CN104932173A

CN104932173A - 一种转换式光学成像系统

Info

Publication number: CN104932173A
Application number: CN201510383005.1A
Authority: CN
Inventors: 刘会静; 涂文英; 余伦; 安祥波
Original assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2035-07-02
Also published as: CN104932173B

Abstract

本发明公开了一种转换式光学成像系统，属于机械设计技术领域。目的是提供一个高精度、灵活性的光学成像系统，在同一个光源下，通过远程控制实现闪烁体与分辨率板两个光学件的准确定位、转动及到位，并通过准确的调节CCD的姿态获取优质的光学信号。该设备主要包括五个部分：反射镜组件、转换机构、光学镜筒组件、CCD调整机构、安装基板。所述的反射镜组件实现光路的90度转折，将光源引入光路内，所述的转换机构实现了闪烁体与分辨率板之间的准确转换及锁紧，所述的光学镜筒组件实现了光路的传输、缩束及过滤，CCD调整机构实现了CCD的多维度调节，从而获得CCD最佳工作姿态，所述的安装基板提供了以上各组件的安装基面。

Description

一种转换式光学成像系统

技术领域

本发明属于精密机械设计技术领域，具体地说涉及一种灵活性的光学成像系统，通过机械零件的传动及调节可以保证系统达到较高的成像质量及到位精度。

背景技术

对于一个完整的光机系统，光学系统的设计固然重要，机械结构的设计同样不容小觑，光路元器件功能的实现需要机械结构的支撑与保证，所以机械结构的设计至关重要。对于精密设备的机械设计，影响其最终精度、性能的因素很多，如结构的合理性、零件的精度、刚度和强度、零件之间的装配精度等等。为了得到高精度的设备，设计阶段对零、部件提出较高的加工精度是必要的，但随之而来的是成本的提高，甚至浪费。所以，本设计的宗旨是在保证结构合理性、刚度、强度的基础上，尽可能的降低单个零件的加工精度，而最终精度的保证通过调节机构来实现。这样，不仅保证了设备功能的实现，同时降低了成本，提高了设备的灵活度，且保证了精度。

为了在恶劣环境下远程采集光学模块工作时的光信号，并准确控制两个光学模块交替工作，设计了一种转换式的光学成像系统。该系统包括：反射镜组件、转换机构、镜组、CCD调整机构、安装基板。所述转换机构实现了闪烁体与分辨率板两个光学件的交换，转换机构的驱动电机后设置有抱紧装置，可以保证光学件在任意时刻的准确定位；光学件厚度5～10mm之间均可；光学件工作位置的限位机构可实现三维调节，保证了到位精度。所述的CCD调整机构可以实现CCD姿态的四维调整，保证了CCD的工作精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：两条光路共用一个光源信号，通过远程控制实现闪烁体与分辨率板两个光学件的准确定位、转动及到位，并通过准确的调节CCD的姿态获取优质的光学信号。

为了实现上述目的，本发明方案如下：一种转换式光学成像系统，包括：反射镜组件、转换机构、镜组、CCD调整机构和安装基板；所述反射镜组件、转换机构、镜组及CCD调整机构均通过螺钉安装在安装基板上；

所述两套镜组共用一个光源，该光源通过两组反射镜组件的反射进入镜组，光信号通过镜组处理后，最终被位于镜组后方的CCD采集；

所述转换机构包括电机、小齿轮、大齿轮、限位机构、立柱及支撑轴系；所述电机转动带动小齿轮和大齿轮，通过大齿轮的转动使安装在大齿轮上的闪烁体和分辨率板实现交换；所述限位机构保证了闪烁体只能在右下方180°空间内往复转动，分辨率板只能在左上方180°空间内往复转动；所述立柱及支撑轴系中的支承轴与大齿轮之间为3微米的过盈配合，保证了大齿轮的回转精度；所述大齿轮上安装闪烁体和分辨率板的安装孔可以安装5～10mm之间的任意光学件；所述电机后方设计了锁紧装置，保证大齿轮在通电停止和断电两种情况下都能准确定位。

其中，所述限位机构包括限位基座、左右调节块和上下调节块；所述左右调节块和上下调节块通过螺钉连接在限位基座上；所述限位基座通过卵形孔实现整个限位机构的前后调节；所述左右调节块通过卵形孔实现上下调节块的左右调节；所述上下调节块可以实现上下调节，上下调节块上安装有电限位和机械限位，通过卵形孔实现电限位和机械限位装置的三维调节；所述限位机构包含两套左右调节块和上下调节块，分别实现闪烁体和分辨率板的到位控制。

其中，所述CCD调整机构可以实现CCD在X轴平移、Y轴平移、Z轴旋转以及竖直面内的俯仰。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、本发明中两套光学系统共用同一光源，保证了光源信号的一致性；

