CN102271226A - 带有快速电机式快门装置的热成像摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有电机式快门装置的热成像摄像机，该快门装置用于暂时中断光路，该快门装置包括马达(1)、马达轴(2)以及快门勺状部(3)，其中，马达轴(2)和快门勺状部(3)通过曲柄摇杆机构相互处于连接中。曲柄摇杆机构包括可绕马达轴(2)旋转的带有曲柄销(5)的曲柄(4)和摇杆(6)，在摇杆(6)的一个端部处设置有长孔(8)，该长孔(8)与曲柄销(5)共同形成滑动接头，并且快门勺状部(3)构造在摇杆(6)的另一端部处。

Description

带有快速电机式快门装置的热成像摄像机

技术领域

本发明涉及一种带有快门装置(Verschlussvorrichtung)的热成像摄像机如从文件US 7,484,885B 1中已知的类型那样。

背景技术

在热成像摄像机中通常的是，在规律的

间隔中短暂地将完全地中断光路的温度均匀的面引入光路(Strahlengang)中以用于图像修正。为此，使用电机式快门装置，尤其地，该快门装置使在完全地中断的光路和完全打开的光路之间的极快地状态改变成为可能。

从文件US 7,484,885B 1中已知一种带有电机式快门装置的热成像摄像机，利用该快门装置，周期性地使快门勺状部(Verschlusskelle)摆入光路中，以使得用于图像修正的温度参考供使用。快门勺状部偏心地直接装配在马达的马达轴上，并且相应地在无变速比的情况下利用作用在电机轴处的扭矩在两个端部位置之间来回旋转。这导致在运动过程的开始和终点处的高的加速度峰值，并且由此导致意外的起动和制动以及在到达端部位置时快门勺状部的高的振动。

在文件US 7,484,885B1中示出的快门装置的另一缺点在于，在起动和制动时在马达中产生显著的电的电流峰值，这尤其地妨碍了在有爆炸危险的区域中的应用。

一般用于这种类型的应用区域的组件具有点火保护类型(Zündschutzart)“自身保护(eigensicher)”，也就是说，即使在故障情况中也不可出现这样的状态，即，该状态导致点燃爆炸性的气体-空气混合物。通常，这通过将电流和电压限制到这样的值而实现，即，在短路或切换过程中利用该值不施加必要的点火能量。

然而，如果将驱动的电功率限制到允许的范围，则动力的性能恶化，并且快门装置变得更慢。在热成像摄像机中使用的较高打开的镜头需要相对大面积的重的快门，从而利用该驱动方案几乎不可实现满足爆炸保护的要求的快速的快门装置。

发明内容

本发明的目的为，提供一种带有快门勺状部的改进的运动学的电机式快门装置的热成像摄像机，在其中，在马达的仅仅很小的最大电功率消耗时快门勺状部可快速地且无高的加速度峰值地在两个端部位置之间运动，在两个端部位置中，快门勺状部或者完全地位于热成像摄像机的光路中，或者完全地位于热成像摄像机的光路之外。

附图说明

以下应根据图纸通过实施例详细地解释本发明。其中：

图1a显示了根据本发明的快门装置的原理布置方案(Prinzipanordnung)，

图1b显示了在两个端部位置中的根据图1的原理布置方案，

图2以俯视图和侧视图显示了第一实施例，

图3显示了带有磁体和止动部的第二实施例。

参考标号列表

1    马达

2    马达轴

3    快门勺状部

4    曲柄

5    曲柄销

6     摇杆

7     摆动轴

8     长孔

9     光束横截面

10    对称平面

11    框架(Gestell)

12    曲柄销的圆形轨道

13    磁体

14    止动部

15    热成像摄像机

α    曲柄的旋转角度

β    摇杆的旋转角度

具体实施方式

图1a显示了根据本发明的热成像摄像机15的原理布置方案，其中，由于清晰的原因，该图示限制于通过电机式快门装置给出的热成像摄像机15的对于本发明重要的特征。

快门装置基本上包括带有马达轴2的马达1以及带有滑动接头(Schubgelenk)的曲柄摇杆机构(Kurbelschwinge)。

曲柄摇杆机构包括曲柄4和摇杆6，其中，在摇杆6处构造有快门勺状部3。

曲柄4安置在马达轴2上，并且既可为带有构造在连杆的自由端部处的曲柄销5的连杆(Kurbelstange)又可为带有偏心地安装的曲柄销5的曲柄圆盘(Kurbelscheibe)。

