CN111796381B - 一种光学系统切换机构 - Google Patents

Abstract

本发明为一种光学系统切换机构，涉及光学精密机械领域。技术特征包括：基板；槽轮，所述槽轮设置于所述基板上，通过所述槽轮固定支撑光学元件并使所述光学元件随所述槽轮转动到切换位置；主动拨盘，所述主动拨盘设置于所述基板上并用以驱动所述槽轮做间歇回转运动；以及第一锁止机构，通过所述第一锁止机构在所述槽轮带动所述光学元件转动到切换位置时对所述槽轮进行锁定。本装置能够实现多个位置的稳定切换，具有自锁功能，电机掉电情况下，能够抵抗外界振动的影响，具有重量轻、稳定精度高、掉电自锁和切换位置多的优点。

Description

一种光学系统切换机构

技术领域

本发明涉及光学精密机械技术领域，特别涉及一种光学系统切换机构。

背景技术

切换机构是光学系统中一种常用的机械结构，在光学系统中有多种用途，该机构能够实现各种光学元件的切换功能，例如：(1)切换挡片，实现红外光学系统中探测器非均匀性校正的功能；(2)切换反射镜，实现光路的折转，或者多个光路公用一个探测器的功能；(3)切换滤光片，实现对多个光学谱段进行选择成像的功能；(4)切换透镜(组)，实现多个光学视场切换的功能。由此可见，切换机构是光学系统中一个非常重要的机构，由于应用在光学系统中，切换机构应该具有简单可靠、定位准确和抗振自锁等功能，其精度和稳定性对光学系统成像像质具有重要的影响。

目前光学系统中的切换机构广泛采用以下方案：

方案1，将光学元件直接与直流电机(或者舵机)的电机轴相连接，通过电机的转动直接带动光学元件做旋转运动，实现切换功能；

方案2，将光学元件与平面四连杆机构的摇杆相连接，使用电机驱动曲柄转动，从而带动摇杆往复摆动，实现光学元件切换功能；

方案3，将光学元件固定于直线导轨的滑块上，并且与一个丝杠螺母机构的螺母相连接，用电机驱动丝杠转动，从而带动光学元件做直线往复运动，实现光学元件的切换功能。

上述切换机构存在的缺陷是：

1、体积大，重量沉。方案2的平面四连杆机构和方案3的滑块、导轨、四缸、螺母，占用较大空间，同时也具有较大的重量。

2、定位精度差。上述切换机构，运动到设定位置后，一般采用机械靠面进行位置定位，在振动等外界干扰的情况下，光学元件会发生位置移动，定位精度较差。

3、无法自锁。上述切换机构，电机掉电后，就失去了驱动力矩，无法稳定在切换位置。方案2即使将切换位置设置在平面四连杆的死点位置，但是在外界振动的条件下，死点位置很容易改变，切换机构无法自锁。

4、只有两个切换位置。上述切换机构只能实现两个位置的切换运动，随着光学系统的复杂化，有些光学系统的切换机构要实现多个位置的稳定切换，上述方案难以实现此功能。

基于上述的描述并为了对上述存在的问题进行改进，本发明提供了一种光学系统切换机构。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种光学系统切换机构。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种光学系统切换机构，包括：