2、本发明中光学件限位机构的三维可调性、CCD调整座的四维可调性以及光学件厚度的可调性都体现了本发明适应性强，精度高；

3、本发明中电机的包紧装置、CCD调节座中各处的锁紧机构、限位机构上的机械限位等都说明了设备的高可靠性；

4、本发明中的电机抱紧装置中采用销钉消除配合间隙，充分保证了配合刚度，进而保证了抱紧装置的精度。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图；

图3是本发明的反射镜组件示意图；

图4是本发明的转换机构示意图；

图5是本发明的限位机构示意图；

图6是本发明的镜组结构示意图；

图7是本发明的CCD调整机构结构示意图；

图8是本发明的电机抱紧机构结构示意图；

图中各标号表示：1、反射镜组件；2、转换机构；3、镜组；4、CCD调整机构；5、安装基板；FSJ-1、反射镜座；FSJ-2、反射镜压板；FSJ-3、金属反射镜；FSJ-4、反射镜隔圈；ZH-1、限位机构；ZH-2、大齿轮；ZH-3、支柱及支撑轴系；ZH-4、小齿轮；ZH-5、电机座；ZH-6、压圈；ZH-7、闪烁体；ZH-8、隔圈；ZH-9、分辨率板；ZH-10、动限位块；ZH-11、齿轮压圈；ZH-12、压盖；ZH-13、轴承；ZH-14、支承轴；ZH-15、套筒；ZH-16、电机；ZH-17、定位销；XW-1、限位基座；XW-2、左右调节块；XW-3、上下调节块；JZ-1、前支座；JZ-2、镜筒；JZ-3、光学镜片；JZ-4、后支座；CCD-1、基础板；CCD-2、螺杆调节座；CCD-3、长螺杆；CCD-4、小备帽；CCD-5、转轴；CCD-6、轴承挡板；CCD-7、第一CCD轴承；CCD-8、支架；CCD-9、双导轨板；CCD-10、俯仰底板；CCD-11、俯仰上板；CCD-12、旋转板；CCD-13、连接板；CCD-14、第二CCD轴承；CCD-15、轴承压盖；CCD-16、圆轴承座；CCD-17、螺钉；CCD-18、拉伸弹簧；CCD-19、圆柱销；CCD-20、俯仰调节螺钉；CCD-21、旋转调节螺钉；CCD-22、螺母座；CCD-23、锁紧螺钉；CCD-24、弹簧压盖；CCD-25、压缩弹簧；CCD-26、顶针；ZD1、连接板；ZD2、制动盘；ZD3、衔铁；ZD4、六方块；ZD5：第一螺钉；ZD6、第一销钉1；ZD7、第二螺钉；ZD8、线圈；ZD9、外套筒；ZD10、弹簧；ZD11、第二销钉；ZD12、电机轴。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

如图1至8所示，本发明的一种转换式光学系统，包括反射镜组件1、转换机构2、镜组3、CCD调整机构4、安装基板5。反射镜组件1、转换机构2、镜组3、CCD调整机构4都固定在安装基板5上，其布局如图1所示。

反射镜组件1包括：反射镜座FSJ-1、反射镜压板FSJ-2、金属反射镜FSJ-3、反射镜隔圈FSJ-4。反射镜隔圈FSJ-4安装在反射镜座FSJ-1的镜孔内，金属反射镜FSJ-3放置于反射镜隔圈FSJ-4上，最后通过反射镜压板FSJ-2将金属反射镜FSJ-3固定。

转换机构2包括：限位机构ZH-1；大齿轮ZH-2；支柱及支撑轴系ZH-3；小齿轮ZH-4；电机座ZH-5；压圈ZH-6；闪烁体ZH-7；隔圈ZH-8；分辨率板ZH-9；动限位块ZH-10；齿轮压圈ZH-11；压盖ZH-12；轴承ZH-13；支承轴ZH-14；套筒ZH-15；电机ZH-16；定位销ZH-17。支柱及支撑轴系ZH-3与大齿轮ZH-2径向是过盈配合，轴向通过齿轮压圈ZH-11固定；小齿轮ZH-4与电机ZH-16的径向通过定位销ZH-17固定；大齿轮ZH-2的两个安装孔里依次安装有隔圈ZH-8、闪烁体ZH-7/分辨率板ZH-9、压圈ZH-6，其余部位的连接主要通过螺钉，所有螺钉都配有平垫和弹垫，防止松脱。

镜组3主要包括：前支座JZ-1、镜筒JZ-2、光学镜片JZ-3、后支座JZ-4。光学镜片JZ-3根据光学指标设计完成，镜筒JZ-2根据光学镜片JZ-3的尺寸及排布设计，其上还配有很多通气孔和灌胶孔，通气孔方便安装，灌胶孔用于固定光学镜片JZ-3；图6中省略了光学镜片JZ-3之间的隔圈及压圈等零件，隔圈用于控制镜片间距，压圈用于固定镜片。

