專利名稱：集成化全自動(dòng)雙濾光片切換器的制作方法
集成化全自動(dòng)雙濾光片切換器技術(shù)領(lǐng)域及
背景技術(shù)：
圖像傳感器是數(shù)碼視頻產(chǎn)品的核心器件，不管是數(shù)碼照相機(jī)、還是錄像機(jī)都是靠圖像傳感器來獲取第一手的信息?，F(xiàn)在常用的圖像傳感器主要是CCD和CMOS兩種類型。但不管是CCD還是CMOS，其光譜響應(yīng)曲線與人類的視覺都有很大的差異。這主要是因?yàn)樗麄冊(cè)诩t外區(qū)域還有較高的靈敏度。由于太陽光含有豐富的紅外成分，這樣在白天的自然光下 (包括陰天的漫射光線)所拍攝的圖像就明顯的偏色(例如本來是綠色的植物拍攝的圖像卻呈灰紫色)?，F(xiàn)在對(duì)于這一問題的處理辦法就是采用濾光片來衰減人類不敏感，但圖像傳感器敏感的近紅外區(qū)域的成分，從而使得最終獲得的圖像充分接近人類的視覺反映。目前用于監(jiān)控領(lǐng)域的攝像機(jī)，要兼顧白天和晚上的效果白天要求有良好的色彩還原效果，晚上要求圖像清晰。因?yàn)閿z像機(jī)通常使用紅外LED作為晚間的輔助光源，如果不加濾光片，圖像傳感器可以在紅外LED輔助光源的照射下很好的采集夜間的視頻信息，但不加濾光片白天偏色的問題沒法解決；如果加濾光片將圖像傳感器的拍攝效果矯正到接近人類對(duì)色彩的視覺反映，晚上輔助紅外光源的效果也將同樣被過濾，沒法實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)控拍攝的目的。于是，對(duì)于單濾光片方案，這是一個(gè)兩難的境地，很難兩全其美。解決上述問題必須采取雙濾光片方案。白天使用對(duì)近紅外光線有衰減作用的濾光片，晚上使用夜間濾光片，并通過切換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩種濾光片的切換。目前這方面的產(chǎn)品與技術(shù)，主要有如下兩種電機(jī)驅(qū)動(dòng)切換方案和利用線圈與磁體相互作用驅(qū)動(dòng)的切換方案。他們的不足之處在于電機(jī)方案做到小型化比較困難；線圈與磁體相互作用驅(qū)動(dòng)的切換方案目前有兩種情況，其一，線圈作為運(yùn)動(dòng)件，磁體固定，該方案由于線圈引線在頻繁的運(yùn)動(dòng)中容易折斷從而影響壽命；另一種是線圈固定，磁體固定在雙濾光片框架上帶動(dòng)濾光片運(yùn)動(dòng)，該方案由于框架處于線圈外面，這使得電磁驅(qū)動(dòng)力大打折扣，常常因此造成驅(qū)動(dòng)不到位的情況。另外，目前的切換器均不包含驅(qū)動(dòng)控制部分，這使得現(xiàn)有的攝像機(jī)難于直接采用，需要對(duì)攝像機(jī)電路重新設(shè)計(jì)、制板，增加了改造的成本。本方案是在分析了現(xiàn)有產(chǎn)品不足的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)主要立足于1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從而易于生產(chǎn)裝配、降低成本；2、高效的電磁驅(qū)動(dòng)和無電定位統(tǒng)一設(shè)計(jì)；3、控制電路集成到切換器中以方便現(xiàn)有攝像機(jī)的直接安裝從而實(shí)現(xiàn)即插即用。
發(fā)明內(nèi)容
集成化全自動(dòng)雙濾光片切換器，將電磁驅(qū)動(dòng)部分和控制部分集成于一體，為監(jiān)控?cái)z像機(jī)的日夜濾光片切換提供了整體化解的決方案。驅(qū)動(dòng)部分由線圈管、強(qiáng)磁體、橡膠軟磁體組成。通過加在線圈上不同方向的電流，可以驅(qū)動(dòng)圓柱形強(qiáng)磁體向不同方向運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)雙濾光片支架實(shí)現(xiàn)日夜濾光片的切換。固定于線圈管兩端的橡膠軟磁體可以增強(qiáng)管內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度提高驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)可以在斷電后，繼續(xù)被強(qiáng)磁體磁化吸合，有效地實(shí)現(xiàn)無電定位。 由于強(qiáng)磁體置于線圈管內(nèi)，電磁驅(qū)動(dòng)力大大加強(qiáng)。切換器對(duì)外接口簡(jiǎn)單，僅需3條引線，除電源正負(fù)極引線外，只需要一條來自紅外燈板的光敏傳感器信號(hào)線。控制部分選用低成本微功耗的單片機(jī)和少量的外圍器件，所有元件均選用貼片封裝以減小體積和厚度。單片機(jī)的使用保證了控制的高效性、靈活性和軟件升級(jí)的方便性。該設(shè)計(jì)較之現(xiàn)有的產(chǎn)品和技術(shù)在結(jié)構(gòu)上和性能上均有較大的優(yōu)勢(shì)。
