CN103986868A - 相机多视场快速切换装置 - Google Patents

Abstract

相机多视场快速切换装置，涉及光学系统视场切换领域，解决了现有装置无法消除旋转机构的惯性冲击、切换不准确、安全性低的问题。包括固定座上切入和切出极限位置的两个光电开关，切出极限位置挡块，切入位置座，切入位置调整螺柱，通过调整切入位置调整螺柱的旋入深度来调整切入位置，切换镜组包括切换镜组座端面上的挡片、带有两个圆弧槽的大齿圈、大齿圈中的弹簧固定螺钉、对称布置且带有导向圆柱面的两个导向螺钉、两端分别固定在弹簧固定螺钉和导向螺钉上的两个拉伸弹簧；输出动力组件的小齿轮与切换镜组的大齿圈的啮合作用可使大齿圈沿着两个导向螺钉所确定的圆弧转动。本发明能够消除旋转切换时的惯性冲击，切换准确、安全、快速。

Description

相机多视场快速切换装置

技术领域

本发明涉及光学系统视场切换技术领域，具体涉及一种相机多视场快速切换装置。

背景技术

目前用于跟踪的相机需要先用大视场搜索目标，再用小视场跟踪目标，某些特殊应用情况还需要根据观测距离的不同而变换视场。相机多视场的切换可以大致分为两类：第一类为视场轴向切换方式，即变倍镜组不需要切出光路，只需要将变倍镜组沿着光轴方向移动一定距离，通常会为这类变倍镜组设计相应的补偿镜组，在移动变倍镜组的同时也移动补偿镜组；第二类为视场径向切换方式，即变倍镜组在需要时切入光路，在不需要时切出光路。第一类切换方式中每个视场参与成像的镜片较多，会降低系统的透过率，增加系统的像差；第二类切换方式中各个视场不会相互影响，但切换位置需要精密控制，切换速度太高会对镜组产生冲击，并且有可能损坏电机。专利号为201220631046.X的中国专利公开了一种多视场红外光学系统及其旋转式多视场切换装置，具有用于供系统光路通过的光通道的安装架，透镜座装配在光通道中，在透镜座上偏离其转动轴线的间隔安装有第一、第二透镜组，两个透镜组间同光轴设置且该两透镜组之间的光轴与系统光轴共面并同时与透镜座的转动轴线垂直相交，在透镜座的其中一个半轴上还传动连接有驱动机构，该驱动机构驱动透镜座绕自身轴线转动使第一透镜组与第二透镜组对应于光学系统的宽、中、窄三种视场具有用于与系统光轴垂直及正向重合和反向重合三个工作位置。该装置的旋转切换方式采用电限位方式，位置传感器采用霍尔元件，该装置中的电限位结构很难将旋转机构的惯性冲击消除掉，造成视场切换位置不准确，安全性有所降低。

发明内容

为了解决现有的视场切换装置存在无法消除旋转机构的惯性冲击、视场切换位置不准确、安全性低的问题，本发明提供一种相机多视场快速切换装置，该装置能够消除旋转切换时的惯性冲击，保证视场切换位置的准确性及视场切换的安全性和快速性。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

相机多视场快速切换装置，包括：控制器，固定座，安装在固定座上的固定轴组件和输出动力组件，通过固定轴组件固定在固定座上的切换镜组，垂直固定在固定座端面上的第一透镜座，固定在第一透镜座上的第一透镜；

还包括：与控制器电连接且分别固定在固定座上切入极限位置和切出极限位置的两个光电开关，固定在固定座上的切出极限位置挡块和切入位置座，通过螺纹旋入切入位置座中的切入位置调整螺柱；通过调整切入位置调整螺柱的旋入深度来调整切入位置，采用紧固螺钉固定切入位置调整螺柱与切入位置座的相对位置；

所述切换镜组可绕固定轴组件旋转，包括切换镜组座、固定在切换镜组座端面上的挡片、带有两个圆弧槽的大齿圈、固定在大齿圈安装孔中的弹簧固定螺钉、对称布置在切换镜组座上且带有导向圆柱面的两个导向螺钉、两端分别固定在弹簧固定螺钉和导向螺钉上的两个拉伸弹簧；所述导向圆柱面分别位于两个圆弧槽中，所述大齿圈通过两个拉伸弹簧与切换镜组座之间实现柔性连接；

当输出动力组件的输出力大于一个拉伸弹簧的拉力时，通过输出动力组件的小齿轮与切换镜组的大齿圈的啮合作用可使大齿圈沿着两个导向螺钉所确定的圆弧相对于切换镜组座转动。

所述切换镜组还包括：分别固定在切换镜组座两端的第二透镜座和第三透镜座、固定在第二透镜座上的第二透镜和固定在第三透镜座上的第三透镜；所述第二透镜座靠近挡片垂直设置在切换镜组座上。

