1.本实用新型涉及光学镜头的技术领域，特别是涉及调控式镜头。


背景技术：

2.在光学检测设备中，光学镜头的调焦运动控制一直是这类设备的一项重要功能，而精确运动控制及精确位置反馈更是光学检测设备的必要结构功能，以便实现光学检测中的精确物距测量。然而，传统的调焦结构通常是依靠人眼或位移传感器来获取镜头的调焦距离信息以反馈给人或调焦驱动机构，进而实现镜头的调焦运动，但这种方式难以准确地测量出物距，甚至无法测量物距。特别是在使用电机作为调焦驱动机构时，不可避免地会引入运动丢步或回程误差，无法实现高精度的运动控制。


技术实现要素：

3.本实用新型的一优势在于提供调控式镜头，其能够实现微米级的运动控制及位置反馈，有助于大幅地提高调焦运动控制的精度。
4.本实用新型的另一优势在于提供调控式镜头，其中，在本实用新型的一实施例中，所述调控式镜头能够利用光栅尺的极高分辨率来精确测量动镜头在光路中的位置，以便准确地控制调焦运动。
5.本实用新型的另一优势在于提供调控式镜头，其中，在本实用新型的一实施例中，所述调控式镜头能够利用光栅尺来获取准确的成像距离与物体距离之间的映射关系，避免引入人为误差或驱动误差。
6.本实用新型的另一优势在于提供调控式镜头，其中，在本实用新型的一实施例中，所述调控式镜头能够在实现镜头组件的高精度调焦运动控制及位置反馈的同时，避免了电机丢步及回程带来的误差。
7.本实用新型的另一优势在于提供调控式镜头，其中，在本实用新型的一实施例中，所述调控式镜头能够通过旋直转换机构与光栅尺相结合，以利用光栅尺的高角分辨率来提高镜头调焦的准确度，有助于达到微米级调焦控制的技术效果。
8.本实用新型的另一优势在于提供调控式镜头，其中为了达到上述目的，在本实用新型中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本实用新型成功和有效地提供一解决方案，不只提供一种简单的调控式镜头，同时还增加了所述调控式镜头的实用性和可靠性。
9.为了实现本实用新型的上述至少一优势或其他优点和目的，本实用新型提供了一种调控式镜头，包括：
10.镜头主体，其中所述镜头主体包括镜头支架、被可转动地设置于所述镜头支架的套筒、被安装于所述镜头支架的镜头组件以及旋直转换机构，其中所述镜头组件包括相对于所述镜头支架可直线运动的动镜头，并且所述动镜头通过所述旋直转换机构连接于所述套筒，用于将所述套筒的旋转运动转换为所述动镜头的直线运动；和
11.光栅尺，其中所述光栅尺包括分别被固设于所述套筒和所述镜头支架的曲线光栅
主尺和读数头，其中当所述套筒被转动以带动所述曲线光栅主尺和所述读数头相对旋转时，所述动镜头被所述套筒带动以沿着所述镜头组件的光轴方向运动，并通过所述读数头读取所述曲线光栅主尺上的角度值以获得所述套筒的旋转角度。
12.根据本技术的一个实施例，所述光栅尺的所述曲线光栅主尺被固定地安装于所述套筒，并且所述读数头被对应地固装于所述镜头支架。
13.根据本技术的一个实施例，所述光栅尺的所述曲线光栅主尺为环形光栅主尺或弧形光栅主尺。
14.根据本技术的一个实施例，所述旋直转换机构包括具有螺旋状结构的引导槽和引导柱，其中所述引导柱与所述引导槽相配合地连接，以在所述套筒被转动时，所述引导柱在所述引导槽内滑动以带动所述动镜头做直线运动。
15.根据本技术的一个实施例，所述引导槽被设置于所述套筒，以在所述套筒上螺旋地延伸，并且所述引导柱被对应地设置于所述动镜头。
16.根据本技术的一个实施例，所述旋直转换机构中的所述引导槽和所述引导柱的数量均为两个或两个以上，其中两个或两个以上的所述引导槽被轴对称地设置于所述套筒，并且两个或两个以上的所述引导柱被轴对称地设置于所述动镜头。
