一种Alvarez透镜变焦装置

技术领域

本发明属于变焦透镜技术领域，尤其涉及一种Alvarez透镜变焦装置。

背景技术

传统的变焦透镜通常包括多个焦距固定的固体透镜，通过手动或电动方式调整多个透镜元件的位置来实现变焦，这使得变焦操作相对较慢，系统相对复杂，体积和重量较大。液体透镜通过填充液体改变薄膜的曲率半径或者通过改变液体的折射率实现变焦，但是这种方式光学口径小、响应速度慢、重力和温度影响大等问题，同时传统的液体透镜的变焦需要复杂的电子控制系统。Alvarez变焦透镜通过垂直于光轴方向横向移动两个镜片可实现变焦，但是现有的驱动方式，如MEMS和液晶弹性体驱动存在结构复杂、移动范围小的问题，导致变焦透镜的变焦范围小。因此，亟需一种Alvarez透镜变焦装置来解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种Alvarez透镜变焦装置，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种Alvarez透镜变焦装置，包括：上夹持机构和下夹持机构，Alvarez变焦透镜的上透镜安装在所述上夹持机构上，Alvarez变焦透镜的下透镜安装在所述下夹持机构上，所述上夹持机构、下夹持机构活动连接在齿条齿轮变焦装置上，所述齿条齿轮变焦装置驱动所述Alvarez变焦透镜的上透镜和所述Alvarez变焦透镜的下透镜同时反向移动，所述齿条齿轮变焦装置安装在限位装置内。

优选的，所述限位装置包括壳体，所述齿条齿轮变焦装置安装在所述壳体内，所述齿条齿轮变焦装置的两个活动端分别与第一挡板和第二挡板限位配合，所述第一挡板、第二挡板转动连接在所述壳体的同一侧。

优选的，所述齿条齿轮变焦装置包括上齿条和下齿条，所述上齿条和所述下齿条分别与所述壳体内侧滑动连接，所述上齿条的端部与所述第二挡板限位配合，所述下齿条的端部与所述第一挡板限位配合；

所述上齿条远离所述第二挡板的一端与所述上夹持机构转动连接，所述Alvarez变焦透镜的上透镜固接在所述上夹持机构上；

所述下齿条远离所述第一挡板的一端与所述下夹持机构转动连接，所述Alvarez变焦透镜的下透镜固接在所述下夹持机构上；

所述上齿条和所述下齿条之间设有齿轮，所述齿轮的两侧分别与所述上齿条和所述下齿条啮合，所述齿轮转动连接在所述壳体上。

优选的，所述上齿条远离所述第一挡板的一端固接有用于所述上夹持机构转动的第一活动槽，所述第一活动槽使所述上夹持机构转动角度不大于90°。

优选的，所述下齿条远离所述第二挡板的一端固接有用于所述下夹持机构转动的第二活动槽，所述第二活动槽使所述下夹持机构转动角度不大于180°。

优选的，所述上齿条远离所述第一活动槽的一端设有刻度线。

优选的，所述下齿条远离所述第二活动槽的一端设有另一所述刻度线。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

使用时，通过齿条齿轮变焦装置驱动Alvarez变焦透镜的上透镜和Alvarez变焦透镜的下透镜同时反向移动，从而改变Alvarez变焦透镜的焦距实现变焦功能，通过采用齿轮齿条作为驱动，具有体积小、简单可靠，可控性强等优点，相较于传统变焦方法，齿轮齿条作为驱动还具有响应快，变焦速度快的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构右视图；

图3为本发明结构左视图；

图4为本发明结构剖视图；

图5为本发明聚焦示意图；

图6为本发明散焦示意图；

图7为本发明上齿条结构示意图；

图8为本发明下齿条结构示意图：

图9为本发明粗调齿条齿轮变焦装置结构示意图；

其中，1、上齿条；2、下齿条；3、上夹持机构；4、下夹持机构；5、齿轮；6、Alvarez变焦透镜的上透镜；7、Alvarez变焦透镜的下透镜；8、壳体；9、第一挡板；10、第二挡板；11、齿条齿轮变焦装置；12、限位装置；13、入射光线；14、出射光线；15、汇聚光线；16、发散光线；17、齿形皮带槽；18、齿形皮带；19、第一导向轴承；20、第二导向轴承；21、内齿圈；22、齿圈转动支架；23、第一活动槽；24、第二活动槽。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

