CN107526146A - 光学元件切换机构及光学元件切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例中提供一种光学元件切换机构，包括：基座，所述基座上设有调整螺钉用于对光学元件进行定位和对准；光学支撑结构件，所述光学支撑结构件通过转动轴安装在所述基座上，所述光学支撑结构件用于安装光学元件；驱动组件，所述驱动组件与所述转动轴相连，所述驱动组件通电后驱动所述光学支撑结构件绕所述转动轴旋转；弹性元件，所述弹性元件包括基座固定端和光学支撑结构件固定端，所述基座固定端固定在所述基座上，所述光学支撑结构件固定端固定在所述光学支撑结构件上。本发明的光学元件切换机构及切换方法能够使得光学元件快速的移入或移出光路，使用本发明的光学元件切换机构切换快捷，定位可调，对准精度高。

Description

光学元件切换机构及光学元件切换方法

技术领域

本发明属于光学器件调整技术领域，具体涉及一种将光学元件移入或移出光路的光学元件切换机构及光学元件切换方法。

背景技术

在光学系统中，为了调整光路和切换视场，需将指定的光学元件快速移入或移出光路，同时为提高图像质量，光学元件需要在切换到光路中时能够保证精确的定位和对准。

CN200420011737.5公开了一种液晶器件测试系统中控制棱镜精确转角的定位装置，由电磁控制器，棱镜架，转动机构，减速器构成。棱镜架用连接轴同转动机构固定连在一起，转动机构旋转时棱镜架随着同步转动。在转动机构的输出端安装有减速器。电磁控制器通过定位销控制转动机构上的定位止动轮的转角，并定位。在给电磁控制器通电时产生磁场，弹簧被压缩，定位销沿导套和调整螺母缩进，定位销脱离开定位止动轮豁口，此时电机通电转动。CN200420011737.5只能对旋转角度进行定位，无法实现光学元件支撑结构件转动角度的调整。

CN101887155B公开了一种光学元件定位装置，用于保持光学元件的保持构件被引导轴引导以能在收纳状态和使用状态之间移动。保持构件设置有引导支撑-接收部，引导轴被可滑动地插入通过该引导支撑-接收部。引导轴由保持部支撑。提供了将保持构件定位在使用位置的自由度。这种光学元件定位装置为通过齿轮齿条驱动实现直线方向移动，带动光学元件移入或移出光路，占用空间大，无法对光学元件的光轴位置进行微调。

CN104216092B公开了一种用于调节光学仪器中的透镜或透镜系统的定位装置，包括：主轴；滑动构件；第一引导机构，其与滑动构件的第一引导机构配合部段相互作用且使滑动构件具有沿第一引导轴线的可线性运动性和绕该引导轴线的可枢转性；第二引导机构，其与滑动构件的第二引导机构配合部段相互作用且限制滑动构件绕第一引导轴线的可枢转性。这种定位装置通过螺杆驱动光学元件直线移动。结构尺寸大，结构复杂，且无法对光学元件的光轴位置进行微调。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光学元件切换机构，用于光学元件组件快速移入或移出光路，并且能在光学元件移入光路后，保证光学元件在光路中精确的对准和定位。

第一方面，本发明实施例中提供一种光学元件切换机构，包括：基座；光学支撑结构件，所述光学支撑结构件通过转动轴安装在所述基座上，所述光学支撑结构件用于安装光学元件；驱动组件，所述驱动组件与所述转动轴相连，所述驱动组件通电后驱动所述光学支撑结构件绕所述转动轴旋转；弹性元件，所述弹性元件的两端分别记做基座固定端和光学支撑结构件固定端，所述基座固定端固定在所述基座上，所述光学支撑结构件固定端固定在所述光学支撑结构件上。本发明对驱动组件没有特殊要求，所述驱动组件可以为步进电机、力矩电机等能驱动轴旋转的电机，也可以是电机加减速机构组成的驱动组件。本发明提供的光学元件切换机构还包括调整螺钉，所述调整螺钉设置在基座上，优选地，所述调整螺钉的数量为1个，位于转动轴的上方，用于对光学元件进行定位和对准。在光学元件移入光路时，光学元件支撑结构件上端部有一个平面与调整螺钉头部接触，可选地，所述调整螺钉通过螺纹孔安装在基座上，通过手动调节转动调整螺钉转动，调整螺钉可从基座上可伸出或缩回，调整螺钉伸出，可推动光学支撑结构件绕转动轴做顺时针微小角度的转动，调整螺钉缩回，在弹性元件(例如拉伸弹簧)力作用下，光学元件支撑结构件绕转动轴做逆时针微小角度的转动，实现光学元件与光路的对准，在弹性元件拉力的作用下实现光学元件的定位，位置保持不动。本发明提供的光学元件切换机构还包括止动螺钉，所述止动螺钉设置在基座上，所述止动螺钉用于对光学支撑结构件的转动角度进行限位，优选地，所述止动螺钉的数量为1个，位于转动轴的下方，所述止动螺钉用于在光学支撑结构件移出光路后对其转动角度进行限定。

