(jī)輸出軸上的外螺紋和設(shè)置在螺母上與 外螺紋配合的內(nèi)螺紋。
所述步進(jìn)電機(jī)輸出軸上固定有絲杠，所述螺紋結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在絲杠 上的外螺紋和設(shè)置在螺母上與外螺紋配合的內(nèi)螺紋。
所述變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)和補(bǔ)償單元到成像單元之 間的距離數(shù)據(jù)分別由變焦螺母和補(bǔ)償螺母的螺距表示。
所述變焦螺母的螺紋螺距和補(bǔ)償螺母的螺紋螺距相等。
由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明中，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括用于驅(qū) 變焦單元
6的變焦步進(jìn)電機(jī)和用于驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償單元的補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)，由于設(shè)有兩個(gè)步進(jìn)電 機(jī)，使其驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，只由較少的零件組成，結(jié)構(gòu)緊湊，而且變 焦單元和補(bǔ)償單元的移動(dòng)是互不干涉，各自獨(dú)立的，易于實(shí)現(xiàn)精確控制。本 發(fā)明中兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)由微處理控制單元控制，能根據(jù)變焦單元和成像單元之 間的距離變化來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)償單元和成像單元之間的距離，使二者對(duì)應(yīng)輸出。當(dāng) 變焦透鏡系統(tǒng)中的光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致光學(xué)參數(shù)變化時(shí)，變焦單元或補(bǔ) 償單元中透鏡的尺寸將同時(shí)改變。對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只需簡(jiǎn)單地將變化 后的變焦數(shù)據(jù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)輸入微處理控制單元即可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償曲線(xiàn)與變焦曲 線(xiàn)的對(duì)應(yīng)輸出，而不需要重新設(shè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以本發(fā)明的變焦透
鏡系統(tǒng)制造簡(jiǎn)單、成本低、經(jīng)濟(jì)。另夕卜，本發(fā)明中的程序可寫(xiě)入諸如CPLD， FPGA， DSPT， ARM的微處理器或其他微處理器，以實(shí)現(xiàn)控制單元的微型 化，從而使本發(fā)明的系統(tǒng)體積進(jìn)一步減小、重量進(jìn)一步減輕，攜帶更加方便。 通過(guò)以下參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的上述以及其它目的、 特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。


圖1是現(xiàn)有的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的機(jī)械裝配結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分解示意圖4是本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中的光學(xué)成像結(jié)構(gòu)示意圖5表示本發(fā)明中的變焦單元和補(bǔ)償單元之間位移關(guān)系的原理示意圖6表示本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的各部分動(dòng)作過(guò)程示意圖7是本發(fā)明中的微處理控制單元的控制流程圖8表示本發(fā)明中，變焦數(shù)據(jù)、補(bǔ)償數(shù)據(jù)隨著步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)變化的 示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說(shuō)明，并不用于限制本發(fā)明。
如圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括安裝在殼 體50內(nèi)的變焦單元、成像元件56 (見(jiàn)圖4)用于補(bǔ)償像差的補(bǔ)償單元64以 及驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在殼體50的兩相對(duì)側(cè)板上固定有兩根互相平行的安裝軸。 所述的變焦單元包括滑動(dòng)安裝在兩根安裝軸上的變焦透鏡保持框61和安裝 在保持框61內(nèi)的變焦透鏡組62。所述補(bǔ)償單元包括滑動(dòng)安裝在兩根安裝軸 上的補(bǔ)償透鏡保持框63和安裝在保持框63內(nèi)的補(bǔ)償透鏡組64。其中變焦透 鏡組62與補(bǔ)償透鏡組64安裝在同一光軸上。在該光軸上還可以安裝濾光透 鏡55 (見(jiàn)圖4)。
驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括變焦驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中變焦驅(qū) 動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括安裝在殼體50的其中一塊側(cè)板上的變焦步進(jìn)電機(jī)51、固定 安裝在變焦步進(jìn)電機(jī)51輸出軸上的絲杠(圖中未示出)，與絲杠配合工作 的變焦螺母52。其中變焦螺母52與變焦透鏡保持框61固定連接在一起。
補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括安裝在殼體50的其中一塊側(cè)板上的補(bǔ)償步進(jìn)電 機(jī)53、周定安裝在補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)53輸出軸上的絲杠(圖中未示出)，與絲 杠配合工作的補(bǔ)償螺母54。其中補(bǔ)償螺母54與補(bǔ)償透鏡保持框63固定連接 在一起。
本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，如果選用輸出軸上設(shè) 有螺紋的步進(jìn)電機(jī)，可以省略絲杠，而將螺母直接配合在電機(jī)輸出軸上。另 外，在電機(jī)輸出軸與螺母之間也可以設(shè)置其他的螺紋結(jié)構(gòu)，只要當(dāng)步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)能夠驅(qū)動(dòng)螺母移動(dòng)即可。
