CN109521543A - 一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，该装置具体为：旋转盘固定座固定安装在基底平板上，旋转盘转动设置在旋转盘固定座上，镜片镜座上沿圆周方向至少连接有三个止推轴承座和三个弹簧，每个止推轴承座上安装一个轴承，轴承与楔块的楔面相抵接，楔块固定连接在旋转盘上，弹簧还与旋转盘固定座相连，弹簧始终处于拉伸状态；至少三个弹性片固定柱沿旋转盘固定座圆周方向固定在旋转盘固定座上，弹性片的一端固定在弹性片固定柱的顶部，弹性片的另一端压住镜片镜座的上端面。本发明对光学系统中因折射率、球面半径、镜片厚度、空气间隔的测量精度不够引起的像质变化进行微量补偿。

Description

一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构
技术领域
本发明属于光机结构技术领域，尤其涉及一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构
背景技术
目前，光学系统调焦主要有两种方式，一种方式是驱动成像探测器组件移动来实现调焦；另一种方式是驱动镜片镜座移动调整镜片或镜组间隙来实现调焦。
光学系统调焦常用的驱动系统结构有以下形式：
(1)直齿圆柱齿轮传动带动带有凸轮曲线槽的圆柱凸轮旋转，从而带动镜片镜座驱动镜片镜座移动调整镜片或镜组间隙实现调焦。该方法具有结构简单的优点，但圆柱凸轮的凸轮槽对于加工精度的要求较高，同时齿轮传动空回的存在，很难保证调焦镜组的定位精度和调焦行程控制精度。
(2)蜗轮蜗杆带动盘形凸轮驱动镜片镜座或成像探测器沿光轴方向移动以实现调焦，通过角度传感器测量盘形凸轮的旋转角度实现对调焦量的控制。该方法可以实现较大型调焦组件的调焦机构，但其结构复杂。
(3)直线电机直接驱动调焦镜组或成像探测器沿直线前后导轨运动实现调焦。通过光栅尺实现对调焦镜组或成像探测器的直线位移测量。该方法可以实现较大范围的调焦量，但其对导轨的加工和安装精度要求较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供了一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，包括基底平板、镜片镜座、旋转盘、旋转盘固定座、弹性片、弹性片固定柱、弹簧、楔块、止推轴承座、轴承；所述旋转盘固定座固定安装在基底平板上，旋转盘转动设置在旋转盘固定座上，镜片镜座上沿圆周方向至少连接有三个止推轴承座和三个弹簧，每个止推轴承座上安装一个轴承，轴承与楔块的楔面相抵接，楔块固定连接在旋转盘上，弹簧还与旋转盘固定座相连，弹簧始终处于拉伸状态；至少三个弹性片固定柱沿旋转盘固定座圆周方向固定在旋转盘固定座上，弹性片的一端固定在弹性片固定柱的顶部，弹性片的另一端压住镜片镜座的上端面。
进一步的，所述楔块通过楔块调节座固定在旋转盘上，通过调整楔块调节座使镜片镜座与旋转盘同轴。
进一步的，所述轴承采用深沟球轴承，轴承外圈端面倒圆角；所述轴承也可以采用调心轴承。
进一步的，所述旋转盘固定座外同轴套设调焦环，调焦环通过调焦环连接件与旋转盘固定连接。
进一步的，所述调焦环的外围圆周方向至少设置两个用于旋转调焦环的微调机构，两个微调机构反方向布置。
进一步的，所述微调机构包括第一调节座、第二调节座、调节螺钉，第一调节座固定在基底平板上，第二调节座固定在调焦环的外圈上，调节螺钉旋接穿过第一调节座后与第二调节座抵接。
进一步的，所述调焦环的外围圆周方向至少设置一个用于锁紧调焦环的锁紧机构。
进一步的，所述锁紧机构包括固定座和固定螺钉，所述固定座固定连接在基底平板，固定螺钉旋接穿过固定座后与调焦环的外圈抵接。
进一步的，所述旋转盘固定座上沿径向向内延伸有限位部，限位部紧贴旋转盘的上表面；所述旋转盘与基底平板紧密贴合，且旋转盘外径与旋转盘固定座内径紧贴。