可选地，弹性元件的光学支撑结构件固定端位于转动轴的上方，同时位于光学支撑结构件的中心线上，距转动轴中心的距离为d1＝30mm；弹性元件的基座固定端位于转动轴的下方偏左位置，其与转动轴中心的垂直距离为d2＝20mm，水平距离为d3＝10mm。

可选地，所述弹性元件提供拉伸力，选自拉伸弹簧、橡胶弹簧中的一种。优选地，所述弹性元件为拉伸弹簧。

在本发明中，光学元件中心线与光学支撑结构件中心线重合，通过调整螺钉使得光学支撑结构件绕转动中心的转动，实现对光学元件中心线的调整。

弹性元件的基座固定端与所述转动轴的转动中心的连线L位置是不变的，为了便于区分两种状态，弹性元件的中心线在光学元件移入光路时命名为L1，移出光路时命名为L2。在本发明中，所述弹性元件的基座固定端位置固定，所述弹性元件的光学支撑结构件固定端随光学支撑结构件绕转动轴转动，从而实现不同的状态。

可选地，所述光学支撑结构件绕所述转动轴旋转的旋转角度为40-60°。

可选地，所述转动轴的一端由一对角接触球轴承支撑，另一端通过一个深沟球轴承游动安装。一对角接触球轴承可消除轴线窜动，优选地，转动轴的一侧由一对角接触球轴承实现限定了轴向的自由度的功能，另一侧使用一个深沟球轴承可以放开轴向自由度，从而避免过度约束。

第二方面，本发明还提供了一种光学元件切换方法，其利用本发明所提供的光学元件切换机构将光学元件快速地移入或移出光路。

可选地，当光学元件位于移入光路位置时，所述弹性元件的中心线L1与所述弹性元件的基座固定端与所述转动轴的转动中心的连线L成一角度θ1，且L1位于L的左侧。

可选地，当光学元件位于移出光路位置时，所述弹性元件的中心线L2与所述弹性元件的基座固定端与所述转动轴的转动中心的连线L成一角度θ2，且L2位于L的右侧。

可选地，20＜θ1≤30°，和/或，20＜θ2≤30°。

本发明提供的光学元件切换机构可用于光学元件组件快速移入或移出光路，对光学元件的具体选择及选择数量不作限定，优选地，可选两个光学元件(第一光学元件和第二光学元件)分别被支撑在所述光学支撑结构件的上端和下端。

本发明的光学元件切换机构能够使得光学元件快速的移入或移出光路，在移入或移出光路后，不需要额外的能量，通过拉伸弹簧的拉伸力保持光学元件的位置不发生变化。使用本发明的光学元件切换机构切换快捷，定位可调，对准精度高。

