CN101644809B - 对称电磁驱动快速可变光阑 - Google Patents
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Abstract
对称电磁驱动快速可变光阑，包含：两个对称的单边光阑，每个单边光阑：包含一个光阑叶片、一个一级支架、一个次级支架、两个固定座、两个导磁板、4块永磁体、两个导杆、一块驱动线圈板、一块光电开关电路板；驱动控制系统：由光电开关电路板、驱动线圈板、4块永磁体构成的磁场、驱动控制电路构成，驱动控制电路将输入的控制信号转换成大功率信号驱动驱动线圈板推动一级支架运动，一级支架带动光阑叶片运动从而实现光阑的开合，采集光电开关电路板回传的反馈信号判断光阑叶片的开合情况用来控制光阑叶片的有效开合；本发明的对称电磁驱动快速可变光阑可实现对光学系统的通光量的切换，应用在成像器件的强光保护、改变光学系统焦深等场合，也可实现快门的作用或进行光调制。
Description
技术领域
本发明涉及一种切换光学系统的光通量的装置。
背景技术
实际光学系统只可能在一定的光束孔径范围内构成另人满意的像，对于孔径的限制是通过光阑实现的，光阑有改善光学系统成像质量、限制光学系统的光通量和阻挡杂光的作用。光阑通常由光学零件的结构件或者加入专门制作的结构元件构成，按照用途来说分为孔径光阑、市场光阑、消杂光光阑等。光阑有可分成固定形式的光阑和可变光阑。可变光阑是通过改变通光口径来改变光学系统光通量的元件。可变光阑通常用在照相镜头上用来改变相机的光圈，还有一些用在显微摄影中，用来调节图像的亮度和景深。可变光阑的通常结构是多个弧形叶片安装在圆形金属壳内，利用叶片在金属壳内的收缩或打开改变通光口径的。
还有一些特殊用途的可变光阑，比如在校正红外探测器非均匀性时遮挡探测器的均匀背景光阑，还有就是保护相机免收强光损害的防强光光阑，快速切换远近距离成像的光阑。这些光阑往往用在要求比较高的场合，大多有军事上的应用，因此有响应迅速，能进行自动控制，可靠性高，抗冲击、振动等要求。现有的可变光阑很难满足这些高要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，本发明对称电磁驱动快速可变光阑，能够解决自动控制、快速可靠、抗冲击、振动等高要求光阑的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：对称电磁驱动快速可变光阑由结构完全相同的两个单边光阑，及控制电路构成；所述每个单边光阑均包括一个光阑叶片、一级支架、次级支架、驱动系统和光电开关电路板，所述的光阑叶片的有中间开孔，中间开孔在两片光阑叶片合拢时规定通光的大小和形状，所述的光阑叶片一端有凸起，凸起是给光电开关电路板中的光电开关提供遮挡信号的，当凸起遮挡住光电开关，代表两个光阑叶片已经合拢；所述驱动系统包括四块永磁体、两个导磁板、一个驱动线圈板、固定座和导杆；所述光电开关电路板由光电开关接口板及光电开关组成，用来获取两个光阑叶片的开合状态；所述控制电路用来控制两个光阑叶片做开合运动，根据输入的开、合控制命令，给驱动线圈板提供相对应方向的脉冲电流，使驱动线圈板推动一级支架运动，一级支架带动光阑叶片运动，从而实现光阑的开合，采集光电开关电路板回传的光电开关的反馈信号判断光阑叶片的开合情况，用来控制光阑叶片的有效开合，形成闭环控制机制；四块永磁体安装在两个导磁板的磁体安装槽内通过固定座的靠面与导磁板的永磁体靠面之间配合固定，驱动线圈板插入到一级支架的线圈安装槽内，线圈压板通过一级支架的安装孔安装到一级支架上并把驱动线圈板压紧，将一级支架的装有驱动线圈板的部分放入两个导磁板之间的空间内，将导杆依次穿过一端的固定座的一个导杆孔、一级支架的导杆孔和另一端的固定座的一个导杆孔，导杆两端固定，次级支架通过其安装孔安装到一级支架上，光阑叶片安装到一级支架上，这样一个单边光阑就装配完成；两个单边光阑通过各自的次级支架的导杆孔安装到对方的导杆上，构成对称电磁驱动快速可变光阑的完整结构体。