基板；

槽轮，所述槽轮设置于所述基板上，通过所述槽轮固定支撑光学元件并使所述光学元件随所述槽轮转动到切换位置；

主动拨盘，所述主动拨盘设置于所述基板上并用以驱动所述槽轮做间歇回转运动；

以及第一锁止机构，通过所述第一锁止机构在所述槽轮带动所述光学元件转动到切换位置时对所述槽轮进行锁定。

优选的，还包括第二锁止机构，所述第二锁止机构包括：

条形孔，所述条形孔形成于所述槽轮上；

导向柱，所述导向柱沿所述条形孔轴线延伸方向设置在所述条形孔内侧；

圆柱弹簧，所述圆柱弹簧同轴套装在所述导向柱上；

定位销，所述定位销滑动于所述导向柱上并压缩所述圆柱弹簧，所述定位销两侧与所述条形孔之间紧密配合；

弧形沟槽，所述弧形沟槽为结构相同的两组并对称的开设在所述基板上，两组所述弧形沟槽相互靠近的一端相互交叉并相互连通；

以及销钉，所述销钉设置于所述定位销上并滑动于所述弧形沟槽内。

优选的，所述槽轮与所述基板之间设有转轴，所述槽轮通过所述转轴转动设置于所述基板上。

优选的，所述基板上设有驱动电机，通过所述驱动电机驱动所述主动拨盘转动；

所述槽轮上开设有径向槽，所述径向槽的数量为多个并均匀分布的径向开设于所述槽轮上；

所述主动拨盘上设有圆柱销，当所述主动拨盘转动并带动所述圆柱销进入所述径向槽内、使所述圆柱销在所述径向槽内滑动时将带动所述槽轮转动；

当所述圆柱销在所述径向槽内往复滑动时将带动所述槽轮做间歇回转运动。

优选的，所述第一锁止机构包括：

锁止转盘，所述锁止转盘设置于所述主动拨盘上并与所述主动拨盘一同同轴转动；

内凹缺口，所述内凹缺口形成于所述锁止转盘上以使所述圆柱销在所述径向槽内往复滑动并带动所述槽轮做间歇回转运动时使所述槽轮上的径向槽所在端于所述内凹缺口处通过；

外凸锁止弧，所述外凸锁止弧形成于所述锁止转盘上并与所述内凹缺口相邻；

以及内凹锁止弧，所述内凹锁止弧形成于所述槽轮上并与所述外凸锁止弧相对应，所述内凹锁止弧的数量为多个并使多个所述径向槽中的每个所述径向槽的两侧均有一个所述内凹锁止弧。

本发明具有以下的有益效果：

本发明的一种光学系统切换机构具有以下优点：

(1)具有多个切换位置。可以根据光学系统光路结构，设计多个不同切换位置，只需要更改槽轮上径向槽的数量，就可以实现光学元件多个位置的切换运动，同时，基板上的弧形沟槽要根据切换点位置进行同步更改。

(2)在切换位置定位精度高。在第一锁止机构与第二锁止机构的双重锁定作用下，本装置的切换机构具有较高的定位精度。

(3)具有掉电锁止功能。即使驱动电机掉电，第一锁止机构与第二锁止机构也能将光学元件锁止在切换位置，有效抵抗外界振动。

综上所述，本装置能够实现多个位置的稳定切换，具有自锁功能，电机掉电情况下，能够抵抗外界振动的影响，具有重量轻、稳定精度高、掉电自锁和切换位置多的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的一种光学系统切换机构的结构示意图；

图2为本发明的一种光学系统切换机构的正视图(初始位置0°)；

图3为本发明的一种光学系统切换机构的背部视图；

图4为本发明的一种光学系统切换机构的剖视图；

图5为本发明的一种光学系统切换机构的切换位置(+90°)的示意图；

图6为本发明的一种光学系统切换机构的切换位置(-90°)的示意图。

图中的附图标记表示为：

1、基板；2、槽轮；3、光学元件；4、主动拨盘；5、条形孔；6、导向柱；7、圆柱弹簧；8、定位销；9、弧形沟槽；10、销钉；11、转轴；12、驱动电机；13、径向槽；14、圆柱销；15、锁止转盘；16、内凹缺口；17、外凸锁止弧；18、内凹锁止弧。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种光学系统切换机构，包括：