附图说明

图1为本发明一实施例的光学元件切换机构的结构示意图；

图2是图1所示的一种光学元件切换机构的第一侧向视图；

图3是图1所示的一种光学元件切换机构的第二侧向视图；

图4是图1所示的一种光学元件切换机构沿转动轴方向的剖视图；

图5是图1所示的一种光学元件切换机构沿光路方向的纵向剖视图；

图6是本发明一实施例的一种光学元件切换机构的结构示意图；

图7是图6所示的一种光学元件切换机构的侧视图；

图8是图6所示的一种光学元件切换机构的纵向剖视图。

附图标记：100、光学元件切换机构；1、光学元件；11、第一光学元件；12、第二光学元件；2、基座；3、光学支撑结构件；4、驱动组件；5、弹性元件；52、基座固定端；53、光学支撑结构件固定端；6、调整螺钉；7、转动轴；71、转动轴的转动中心8、轴承；9、止动螺钉；L、所述弹性元件的基座固定端与所述转动轴的转动中心的连线；L1、当光学元件位于移入光路位置时，弹性元件的中心线；L2、当光学元件位于移出光路位置时，弹性元件的中心线；10、光路；17、当光学元件位于移入光路位置时，弹性元件的拉伸力对光学支撑结构件施加的逆时针旋转的力；18、当光学元件位于移出光路位置时，弹性元件对光学支撑结构件施加的顺时针转动的力；19、与调整螺钉对应的平面；20、与止动螺钉对应的平面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-8所示，本发明提供的光学元件切换机构100包括：基座2；光学支撑结构件3，所述光学支撑结构件3通过转动轴7安装在所述基座2上，所述光学支撑结构件3用于安装光学元件1；驱动组件4，所述驱动组件4与所述转动轴7相连，所述驱动组件4通电后驱动所述光学支撑结构件3绕所述转动轴7旋转；弹性元件5，可将所述弹性元件5的两端记做基座固定端和光学支撑结构件固定端，所述基座固定端52固定在所述基座2上，所述光学支撑结构件固定端53固定在所述光学支撑结构件3上。本发明对驱动组件4没有特殊要求，所述驱动组件4可以为步进电机、力矩电机等能驱动轴旋转的电机，也可以是电机加减速机构组成的驱动组件。本发明提供的光学元件切换机构100还包括调整螺钉6，所述调整螺钉6设置在基座2上，用于对光学元件1进行定位和对准。在光学元件1移入光路10时，光学元件支撑结构件3上端部与调整螺钉对应的平面19与调整螺钉6头部接触，可选地，所述调整螺钉6通过螺纹孔(图中未示出)安装在基座2上，优选地，所述调整螺钉的数量为1个，位于转动轴的上方，通过手动调节调整螺钉6的转动，调整螺钉6可从基座上可伸出或缩回，调整螺钉6伸出，可推动光学支撑结构件绕转动轴做顺时针微小角度的转动，调整螺钉6缩回，在弹性元件(例如拉伸弹簧)力作用下，光学元件支撑结构件绕转动轴做逆时针微小角度的转动，实现光学元件1与光路的对准，在弹性元件5拉力的作用下实现光学元件1的定位，使其位置保持不动。如图3所示，在该状态时，弹簧对光学元件支撑结构件有一个逆时针旋转的力17。本发明提供的光学元件切换机构100还包括止动螺钉9，所述止动螺钉9设置在基座2上，优选地，所述止动螺钉的数量为1个，位于转动轴的下方，用于对光学支撑结构件3的转动角度进行限位。在光学支撑结构件3移出光路10后，与止动螺钉对应的平面20与止动螺钉9相接触，实现对光学支撑结构件3的转动角度进行限定。

在具体的实施例中，可选地，弹性元件的光学支撑结构件固定端53位于转动轴7的上方，同时位于光学支撑结构件3的中心线上，距转动轴的转动中心71的距离为d1＝30mm；弹性元件的基座固定端52位于转动轴7的下方偏左位置，其与转动轴的转动中心71的垂直距离为d2＝20mm，水平距离为d3＝10mm。

在具体的实施例中，所述弹性元件5提供拉伸力，优选自拉伸弹簧、橡胶弹簧中的一种。优选地，所述弹性元件5为拉伸弹簧。

弹性元件5的基座固定端52与所述转动轴的转动中心71的连线L位置是不变的，为了便于区分两种状态，弹性元件的中心线在光学元件移入光路时命名为L1，移出光路时命名为L2。在本发明中，所述弹性元件的基座固定端52位置固定，所述弹性元件的光学支撑结构件固定端53随光学支撑结构件3绕转动轴转动，从而实现不同的状态。

本发明还提供了一种光学元件切换方法，通过利用本发明提供的光学元件切换机构100实现。

结合图1所示，给出了当光学元件1处于移入光路位置，本发明提供的光学元件切换机构100的整体结构示意图。图2为图1所示的一种光学元件切换机构的第一侧向视图，图3为图1所示的一种光学元件切换机构的第二侧向视图，图4是图1所示的一种光学元件切换机构沿转动轴方向的剖视图，图5是图1所示的一种光学元件切换机构沿光路方向的纵向剖视图，结合图2-图5，当光学元件1位于移入光路位置时，所述弹性元件的中心线L1与所述弹性元件的基座固定端52与所述转动轴的转动中心71的连线L成一角度θ1，且L1位于L的左侧。优选地，20＜θ1≤30°。在具体的实施例中，例如，当光学元件1数量为2个时，可记做第一光学元件11和第二光学元件12，分别设置于本发明的光学元件切换机构100的光学支撑结构件3的上端和下端。当第一光学元件11和第二光学元件12位于移入光路位置时，拉伸弹簧基座固定端52与转动中心71的连线L与拉伸弹簧的中心线L1成一角度θ1，即，当光学元件1位于移入光路位置时，所述弹性元件5(在本具体实施例中选自为拉伸弹簧)的基座固定端52与所述转动轴7的转动中心71的连线L与所述弹性元件的中心线L1成一角度θ1，且L1位于L的左侧。拉伸弹簧5的拉伸力对光学支撑结构件3施加一个逆时针旋转的力17，在驱动组件4断电停止工作后，力17保持光学支撑结构3件处于静止状态，此时光路10通过第一光学元件11和第二光学元件12，通过调整螺钉6可对光学支撑结构件3的位置进行微调，使得第一光学元件11和第二光学元件12在光路10中处于对准位置。