參見(jiàn)圖4、圖5和圖6。其中圖5中的AA'是光軸，Ll、 L2是共軛距。 假設(shè)變焦透鏡組62在初始位置時(shí)，物體成像位置恰好在成像元件56，當(dāng)變 焦透鏡組62向目標(biāo)物體移動(dòng)過(guò)程中，變焦透鏡組62與成像元件56之間的 距離也不斷變化，即物距不斷變化。像距隨物距的變化而發(fā)生變化，于是變 焦透鏡組62移動(dòng)后物體成像位置偏離了成像元件56。如果要糾正該偏移量，使成像位置仍位于成像元件56上，則需要移動(dòng)補(bǔ)償透鏡組64，補(bǔ)償透鏡組 64移動(dòng)的距離要恰好能夠補(bǔ)償因變焦透鏡組62的移動(dòng)而產(chǎn)生的偏移量。啟 動(dòng)變焦步進(jìn)電機(jī)51，絲杠隨其輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)變焦螺母52移動(dòng)，從而帶 動(dòng)與變焦螺母52固定連接的變焦透鏡組62移動(dòng)了位移XI，變焦透鏡組62 與成像元件之間的距離發(fā)生了變化，物體的成像位置就偏離了成像元件56。 為了補(bǔ)償這個(gè)偏移量，啟動(dòng)補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)53，絲杠隨其輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)補(bǔ) 償螺母54移動(dòng)，從而帶動(dòng)與補(bǔ)償螺母54固定連接的補(bǔ)償透鏡組64向相反 方向移動(dòng)位移X2，即當(dāng)變焦透鏡組62移動(dòng)距離X1時(shí)，補(bǔ)償透鏡組64向相 反方向移動(dòng)距離X2，成像位置才能正好在成像元件56上。也就是說(shuō)變焦透 鏡組62和成像元件56之間的距離與補(bǔ)償透鏡組64和成像元件56之間的距 離存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。只有保證該兩種距離的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)關(guān)系，才能保證 正確的成像位置。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系的控制將通過(guò)下面闡述的微處理控制單元實(shí) 現(xiàn)。
如圖7所示，本發(fā)明中的微處理控制單元為一微處理器，用于根據(jù)變焦 單元和成像單元之間的距離變化調(diào)節(jié)補(bǔ)償單元和成像單元之間的距離來(lái)滿(mǎn) 足在變焦的同時(shí)來(lái)完成成像補(bǔ)償?shù)墓δ?，該系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足一定焦距內(nèi)的 同類(lèi)型變焦系統(tǒng)的需求，而僅需對(duì)程序進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)就可以，這樣就 可以以一種結(jié)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足多種變焦系統(tǒng)的需求。微處理器包括數(shù)據(jù)釆集單 元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理單元和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元，其中
所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)；
所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集到的距離數(shù)據(jù)得出變焦 單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)；
所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元向補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)發(fā)出指示，使其帶動(dòng)補(bǔ)償單 元移動(dòng)相應(yīng)的距離。
所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)、與該 距離數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)表，其中的變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)、補(bǔ)償單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)均
可以采用常規(guī)的光學(xué)設(shè)計(jì)方法或者利用現(xiàn)有的專(zhuān)業(yè)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，如Code V、 Zemax、 Oslo取得。另夕卜，本發(fā)明中也可以不設(shè)置用于存儲(chǔ)距離對(duì)應(yīng)表
的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，而是在微處理器中設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償數(shù)據(jù)計(jì)算單元，由該補(bǔ)償 -數(shù)據(jù)計(jì)算單元根據(jù)變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)用變焦微分方程計(jì)
算出補(bǔ)償單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中還包括變焦控制單元，其用于得出變焦單元到 成像單元之間的距離數(shù)據(jù)，并輸入到所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元，步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)控制單元接收變焦控制單元輸入的距離數(shù)據(jù)，指令所述變焦步進(jìn)電機(jī)帶 動(dòng)變焦單元移動(dòng)相應(yīng)的距離。變焦單元的移動(dòng)也可以由另一個(gè)獨(dú)立的控制模 塊控制。變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)是根據(jù)前述光學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)果得 到的變焦曲線(xiàn)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)使用者實(shí)際的變焦操作來(lái)得出變焦單元到成像 單元的距離，比如在1.5x變焦處，有個(gè)數(shù)值，比如13mm.驅(qū)動(dòng)該變焦單元到 達(dá)指定的位置，從該點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明的系統(tǒng)可以適應(yīng)多種同樣結(jié)構(gòu)的光學(xué)變 焦設(shè)計(jì)。