17.根据本技术的一个实施例，所述镜头主体的所述镜头组件进一步包括相对静止于所述镜头支架的主镜头，其中所述主镜头与所述动镜头被同轴地布置。
18.根据本技术的一个实施例，所述镜头组件的所述主镜头包括被固定地安装于所述镜头支架的主镜筒和被固定地组装于所述主镜筒内的主镜片组，其中所述主镜片组包括被间隔地组装于所述主镜筒内的前镜片组和后镜片组，以在所述前镜片组和所述后镜片组之间形成活动空间，并且所述动镜头被可活动地设置于所述活动空间内。
19.根据本技术的一个实施例，所述套筒被可转动地套装于所述主镜头的所述主镜筒。
20.根据本技术的一个实施例，所述调控式镜头进一步包括与所述套筒可驱动地连接的驱动组件，用于对所述套筒施加驱动力，以驱动所述套筒绕着所述镜头组件的光轴转动。
21.根据本技术的一个实施例，所述驱动组件包括被安装于所述镜头支架的步进电机和被设置于所述步进电机和所述套筒之间的传动机构，其中所述传动机构包括被固设于所述步进电机的出轴的主动齿轮和被设置于所述套筒的从动齿轮，并且所述主动齿轮与所述从动齿轮相互啮合。
附图说明
22.图1为根据本实用新型的一实施例的调控式镜头的立体示意图；
23.图2示出了根据本实用新型的上述实施例的所述调控式镜头的局部示意图。
24.图3和图4分别示出了根据本实用新型的上述实施例的所述调控式镜头在调焦运动前后的剖视示意图。
25.主要元件符号说明：1、调控式镜头；10、镜头主体；11、镜头支架；12、套筒；13、镜头组件；131、动镜头；132、主镜头；1321、主镜筒；1322、主镜片组；1320、活动空间；14、旋直转换机构；141、引导槽；142、引导柱；20、光栅尺；21、曲线光栅主尺；211、环形光栅主尺；22、读数头；30、驱动组件；31、步进电机；32、传动机构；321、主动齿轮；322、从动齿轮。
26.以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
28.需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.参考附图1至图4所示，本实用新型的一个实施例提供了一种调控式镜头1，其能够实现微米级的运动控制及位置反馈，有助于大幅地提高调焦运动控制的精度。具体地，所述调控式镜头1可以包括镜头主体10和光栅尺20。所述镜头主体10包括镜头支架11、被可转动地设置于所述镜头支架11的套筒12、被安装于所述镜头支架11的镜头组件13以及旋直转换机构14，其中所述镜头组件13包括相对于所述镜头支架11可直线运动的动镜头131，并且所述动镜头131通过所述旋直转换机构14连接于所述套筒12，用于将所述套筒12的旋转运动转换为所述动镜头131的直线运动。所述光栅尺20包括分别被固设于所述套筒12和所述镜头支架11的曲线光栅主尺21和读数头22，其中当所述套筒12被转动以带动所述曲线光栅主尺21和所述读数头22相对旋转时，所述动镜头131被所述套筒12带动以沿着所述镜头组件13的光轴方向运动，并通过所述读数头22读取所述曲线光栅主尺21上的角度值以获得所述套筒12的旋转角度。
31.值得注意的是，由于所述旋直转换机构14能够将所述套筒12的旋转运动转换为所述动镜头131的直线运动，而所述读数头22又能够读取所述曲线光栅主尺21上的刻度以直接读取所述套筒12的旋转角度，因此所述动镜头131的直线运动位移量能够通过所述旋直转换机构14的转换关系由所读取的旋转角度换算而得，也就是说，所述套筒12通过所述旋直转换机构14带动所述动镜头131沿所述镜头组件13的光轴方向运动，其直线位移量能够通过所述旋直转换机构14的结构关系换算为所述读数头22所读取的所述曲线光栅主尺21上的角度变化值，使得所述动镜头131在光轴方向上的直线位移量直接换算成所述光栅尺20所读取的角度。可以理解的是，由于所述光栅尺20的角分辨率极高，因此换算成所述动镜头131的直线位移的精度能够达到微米级及其以上，这对于大幅地提高调焦运动控制的精度具有极其重要的意义。