本发明与现有技术相比所具有的优点是：采用对称式结构，减少对承载部件的冲击；采用永磁场加驱动线圈的直接驱动形式，省去电机和传动部件减轻了重量减少了环节提高了可靠性，可以快速开合，可以在真空环境使用；加入反馈光阑状态的光电开关，实现闭环控制，可以在当前状态实现自锁，保证状态稳定可靠。本发明的对称电磁驱动快速可变光阑可实现对光学系统的通光量的切换，应用在成像器件的强光保护、改变光学系统焦深等场合，也可实现快门的作用或进行光调制。
附图说明
图1本发明对称电磁驱动快速可变光阑的一个实例的结构透视图；
图2为图1的爆炸视图；
图3为本发明中控制系统原理图；
图4为本发明中次级支架结构示意图；
图5为本发明中导磁板的轴测图；
图6为本发明中导磁板的剖视图；
图7为本发明中固定座结构示意图；
图8为本发明中的一级支架结构示意图；
图9为本发明中光电开关电路板；
图10为本发明中的光阑叶片。
具体实施方式
图1和图2对本发明的对称电磁驱动快速可变光阑的结构构成做了整体描述，图3是对对称电磁驱动快速可变光阑的控制系统原理做的描述，图4～图10对分部件做了详细描述。整个机构由两个完全一样的单边光阑50A和50B构成，单边光阑的组成分部件虽然标有A、B但相同的序号代表相同的部件。两个单边光阑50A和50B的连接是通过次级支架的导杆孔12和对方的导杆9构成运动副而实现的。为了叙述方便，现以一个单边光阑50A为例进行说明，另外一个单边光阑50B与此结构相同。同时去掉A、B的标注来阐述。
每个单边光阑由一个光阑叶片1、一个一级支架3、一个次级支架2、固定座8、两个导磁板6、四块永磁体4、导杆9、一块驱动线圈板5、一块光电开关电路板10组成。两块永磁体4插入导磁板6的两个磁体安装槽33内，两个插入了永磁体4的导磁板6通过安装孔31和固定座8的安装孔26安装到一起，导磁板6的永磁体靠面32与固定座8的靠面27密切接触，以此方式来压紧永磁体4。驱动线圈板5插入到一级支架3的线圈安装槽34内，线圈压板7通过一级支架3的安装孔36安装到一级支架3上并把驱动线圈板5压紧，将一级支架3的装有驱动线圈板5的部分放入两个导磁板之间的空间内，将导杆9依次穿过一端的固定座8的一个导杆孔25、一级支架3的导杆孔35和另一端的固定座8的一个导杆孔25，导杆9两端用螺母固定，次级支架2通过安装孔14安装到一级支架3上，光阑叶片1安装到一级支架上，这样单边光阑50就装配完成。两个单边光阑50通过各自的次级支架的导杆孔12安装到对方的导杆9上，构成对称电磁驱动快速可变光阑的完整结构体。光阑叶片1的运动方向为x方向，也就是导杆9的放置方向。一级支架3的两个导杆孔35与对应的导杆9以及次级支架2的一个导杆孔12与对应的导杆9使得光阑叶片1可以沿导杆9方向平稳地往复滑动，两个光阑叶片1总是沿导杆9方向反向运动的，闭合时两个光阑叶片1都向中心做相向运动，开启时两个光阑叶片1都向远离中心的方向做背离运动。固定座的孔28是整体安装孔，是本发明的对称电磁驱动快速可变光阑与载体对接的安装孔。
本发明的对称电磁驱动快速可变光阑的一级支架。
一级支架3的主枝60对光阑叶片1起主要支撑作用，T形体39是为了增加刚度而设计的辅助分枝，为了减轻重量在主枝60和T形体39上设置了凹槽38，线圈安装槽34是用来安装驱动线圈板5的。
本发明的对称电磁驱动快速可变光阑的次级支架。
次级支架2的主体由四个依次互相垂直的条形体61、62、63、64构成三个连续的L形，为了增加刚度在三个L形上设置了三条加强筋13，L形与加强筋13形成三角形，保证了次级支架2既有高的刚度又有比较低的重量，导杆孔12位于条形体64上是两个单边光阑50A与50B联系在一起的纽带，次级支架2是保证两个光阑叶片1A与1B准确对齐的部件，安装孔14位于条形体61上做成卵形槽用来调节单边光阑50A与50B在y方向的相对位置，z方向的相对位置通过修条形体61的厚度D实现。
本发明的对称电磁驱动快速可变光阑的导磁板。