圖1電磁驅(qū)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)展開圖2電磁驅(qū)動(dòng)組件總成圖3濾光片框架俯視圖4濾光片框架右視圖5濾光片框架前視圖6底座俯視圖7底座右視圖8底座前視圖9總體結(jié)構(gòu)安裝圖10驅(qū)動(dòng)控制芯片引腳圖
圖11單片機(jī)引腳圖
圖12控制原理圖
圖中的標(biāo)記序號(hào)
1-圓柱形強(qiáng)磁體；
2-圓柱形橡膠軟磁性材料；
3-線圈；
4-塑料框架連接件；
5-電磁驅(qū)動(dòng)組件；
6-濾光片框架；
7-日間濾光片；
8-夜間濾光片；
9-濾光片框架四角上的減阻力球形支點(diǎn)；
10-濾光片框架與驅(qū)動(dòng)部分連接的粘結(jié)面；
11-底座框架；
12-濾光片框架的導(dǎo)向壁，兼線路板支撐架
13-底座通光孔四壁；
14-底座框架固定孔；
15-電磁驅(qū)動(dòng)組件安裝槽；
16-濾光片框架導(dǎo)向槽；
17-線路板背面器件空間；
18-線路板，兼做上蓋板；
19-線路板上的通光孔；
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
分電磁驅(qū)動(dòng)、濾光片框架結(jié)構(gòu)、切換器底座結(jié)構(gòu)、和控制電路等4部分介紹。1.電磁驅(qū)動(dòng)部分電磁驅(qū)動(dòng)部分由圓柱形強(qiáng)磁體1、橡膠軟磁2、線圈管3和塑料框架連接件4組成 (參見附圖1)。安裝后，強(qiáng)磁體1、橡膠軟磁2、線圈管3和塑料框架連接件4處于同一軸線上，裝配結(jié)果如圖2所示。其中，線圈管3用膠固定在切換器底座的電磁驅(qū)動(dòng)組件安裝槽15 中；強(qiáng)磁體1處于線圈管3中可以自由移動(dòng)；塑料框架連接件4用膠封固于強(qiáng)磁體1上；橡膠軟磁2裝配固定后，與線圈3外端口齊平并膠固。當(dāng)線圈中通過不同方向的電流時(shí)，強(qiáng)磁體1在線圈管3中左右移動(dòng)，從而通過連接件4帶動(dòng)濾光片框架6實(shí)現(xiàn)將不同濾光片切換到光路中。當(dāng)線圈中沒有電流時(shí)由于圓柱形強(qiáng)磁體對(duì)橡膠軟磁2也有磁化作用，橡膠軟磁 2鄰近強(qiáng)磁體1的端面被磁化成強(qiáng)磁體的異性磁極，并有效吸合實(shí)現(xiàn)了無電定位，這可以在非切換期間不需要維持電流，大大節(jié)約了能耗。有2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要注意首先要注意線圈繞制的長(zhǎng)度L3應(yīng)當(dāng)?shù)扔趶?qiáng)磁體長(zhǎng)度Ll的二分之一，即L3 = 0. 5L1這將保證最佳的驅(qū)動(dòng)效果。其次需要注意橡膠軟磁2的軟磁材料的配比，配比的最終效果要求具有結(jié)構(gòu)的軟和磁性的軟。橡膠的軟結(jié)構(gòu)可以緩沖強(qiáng)磁體運(yùn)動(dòng)的沖擊；磁性的軟，要求低剩磁、低矯頑力。 軟磁粉的配比要將橡膠軟磁2的磁導(dǎo)率控制在一個(gè)合適的參數(shù)，以兼顧無電定位的可靠性和下一次反向運(yùn)動(dòng)時(shí)脫離定位所需的反向電流。2.濾光片框架結(jié)構(gòu)部分濾光片塑料框架的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中6為濾光片塑料框架；7為白天濾光片； 8為夜間濾光片；9是四角上的減阻力球形支點(diǎn)，球形支點(diǎn)9使得濾光片框架在運(yùn)動(dòng)中與導(dǎo)向壁各個(gè)面之間都是點(diǎn)接觸，從而減小了運(yùn)動(dòng)阻力；10是與驅(qū)動(dòng)部分連接的粘結(jié)面，它與連接件4粘結(jié)，使得濾光片塑料框架能夠在強(qiáng)磁體的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雙濾光片的切換。