CCD调节机构4主要包括：基础板CCD-1；螺杆调节座CCD-2；长螺杆CCD-3；小备帽CCD-4；转轴CCD-5；轴承挡板CCD-6；第一CCD轴承CCD-7；支架CCD-8；双导轨板CCD-9；俯仰底板CCD-10；俯仰上板CCD-11；旋转板CCD-12；连接板CCD-13；第二CCD轴承CCD-14；轴承压盖CCD-15；圆轴承座CCD-16；螺钉CCD-17；拉伸弹簧CCD-18；圆柱销CCD-19；俯仰调节螺钉CCD-20；旋转调节螺钉CCD-21；螺母座CCD-22；锁紧螺钉CCD-23；弹簧压盖CCD-24；压缩弹簧CCD-25；顶针CCD-26。支架CCD-8直接连接安装基板5；分别通过两个一个长螺杆CCD-3推动双导轨板CCD-9、俯仰底板CCD-10实现CCD在水平面内的两维平移，当运动到位后通过小备帽CCD-4锁紧；俯仰上板CCD-11绕转轴CCD-5旋转，通过俯仰调节螺钉CCD-20带动俯仰上板CCD-11实现CCD在竖直面内的俯仰调节,并通过拉伸弹簧实现锁紧功能；旋转板CCD-12绕第二CCD轴承CCD-14转动,通过旋转调节螺钉CCD-21推动旋转板CCD-12实现CCD在水平面内的旋转，并通过压缩弹簧CCD-25压紧。

电机抱紧机构位于电机的后方，主要包括：连接板ZD1；制动盘ZD2；衔铁ZD3；六方块ZD4；第一螺钉ZD5；第一销钉1ZD6；第二螺钉2ZD7；线圈ZD8；外套筒ZD9；弹簧ZD10；第二销钉ZD11；电机轴ZD12。电机轴ZD12与六方块ZD4通过第二销钉ZD11连接，保证转动同步，同时六方块ZD4内嵌在制动盘ZD2六方孔内，从而使制动盘ZD2与电机轴ZD12的转动同步；断电情况下，弹簧ZD10向外挤压衔铁ZD3，使制动盘ZD2被压紧而无法转动，进而抱紧电机轴；通电时，线圈ZD8向内吸附衔铁ZD3使制动盘ZD2可以灵活转动，电机正常工作。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种转换式光学成像系统，其特征在于包括：反射镜组件(1)、转换机构(2)、镜组(3)、CCD调整机构(4)和安装基板(5)；所述反射镜组件(1)、转换机构(2)、镜组(3)及CCD调整机构(4)均通过螺钉安装在安装基板(5)上；

所述两套镜组(3)共用一个光源，该光源通过两组反射镜组件(1)的反射进入镜组(3)，光信号通过镜组(3)处理后，最终被位于镜组(3)后方的CCD采集；

所述转换机构(2)包括电机(ZH-16)、小齿轮(ZH-4)、大齿轮(ZH-2)、限位机构(ZH-1)，立柱及支撑轴系(ZH-3)等主要结构；所述电机(ZH-16)转动带动小齿轮(ZH-4)和大齿轮(ZH-2)，通过大齿轮(ZH-2)的转动使安装在大齿轮(ZH-2)上的闪烁体(ZH-7)和分辨率板(ZH-9)实现交换；所述限位机构(ZH-1)保证了闪烁体(ZH-7)只能在右下方180°空间内往复转动，分辨率板(ZH-9)只能在左上方180°空间内往复转动；所述立柱及支撑轴系(ZH-3)中的支承轴(ZH-14)与大齿轮(ZH-2)之间为3微米的过盈配合，保证了大齿轮(ZH-2)的回转精度；所述大齿轮(ZH-2)上安装闪烁体(ZH-7)和分辨率板(ZH-9)的安装孔可以安装5～10mm之间的任意光学件；所述电机(ZH-16)后方设计了锁紧装置，保证大齿轮(ZH-2)在通电停止和断电两种情况下都能准确定位。

2.根据权利要求1所述的一种转换式光学成像系统，其特征在于：所述限位机构(ZH-1)包括限位基座(XW-1)、左右调节块(XW-2)和上下调节块(XW-3)；所述左右调节块(XW-2)和上下调节块(XW-3)通过螺钉连接在限位基座(XW-1)上；所述限位基座(XW-1)通过卵形孔实现整个限位机构的前后调节；所述左右调节块(XW-2)通过卵形孔实现上下调节块(XW-3)的左右调节；所述上下调节块(XW-3)可以实现上下调节，上下调节块(XW-3)上安装有电限位和机械限位，通过卵形孔实现电限位和机械限位装置的三维调节；所述限位机构(ZH-1)包含两套左右调节块(XW-2)和上下调节块(XW-3)，分别实现闪烁体(ZH-7)和分辨率板(ZH-9)的到位控制。

3.根据权利要求1所述的一种转换式光学成像系统，其特征在于：所述CCD调整机构(4)可以实现CCD在X轴平移、Y轴平移、Z轴旋转以及竖直面内的俯仰。