所述固定轴组件包括：下端固定在固定座上固定轴，固定在切换镜组座圆柱形孔内壁上的轴承座，成对使用且背对背安装在轴承座中的角接触轴承，下端外侧压住角接触轴承内圈的轴承压盖，穿过轴承压盖中心孔拧入固定轴上端的压盖螺钉；所述固定轴上端通过角接触轴承与轴承座实现转动铰连接。

所述固定轴上端设置有方槽，所述轴承压盖下端设置有凸台，凸台的宽度与方槽的槽宽大小成小间隙配合，将凸台插入方槽中，防止轴承压盖与固定轴之间的相对转动。

所述两个导向螺钉位于绕固定轴组件的固定轴轴线的圆周上。

所述输出动力组件包括：固定在固定座上的动力组件座，固定在动力组件座上的直流电动机和蜗轮轴，下端固定在直流电机上的蜗杆，套装在蜗轮轴中间的蜗轮以及固定在蜗轮轴上端且与大齿圈啮合的小齿轮；所述直流电动机与控制器电连接。

本发明的有益效果是：本发明在视场切换将至极限位置时，采用光电开关对直流电机进行限流保护，采用拉伸弹簧对机构进行缓冲保护，采用切入位置调整螺柱限定切入极限位置，既保证了视场切换的快速性、切换位置的准确性，又保证了整个机构运行的安全性和可靠性。本发明采用机械限位方式结合电限位和拉伸弹簧缓冲结构，保证视场切换的位置准确性和安全性以及快速性。

附图说明

图1为本发明的相机多视场快速切换装置的结构示意图。

图2为本发明的相机多视场快速切换装置的结构示意图。

图3为切换镜组与输出动力组件的位置关系示意图。

图4为固定轴组件的结构示意图。

图5为输出动力组件的结构示意图。

图6为大齿圈的结构示意图。

图7为导向螺钉的结构示意图。

图8为轴承压盖的结构示意图。

图9为固定轴的结构示意图。

图中：1、切换镜组，2、固定轴组件，3、输出动力组件，4、第一透镜，5、第一透镜座，6、光电开关，7、切出极限位置挡块，8、固定座，9、切入位置调整螺柱，10、切入位置座，11、弹簧固定螺钉，12、拉伸弹簧，13、挡片，14、大齿圈，15、导向螺钉，16、直流电动机，17、小齿轮，18、动力组件座，19、蜗轮，20、蜗轮轴，21、蜗杆，22、固定轴，23、轴承座，24、角接触轴承，25、轴承压盖，26、压盖螺钉，27、切换镜组座，28、压圈，29，圆弧槽，30、第二透镜，31、第二透镜座，32、第三透镜，33、第三透镜座，34、导向圆柱面，35、凸台，36、方槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的相机多视场快速切换装置，包括固定座8，安装在固定座8上的固定轴组件2、输出动力组件3、第一透镜座5、两个光电开关6、切出极限位置挡块7、切入位置调整螺柱9、切入位置座10、控制器、通过压圈28固定在第一透镜座5上的第一透镜4以及固定在固定轴组件2上的切换镜组1。第一透镜座5通过螺钉固定在固定座8的一端侧面上且与固定座8垂直，两个光电开关6分别通过螺钉固定在固定座8上的切入极限位置和切出极限位置(切入极限位置和切出极限位置根据固定座8的大小以及光路走向进行设定，并没有固定位置，根据需要可以调整)，光电开关6通过电缆线与控制器相连，切出极限位置挡块7和切入位置座10均通过螺钉固定在固定座8上，切出极限位置挡块7位于切出转角的极限位置上，位置不需要太精确，切入位置调整螺柱9通过螺纹旋入切入位置座10中，根据成像需要调整切入位置调整螺柱9与切入位置座10的旋入深度，用紧固螺钉固定切入位置调整螺柱9与切入位置座10的相对位置，切入位置座10的位置不需要太精确，切入位置的精确调整依靠切入位置调整螺柱9相对于切入位置座10的旋入长度。