摇杆6可旋转地支承在摆动轴7(其相对于马达轴2以固定的间距布置在框架11之上并且平行于马达轴2而取向)上，并且通过长孔8(其构造在摇杆6的第一端部处)以形成滑动接头的方式包围构造在曲柄4处的曲柄销5。

由曲柄4实施的旋转运动转换(umsetzen)成带有摆动角度β的摆动运动。

通过反转点(Umkehrpunkt)限制摆动角度β，在反转点中摆动运动改变其摆动方向。通过确定曲柄摇杆机构的尺寸(即，曲柄销5相对于马达轴2的距离和摆动轴7相对于马达轴2的距离以及长孔8的长度)，可实现一定的摆动角度β。

快门装置如此布置在热成像摄像机15中，即，可将快门勺状部3带入两个选择的位置中。

在第一位置(以下为第一端部位置)中，快门勺状部3应完全地中断在热成像摄像机15中的光路，并且在第二位置(以下为第二端部位置)中，快门勺状部3应完全地位于光路之外。为了使这成为可能，如此将快门装置结合到热成像摄像机15中，即，摇杆6可在垂直于光路的平面中摆动，并且相应地确定快门勺状部3的大小以及摇杆6的尺寸和摆动角度β。

尤其地，出于运动学原因，但是也出于空间原因，如此确定曲柄摇杆机构的尺寸，即，当摇杆6位于其反转点处时，占据快门勺状部3的两个不同的端部位置。也就是说，通过由摇杆6的反转点确定的最大可能的位置变化实现快门勺状部3的最大必要位置变化以用于满足其规定(Bestimmung)。

曲柄摇杆机构可构造成环绕的(umlaufend)传动机构，从而曲柄4可实施完整的旋转，并且在马达1保持相同的旋转方向时马达轴2交替地占据两个角位置(Winkelposition)，在该角位置中快门勺状部3分别位于端部位置中，并且，摇杆6可在两个端部位置之间在摆动角度β上来回摆动。在此，马达轴2旋转了两个不同大小的旋转角度α。

曲柄摇杆机构也可构造成非环绕的传动机构，从而曲柄摇杆机构具有两个止点位置，其用作端部位置，或通过止动部限制曲柄4的旋转运动。之后，必须改变马达1的旋转方向，以使得快门勺状部3从一个端部位置摆动到另一端部位置中。对于快门勺状部3的运动学有利的是，由马达轴2分别经过(überstreichen)相同的旋转角度α。

可仅仅通过操控马达1引起停止在端部位置中，或通过附加地以衰减的方式作用的止动部支撑该停止，如在实施例中进一步解释的那样。

与马达1是否改变旋转方向无关，以下应将旋转角度α理解为较大的角度，驱动轴在两个角位置置之间必须旋转了该角度，因为为此得到用于快门勺状部3的改进的运动学。

有利地，尽可能大地选择旋转角度α，例如大于260°，由此，摇杆6的角速度变化在较大的角度区域上延伸，并且使在端部位置附近的运动更加衰减。

在图1b中示出了在两个端部位置中的快门装置的原理布置方案。当在曲柄销5和马达轴2之间的设想的间距线以及曲柄销5和摆动轴之间的设想的间距线彼此包夹直角的角度时，快门勺状部3分别位于两个端部位置之一中。

马达轴2和摆动轴7之间的间距选择得越小，曲柄4的旋转角度α和摇杆6的摆动角度β越大。

为此设置在热成像摄像机15中的空间和在平面(在该平面中快门勺状部3应摆入光路中)中的光束的横截面大小对于确定快门装置的尺寸是决定性的。为了简单性起见，下面以此为出发点，即，光束具有圆形的光束横截面9，并且因此通过光束直径确定横截面尺寸的特征。

有利地构造成圆的快门勺状部3必然具有这样的直径，即该直径大于光束直径，由此保证，在快门装置根据规定地布置在热成像摄像机15中的情况下，快门勺状部3在摇杆6摆动经过预定的角度范围(以下为过渡角度范围)时在第一端部位置附近或在第一端部位置(在图1b中通过实线示出摇杆6)之前完全地中断光路。