基板1；

槽轮2，槽轮2设置于基板1上，通过槽轮2固定支撑光学元件3并使光学元件3随槽轮2转动到切换位置；

主动拨盘4，主动拨盘4设置于基板1上并用以驱动槽轮2做间歇回转运动；

以及第一锁止机构，通过第一锁止机构在槽轮2带动光学元件3转动到切换位置时对槽轮2进行锁定。

还包括第二锁止机构，第二锁止机构包括：

条形孔5，条形孔5形成于槽轮2上；

导向柱6，导向柱6沿条形孔5轴线延伸方向设置在条形孔5内侧；

圆柱弹簧7，圆柱弹簧7同轴套装在导向柱6上；

定位销8，定位销8滑动于导向柱6上并压缩圆柱弹簧7，定位销8两侧与条形孔5之间紧密配合；

弧形沟槽9，弧形沟槽9为结构相同的两组并对称的开设在基板1上，两组弧形沟槽9相互靠近的一端相互交叉并相互连通；

以及销钉10，销钉10设置于定位销8上并滑动于弧形沟槽9内。

槽轮2与基板1之间设有转轴11，槽轮2通过转轴11转动设置于基板1上。

基板1上设有驱动电机12，通过驱动电机12驱动主动拨盘4转动；

槽轮2上开设有径向槽13，径向槽13的数量为多个并均匀分布的径向开设于槽轮2上；

主动拨盘4上设有圆柱销14，当主动拨盘4转动并带动圆柱销14进入径向槽13内、使圆柱销14在径向槽13内滑动时将带动槽轮2转动；

当圆柱销14在径向槽13内往复滑动时将带动槽轮2做间歇回转运动。

第一锁止机构包括：

锁止转盘15，锁止转盘15设置于主动拨盘4上并与主动拨盘4一同同轴转动；

内凹缺口16，内凹缺口16形成于锁止转盘15上以使圆柱销14在径向槽13内往复滑动并带动槽轮2做间歇回转运动时使槽轮2上的径向槽13所在端于内凹缺口16处通过；

外凸锁止弧17，外凸锁止弧17形成于锁止转盘15上并与内凹缺口16相邻；

以及内凹锁止弧18，内凹锁止弧18形成于槽轮2上并与外凸锁止弧17相对应，内凹锁止弧18的数量为多个并使多个径向槽13中的每个径向槽13的两侧均有一个内凹锁止弧18。

工作原理：

首先本装置中的驱动电机12通过螺钉安装于基板1上，主动拨盘4通过紧定螺钉或者胶粘的方式与驱动电机12的电机轴相连接，以使驱动电机12能够带动主动拨盘4转动，其中槽轮2通过转轴11转动固定于基板1上，槽轮2能够绕转轴11转动。通过槽轮2固定支撑光学元件3并使光学元件3随槽轮2转动到切换位置。其中光学元件3可通过螺钉固定等方式固定在槽轮2上。其中“切换位置”即指光学元件3将要切换到的对应点的位置。例如图2中就是光学元件3切换到初始切换位置0°时的示意图；图5为光学元件3切换到第二个切换位置(+90°)的示意图，此时切换机构槽轮2上径向槽13的数量为4，切换角度为90°，槽轮2运动到第二个切换位置时，光学元件3转动+90°；图6为光学元件3切换到第三个切换位置(-90°)的示意图，槽轮2运动到第三个切换位置时，光学元件3转动-90°。其中导向柱6可直接固定于槽轮2上的条形孔5内，或者通过在导向柱6上加工螺纹，通过螺纹安装于槽轮2上的条形孔5内，圆柱弹簧7与定位销8依次套装在条形孔5内侧的导向柱6上，圆柱弹簧7始终处于压缩状态，定位销8能够沿导向柱6滑动，定位销8两侧与槽轮2紧密配合，限制了定位销8的旋转运动，定位销8上的销钉10与基板1上加工的弧形沟槽9紧密配合，槽轮2带动光学元件3一起转动时，定位销8上的销钉10能够沿着基板1上的弧形沟槽9滑动。

具体的实施过程中，驱动电机12带动主动拨盘4转动，主动拨盘4上的圆柱销14进入槽轮2的径向槽13中，带动槽轮2转动，当圆柱销14离开径向槽13时，并且光学元件3随着槽轮2转动到一个切换位置时，将利用第一锁止机构中锁止转盘15上的外凸锁止弧17卡住槽轮2的内凹锁止弧18，使槽轮2无法转动，继而使第一锁止机构锁定了切换位置；而在主动拨盘4上的圆柱销14进入槽轮2的径向槽13内滑动时将会带动槽轮2转动，此时径向槽13所在的端部将对准第一锁止机构中锁止转盘15上的内凹缺口16，并由使径向槽13所在的端部将自内凹缺口16处通过，并在通过后并且圆柱销14离开径向槽13时、外凸锁止弧17卡住内凹锁止弧18以使槽轮2无法转动。

其中在槽轮2转动的过程中，将带动第二锁止机构中定位销8上的销钉10沿着基板1上的弧形沟槽9滑动，并带动定位销8沿导向柱6将圆柱弹簧7进一步压缩，在两个切换位置的中间，圆柱弹簧7处于最大压缩状态，之后随着槽轮2的继续转动，圆柱弹簧7压缩回弹力逐渐释放，最后随着槽轮2带动光学元件3转动到切换位置，定位销8上的销钉10也同步滑动到基板1上弧形沟槽9的切换位置锁止点，圆柱弹簧7在此位置依然具有压缩弹力，并将定位销8上的销钉10锁止在基板1上弧形沟槽9的切换位置锁止点。其中基板1上的弧形沟槽9具有与切换位置相对应的切换位置锁止点，弧形沟槽9圆弧的设计使得圆柱弹簧7在切换位置锁止点的压缩量小于其他位置，因此，圆柱弹簧7将定位销8锁止、同时使销钉10锁止在基板1上弧形沟槽9的切换位置锁止点。因此，即使驱动电机12掉电，通过第二锁止机构也能有效抵抗因外界振动致使的主动拨盘4和锁止转盘15自转，使光学元件3能够稳定的锁止在切换位置。因此通过第一锁止机构和第二锁止机构的双重锁止作用下，即使驱动电机12掉电不输出力矩，槽轮2也被锁止在切换位置，即光学元件3被稳定锁止在切换位置。同时在第一锁止机构与第二锁止机构的双重锁定作用下，本装置的切换机构具有较高的定位精度。