球形支點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與各個(gè)導(dǎo)向面之間的點(diǎn)接觸設(shè)計(jì)，是本濾光片塑料框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特色。濾光片塑料框架的右視圖5和前視圖6示出球形支點(diǎn)相對(duì)于塑料框架平面部分的位置。根據(jù)圖示可以看出，球形支點(diǎn)使得濾光片塑料框架與上、下、前、后4個(gè)導(dǎo)向面之間以及左、右端面之間都是點(diǎn)接觸。為了在濾光片的切換中保證幾何光學(xué)特性不變，需要保證光線通過2種濾光片的光程相等。用n7、d7分別表示濾光片7的折射率和厚度，π8、d8分別表示濾光片8的折射率和厚度，等光程的要求需滿足如下關(guān)系n7Xd7 = n8X d8對(duì)于鍍膜的濾光片，因?yàn)槟拥暮穸确浅１?，所以只要鍍膜基片使用相同材質(zhì)相同厚度的光學(xué)玻璃就可以滿足上述關(guān)系。3.切換器底座結(jié)構(gòu)切換器底座11是集成化全自動(dòng)雙濾光片切換器整體安裝的載體。圖6是底座的俯視圖，其中12是濾光片框架的導(dǎo)向壁，兼線路板支撐架；13是底座通光孔；14是底座框架固定孔；15是電磁驅(qū)動(dòng)組件安裝槽；16是濾光片框架導(dǎo)向槽；17是線路板背面器件空間。圖7、圖8分別是底座的前視圖和右視圖，從這2個(gè)側(cè)面圖可以看出底座下部的20 位置，這是光線通道的四壁。4.控制電路控制部分的主芯片采用微功耗單片機(jī)P89LPC901(圖10)和功率驅(qū)動(dòng)電路 AZ6(^8B (圖11)。2種芯片均選用S0IC-8貼片封裝。單片機(jī)用來檢測(cè)來自紅外燈板的光敏信號(hào)，以判斷紅外燈是否打開，從而決定對(duì)濾光片的切換如果紅外燈已經(jīng)打開，則將晚上的濾光片8換切換到光路中；如果紅外燈沒打開則將白天的濾光片7換切換到光路中。每分鐘判斷一次，每次判斷均多次采樣防止誤判，然后決定驅(qū)動(dòng)輸出，切換可在瞬間完成。這樣，既保證了控制的可靠性也可以防止干擾因素引起的誤動(dòng)作。由于功率輸出僅發(fā)生在切換的瞬間，其他時(shí)間沒有輸出，由橡膠軟磁與強(qiáng)磁體的吸合維持濾光片的定位，所以這種控制電路既智能又節(jié)能。由于采用單片機(jī)控制，控制方法的改進(jìn)只需要改變軟件，這給調(diào)試和升級(jí)提供了極大的方便。AZ6208B是一種用于驅(qū)動(dòng)可逆馬達(dá)的單片集成電路。該集成電路包含一個(gè)邏輯部分，通過使用TTL邏輯電平信號(hào)可以控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)以及停止。它是通過控制功率輸出端的正負(fù)極性來實(shí)現(xiàn)的，真值表如表1(參見圖10)表 權(quán)利要求
1.集成化全自動(dòng)雙濾光片切換器包括電磁驅(qū)動(dòng)組件( 濾光片框架(6)線路板(18) 和切換器底座(11)；濾光片框架(6)安裝在切換器底座(11)的濾光片框架導(dǎo)向槽(16)中； 導(dǎo)向槽(16)由底座上的導(dǎo)向壁(12)和兼做上蓋的線路板(18)構(gòu)成；濾光片框架(6)由塑料連接件(4)與電磁驅(qū)動(dòng)組件(5)中的強(qiáng)磁體連接，線圈驅(qū)動(dòng)強(qiáng)磁體時(shí)將帶動(dòng)濾光片在導(dǎo)向槽中移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)濾光片的切換；電磁驅(qū)動(dòng)組件(5)用樹脂膠封裝在底座的安裝槽(15) 中；控制電路選用單片機(jī)、集成驅(qū)動(dòng)芯片、少量阻容器件，全部元件外形選用微型貼片封裝， 并貼片安裝于線路板(18)上，全自動(dòng)控制電路對(duì)外接口只用3條線電源的正、負(fù)極和來自紅外燈板的光敏信號(hào)。
2.權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動(dòng)組件其特征是由圓柱形強(qiáng)磁體(1)、橡膠軟磁O)、線圈管(3)和塑料框架連接件(4)組成；安裝后，強(qiáng)磁體(1)、橡膠軟磁( 、線圈管C3)和塑料框架連接件(4)處于同一軸線上，其中，線圈管(3)用膠固定在切換器底座的安裝槽(15)中， 強(qiáng)磁體(1)處于線圈管(3)中可以自由移動(dòng)，塑料框架連接件(4)用膠封固于強(qiáng)磁體(1) 上，橡膠軟磁(2)裝配固定后，與線圈(3)外端口齊平并膠固；當(dāng)線圈中通過不同方向的電流時(shí)，強(qiáng)磁體在線圈管中左右移動(dòng)，從而帶動(dòng)濾光片框架實(shí)現(xiàn)將不同濾光片切換到光路中。