如图3所示，切换镜组1包括弹簧固定螺钉11、两个拉伸弹簧12、挡片13、大齿圈14、两个导向螺钉15、切换镜组座27、第二透镜30、第二透镜座31、第三透镜32和第三透镜座33。第二透镜30固定在第二透镜座31上，第三透镜32固定在第三透镜座33上，第二透镜座31和第三透镜座33分别位于切换镜组座27两端，且第二透镜座31垂直设置在切换镜组座27上。挡片13通过螺钉安装在切换镜组座27的一端侧面上且靠近第二透镜座31。如图6所示，大齿圈14为非对称结构，大齿圈14上设置有两个相同的圆弧槽29，圆弧槽29的一端连接有方形槽，两个方形槽的中间设置有安装孔。如图7所示，导向螺钉15上设置有导向圆柱面34，两个导向螺钉15的导向圆柱面34分别位于大齿圈14的两个圆弧槽29内，两个导向螺钉15通过螺母对称布置在切换镜组座27上。弹簧固定螺钉11与大齿圈14的安装孔通过螺纹固定连接。两个拉伸弹簧12分别设置在导向螺钉15与弹簧固定螺钉11之间，拉伸弹簧12一端固定在弹簧固定螺钉11上，另一端固定在导向螺钉15上，拉伸弹簧12通过弹簧固定螺钉11实现与大齿圈14的固定连接，拉伸弹簧12通过导向螺钉15实现与切换镜组座27的固定连接，大齿圈14通过两个拉伸弹簧12与切换镜组座27之间实现柔性连接。

如图4所示，固定轴组件2包括固定轴22、轴承座23、角接触轴承24、轴承压盖25和压盖螺钉26。固定轴22下端通过螺钉固定在固定座8上，如图9所示，固定轴22上端设置有方槽36，如图8所示，轴承压盖25下端设置有凸台35，凸台35的宽度与方槽36的槽宽大小成小间隙配合，装配时，将轴承压盖25的凸台35插入固定轴22的方槽36中，从而防止使用过程中轴承压盖25与固定轴22之间的相对转动，实现轴承压盖25与固定轴22之间的圆周方向固定，轴承座23外侧通过螺钉固定在切换镜组1的切换镜组座27的圆柱形孔内壁上，角接触轴承24成对使用且背对背安装在轴承座23中，固定轴22上端圆柱通过角接触轴承24与轴承座23实现转动铰连接，轴承压盖25下端外侧压住角接触轴承24的内圈，将压盖螺钉26穿过轴承压盖25的中心孔拧入固定轴22上端的安装孔中，从而实现轴承压盖25与固定轴22之间的轴向固定。切换镜组1可以绕固定轴22旋转，两个导向螺钉15位于绕固定轴22轴线的圆周上。

如图5所示，输出动力组件3包括直流电动机16、小齿轮17、动力组件座18、蜗轮19、蜗轮轴20和蜗杆21。动力组件座18通过螺钉固定在固定座8上且靠近切换镜组1的大齿圈14，蜗轮轴20的一端安装在动力组件座18上，蜗轮轴20中间套装有蜗轮19，蜗轮轴20的另一端安装有小齿轮17，小齿轮17与切换镜组1的大齿圈14啮合，直流电动机16通过螺钉和卡固件固定在动力组件座18上并与控制器电连接，蜗杆21安装在直流电机16一端，蜗轮19与蜗杆21之间相互配合作为直流电机16的减速装置能将所需切换位置锁定，保证了切换位置的准确性和稳定性。当输出动力组件3的输出力大于一个拉伸弹簧12的拉力时，切换镜组1的大齿圈14就能沿着两个导向螺钉15所确定的圆弧(绕固定轴22轴线的圆周)相对于切换镜组1的切换镜组座27转动。

本发明的相机多视场快速切换装置在装配时，先分别组装好切换镜组1、固定轴组件2和输出动力组件3，然后将固定轴组件2通过螺钉固定到切换镜组1上，随后安装输出动力组件3，调整小齿轮17与大齿圈14的中心距，用螺钉将输出动力组件3固定到固定座8上，随后安装两个光电开关6，使光电开关6的位置处于以固定轴22的轴线为旋转中心的旋转切换极限位置前5°左右，最后将切出极限位置挡块7和切入位置座10通过螺钉固定在固定座8上，调整切入位置调整螺柱9的旋入长度，通过光学检测仪器确定切换镜组1的准确切入位置，采用紧固螺钉将切入位置调整螺柱9的位置固定。

