CN104090345B - 一种大口径镜头装配装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种大口径镜头装配装置，包括镜框、镜头、尼龙垫、调整垫、调整环、连接螺钉、连接销钉、定心导向块、压板、弹性连接块，该装置为两层，内层是固定镜头，外层调整镜头偏心、倾斜及轴向位置；镜头装在镜框内；镜框通过多件弹性连接块与镜组调整环连接；两尼龙垫放在镜头与镜框之间及在镜头与压板之间；镜组调整垫用于调整镜头的轴向位置；镜组调整环用于调整镜头的偏心；连接螺钉用于固定镜组调整环；连接螺钉将弹性连接块与镜组调整环连接；连接螺钉置于螺钉孔及连接销钉置于销钉孔中，将多件定心导向块固定在镜组调整环的端面上；连接螺钉将压板固定在镜框上；压板位于镜头外端；多件弹性连接块通过螺钉和螺钉孔与镜框固连在一起。

Description

一种大口径镜头装配装置

技术领域

本发明属于光学精密机械技术领域，涉及一种新颖的大口径镜头装配装置，特别涉及到大口径镜头，在宽温度范围环境下工作时，温度变化引起的镜头、结构变形对最终成像质量的影响。

背景技术

设计光学镜头时，常见的是将光学镜头直接装在镜框内，通过镜头周边灌胶来固定住镜头，为保证镜头之间的偏心，在装配时通知两层镜框(内镜框加外镜框)的结构来调整，在镜头通光口径不大、温度比较恒定或对成像质量要求不高时这种常规的结构形式完全满足要求。

项目面临的问题是，镜头全口径约Φ400mm，设备的工作温度范围：+30℃～-30℃，使用常规装配方法，镜头材料ULE，镜框材料为45#，镜头与镜框的温度变形不一致约有0.2mm，按变形量的一半来计算偏心的话，该偏心远远大于光学设计所给出的0.05mm要求，大口径镜头在宽温度范围环境下工作时，对镜头产生的影响，从而造成光学系统的成像质量下降。

为此我们设计了这种全新的大口径镜头装配结构。

通过材料匹配来保证镜头与镜框间不会有大的变形不一致，然后通过结构来保证镜框中心与镜头调整环的中心相对位置关系不好变，同样通过结构来消除镜框与镜头调整环的变形不一致可能对镜头产生的影响，最后通过调整镜头调整环来保证镜头与光轴的偏心。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服现有技术的不足，本发明目的是提供一种大口径镜头装配装置，该结构保证大口径镜头在宽温度范围环境下工作时系统的成像质量不会有大的变化，满足了工程设备的要求。

(二)技术方案

为达成所述目的，本发明提供一种大口径镜头装配装置包括：镜框、镜头、两件尼龙垫、镜组调整垫、镜组调整环、多个连接螺钉、连接销钉、多件定心导向块、压板、多件弹性连接块，其中：镜头装置分为两层，内层是固定镜头，外层来调整镜头的偏心、倾斜及轴向位置：镜头装在镜框内；镜框通过多件弹性连接块与镜组调整环连接；一块尼龙垫放置在镜头与镜框之间，另一块尼龙垫放置在镜头与压板之间，用于避免镜头与镜框和压板直接接触被碰伤、损坏；镜组调整垫，用于调整镜头的轴向位置；镜组调整环，用于调整镜头的偏心；连接螺钉，用于固定镜组调整环；连接螺钉，将弹性连接块与镜组调整环连接；连接螺钉置于螺钉孔中，将三件定心导向块固定在镜组调整环的端面上；连接销钉置于销钉孔中，将三件定心导向块固定在镜组调整环的端面上；连接螺钉，将压板固定在镜框上；压板位于镜头外端，用于防止镜头滑出；多件弹性连接块通过连接螺钉和连接螺钉孔与镜框固连在一起。

(三)有益效果

本发明新颖的镜头装配装置适用于大口径镜头，温度变化大的环境下使用的光学镜头，保证镜头中心偏不会因为环境温度变化而变化，在各种温度环境下保证镜头的成像质量。此镜头装配结构，由于与镜头接触的镜框材料采用的是与光学材料线膨胀系数相近的材料，加上用作变形的连接块，使得温度的变化不会影响到镜头的面形，从而保证在各种温度环境下镜头的成像质量不变。

