CN109901274B - 自适应定心的光学镜头安装装置及光学元件间隔控制方法 - Google Patents

Abstract

自适应定心的光学镜头安装装置,其能够在冲击试验中保证光学镜头的回心定位，避免对心精度下降过多，减少对光学镜头成像质量的影响，并且相对于接触部分为弧面加工制造更加容易。第一光学元件（3）装配在第一辊边镜座（2）上，第二光学元件（6）装配在第二辊边镜座（5）上，第一辊边镜座（2）、隔圈（4）、第二辊边镜座（5）依次装入镜筒（1）中，通过压圈（7）的螺纹紧固在镜筒内；第一辊边镜座（2）的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与镜筒（1）为线接触；第二辊边镜座（5）的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与隔圈（4）为线接触。还提供了光学元件间隔的控制方法。

Description

自适应定心的光学镜头安装装置及光学元件间隔控制方法

技术领域

本发明属于光学设备的技术领域，具体地涉及一种自适应定心的光学镜头安装装置，其主要用于在冲击试验中保证光学镜头的回心定位，还涉及该自适应定心的光学镜头安装装置中光学元件间隔的控制方法。

背景技术

随着社会发展和科技进步，光学镜头的应用越来越广泛，在工业和农业中随处可见光学镜头的身影。当今最热门的领域之一虚拟现实技术中，光学镜头是必不可少的设备。光学镜头的主要功能是成像，要达到优良的成像质量，一般需要多个光学元件配合组成光学镜头使用才能实现。很多时候，这些光学元件的中心需要在同一条直线上。在检测光学镜头时，基本要求进行冲击试验。在许多军工用光学镜头的检测中，都要求进行冲击试验。在所有航天用光学镜头的检测中，都要求进行冲击试验。现在在有要求做抗震的民用光学镜头检测时，也会要求进行冲击试验。

图1-4示出了传统的光学镜头，该光学镜头包括镜筒1、第一辊边镜座2、第一光学元件3、隔圈4、第二辊边镜座5、第二光学元件6、压圈7。第一光学元件3装配在第一辊边镜座2上，第二光学元件6装配在第二辊边镜座5上，第一辊边镜座2、隔圈4、第二辊边镜座5依次装入镜筒1中，通过压圈7的螺纹紧固在镜筒内。

如图1所示，第一辊边镜座2、第二辊边镜座5与镜筒1、隔圈4和压圈7之间为平面接触。从图4可以清楚看到，第一辊边镜座2、第二辊边镜座5在X轴(与光轴平行的方向)方向通过压圈7的螺纹可进行紧固，但在Y轴(与光轴垂直的方向)方向上，只能用孔轴配合来定位，即图4中第一辊边镜座2和镜筒1之间存有间隙(实际情况中，镜筒里辊边镜座和镜筒之间都存有间隙)。当整个镜头做冲击试验时，冲击力方向如图4中大箭头方向时，镜筒内辊边镜组(辊边镜组的数量可以一个、两个、或者多个)由于惯性力作用均向小箭头方向移动，X轴上各个接触面的受力不一，使这些辊边镜组移动的位移都存有差别，导致镜头中的光学元件的对心精度大大降低。光学镜头中的光学元件越多，对心精度下降就越厉害，更加严重地影响光学镜头的成像质量。

针对现有技术的缺陷，申请人经过认真思考和无数次的试验，获得如下结论：将现有的面接触改为若干个点接触(这些点连为一个圆)，这样就能够消减在冲击试验中产生的惯性力，起到回心定位的作用。因此申请人在另一件专利申请中提出了将接触部分改为弧面，虽然达到了回心定位的作用，但是加工制造起来比较复杂困难。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种自适应定心的光学镜头安装装置,其能够在冲击试验中保证光学镜头的回心定位，避免对心精度下降过多，减少对光学镜头成像质量的影响，并且相对于接触部分为弧面加工制造更加容易。

本发明的技术解决方案是：这种自适应定心的光学镜头安装装置，光学镜头包括：镜筒(1)、第一辊边镜座(2)、第一光学元件(3)、隔圈(4)、第二辊边镜座(5)、第二光学元件(6)、压圈(7)；

第一光学元件(3)装配在第一辊边镜座(2)上，第二光学元件(6)

装配在第二辊边镜座(5)上，第一辊边镜座(2)、隔圈(4)、第二辊边镜座(5)依次装入镜筒(1)中，通过压圈(7)的螺纹紧固在镜筒内；

第一辊边镜座(2)的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与镜筒(1)为线接触；第二辊边镜座(5)的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与隔圈(4)为线接触。