参照图1至图8，本实施例公开了一种Alvarez透镜变焦装置，包括：上夹持机构3和下夹持机构4，Alvarez变焦透镜的上透镜6安装在上夹持机构3上，Alvarez变焦透镜的下透镜7安装在下夹持机构4上，上夹持机构3、下夹持机构4活动连接在齿条齿轮变焦装置11上，齿条齿轮变焦装置11驱动Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7同时反向移动，齿条齿轮变焦装置11安装在限位装置12内。

使用时，通过齿条齿轮变焦装置11驱动Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7同时反向移动，从而改变Alvarez变焦透镜的焦距实现变焦功能，通过采用齿轮齿条作为驱动，具有体积小、简单可靠，可控性强等优点，相较于传统变焦方法，齿轮齿条作为驱动还具有响应快，变焦速度快的优势。

进一步优化方案，限位装置12包括壳体8，齿条齿轮变焦装置11安装在壳体8内，齿条齿轮变焦装置11的两个活动端分别与第一挡板9和第二挡板10限位配合，第一挡板9、第二挡板10转动连接在壳体8的同一侧。

进一步优化方案，齿条齿轮变焦装置11包括上齿条1和下齿条2，上齿条1和下齿条2分别与壳体8内侧滑动连接，上齿条1的端部与第二挡板10限位配合，下齿条2的端部与第一挡板9限位配合；

上齿条1远离第二挡板10的一端与上夹持机构3转动连接，Alvarez变焦透镜的上透镜6固接在上夹持机构3上；

下齿条2远离第一挡板9的一端与下夹持机构4转动连接，Alvarez变焦透镜的下透镜7固接在下夹持机构4上；

上齿条1和下齿条2之间设有齿轮5，齿轮5的两侧分别与上齿条1和下齿条2啮合，齿轮5转动连接在壳体8上。

进一步优化方案，上齿条1远离第一挡板9的一端固接有用于上夹持机构3转动的第一活动槽23，第一活动槽23使上夹持机构3转动角度不大于90°。

进一步优化方案，下齿条2远离第二挡板10的一端固接有用于下夹持机构4转动的第二活动槽24，第二活动槽24使下夹持机构4转动角度不大于180°。

进一步优化方案，上齿条1远离第一活动槽23的一端设有刻度线。

进一步优化方案，下齿条2远离第二活动槽24的一端设有另一刻度线。

本发明的一种Alvarez透镜变焦装置，包括齿条齿轮变焦装置11和限位装置12；齿条齿轮变焦装置11由上齿条1、下齿条2、上夹持机构3、下夹持机构4、齿轮5、Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7组成。

上夹持机构3和下夹持机构4分别放置在上齿条1和下齿条2的预留位置，上夹持机构3夹持Alvarez变焦透镜的上透镜6，下夹持机构4夹持Alvarez变焦透镜的下透镜7。

上夹持机构3和下夹持机构4分别通过第一活动槽23和第二活动槽24均可转动，上夹持机构3的最大转动角度为90°，下夹持机构4的最大转动角度为180°，可带动Alvarez透镜的转动，从而实现成像系统中的不同变焦要求。通过转动齿轮5，可驱动上齿条1和下齿条2同时向相反方向移动，从而带动安装在上夹持机构3中的Alvarez变焦透镜的上透镜6和下夹持机构4中的Alvarez变焦透镜的下透镜7同时反向移动。

限位装置12包括壳体8、第一挡板9和第二挡板10。齿轮5、上齿条1和下齿条2安装在壳体8的夹层内。第一挡板9和第二挡板10各自均可旋转，第一挡板9和第二挡板10在竖直向上位置时，可限制上齿条1和下齿条2处于0刻度位置，此时Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7完全对齐。当齿轮5驱动上齿条1和下齿条2运动时，可将第一挡板9和第二挡板10分别旋转至竖直向下位置，从而不影响齿轮5、上齿条1和下齿条2的正常运动。