附图说明

图1A为本发明的大口径镜头装配装置的结构剖视图；

图1B为图1A的俯视图；

图2为本发明中的镜框结构图；

图3为本发明的弹性连接块结构图；

图4为本发明的定心导向块结构图。

图示符号说明：

1镜框，1a定心导向槽，1b连接螺钉孔，

2镜头，3尼龙垫，4镜组调整垫，

5镜组调整环，6连接螺钉，7连接螺钉，

8连接螺钉，9连接销钉，

10定心导向块，10a螺钉孔，10b销钉孔，

11连接螺钉，12压板，

13弹性连接块，13a调整环连接螺钉孔，13b镜框连接螺钉孔，

14连接螺钉。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1A和图1B示出一种新颖的大口径镜头装配装置的实施例，镜头的装配分为两部分，镜头的装配和镜头的调整环节。包括：镜框1、镜头2、两件尼龙垫3、调整垫4、镜组调整环5、连接螺钉6、7、8、11、14、连接销钉9、三件定心导向块10、压板12、六件弹性连接块13，其中：镜头装置分为两层，内层是固定镜头，外层来调整镜头的偏心、倾斜及轴向位置：镜头2装在镜框1内；镜框1通过6件弹性连接块13与镜组调整环5连接；一块尼龙垫3放置在镜头2与镜框1之间，另一块尼龙垫3放置在镜头2与压板12之间，用于避免镜头2与镜框1和压板12直接接触被碰伤、损坏；镜组调整垫4，用于调整镜头的轴向位置；镜组调整环5，用于调整镜头的偏心；连接螺钉6，用于固定镜组调整环5；连接螺钉7，将弹性连接块13与镜组调整环5连接；连接螺钉8置于螺钉孔10a中，将三件定心导向块10固定在镜组调整环5的端面上；连接销钉9置于销钉孔10b中，将三件定心导向块10固定在镜组调整环5的端面上；连接螺钉11，将压板12固定在镜框1上；压板12位于镜头2外端，用于防止镜头2滑出；六件弹性连接块13通过连接螺钉14和连接螺钉孔1b与镜框1固连在一起。所述镜框1与镜头2两者材料的线膨胀系数接近或相同，在温度变化较大(如从20℃降到零下30℃，两者差了50度)时，使镜框1与镜头2之间位置、距离关系不变，保证镜头2在宽温区里面形及偏心不变。所述定心导向块10，用于在镜框1与镜组调整环5温度变形不一致时，保证镜框1的中心不变。所述弹性连接块13，用于消除镜框1与镜组调整环5温度变形不一致。为适应在温度变化时镜框1与镜组调整环5的变形不一致，在弹性连接块13的径向方向具有的弹性变形。定心导向块10与镜框1上的定心导向槽1a两边配合装配。所述配合装配的间隙小于0.005mm，这样镜头2与镜头调整环5的偏心变化始终小于0.005mm，用于消除镜头2的中心偏差，用于提高镜头2成像质量。

首先，膨胀系数与镜头2接近的材料做镜框1，镜头2与镜框1的装配按照常规设计，只是设计镜框1时，在镜框1上设计3个定心导向槽1a，用来保证镜框1在变形时期中心位置不会移动，这样除保证定心导向块10(图4)与镜框1(图2)上的定心导向槽1a间隙小——小于0.005mm外，同时在定心导向块10上设计了一个螺钉孔10a和一个销钉孔10b，当镜框1与镜组调整环5装配好后再在定心导向块10上配做一个连接销钉9，这样定心导向块10在镜组调整环5上的位置就不会变化了，这样不管温度怎么变化也不会导致三件定心导向块所决定的中心发生变化，既而使得镜头的中心位置不发生变化。

其次，镜框1与镜头2的镜组调整环5连接时，采用在镜头径向方向可以弹性变形的弹性连接块13来连接，六件弹性连接块13如图3所示，调整环连接螺钉孔13a与镜组调整环5连接，镜框连接螺钉孔13b与镜框1连接；当镜框1与镜组调整环5的温度变形不一致时，通过6个件弹性连接块13来适应其变形不一致性，这样就不会引起镜头2的变形，从而保证镜头2的成像质量不变。

本发明的原理：

在一些光学设备中，光学口径要求很大，同时设备环境温度变化也很大，这使得光学镜头的装配结构很难适应，为保证在温度变化时(特别是温度变化比较大的时候)，光学镜头2的中心偏及镜头面形不受影响，我们对相关的结构进行了研究，设计出了此种光学镜头的装配结构。

要保证镜头的中心偏不变，需要有定心结构，如图4所示的定心导向块10是设计用于定心的，将如图4所示的在镜框1的圆周上均布3个定心导向块10，每个定心导向块10与镜框1上的定心导向槽1a修配，保证定心导向块10与镜框1上的定心导向槽1a之间的间隙小于0.005mm，限制了镜框1只能以中心为起点向四周变化。

要保证镜头2的面形不变，最好是用与镜头2的线膨胀系数相近的材料做镜框，这样当温度变化时，镜框1和镜头2相互间没有相对变化，这样来保证镜头2的面形不会受到影响。另一方面镜框1与别的零件连接时，由于两者之间的材料不同，如果两者进行硬连接当温度变化时，两者变形的不一致会导致镜框1产生变形从而影响到镜头2的面形。为此设计了用于消除两者变形不一致的弹性连接块13。