由于本发明的第一辊边镜座的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与镜筒为线接触；第二辊边镜座的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与隔圈为线接触，所以第一辊边镜座与镜筒、第二辊边镜座与隔圈接触时在线接触处会产生一个回顶力，这个回顶力分解出一个向心力，可以消减在冲击试验中产生的惯性力，起到回心定位的作用，所以能够在冲击试验中保证光学镜头的回心定位，避免对心精度下降过多，从而减少对光学镜头成像质量的影响；由于本发明的圆筒的纵剖面为等腰梯形，即圆筒的纵剖面图形的上下两边为斜线，所以相对于其它形式的表面加工制造更加容易。

还提供了一种自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，

L＝A-{B-[E-(D₂-C₂)] } (1)

C₂＝C₁*tg(90°-α) (2)

D₂＝D₁* tg(90°-α) (3)

其中，L为第一和第二光学元件间隔，A为第二辊边镜座的左机械端面与第二光学元件左顶点之间的距离，B为第一辊边镜座的右机械端面与第一光学元件右顶点之间的距离，E为隔圈的长度，C₁为隔圈环厚度，C₂为隔圈右端面到斜边上顶点的距离，D₁为斜边在垂直于光轴方向的长度，D₂为斜边在平行于光轴方向的长度；

根据公式(1)-(3)可知，当辊边镜组加工完毕，α、D₁、D₂、A与B就固定了，通过修研隔圈长短的方法来调整E，从而达到L的尺寸精度值。

又提供了一种自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，

L＝A-{B-[E-(D₂-C₂)] } (1)

C₂＝C₁*tg(90°-α) (2)

D₂＝D₁* tg(90°-α) (3)

其中，L为第一和第二光学元件间隔，A为第二辊边镜座的左机械端面与第二光学元件左顶点之间的距离，B为第一辊边镜座的右机械端面与第一光学元件右顶点之间的距离，E为隔圈的长度，C₁为隔圈环厚度，C₂为隔圈右端面到斜边上顶点的距离，D₁为斜边在垂直于光轴方向的长度，D₂为斜边在平行于光轴方向的长度；

根据公式(1)-(3)可知，当辊边镜组加工完毕，α、D₁、D₂、A与B就固定了，当α为45度时，C₂＝C₁，通过直接加工隔圈的内圆，改变隔圈环厚度C1的尺寸及公差来控制接触纬线圆的走向，从而达到L的尺寸精度。

附图说明

图1是现有技术的光学镜头安装装置的整体结构示意图。

图2是图1的光学镜头安装装置的拆分结构示意图。

图3是图2的第一辊边镜组的拆分结构示意图，包括第一辊边镜座2、第一光学元件3。

图4是图1的部分I的局部放大图。

图5是根据本发明的自适应定心的光学镜头安装装置的整体结构示意图，带有标识符号。

图6是图5的辊边镜座、光学元件装配在一起的示意图。

图7是根据本发明的自适应定心的光学镜头安装装置的整体结构示意图。

图8是图7的部分I的局部放大图，带有标识符号。

具体实施方式

如图5-8所示，这种自适应定心的光学镜头安装装置，光学镜头包括：镜筒1、第一辊边镜座2、第一光学元件3、隔圈4、第二辊边镜座5、第二光学元件6、压圈7；

第一光学元件3装配在第一辊边镜座2上，第二光学元件6装配在第二辊边镜座5上，第一辊边镜座2、隔圈4、第二辊边镜座5依次装入镜筒1中，通过压圈7的螺纹紧固在镜筒内；

第一辊边镜座2的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与镜筒1为线接触；第二辊边镜座5的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与隔圈4为线接触。

由于本发明的第一辊边镜座的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与镜筒为线接触；第二辊边镜座的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与隔圈为线接触，所以第一辊边镜座与镜筒、第二辊边镜座与隔圈接触时在线接触处会产生一个回顶力，这个回顶力分解出一个向心力，可以消减在冲击试验中产生的惯性力，起到回心定位的作用，所以能够在冲击试验中保证光学镜头的回心定位，避免对心精度下降过多，从而减少对光学镜头成像质量的影响；由于本发明的圆筒的纵剖面为等腰梯形，即圆筒的纵剖面图形的上下两边为斜线，所以相对于其它形式的表面加工制造更加容易。