3.權(quán)利要求2中所述橡膠軟磁( 具有改善電磁驅(qū)動(dòng)效果、無電定位和減緩強(qiáng)磁體的沖力三重作用當(dāng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，線圈中的電流將橡膠軟磁( 與強(qiáng)磁體(1)的相對(duì)面磁化成與強(qiáng)磁體(1)的同性磁極，推動(dòng)強(qiáng)磁體(1)向另一端運(yùn)動(dòng)；當(dāng)線圈中沒有電流時(shí)由于圓柱形強(qiáng)磁體(1)對(duì)橡膠軟磁( 也有磁化作用，鄰近強(qiáng)磁體(1)的端面被磁化成與強(qiáng)磁體異性的磁極，從而有效吸合實(shí)現(xiàn)無電定位；要達(dá)到上述三重效果，橡膠軟磁O)的性能要具有結(jié)構(gòu)的軟和磁性的軟，磁性的軟是指低剩磁、低矯頑力。
4.權(quán)利要求2中所述的線圈繞制的長(zhǎng)度L3應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛐∮趶?qiáng)磁體長(zhǎng)度Ll的二分之一，即L3 = 0. 5L1，這種比例關(guān)系具有最佳的電磁驅(qū)動(dòng)效率。
5.權(quán)利要求1中所述濾光片框架(6)上貼有白天濾光片(7)和夜間濾光片⑶；為了在濾光片的切換中保證幾何光學(xué)特性不變，需要保證光線通過2種濾光片的光程相等，用π7、 d7分別表示濾光片7的折射率和厚度，π8、d8分別表示濾光片8的折射率和厚度，等光程的要求需滿足如下關(guān)系n7Xd7 = n8X d8對(duì)于鍍膜的濾光片，因?yàn)槟拥暮穸确浅１?，所以只要鍍膜基片使用相同材質(zhì)相同厚度的光學(xué)玻璃就可以滿足上述關(guān)系。
6.權(quán)利要求1中所述濾光片塑料框架(6)的特征是四角上的減阻力球形支點(diǎn)(9)，球形支點(diǎn)(9)使得濾光片框架在運(yùn)動(dòng)中與各個(gè)方向上的導(dǎo)向壁之間都是點(diǎn)接觸，從而減小了運(yùn)動(dòng)阻力；還有與驅(qū)動(dòng)部分連接的粘結(jié)面(10)，它與連接件(4)粘結(jié)，使得濾光片塑料框架能夠在強(qiáng)磁體的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)雙濾光片的切換。
7.權(quán)利要求1中所述切換器底座(11)是集成化全自動(dòng)雙濾光片切換器整體安裝的載體，其特征是包括濾光片框架的導(dǎo)向壁(12)，導(dǎo)向壁兼做線路板支撐架；底座通光孔 (13)；底座框架固定孔(14)；電磁驅(qū)動(dòng)組件安裝槽(15)；濾光片框架導(dǎo)向槽(16)；線路板背面器件空間(17)。
8.將切換機(jī)構(gòu)和全自動(dòng)控制電路的一體化安裝集成。
全文摘要
集成化全自動(dòng)雙濾光片切換器，將電磁驅(qū)動(dòng)部分和控制部分集成于一體，為監(jiān)控?cái)z像機(jī)白天和夜晚濾光片的切換提供了整體化解的決方案。驅(qū)動(dòng)部分由線圈管、強(qiáng)磁體、橡膠軟磁組成。通過加在線圈上不同方向的電流，可以驅(qū)動(dòng)圓柱形強(qiáng)磁體向不同方向運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)雙濾光片支架實(shí)現(xiàn)日夜濾光片的切換。固定于線圈管兩端的橡膠軟磁可以增強(qiáng)管內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度提高驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)可以在斷電后，繼續(xù)被強(qiáng)磁體磁化吸合，有效地實(shí)現(xiàn)無電定位，節(jié)約能源。切換器對(duì)外僅3條引線，包括電源正負(fù)極和來自紅外燈板的光敏傳感器信號(hào)?？刂撇糠诌x用低成本微功耗的單片機(jī)、集成驅(qū)動(dòng)芯片等貼片元件，從而保證了控制的高效性、靈活性和軟件升級(jí)的方便性。
文檔編號(hào)H02K33/18GK102445816SQ20101050320
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者李經(jīng)達(dá) 申請(qǐng)人:李經(jīng)達(dá), 深圳市佳信信息技術(shù)有限公司