32.更具体地，如图1至图3所示，所述曲线光栅主尺21被固定地安装于所述套筒12，并且所述读数头22被对应地固装于所述镜头支架11，这样当所述套筒12被转动以带动所述曲
线光栅主尺21绕着所述镜头组件13的光轴旋转时，所述动镜头131通过所述旋直转换机构14被所述套筒12带动以沿着所述镜头组件13的光轴做直线运动，并通过所述读数头22读取所述曲线光栅主尺21的旋转角度，以换算成所述动镜头131的直线位移。可以理解的是，在本技术的其他示例中，所述曲线光栅主尺21和所述读数头22也可以被互换位置地布置，即所述曲线光栅主尺21被固定地安装于所述镜头支架11，且所述读数头22被固定地安装于所述套筒12，其中所述读数头22随着所述套筒12转动以读取所述曲线光栅主尺21上的刻度而获得所述套筒12的旋转角度。
33.示例性地，在本技术的一示例中，如图1和图2所示，所述光栅尺20的所述曲线光栅主尺21可以但不限于被实施为环形光栅主尺211，其中所述环形光栅主尺211以所述镜头组件13的光轴为中心被环设于所述套筒12，以随着所述套筒12的旋转而旋转。这样，当所述套筒12旋转时，所述光栅尺20的所述读数头22能够实时地读取出所述环形光栅主尺211上的角度值，以获得所述套筒12的实时旋转角度。
34.值得注意的是，在本技术的另一示例中，所述光栅尺20的所述曲线光栅主尺21还可以被实施为弧形光栅主尺，其中所述弧形光栅主尺以所述镜头组件13的光轴为弧心被固设于所述套筒12，以随着所述套筒12的转动而转动。可以理解的是，当所述曲线光栅主尺21被实施为所述弧形光栅主尺时，所述套筒12无法旋转一周或以上，而只能在一定角度范围内转动，以确保所述光栅尺20的所述读数头22能够实时地读取所述弧形光栅主尺上的角度值。
35.根据本技术的上述实施例，如图2至图4所示，所述镜头主体10的所述旋直转换机构14可以包括被设置于所述套筒12的引导槽141和被对应地设置于所述动镜头131的引导柱142，其中所述引导槽141在所述套筒12上螺旋地延伸，并且所述引导柱142与所述引导槽141相配合地连接，其中当所述套筒12转动时，所述引导槽141随着所述套筒12转动，以驱动所述引导柱142在所述引导槽141内滑动，而带动所述动镜头131沿着所述镜头组件13的光轴方向运动。
36.示例性地，所述旋直转换机构14的所述引导槽141具有螺旋状结构，以呈现为螺旋槽，这样当所述套筒12绕着所述镜头组件13的光轴转动时，所述引导槽141随之绕着所述镜头组件13的光轴转动，此时所述引导柱142在所述引导槽141内滑动以带动所述动镜头131沿着所述镜头组件13的光轴方向做直线运动，从而利用所述引导槽141与所述引导柱142之间的配合关系将所述套筒12的旋转运动转换为所述动镜头131的直线运动。
37.优选地，如图1和图2所示，所述旋直转换机构14中的所述引导槽141和所述引导柱142的数量均为两个，其中两个所述引导槽141被轴对称地设置于所述套筒12，并且两个所述引导柱142被对应地设置于所述动镜头131，以提高所述旋直转换机构14的转换稳定性。可以理解的是，所述旋直转换机构14中的所述引导槽141和所述引导柱142的数量也可以均为一个或两个以上，本技术对此不再赘述。
38.值得注意的是，在本技术的另一示例中，所述旋直转换机构14中所述引导槽141和所述引导柱142的设置位置也可以互换，即所述引导槽141被设置于所述动镜头131，且所述引导柱142被设置于所述套筒12，这样当所述套筒12带动所述引导柱142转动时，所述引导柱142仍会在所述引导槽141内滑动，以带动所述动镜头131沿着所述镜头组件13的光轴方向运动。当然，在本技术的其他示例中，所述旋直转换机构14也可以被实施为其他机构，如