本发明的有益效果如下：本装置中相互配合的轴承和楔块，是调整精度的重要保证；均布的弹性片及弹簧相互作用力可防止调焦过程中因松开或拧紧固定螺钉而导致镜片镜座的光轴发生偏移，对光学系统中因折射率、球面半径、镜片厚度、空气间隔的测量精度不够引起的像质变化进行微量补偿，从而大幅度提升成像质量。本发明具有可靠的自锁能力、极高的定位精度和双向调焦形成控制精度，可被广泛应用于多种高精度光学系统中。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的立体图；
图2为本发明一较佳实施例中轴承部分的放大图；
图3为本发明一较佳实施例的俯视图；
图4为图3的A-A向剖面图；
图5为本发明一较佳实施例中轴承部分工作原理的立体图；
图6为本发明一较佳实施例中轴承部分工作原理的俯视图；
图7为图6的B-B向剖面图；
图8为本发明一较佳实施例中旋转盘固定座的立体图；
图9为本发明一较佳实施例中楔块的立体图；
图10为本发明一较佳实施例中楔块的俯视图；
图11为图10的C-C向的剖面图；
图中：基底平板1、镜片镜座2、旋转盘3、旋转盘固定座4、弹性片5、弹性片固定柱6、弹簧7、楔块8、楔块调节座9、止推轴承座10、限位部11、轴承12、固定座13、调焦环14、调焦环连接件15、调节螺钉16、第一调节座17-1、第二调节座17-2、固定螺钉18。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步的说明。
参阅图1-图11，本实施例涉及一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，包括基底平板1、镜片镜座2、旋转盘3、旋转盘固定座4、弹性片5、弹性片固定柱6、弹簧7、楔块8、止推轴承座10、轴承12；所述旋转盘固定座4固定安装在基底平板1上，旋转盘3转动设置在旋转盘固定座4上，镜片镜座2上沿圆周方向至少连接有三个止推轴承座10和三个弹簧7(图示中给出了六个且优选沿圆周方向均匀分布)，每个止推轴承座10上安装一个轴承12，轴承12与楔块8的楔面相抵接，楔块8固定连接在旋转盘3上，弹簧7还与旋转盘固定座4相连，弹簧7始终处于拉伸状态，以保证轴承12与楔块8之间始终无间隙；至少三个弹性片固定柱6沿旋转盘固定座4圆周方向固定在旋转盘固定座4上，弹性片5的一端固定在弹性片固定柱6的顶部，另一端压住镜片镜座2的上端面，用来调整同轴度及保证轴向精度，弹簧7及弹性片5确保镜片镜座2的轴向平衡，并防止镜片镜座2的光轴发生偏移。
所述楔块8通过楔块调节座9固定在旋转盘3上，通过调整楔块调节座9使镜片镜座2与旋转盘3同轴。
所述旋转盘固定座4上沿径向向内延伸有限位部11(图中显示为一凸块)，限位部11紧贴旋转盘3的上表面；所述旋转盘3与基底平板1紧密贴合，且旋转盘3外径与旋转盘固定座4内径紧贴，以确保旋转盘始终绕光轴同轴平稳顺滑旋转。
由于轴承12要与楔块8的楔面相抵接，同时楔块8与轴承12之间有一个圆周方向的相对运动，如果轴承12采用深沟球轴承，轴承12外圈端面需倒圆角，这样确保轴承旋转角度时与楔块在径向方向上变线接触为点接触(即倒圆角处的弧面与楔块8的楔面相切)，以防止与楔块8产生干涉。如果轴承12采用调心轴承，由于调心轴承自调心作用，调心轴承外圈与楔块8的楔面相切。
本装置中相互配合的轴承12和楔块8，是调整精度的重要保证。楔块8高低差确定了调焦范围，结合楔块8长度及调节螺钉16螺距确定了调焦精度，楔块8长度越长，调节螺钉16螺距越小，调焦精度越高，可达微米级。为保证高精度调焦，本实施例中楔块8高低差0.4mm，长度20mm，结合调节螺钉16的螺距0.5mm可得调焦精度5μm。