如图4所示，当第一挡板9和第二挡板10处于竖直向上位置时，上齿条1和下齿条2被限制在0刻度位置，Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7完全对齐，此时Alvarez透镜无变焦功能，入射光线13不发生变化，出射为出射光线14。转动齿轮5，上齿条1和下齿条2向相反方向运动，驱动Alvarez透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7向相反方向移动，便可实现变焦功能。

如图5所示，入射光线13在射入Alvarez变焦透镜后，光线汇聚产生汇聚光线15。此时，Alvarez变焦透镜的功能等同于凸透镜功能，可使入射光线汇聚。

如图6所示，入射光线13在射入Alvarez变焦透镜后，光线发散产生发散光线16。此时，Alvarez变焦透镜的功能等同于凹透镜功能，可使入射光线发散。

进一步的，上齿条1和下齿条2的齿条长度均优选为20mm，放置Alvarez透镜的部分长度为8mm，壳体8的长度为10.5mm，因此齿轮5驱动上齿条1和下齿条2的最大行程为1.5mm，即Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7的最大横向移动距离为1.5mm。同时，上齿条1和下齿条2上均有刻度为0.1mm的刻度线，在转动齿轮5驱动上齿条1和下齿条2运动时，可实时精确调整位移距离，具有精度高、可控性强的优点。

Alvarez变焦透镜由Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7组成。Alvarez变焦透镜的表面是三阶多项式曲面，该曲面可由式(1)表示：

t＝A(xy

其中，A，D，E为常数。Alvarez变焦透镜的下透镜7的一个平面由Alvarez变焦透镜的上透镜6的三阶多项式曲面旋转180°得到。

在上齿条1和下齿条2的驱动下，Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7同时向相反方向移动δ位移，因此Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7的厚度可分别表示为：

t

t

由于Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7的厚度发生了变化，导致光束存在相位延时，相位延时大小为-2A(n-1)δ(x

1/f＝4Aδ(n-1) (4)

其中n为Alvarez透镜材料的折射率。

综上所述，相比较传统方法，所述的一种基于齿轮齿条驱动的Alvarez透镜手动变焦装置利用齿轮齿条作为驱动，具有体积小、简单可靠、可控性强等优点。

实施例2：

参考图9，本实施例与实施例1区别在于，为了提高Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7相对位移的速度同时还能够通过精细调整，实现较高的对焦精度，提供了用于驱动齿轮5转动的粗调齿条齿轮变焦装置。

进一步优化方案，齿轮5传动连接有粗调齿条齿轮变焦装置。

进一步优化方案，粗调齿条齿轮变焦装置包括开设在齿轮5上的齿形皮带槽17，齿形皮带槽17上绕设有齿形皮带18，齿形皮带18与齿形皮带槽17啮合，齿形皮带18传动连接有驱动组件。

进一步优化方案，驱动组件包括内齿圈21，内齿圈21通过安装部转动连接在壳体8顶部；

内齿圈21内侧设置有两两对称设置的两个第一导向轴承19和两个第二导向轴承20，第一导向轴承19和第二导向轴承20转动连接在壳体8的顶部；

齿形皮带18绕设在第一导向轴承19和第二导向轴承20与内齿圈21内壁之间，齿形皮带18与内齿圈21内壁啮合，齿形皮带18中部通过两个第一导向轴承19套设在齿形皮带槽17靠近第二导向轴承20的一侧。

进一步优化方案，安装部包括两个对称设置的齿圈转动支架22，齿圈转动支架22与壳体8顶部外壁固接，内齿圈21外壁与齿圈转动支架22内壁滑动设置。

使用时，通过转动内齿圈21，在内齿圈21与齿形皮带18啮合作用下，带动齿形皮带18转动，齿形皮带18绕设在两个第二导向轴承20和两个第一导向轴承19上，其中部绕设在齿轮5上开设的齿形皮带槽17内，齿形皮带槽17与齿形皮带18啮合，因此，在转动内齿圈21时，通过齿形皮带18能够带动齿轮5快速转动，实现变焦的粗调，使其能够快速的使Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7相互靠近或远离，当需要精细调整Alvarez变焦透镜的上透镜6和Alvarez变焦透镜的下透镜7相对间距时，用手直接旋转齿轮5即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。