本发明的关键是利用与镜头温度线膨胀系数相近的材料作镜框，然后在结构上设计了定心装置和弹性连接结构。

设计镜头2时需要考虑镜头的材料、口径和温度适应性，除实验室设备外，镜头2的温度适应范围基本上是-30℃～+30℃，当镜头2的口径过大时，安照常规方法设计的镜框1就不适应了，如一块口径为Φ400mm的镜头2，材料为HPFS7980，其温度线膨胀系数为0.48×10-6，一般镜框1材料选用45#钢，其温度线膨胀系数为11×10-6，这样在温度从室温(+20℃)降到-30℃时，两者的变形不一致性为0.21mm，而镜头2的偏心要求是0.05mm，如果不很好的处理镜框1与镜头2之间的变形问题，使用中镜头2的偏心很容易就会大于0.05mm的要求，从而影响到整个系统的成像质量。

设计时考虑到镜头2与镜框1材料线膨胀系数的问题，我们选用的镜框1材料为4J32，其线膨胀系数为0.5×10-6，此时镜头2和镜框1的线膨胀系数相近，在50℃温度变化的情况下两者温度变形的不一致性为0.0004mm，不会对镜头2的偏心产生影响。

但这样一来又需面临另外一个问题，镜框1的固定问题，整套设备不可能都用线膨胀系数低的材料来做，如果将镜框1直接固定在45#钢，0.2mm左右的变形不一致足以将镜框1拉变形，从而影响到镜头2的面形，既而影响最终的成像质量。

这时需要一个转接机构来消除镜框1与镜组调整环5的变形不一致，同时保证镜头2中心不变。首先设计了定心机构，在镜框1的四周均匀布设3个槽用于放置定心导向块10，将定心导向块10与镜框1上的3个槽分别配研，保证定心导向块10固定后镜框2不会有晃动。其次，定心导向块10用销钉定位固定在镜组调整环5上，保证定心导向块10的位置不好变化从而使镜头2的中心位置不发生变化，当温度发生变化时，镜框1与镜头2的镜组调整环5之间的相对变化会使3个定心导向块10分别在镜框1上的3个定心导向槽1a中滑动，均布的3个定心导向块10的轴线均指向镜框1的中心，从而保证镜框1的中心位置不动，由此而保证镜头2中心位置不变。

3个定心导向块10保证了镜框1的中心位置不会随着温度变化而改变，但没有能够解决镜框1的轴向固定，镜头2在光轴方向的位置要固定促使我们必须设计在轴向能将镜框1固定的结构，具有径向弹性变形功能的过渡连接块是一个很好的选择，弹性连接块13的镜框连接螺钉孔13b与镜框1连接，弹性连接块13的调整环连接螺钉孔13a与镜组调整环5连接。当镜框1与镜组调整环5有相对移动时，镜框1与镜头调整环5两者的中心由于有3个定心导向块10的作用不会发生变化，反应到弹性连接块13上的就只有径向方向的变形，而弹性连接块13在径向是允许有变形的，且弹性连接块13的弹性变形量远大于0.2mm，保证了镜框1与镜组调整环5的变化不会受到干扰。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大口径镜头装配装置，其特征在于：包括：镜框、镜头、两件尼龙垫、镜组调整垫、镜组调整环、连接销钉、多件定心导向块、压板、多件弹性连接块，其中：镜头装置分为两层，内层是固定镜头，外层来调整镜头的偏心、倾斜及轴向位置；镜头装在镜框内；镜框通过多件弹性连接块与镜组调整环连接；一块尼龙垫放置在镜头与镜框之间，另一块尼龙垫放置在镜头与压板之间，用于避免镜头与镜框和压板直接接触；镜组调整垫，用于调整镜头的轴向位置；镜组调整环，用于调整镜头的偏心；第一连接螺钉，用于固定镜组调整环；第二连接螺钉，将弹性连接块与镜组调整环连接；第三连接螺钉置于螺钉孔中，将多件定心导向块固定在镜组调整环的端面上；连接销钉置于销钉孔中，将多件定心导向块固定在镜组调整环的端面上；第四连接螺钉，将压板固定在镜框上；压板位于镜头外端，用于防止镜头滑出；多件弹性连接块通过第五连接螺钉和连接螺钉孔与镜框固连在一起。

2.如权利要求1所述的大口径镜头装配装置，其特征在于：所述镜框与镜头两者材料的线膨胀系数接近或相同，在温度变化较大时，使镜框与镜头之间位置、距离关系不变，保证镜头在宽温区里面形及偏心不变。

3.如权利要求1所述的大口径镜头装配装置，其特征在于：所述定心导向块，用于在镜框与镜组调整环温度变形不一致时，保证镜框的中心不变。

4.如权利要求1所述的大口径镜头装配装置，其特征在于：所述弹性连接块，用于消除镜框与镜组调整环温度变形不一致。

5.如权利要求1所述的大口径镜头装配装置，其特征在于：为适应在温度变化时镜框与镜组调整环的变形不一致，在弹性连接块的径向方向具有弹性变形。

6.如权利要求1所述的大口径镜头装配装置，其特征在于：定心导向块与镜框上的定心导向槽两边配合装配。

7.如权利要求6所述的大口径镜头装配装置，其特征在于：所述配合装配的间隙小于0.005mm，这样镜头与镜头调整环的偏心变化始终小于0.005mm，用于消除镜头的中心偏差，用于提高镜头成像质量。