为方便调焦操作，所述旋转盘固定座4外同轴套设调焦环14，调焦环14的内圈与基底平板1固定连接，调焦环14的外圈通过调焦环连接件15与旋转盘3固定连接。所述调焦环14的外围圆周方向至少设置两个用于旋转调焦环14的微调机构，两个微调机构反方向布置，可实现双向调焦。所述微调机构包括第一调节座17-1、第二调节座17-2、调节螺钉16，第一调节座17-1固定在基底平板1上，第二调节座17-2固定在调焦环的外圈上，调节螺钉16旋接穿过第一调节座17-1后与第二调节座17-2抵接。所述调焦环14的外围圆周方向至少设置一个用于锁紧调焦环14的锁紧机构。所述锁紧机构包括固定座13和固定螺钉18，所述固定座13固定连接在基底平板1，固定螺钉18旋接穿过固定座13后与调焦环14的外圈抵接。
使用本装置进行调焦，一端调节螺钉16拧紧(或松开)，位置相对的另一端同时拧紧(或松开)，以保证调节螺钉和调焦环之间无间隙；调焦完成使固定螺钉18一端依次穿过固定座13，并与调焦环14抵紧，确保锁紧后的稳定。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，包括基底平板、镜片镜座、旋转盘、旋转盘固定座、弹性片、弹性片固定柱、弹簧、楔块、止推轴承座、轴承；所述旋转盘固定座固定安装在基底平板上，旋转盘转动设置在旋转盘固定座上，镜片镜座上沿圆周方向至少连接有三个止推轴承座和三个弹簧，每个止推轴承座上安装一个轴承，轴承与楔块的楔面相抵接，楔块固定连接在旋转盘上，弹簧还与旋转盘固定座相连，弹簧始终处于拉伸状态；至少三个弹性片固定柱沿旋转盘固定座圆周方向固定在旋转盘固定座上，弹性片的一端固定在弹性片固定柱的顶部，弹性片的另一端压住镜片镜座的上端面。
2.根据权利要求1所述的一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，所述楔块通过楔块调节座固定在旋转盘上，通过调整楔块调节座使镜片镜座与旋转盘同轴。
3.根据权利要求1所述的一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，所述轴承采用深沟球轴承，轴承外圈端面倒圆角。
4.根据权利要求1所述的一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，所述轴承也可采用调心轴承。
5.根据权利要求1所述的一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，所述旋转盘固定座外同轴套设调焦环，调焦环通过调焦环连接件与旋转盘固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，所述调焦环的外围圆周方向至少设置两个用于旋转调焦环的微调机构，两个微调机构反方向布置。
7.根据权利要求6所述的一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，所述微调机构包括第一调节座、第二调节座、调节螺钉，第一调节座固定在基底平板上，第二调节座固定在调焦环的外圈上，调节螺钉旋接穿过第一调节座后与第二调节座抵接。
8.根据权利要求5-7任一项所述的一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，所述调焦环的外围圆周方向至少设置一个用于锁紧调焦环的锁紧机构。
9.根据权利要求8所述的一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，所述锁紧机构包括固定座和固定螺钉，所述固定座固定连接在基底平板，固定螺钉旋接穿过固定座后与调焦环的外圈抵接。
10.根据权利要求1所述的一种适于通用光学系统的高精度消偏心调焦机构，其特征在于，所述旋转盘固定座上沿径向向内延伸有限位部，限位部紧贴旋转盘的上表面；所述旋转盘与基底平板紧密贴合，且旋转盘外径与旋转盘固定座内径紧贴。
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