由此可平衡制造或装配公差，在快门勺状部3摆入端部位置中时保证，光路保持完全地被中断并且如有可能在快门勺状部3旋转经过第一端部位置(这在环绕的曲柄4时是可能的)时，与马达轴2的角速度相关地引起光路中断的足够的持续时间。

必须与快门勺状部3的直径和快门勺状部3到摆动轴7的距离相关地如此确定摆动角度β，即，快门勺状部3在第二端部位置(在图1b中通过虚线示出的摇杆6)中完全地位于光路之外。

下面以功能描述快门装置。

曲柄摇杆机构位于静止状态中，其中，快门勺状部3保持在端部位置之一中。为了使快门勺状部3从该端部位置中运动到另一端部位置中，通过马达1在马达轴2处产生扭矩，在旋转运动的加速(在起动时正的加速以及在制动时负的加速)期间，该扭矩克服曲柄摇杆机构(包括构造在摇杆6处的快门勺状部3)的总惯性矩，并且快门勺状部3在预定的时间之内运动到另一端部位置。

通过在曲柄4和摇杆6之间的角速度的在旋转角度α上变化的不成比例的传动比(在其中摇杆6的角速度朝向反转点(即，端部位置)减小并且在端部位置中为零)，在起动和制动期间，与曲柄4的惯性矩相比摇杆6的惯性矩较小并且对于待施加的扭矩仅仅具有非常小的影响，由此，与从现有技术中已知的快门装置相比，可施加更小的扭矩。由此，可使用功率更小的电机作为马达1，并且可相对地降低对快门装置的稳定性要求，这也使重量减轻成为可能。

此外，使快门勺状部明显更慢地从端部位置中运动出来或运动到端部位置中，这继而导致摆入幅度的减小以及到端部位置中的摆入时间的缩短，并且使在如有可能存在的止动部处的反弹(Aufprall)最小化。

由于在传动机构技术的领域中已知带有滑动接头的曲柄摇杆机构以及其功能原理，因此可通过在传动机构技术的领域中有经验的工程师向熟悉热成像摄像机的本领域人员(其基本上为物理学家并且通过本发明为其提出(nahelegen)了用于热成像摄像机的快门装置的这种曲柄摇杆机构的应用)建议，如何结构上设计快门装置并确定快门装置的尺寸，以用于针对在热成像摄像机中的设置应用优化快门装置，以使得完全地利用该快门装置的有利的效果。

在图2中以俯视图和侧视图显示了带有有利的尺寸的热成像摄像机15的根据本发明的快门装置的第一实施例。

在该实施例中，快门勺状部3的最大摆动角度β为60°，快门勺状部3的中心到对称平面10(其在完全地摆入的(第一端部位置)和完全地摆出的(第二端部位置)状态之间)的距离为8.3mm，快门勺状部3的中心到马达轴2距离在对称平面10上的投影为24.1mm，马达轴2相对于快门勺状部3的摆动轴7的距离为9.9mm，曲柄销5相对于马达轴2的距离为4.9mm，并且在完全地摆入的状态中曲柄销5相对于摆动轴7的距离为8.5mm。

在图3中示出了用于热成像摄像机15的根据本发明的快门装置的第二实施例，附加于第一实施例，该快门装置具有两个磁体13和两个止动部14，其直接或间接地与框架11相连接，该框架11可为热成像摄像机的罩壳。

磁体13将快门勺状部3(即使在无电流的马达中)保持在端部位置中。当曲柄销5位于角位置之一中时(在该处，快门勺状部3位于端部位置中)，磁体13分别布置成与曲柄销5对准并且相对于曲柄销5成一定的间距。在此，曲柄销5由磁性敏感的材料(例如软铁(Weicheisen))制成，从而在曲柄销5和磁体13之间产生吸引力，曲柄销5在相关的磁体13处越近，该吸引力越大。

与应用回位弹簧相比，优点在于，实际上保持力仅仅直接地作用在端部位置中，然而，在其余的旋转区域中不妨碍曲柄4的运动。

在该实施例中补充的是，对于两个旋转方向分别设置一个缓冲的机械的止动部14，止动部14例如至少部分地由弹性体制成。为了实现好的机械的缓冲性能，弹性体可设有嵌入空气(Lufteinschluss)。为此的实例为通常地称为“海绵橡皮”的材料。止动部14的弹性力和磁体13的磁性力不直接作用在快门勺状部3上，而是作用在曲柄4或构造在曲柄4处的曲柄销5上或作用在与马达1相连接的部件上，从而快门勺状部3自由地行进