另外，如图6所示，所述等腰梯形的斜边的倾斜角α为5°～85°的任一角度均可，只要保证斜面与镜筒、斜面与隔圈之间是线接触就可以。

更进一步地，所述等腰梯形的斜边的倾斜角α为45°。这样在计算光学元件间隔时更加容易，设计加工更加简单。在以下会更加详细地描述这样设计的优点。

或者，所述等腰梯形的斜边的倾斜角α为60°。这样在计算光学元件间隔时计算更加简单，在以下会更加详细地描述。

或者，所述等腰梯形的斜边的倾斜角α为30°。这样在计算光学元件间隔时计算更加简单，在以下会更加详细地描述。

另外，所述圆筒与所述镜筒为线接触的线是一个纬线圆，所述圆筒与所述隔圈为线接触的线是一个纬线圆，所述纬线圆垂直于所述光学镜头的光轴。这样全部分解出来的向心力都指向所述纬线圆的圆心，并且全部分解出来的向心力在所述纬线圆所在的平面内，因此互相之间能够更好地抵消。

另外，光学元件的外边缘固定在辊边镜座的中部，辊边镜座的右方设置铝环，铝环弯折后贴合在光学元件的右侧边缘。由于铝的硬度比较低，能够更容易地折弯，操作更容易，从而更好地贴合光学元件，从而使光学元件更牢靠地固定在辊边镜座中。当然，也可以采用钛合金、钢等硬度高的材料代替铝，但是制作成折合环状时需要把环的厚度加工得更薄，这样会给加工带来很大的难度。

更进一步地，辊边镜座的中部与右方之间设有过渡的台阶，第一级台阶、第二级台阶、第三级台阶均为圆环状，从第一级到第三级圆环的外径逐渐缩小，第一级台阶的外边缘设置螺纹，用于辊边镜座的对心，第二级台阶用于增强光学元件的安装强度，第三级台阶是铝环平直部分。

还提供了一种自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，

L＝A-{B-[E-(D₂-C₂)] } (1)

C₂＝C₁*tg(90°-α) (2)

D₂＝D₁* tg(90°-α) (3)

其中，L为第一和第二光学元件间隔，A为第二辊边镜座的左机械端面与第二光学元件左顶点之间的距离，B为第一辊边镜座的右机械端面与第一光学元件右顶点之间的距离，E为隔圈的长度，C₁为隔圈环厚度，C₂为隔圈右端面到斜边上顶点的距离，D₁为斜边在垂直于光轴方向的长度，D₂为斜边在平行于光轴方向的长度；

根据公式(1)-(3)可知，当辊边镜组加工完毕，α、D₁、D₂、A与B

就固定了，通过修研隔圈长短的方法来调整E，从而达到L的尺寸精度值。目前，隔圈长短一般通过用车床加工和研磨这两种方式来调整。但是，这两种方式都存在一定的缺陷：用车床来加工，但是有一个端面要卡在车床的卡盘内或贴在基准面上，所以无法通过直接测量法来随时获得加工数据，会给检测和二次加工带来很大的麻烦。而采用研磨的方法，研磨时间长，检测时还需洗净等工艺，工艺较为繁琐。

为此，申请人又提供了一种自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，

L＝A-{B-[E-(D₂-C₂)] } (1)

C₂＝C₁*tg(90°-α) (2)

D₂＝D₁* tg(90°-α) (3)

其中，L为第一和第二光学元件间隔，A为第二辊边镜座的左机械端面与第二光学元件左顶点之间的距离，B为第一辊边镜座的右机械端面与第一光学元件右顶点之间的距离，E为隔圈的长度，C₁为隔圈环厚度，C₂为隔圈右端面到斜边上顶点的距离，D₁为斜边在垂直于光轴方向的长度，D₂为斜边在平行于光轴方向的长度(如图5、6、8所示)；

根据公式(1)-(3)可知，当辊边镜组加工完毕，α、D₁、D₂、A与B就固定了，当α为45度时，C₂＝C₁，通过直接加工隔圈的内圆，改变隔圈环厚度C₁的尺寸及公差来控制接触纬线圆的走向，从而达到L的尺寸精度。

当α为30度时，C₂≈1.73205C₁，通过直接加工隔圈的内圆，改变隔圈环厚度C₁的尺寸及公差来控制接触纬线圆的走向，从而达到L的尺寸精度，但是很明显，α为30度时不如α为45度时计算容易，而且由于是约等于，所以自带误差，精度不如α为45度时高。

当α为60度时，C₂≈0.57735C₁，通过直接加工隔圈的内圆，改变隔圈环厚度C₁的尺寸及公差来控制接触纬线圆的走向，从而达到L的尺寸精度，但是很明显，α为60度时不如α为45度时计算容易，而且由于是约等于，所以自带误差，精度不如α为45度时高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，自适应定心的光学镜头安装装置中，光学镜头包括：镜筒(1)、第一辊边镜座(2)、第一光学元件(3)、隔圈(4)、第二辊边镜座(5)、第二光学元件(6)、压圈(7)；