所述變焦微處理控制單元根據(jù)變焦單元到成像單元之間初離數(shù)據(jù)、變焦
單元到成像單元之間初始距離數(shù)據(jù)、放大率、成像元件即探測(cè)器的面積計(jì)算
出變焦單元需要移動(dòng)的距離和方向，并根據(jù)該移動(dòng)的距離、變焦螺母的螺距
數(shù)據(jù)計(jì)算出變焦步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)和方向。所述的補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理單元根據(jù) 變焦單元移動(dòng)后變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)査找與該距離數(shù)據(jù)對(duì)
應(yīng)的補(bǔ)償單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)，再根據(jù)補(bǔ)償單元到成像單元之間 初始距離數(shù)據(jù)計(jì)算出補(bǔ)償單元需要移動(dòng)的距離和方向，并進(jìn)一步結(jié)合補(bǔ)償螺 母的螺距數(shù)據(jù)計(jì)算出補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)和方向；
通過(guò)下列公式(1)能夠表示出本發(fā)明的系統(tǒng)中的變焦單元或補(bǔ)償單元 的移動(dòng)分辨率。
Dresolutioi = S鄉(xiāng)Angle. pSCrew Rscrew ( 1 )
360°其中，StepAngle表示步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，Pscrew是螺母的螺距，Rscrew 是減速比。本發(fā)明的系統(tǒng)中，Pscrew為0.25mm，步進(jìn)角為18° 。那意味著 步進(jìn)電機(jī)每向前移動(dòng)一步將使螺母向前或向后移動(dòng) Dresolution=18° /360。 M.25mm二0.0125mn^l2.5um(微米)。如果在本發(fā)明的 系統(tǒng)中使用減速機(jī)，則能夠取得更小的位移。例如，如果減速比是1: 10，
那么螺母的位移是Dresolution二18。 /360。 W.25mn^0.bl.25um(微米)。
貝U，變焦單元或補(bǔ)償單元的移動(dòng)的距離可表示為
Distance = Nstep. Dresolution ( 2 )
其中，Distance是變焦單元或補(bǔ)償單元需要移動(dòng)的距離，Nstep是步進(jìn)電 機(jī)的步數(shù)。
通過(guò)下列公式(3)能算出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)
Nstep =腕畫(huà) (3) Dresolution
按照這個(gè)簡(jiǎn)單的公式可以計(jì)算出變焦步進(jìn)電機(jī)和補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的 步數(shù)。
見(jiàn)圖8，圖中縱坐標(biāo)表示變焦透鏡組或補(bǔ)償透鏡組到成像元件如CCD或 者CMOS的距離，單位為mm;橫坐標(biāo)表示變焦步進(jìn)電機(jī)或補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)的步數(shù)，單位是步。
圖示中曲線(xiàn)a為變焦曲線(xiàn)，曲線(xiàn)b為補(bǔ)償曲線(xiàn)。當(dāng)變焦透鏡組運(yùn)動(dòng)到x[n] 坐標(biāo)處，對(duì)應(yīng)著曲線(xiàn)a上Sa[n]，此時(shí)補(bǔ)償透鏡組也對(duì)應(yīng)移動(dòng)到曲線(xiàn)b上與 Sa[n]對(duì)應(yīng)的Sb[n]點(diǎn)，這樣就能滿(mǎn)足我們所說(shuō)的補(bǔ)償透鏡組對(duì)變焦透鏡組的 補(bǔ)償作用，從而可以保證變焦的時(shí)候系統(tǒng)成像不會(huì)偏離成像面。例如，當(dāng)變 焦透鏡組運(yùn)動(dòng)到x[l]時(shí)，對(duì)應(yīng)著曲線(xiàn)a上的17.8mm這個(gè)點(diǎn)值位置，此時(shí)， 補(bǔ)償透鏡組運(yùn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)b的5.7mm這個(gè)點(diǎn)值位置。當(dāng)變焦透鏡組由x[l] 運(yùn)動(dòng)到x[2]時(shí)，對(duì)應(yīng)著曲線(xiàn)a上的17.2mm這個(gè)點(diǎn)值位置，此時(shí)，補(bǔ)償透鏡 組運(yùn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)b的7.5mm這個(gè)點(diǎn)值位置。在此過(guò)程中，變焦單元中的變 焦步進(jìn)電機(jī)需要移動(dòng)的距離為17.8mm-17.2mm=0.6mm，則對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)為0.6mm/1.25um=480步，方向?yàn)榭拷上駟卧?。補(bǔ)償單元中的補(bǔ)償步進(jìn)電 機(jī)需要移動(dòng)的距離為7.5mm-5.7mm=1.8mm ，則轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)為 1.8mm/1.25um4440步，方向?yàn)檫h(yuǎn)離成像單元。
在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和步數(shù)計(jì)算單元中，向靠近成像單元移動(dòng)的方向定 義為正方向，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向標(biāo)記為J，向遠(yuǎn)離成像單元移動(dòng)的方向定義 為反方向，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向標(biāo)記為Y。經(jīng)計(jì)算，本發(fā)明中，變焦步進(jìn)電機(jī) 和補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖8中橫坐標(biāo)。