在该实施例中，与此曲柄摇杆机构是构造成环绕的还是非环绕的传动机构无关，曲柄4可不完全地旋转，而是仅仅在第一角位置(在该第一角位置中快门勺状部3位于第一端部位置中)和第二角位置(在该第二角位置中快门勺状部3位于第二端部位置中)之间运动。那么在该角位置中分别存在磁体13中的一个。也可仅仅设置一个磁体13，那么该磁体13位于这样的角位置中，即，在该角位置中快门勺状部3位于第一端部位置中。

止动部14的力作用设定成与磁体13的回位力相反。为了快门勺状部3不被弹回并且由磁体13保持在端部位置中，高效的衰减是必要的。该衰减必须吸收并消除快门勺状部3的机械的能量，从而快门勺状部3在端部位置中快速静止。

因此，如此选择至少部分弹性的材料，即，其阻尼与其弹性的回位力以及磁体的保持力相比足够强，由此磁体在第一振动幅度(Schwingungsamplitude)后将曲柄摇杆机构保持在其作用区域中。

快门装置也可仅仅配备有起衰减作用的止动部14或磁体13。

代替直的长孔8(如在图1a中显示的那样)，摇杆6也可具有弯曲的长孔8，由此可改变传动比特性。

尤其地，长孔8可圆周形地弯曲，或也可仅仅在其端部处具有圆周形的弯曲。弯曲可设计成朝向马达轴2或远离马达轴2，由此，可改变摇杆6的摆动角度β，而此外不必在其尺寸上改变曲柄摇杆机构。

根据本发明的快门装置由其相对地小的有效的惯性矩而出众，从而利用马达1的仅仅很小的最大电功率消耗(其尤其地在爆炸保护的允许值以下(例如1.0...1.3W；ATEX-产品标准94/9EG，组(Gruppe)IIT4))可在短的时间以内(也就是说，尤其地在视频帧(Videoframe)的持续时间之内，其例如为1/50或1/160秒)将快门勺状部3带入两个不同的选择的端部位置中。在此，机械的时间常数小于直接驱动(Direktantrieb)的时间常数。

快门勺状部3表现(beschreiben)了几乎无反弹的和谐的无加速度峰值的运动过程。

马达1不必施加或必须仅仅施加很小的保持力，以用于将快门勺状部3保持在端部位置中。可以小的尺寸和小的重量将快门装置具体化。

Claims (5)

1.一种带有用于暂时中断光路的电机式快门装置的热成像摄像机，所述快门装置包括马达(1)、由所述马达(1)驱动的马达轴(2)以及快门勺状部(3)，其特征在于，

所述马达轴(2)和所述快门勺状部(3)通过曲柄摇杆机构相互处于连接中，其中，所述曲柄摇杆机构包括可绕所述马达轴(2)旋转的带有曲柄销(5)的曲柄(4)和摇杆(6)，所述摇杆(6)支承在平行于所述马达轴(2)布置的摆动轴(7)上，其中，在所述摇杆(6)的一个端部处设置有长孔(8)，所述长孔(8)与所述曲柄销(5)一起形成滑动接头，由此，所述摇杆(6)可在两个反转点之间摆动了摆动角度(β)，并且所述快门勺状部(3)构造在所述摇杆(6)的另一端部处。

2.根据权利要求1所述的热成像摄像机，其特征在于，所述长孔(8)具有弯曲的形状。

3.根据权利要求1所述的热成像摄像机，其特征在于，所述曲柄销(5)由磁性敏感的材料制成，并且当所述摇杆(6)位于其两个反转点中的一个处时，磁体(13)布置成以一定的间距与所述曲柄销(5)对准。

4.根据权利要求1所述的热成像摄像机，其特征在于，存在起衰减作用的止动部(14)，如此布置所述止动部(14)，即，当所述摇杆(6)到达其反转点中的一个处时，所述曲柄(4)达到贴靠。

5.根据权利要求3和4所述的热成像摄像机，其特征在于，所述快门装置具有两个磁体(13)和两个止动部(14)。

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