第一光学元件(3)装配在第一辊边镜座(2)上，第二光学元件(6)装配在第二辊边镜座(5)上，第一辊边镜座(2)、隔圈(4)、第二辊边镜座(5)依次装入镜筒(1)中，通过压圈(7)的螺纹紧固在镜筒内；

第一辊边镜座(2)的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与镜筒(1)为线接触；第二辊边镜座(5)的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与隔圈(4)为线接触；

其特征在于：该方法为：

L＝A-{B-[E-(D₂-C₂)] } (1)

C₂＝C₁*tg(90°-α) (2)

D₂＝D₁* tg(90°-α) (3)

其中，L为第一和第二光学元件间隔，A为第二辊边镜座的左机械端面与第二光学元件左顶点之间的距离，B为第一辊边镜座的右机械端面与第一光学元件右顶点之间的距离，E为隔圈的长度，C₁为隔圈环厚度，C₂为隔圈右端面到斜边上顶点的距离，D₁为斜边在垂直于光轴方向的长度，D₂为斜边在平行于光轴方向的长度；

根据公式(1)-(3)可知，当辊边镜组加工完毕，α、D₁、D₂、A与B就固定了，通过修研隔圈长短的方法来调整E，从而达到L的尺寸精度值。

2.根据权利要求1所述的自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，其特征在于：所述等腰梯形的斜边的倾斜角α为5°～85°。

3.根据权利要求2所述的自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，其特征在于：所述等腰梯形的斜边的倾斜角α为45°。

4.根据权利要求2所述的自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，其特征在于：所述等腰梯形的斜边的倾斜角α为30°或60°。

5.根据权利要求1所述的自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，其特征在于：所述圆筒与所述镜筒为线接触的线是一个纬线圆，所述圆筒与所述隔圈为线接触的线是一个纬线圆，所述纬线圆垂直于所述光学镜头的光轴。

6.根据权利要求1所述的自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，其特征在于：光学元件的外边缘固定在辊边镜座的中部，辊边镜座的右方设置铝环，铝环弯折后贴合在光学元件的右侧边缘。

7.根据权利要求6所述的自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，其特征在于：辊边镜座的中部与右方之间设有过渡的台阶，第一级台阶、第二级台阶、第三级台阶均为圆环状，从第一级到第三级圆环的外径逐渐缩小，第一级台阶的外边缘设置螺纹，用于辊边镜座的对心，第二级台阶用于增强光学元件的安装强度，第三级台阶是铝环的平直部分。

8.自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，自适应定心的光学镜头安装装置中，光学镜头包括：镜筒(1)、第一辊边镜座(2)、第一光学元件(3)、隔圈(4)、第二辊边镜座(5)、第二光学元件(6)、压圈(7)；

第一光学元件(3)装配在第一辊边镜座(2)上，第二光学元件(6)装配在第二辊边镜座(5)上，第一辊边镜座(2)、隔圈(4)、第二辊边镜座(5)依次装入镜筒(1)中，通过压圈(7)的螺纹紧固在镜筒内；

第一辊边镜座(2)的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与镜筒(1)为线接触；第二辊边镜座(5)的左方为圆筒，圆筒的纵剖面为等腰梯形，圆筒与隔圈(4)为线接触；

所述圆筒与所述镜筒为线接触的线是一个纬线圆，所述圆筒与所述隔圈为线接触的线是一个纬线圆，所述纬线圆垂直于所述光学镜头的光轴；

其特征在于：该方法为：

L＝A-{B-[E-(D₂-C₂)] } (1)

C₂＝C₁*tg(90°-α) (2)

D₂＝D₁* tg(90°-α) (3)

其中，L为第一和第二光学元件间隔，A为第二辊边镜座的左机械端面与第二光学元件左顶点之间的距离，B为第一辊边镜座的右机械端面与第一光学元件右顶点之间的距离，E为隔圈的长度，C₁为隔圈环厚度，C₂为隔圈右端面到斜边上顶点的距离，D₁为斜边在垂直于光轴方向的长度，D₂为斜边在平行于光轴方向的长度；

根据公式(1)-(3)可知，当辊边镜组加工完毕，α、D₁、D₂、A与B就固定了，当α为45度时，C₂＝C₁，通过直接加工隔圈的内圆，改变隔圈环厚度C₁的尺寸及公差来控制接触纬线圆的走向，从而达到L的尺寸精度。

9.根据权利要求8所述的自适应定心的光学镜头安装装置的光学元件间隔控制方法，其特征在于：

在钻石车床上加工隔圈的内圆。