结合图6所示，给出了当光学元件1处于移出光路位置，本发明提供的光学元件切换机构100的整体结构示意图。图7是图6所示的一种光学元件切换机构100的侧视图，图8是图6所示的一种光学元件切换机构100的纵向剖视图。当驱动组件4通电驱动光学支撑结构件3绕转动轴7顺时针转动一定角度后，第一光学元件11和第二光学元件12移出光路，止动螺钉9对光学支撑结构件3转动角度进行限位，当驱动组件4断电后，拉伸弹簧5的中心线L2位于拉伸弹簧5的基座固定端52与所述转动轴7的转动中心的连线L2的右侧，即，当光学元件位于移出光路位置时，所述弹性元件的中心线L2与所述弹性元件的基座固定端与所述转动轴的转动中心的连线L与所述弹性元件的中心线L成一角度θ2，20°≤θ2≤30°，且L2位于L的右侧。拉伸弹簧5对光学支撑结构件3施加一个顺时针转动的力18，在力18作用下保持光学结构件3静止不动，此时光路10从光学支撑结构件3上的孔通过，不经过第一光学元件11和第二光学元件12。

优选地，在本发明的具体实施例中，所述转动轴7的一端由一对角接触球轴承8支撑，另一端通过一个深沟球轴承游动安装，可以消除转动轴7的轴向窜动，从而光学元件1在静止位置沿转动轴轴向位置保持不动。一对角接触球轴承可消除轴线窜动，优选地，转动轴的一侧由一对角接触球轴承实现限定了轴向的自由度的功能，另一侧使用一个深沟球轴承可以放开轴向自由度，从而避免过度约束。

在本发明的具体实施例中，角度θ1和角度θ2大小可相等，优选为25°，光学支撑结构件3的旋转角度优选为50°。角度θ1、角度θ2和旋转角度还可以为其他数值，这里不再赘述。

利用本发明的光学元件切换机构能够使得光学元件快速的移入或移出光路，在移入或移出光路后，不需要额外的能量，通过拉伸弹簧的拉伸力保持光学元件的位置不发生变化。使用本发明的光学元件切换机构切换快捷，定位可调，对准精度高。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种光学元件切换机构进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种光学元件切换机构，其特征在于，包括：

基座，所述基座上设有调整螺钉用于对光学元件进行定位和对准；

光学支撑结构件，所述光学支撑结构件通过转动轴安装在所述基座上，所述光学支撑结构件用于安装光学元件；

驱动组件，所述驱动组件与所述转动轴相连，所述驱动组件通电后驱动所述光学支撑结构件绕所述转动轴旋转；

弹性元件，所述弹性元件包括基座固定端和光学支撑结构件固定端，所述基座固定端为所述弹性元件固定在所述基座上的一端，所述光学支撑结构件固定端为所述弹性元件固定在所述光学支撑结构件上的一端；

止动螺钉，所述止动螺钉设置在基座上，所述止动螺钉用于对光学支撑结构件的转动角度进行限位。

2.根据权利要求1所述的光学元件切换机构，其特征在于，所述调整螺钉通过螺纹孔可转动地安装在所述基座上，所述调整螺钉可从基座上伸出或缩回。

3.根据权利要求1所述的光学元件切换机构，其特征在于，所述弹性元件的光学支撑结构件固定端位于所述转动轴的上方，同时位于所述光学支撑结构件的中心线上，距转动轴中心的距离为d1＝30mm；所述弹性元件的基座固定端位于转动轴的下方偏左位置，其与转动轴中心的垂直距离为d2＝20mm，水平距离为d3＝10mm。

4.根据权利要求1所述的光学元件切换机构，其特征在于，所述弹性元件选自拉伸弹簧或橡胶弹簧。

5.根据权利要求1所述的光学元件切换机构，其特征在于，所述光学支撑结构件绕所述转动轴旋转的旋转角度为40°-60°。

6.根据权利要求1所述的光学元件切换机构，其特征在于，所述转动轴的一端由一对角接触球轴承支撑，另一端通过一个深沟球轴承游动安装。

7.一种光学元件切换方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的光学元件切换机构将光学元件移入或移出光路。

8.根据权要求7所述的光学元件切换方法，其特征在于，当光学元件位于移入光路位置时，所述弹性元件的中心线L1与所述弹性元件的基座固定端与所述转动轴的转动中心的连线L成一角度θ1，且L1位于L的左侧。

9.根据权要求7所述的光学元件切换方法，其特征在于，当光学元件位于移出光路位置时，所述弹性元件的中心线L2与所述弹性元件的基座固定端与所述转动轴的转动中心的连线L成一角度θ2，且L2位于L的右侧。

10.根据权利要求8或所述的光学元件切换方法，其特征在于，20°＜θ1≤30°；和/或，20°＜θ2≤30°。