螺纹机构等，只要能够将所述套筒12的旋转运动转换为所述动镜头131的直线运动即可，本技术对此不在赘述。
39.根据本技术的上述实施例，如图3和图4所示，所述镜头主体10的所述镜头组件13可以进一步包括相对静止于所述镜头支架11的主镜头132，其中所述主镜头132与所述动镜头131被同轴地布置，这样当所述套筒12被驱动以带动所述动镜头131沿光轴方向移动时，所述动镜头131相对于所述主镜头132做直线运动，以调整所述镜头组件13的整体焦距。
40.示例性地，所述镜头组件13的所述主镜头132包括被固定地安装于所述镜头支架11的主镜筒1321和被固定地组装于所述主镜筒1321内的主镜片组1322，其中所述动镜头131被可活动地设置于所述主镜头132的所述主镜筒1321，以在相对于所述镜头支架11做直线运动时改变所述镜头组件13的整体焦距。
41.优选地，所述主镜头132的所述主镜片组1322包括被间隔地组装于所述主镜筒1321内的前镜片组和后镜片组，以在所述前镜片组和所述后镜片组之间形成活动空间1320，并且所述动镜头131被可活动地设置于所述主镜筒1321的所述活动空间1320内，使得所述动镜头131能够在所述套筒12的驱动下在所述主镜筒1321内前后移动。可以理解的是，由于所述动镜头131在所述套筒12的驱动下是在所述主镜筒1321的内部移动以进行调焦，因此所述镜头组件13在调焦过程中其整体外形不发生改变，有助于减小所述动镜头131在移动过程中受到外部环境的干扰。当然，在本技术的其他示例中，所述动镜头131也可以被设置于所述主镜筒1321之外的部位，只要能够保证所述动镜头131在所述套筒12的驱动下相对于所述主镜头132发生轴向移动即可，本技术对此不再赘述。
42.更优选地，所述套筒12被可转动地套装于所述主镜头132的所述主镜筒1321，使得所述套筒12位于所述主镜筒1321的外部，便于对所述套筒12施加驱动力，使得所述套筒12绕着所述镜头组件13的光轴进行转动。可以理解的是，由于所述动镜头131和所述套筒12分别位于所述主镜头132的所述主镜筒1321的内部和外部，即所述主镜筒1321位于所述套筒12和所述动镜头131之间，使得所述旋直转换机构14中所述引导柱142需穿过所述主镜筒1321以连接所述套筒12和所述动镜头131，因此本技术的所述主镜头132的所述主镜筒1321在对应于所述引导槽141的部位设有通槽，以允许被设置于所述动镜头131上的所述引导柱142穿过所述主镜筒1321的通槽而伸入所述套筒12上的所述引导槽141，实现所述引导柱142于所述引导槽141之间的配合。
43.根据本技术的上述实施例，如图1和图3所示，所述调控式镜头1可以进一步包括与所述套筒12可驱动地连接的驱动组件30，用于对所述套筒12施加驱动力，以驱动所述套筒12绕着所述镜头组件13的光轴转动，进而通过所述旋直转换机构14带动所述镜头组件13中的所述动镜头131沿着所述镜头组件13的光轴方向作直线运动。
44.示例性地，如图1和图3所示，所述调控式镜头1的所述驱动组件30可以包括步进电机31和传动机构32，其中所述步进电机31被安装于所述镜头支架11，并且所述传动机构32被设置于所述步进电机31和所述套筒12之间，以通过所述传动机构32将所述步进电机31的驱动力传递给所述套筒12，使得所述套筒12被驱动以绕着所述镜头组件13的光轴转动。