雖然已參照幾個(gè)典型實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語(yǔ)是 說(shuō)明和示例性、而非限制性的術(shù)語(yǔ)。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而 不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì) 節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋?zhuān)虼寺淙霗?quán)利 要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡系統(tǒng)，包括依次安裝在同一光軸上的變焦單元、補(bǔ)償單元和成像單元，以及驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于還包括微處理控制單元，其中所述驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括變焦步進(jìn)電機(jī)(51)和補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)(53)，其中所述變焦單元通過(guò)傳動(dòng)件安裝在變焦步進(jìn)電機(jī)(51)的輸出軸上，所述補(bǔ)償單元通過(guò)傳動(dòng)件安裝在補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)(53)的輸出軸上，所述微處理控制單元根據(jù)由變焦步進(jìn)電機(jī)(51)驅(qū)動(dòng)的變焦單元和成像單元之間的距離變化調(diào)節(jié)由補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)(53)驅(qū)動(dòng)的補(bǔ)償單元和成像單元之間的距離以使曝光時(shí)成像位置在成像單元上。
2. 如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述微處理控制 單元包括數(shù)據(jù)采集單元、補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理單元和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元； 其中所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)； 所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集到的距離數(shù)據(jù)得出變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)；所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元向補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)發(fā)出指示，使其帶動(dòng)補(bǔ)償單元移動(dòng)相應(yīng)的距離。
3. 如權(quán)利要求2所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述微處理控制 單元還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)變焦單元到成像單元之間的距離數(shù) 據(jù)和與該距離數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)的對(duì) 應(yīng)表，所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中査找的方式得出補(bǔ) 償單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)。
4. 如權(quán)利要求2所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于還包括變焦控制 單元，其用于得出變焦單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)，并輸入到所述 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元接收變焦控制單元輸入 的距離數(shù)據(jù)，指令所述變焦步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)變焦單元移動(dòng)相應(yīng)的距離。
5. 如權(quán)利要求1-4之任一所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述傳動(dòng)件是螺紋結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求5所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述螺紋結(jié)構(gòu)包 括設(shè)置在電機(jī)輸出軸上的外螺紋和設(shè)置在螺母上與外螺紋配合的內(nèi)螺.紋。
7. 如權(quán)利要求5所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述步進(jìn)電機(jī)輸 出軸上固定有絲杠，所述螺紋結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在絲杠上的外螺紋和設(shè)置在 螺母上與外螺紋配合的內(nèi)螺紋。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述變焦單 元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)和補(bǔ)償單元到成像單元之間的距離數(shù)據(jù)分 別由變焦螺母(52)和補(bǔ)償螺母(54)的螺距表示。
9. 如權(quán)利要求8所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述變焦螺母 (52)的螺紋螺距和補(bǔ)償螺母(54)的螺紋螺距相等。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種變焦透鏡系統(tǒng)，包括依次安裝在同一光軸上的變焦單元、補(bǔ)償單元和成像單元以及驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和微處理控制單元。其中驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括變焦步進(jìn)電機(jī)和補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)。變焦單元通過(guò)傳動(dòng)件安裝在變焦步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，補(bǔ)償單元通過(guò)傳動(dòng)件安裝在補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，微處理控制單元根據(jù)由變焦步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變焦單元和成像單元之間的距離變化調(diào)節(jié)由補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的補(bǔ)償單元和成像單元之間的距離。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，制造簡(jiǎn)單、成本低、經(jīng)濟(jì)，方便攜帶。
文檔編號(hào)G02B7/04GK101644815SQ20081013489
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者張志輝, 李榮彬, 雪 杜, 王文奎, 蔣金波 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)