本发明的相机多视场快速切换装置，当切换镜组1位于切出光路时，第二透镜30位于切出极限位置挡块7和光电开关6之间，第三透镜32远离切入位置座10和切入位置调整螺柱9，当需要调整切换镜组1切入成像光路时，通过控制器开启直流电机16带动蜗杆21旋转，蜗轮19与蜗杆21配合带动小齿轮17旋转，通过小齿轮17与大齿圈14的啮合作用使切换镜组1沿着两个导向螺钉15所确定的圆弧转动，挡片13随切换镜组1一起转动，当挡片13经过光电开关6的缝隙时，光电开关6将电机减速降流信号反馈给控制器，通过控制器控制直流电机16开始减速并继续旋转，蜗杆21减速同时带动蜗轮19和蜗轮轴20减速，此时小齿轮17减速运行，通过小齿轮17与大齿圈14的啮合作用使切换镜组1继续转动，当切换镜组1的第三透镜座33碰到切入位置调整螺柱9时，直流电机16需要继续旋转一定角度，以保证切换镜组1的第三透镜座33与切入位置调整螺柱9压紧，此时大齿圈14沿着两个导向螺钉15所确定的圆弧相对于切换镜组座27旋转一定角度，检测直流电机16的堵转电流达到一定值而停止直流电机16旋转，输出动力组件3的蜗轮19和蜗杆21的啮合作用的自锁性能保持当前切换位置固定不变，当切换镜组1切出光路时，切换过程与切入过程同理。

Claims (6)

1.相机多视场快速切换装置，包括：控制器，固定座(8)，安装在固定座(8)上的固定轴组件(2)和输出动力组件(3)，通过固定轴组件(2)固定在固定座(8)上的切换镜组(1)，垂直固定在固定座(8)端面上的第一透镜座(5)，固定在第一透镜座(5)上的第一透镜(4)；

其特征在于，还包括：与控制器电连接且分别固定在固定座(8)上切入极限位置和切出极限位置的两个光电开关(6)，固定在固定座(8)上的切出极限位置挡块(7)和切入位置座(10)，通过螺纹旋入切入位置座(10)中的切入位置调整螺柱(9)；通过调整切入位置调整螺柱(9)的旋入深度来调整切入位置，采用紧固螺钉固定切入位置调整螺柱(9)与切入位置座(10)的相对位置；

所述切换镜组(1)可绕固定轴组件(2)旋转，包括切换镜组座(27)、固定在切换镜组座(27)端面上的挡片(13)、带有两个圆弧槽(29)的大齿圈(14)、固定在大齿圈(14)安装孔中的弹簧固定螺钉(11)、对称布置在切换镜组座(27)上且带有导向圆柱面(34)的两个导向螺钉(15)、两端分别固定在弹簧固定螺钉(11)和导向螺钉(15)上的两个拉伸弹簧(12)；所述导向圆柱面(34)分别位于两个圆弧槽(29)中，所述大齿圈(14)通过两个拉伸弹簧(12)与切换镜组座(27)之间实现柔性连接；

当输出动力组件(3)的输出力大于一个拉伸弹簧(12)的拉力时，通过输出动力组件(3)的小齿轮(17)与切换镜组(1)的大齿圈(14)的啮合作用可使大齿圈(14)沿着两个导向螺钉(15)所确定的圆弧相对于切换镜组座(27)转动。

2.根据权利要求1所述的相机多视场快速切换装置，其特征在于，所述切换镜组(1)还包括：分别固定在切换镜组座(27)两端的第二透镜座(31)和第三透镜座(33)、固定在第二透镜座(31)上的第二透镜(30)和固定在第三透镜座(33)上的第三透镜(32)；所述第二透镜座(31)靠近挡片(13)垂直设置在切换镜组座(27)上。

3.根据权利要求1所述的相机多视场快速切换装置，其特征在于，所述固定轴组件(2)包括：下端固定在固定座(8)上固定轴(22)，固定在切换镜组座(27)圆柱形孔内壁上的轴承座(23)，成对使用且背对背安装在轴承座(23)中的角接触轴承(24)，下端外侧压住角接触轴承(24)内圈的轴承压盖(25)，穿过轴承压盖(25)中心孔拧入固定轴(22)上端的压盖螺钉(26)；所述固定轴(22)上端通过角接触轴承(24)与轴承座(23)实现转动铰连接。

4.根据权利要求3所述的相机多视场快速切换装置，其特征在于，所述固定轴(22)上端设置有方槽(36)，所述轴承压盖(25)下端设置有凸台(35)，凸台(35)的宽度与方槽(36)的槽宽大小成小间隙配合，将凸台(35)插入方槽(36)中，防止轴承压盖(25)与固定轴(22)之间的相对转动。

5.根据权利要求1或4所述的相机多视场快速切换装置，其特征在于，所述两个导向螺钉(15)位于绕固定轴组件(2)的固定轴(22)轴线的圆周上。

6.根据权利要求1所述的相机多视场快速切换装置，其特征在于，所述输出动力组件(3)包括：固定在固定座(8)上的动力组件座(18)，固定在动力组件座(18)上的直流电动机(16)和蜗轮轴(20)，下端固定在直流电机(16)上的蜗杆(21)，套装在蜗轮轴(20)中间的蜗轮(19)以及固定在蜗轮轴(20)上端且与大齿圈(14)啮合的小齿轮(17)；所述直流电动机(16)与控制器电连接。