45.优选地，所述驱动组件30的所述传动机构32可以包括被固设于所述步进电机31的出轴的主动齿轮321和被设置于所述套筒12的从动齿轮322，其中所述主动齿轮321与所述从动齿轮322相互啮合。这样，当所述步进电机31被控制以绕着所述步进电机31的出轴转动
所述主动齿轮321时，所述主动齿轮321会带动所述从动齿轮322绕着所述镜头组件13的光轴转动，此时所述套筒12会随着所述从动齿轮322绕着所述镜头组件13的光轴转动，进而通过所述旋直转换机构14将所述套筒12的旋转运动转换为所述动镜头131的直线运动。
46.值得注意的是，虽然在本技术的上述实施例中仍然采用所述步进电机31来驱动所述镜头组件13的调焦运动，但由于所述步进电机31只是为所述套筒12提供驱动力，而通过所述光栅尺20测量的所述套筒12的旋转角度能够直接换算成所述动镜头131的直线位移，即所述光栅尺20与所述动镜头131直接产生关系，因此本技术的所述调控式镜头1在进行调焦运动控制时，并不会引入电机的运动步丢和齿轮组误差，以便实现高精度的调焦运动控制。可以理解的是，虽然所述光栅尺20与所述动镜头131之间仍然会因所述旋直转换机构14的自身结构而引入误差，但却可以通过调节所述旋直转换机构14中所述引导槽141和所述引导柱142之间的间隙来控制误差量，并且还能够通过标定，来进一步将误差控制在极小的范围之内。
47.此外，在本技术的其他示例中，所述调控式镜头1也可以不包括所述驱动组件30，仅依靠人工手动地转动所述套筒12，仍能够实现高精度的调焦运动。
48.优选地，所述传动机构32的所述主动齿轮321的直径远小于所述从动齿轮322的直径，以增大所述步进电机31与所述套筒12之间的减速比。例如，当所述步进电机31驱动所述主动齿轮321以转动一度时，所述从动齿轮322的转动角度将远小于一度，即所述套筒12的角速度将远小于所述步进电机31的出轴角速度，以起到大幅减速的效果。
49.特别地，根据本技术的上述实施例，所述旋直转换机构14中的所述引导槽141的螺距小于所述引导槽141的分度圆周长，以增大所述套筒12与所述动镜头131之间的减速比。例如，当所述套筒12被驱动以旋转一周时，所述动镜头131的直线位移等于所述引导槽141的螺距，而小于所述引导槽141的分度圆周长，即所述动镜头131的移动速度小于所述套筒12的线速度，以起到减速效果，从而实现大倍率的减速比，使得所述步进电机31能够对所述动镜头131进行微米级驱动，从而实现所述调控式镜头1的微米级调焦运动控制。
50.值得一提的是，根据本技术的另一方面，本技术的一个实施例可以进一步提供一种光学设备，其中所述光学设备可以包括设备主体和上述调控式镜头1，其中所述调控式镜头1被配置于所述设备主体，使得所述光学设备具备高精度的镜头调焦运动控制性能。
51.示例性地，在本技术的一示例中，所述光学设备的所述设备主体可以但不限于被实施为感光装置，并且所述调控式镜头1被设置于所述感光装置的感光路径，使得外部光线先经由所述调控式镜头1的调制，再被所述感光装置接收以成像，使得所述光学设备被实施为摄像模组，可应用于高精度的光学检测场景。
52.在本技术的另一示例中，所述光学设备的所述设备主体还可以被实施为发光装置，并且所述调控式镜头1被设置于所述发光装置的发光路径，使得经由所述发光装置发射的图像光在经由所述调控式镜头1的调制后被投射成像，使得所述光学设备被实施为投影模组，可应用于高精度的光学投影场景。可以理解的是，在本技术的其他示例中，所述设备主体还可以被实施为其他结构或模块，以使所述光学设备被实施为具有其他功能的设备，本技术对此不再赘述。
53.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
54.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。