导磁板6所用材料为软磁材料，其作用是使得四块永磁体4在两块导磁板6之间形成的磁场均匀化，永磁体4安装在导磁板6的磁体安装槽33内通过固定座8的靠面27与导磁板6的永磁体靠面32之间的配合固定，这种安装方式安装方便结构紧凑稳定可靠，导磁板6的光电开关安装孔30是固定光电开关电路板10的螺纹孔。
本发明的对称电磁驱动快速可变光阑的光阑叶片。
光阑叶片1的中间开孔17，在两片光阑叶片1合拢时规定通光的大小和形状，中间开孔17的形状和大小视需要而定，也可以不开孔，光阑叶片1的凸起16是给光电开关电路板10的光电开关40提供遮挡信号的，当凸起16遮挡住光电开关40，代表光阑叶片1已经合拢。
本发明的对称电磁驱动快速可变光阑的驱动系统49。
本发明的驱动系统由安装于导磁板6内的永磁体4和驱动线圈板5形成动圈电磁驱动模式。永磁体的分布格局见图3，在两个导磁板6中间形成两个方向相反的磁场区域53和54，驱动线圈板5形成的磁场在与两个导磁板6之间的磁场发生作用推动驱动线圈板5运动，从而带动光阑叶片1运动。驱动线圈板5中间安装有一小铁芯55，当驱动线圈板5运动到53或54磁场区域时，小铁芯55在磁场作用下起到锁定作用。
本发明的对称电磁驱动快速可变光阑的闭环控制系统。
闭环控制系统由驱动系统49、光电开关40、控制电路20、供电及命令输入接口21构成。。控制电路20根据通过供电及命令输入接口21输入的开、合命令，给驱动线圈板5提供相对应方向的脉冲电流，然后控制电路20通过光电开关接口板41采集来自光电开关40的信号，光电开关40的信号指示开合状态，若状态与输入命令不符则重复发送相应的脉冲电流，形成闭环控制机制。
Claims (5)
1.对称电磁驱动快速可变光阑，其特征在于：由结构完全相同的两个单边光阑，及控制电路构成；所述每个单边光阑均包括一个光阑叶片、一级支架、次级支架、驱动系统和光电开关电路板，所述的光阑叶片的中间有开孔，中间开孔在两片光阑叶片合拢时规定通光的大小和形状，所述的光阑叶片一端有凸起，凸起是给光电开关电路板中的光电开关提供遮挡信号的，当凸起遮挡住光电开关，代表两个光阑叶片已经合拢；所述驱动系统包括四块永磁体、两个导磁板、一个驱动线圈板、固定座和导杆；所述光电开关电路板由光电开关接口板及光电开关组成，用来获取两个光阑叶片的开合状态；所述控制电路用来控制两个光阑叶片做开合运动，根据输入的开、合控制命令，给驱动线圈板提供相对应方向的脉冲电流，使驱动线圈板推动一级支架运动，一级支架带动光阑叶片运动，从而实现光阑的开合，采集光电开关电路板回传的光电开关的反馈信号判断光阑叶片的开合情况，用来控制光阑叶片的有效开合，形成闭环控制机制；四块永磁体安装在两个导磁板的磁体安装槽内通过固定座的靠面与导磁板的永磁体靠面之间配合固定，驱动线圈板插入到一级支架的线圈安装槽内，线圈压板通过一级支架的安装孔安装到一级支架上并把驱动线圈板压紧，将一级支架的装有驱动线圈板的部分放入两个导磁板之间的空间内，将导杆依次穿过一端的固定座的一个导杆孔、一级支架的导杆孔和另一端的固定座的一个导杆孔，导杆两端固定，次级支架通过其安装孔安装到一级支架上，光阑叶片安装到一级支架上，这样一个单边光阑就装配完成；两个单边光阑通过各自的次级支架的导杆孔安装到对方的导杆上，构成对称电磁驱动快速可变光阑的完整结构体；所述永磁体的分布格局为，在两个导磁板中间形成两个方向相反的磁场区域。
2.根据权利要求1所述的对称电磁驱动快速可变光阑，其特征在于：所述的一级支架包括有支撑光阑叶片的主枝、T形体和减重用的凹槽，凹槽位于主枝和T形体上。
3.根据权利要求1所述的对称电磁驱动快速可变光阑，其特征在于：所述的导磁板的材料为软磁材料。
4.根据权利要求1所述的对称电磁驱动快速可变光阑，其特征在于：所述的永磁体的安装方式为：永磁体置于导磁板的磁体安装槽内通过固定座的靠面与导磁板的永磁体靠面之间的配合固定，这种安装方式安装方便结构紧凑稳定可靠。
5.根据权利要求1所述的对称电磁驱动快速可变光阑，其特征在于：所述的驱动线圈板中间安装有一个起到锁定作用的小铁芯。
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