综上所述，本装置能够实现多个位置的稳定切换，具有自锁功能，电机掉电情况下，能够抵抗外界振动的影响，具有重量轻、稳定精度高、掉电自锁和切换位置多的优点。

实施例2：切换光学元3的更换。本发明示例的光学元件为红外系统非均匀校正切换挡片，光学元件3可以根据使用要求进行更换，例如反射镜、滤光片和透镜(组)等。

实施例3：切换角度与切换位置数量的变更。本发明示例的切换位置为0°、+90°和-90°三个切换位置，其变更方案，可以根据光学系统机构，对槽轮2上径向槽13的数量进行变更，从而更改切换机构的切换角度与切换位置数量，例如3槽120°切换或者6槽60°切换。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种光学系统切换机构，其特征在于，包括：

基板(1)；

槽轮(2)，所述槽轮(2)设置于所述基板(1)上，通过所述槽轮(2)固定支撑光学元件(3)并使所述光学元件(3)随所述槽轮(2)转动到切换位置；

主动拨盘(4)，所述主动拨盘(4)设置于所述基板(1)上并用以驱动所述槽轮(2)做间歇回转运动；

以及第一锁止机构，通过所述第一锁止机构在所述槽轮(2)带动所述光学元件(3)转动到切换位置时对所述槽轮(2)进行锁定；

还包括第二锁止机构，所述第二锁止机构包括：

条形孔(5)，所述条形孔(5)形成于所述槽轮(2)上；

导向柱(6)，所述导向柱(6)沿所述条形孔(5)轴线延伸方向设置在所述条形孔(5)内侧；

圆柱弹簧(7)，所述圆柱弹簧(7)同轴套装在所述导向柱(6)上；

定位销(8)，所述定位销(8)滑动于所述导向柱(6)上并压缩所述圆柱弹簧(7)，所述定位销(8)两侧与所述条形孔(5)之间紧密配合；

弧形沟槽(9)，所述弧形沟槽(9)为结构相同的两组并对称的开设在所述基板(1)上，两组所述弧形沟槽(9)相互靠近的一端相互交叉并相互连通；

以及销钉(10)，所述销钉(10)设置于所述定位销(8)上并滑动于所述弧形沟槽(9)内；

所述基板(1)上设有驱动电机(12)，通过所述驱动电机(12)驱动所述主动拨盘(4)转动；

所述槽轮(2)上开设有径向槽(13)，所述径向槽(13)的数量为多个并均匀分布的径向开设于所述槽轮(2)上；

所述主动拨盘(4)上设有圆柱销(14)，当所述主动拨盘(4)转动并带动所述圆柱销(14)进入所述径向槽(13)内、使所述圆柱销(14)在所述径向槽(13)内滑动时将带动所述槽轮(2)转动；

当所述圆柱销(14)在所述径向槽(13)内往复滑动时将带动所述槽轮(2)做间歇回转运动；

所述第一锁止机构包括：

锁止转盘(15)，所述锁止转盘(15)设置于所述主动拨盘(4)上并与所述主动拨盘(4)一同同轴转动；

内凹缺口(16)，所述内凹缺口(16)形成于所述锁止转盘(15)上以使所述圆柱销(14)在所述径向槽(13)内往复滑动并带动所述槽轮(2)做间歇回转运动时使所述槽轮(2)上的径向槽(13)所在端于所述内凹缺口(16)处通过；

外凸锁止弧(17)，所述外凸锁止弧(17)形成于所述锁止转盘(15)上并与所述内凹缺口(16)相邻；

以及内凹锁止弧(18)，所述内凹锁止弧(18)形成于所述槽轮(2)上并与所述外凸锁止弧(17)相对应，所述内凹锁止弧(18)的数量为多个并使多个所述径向槽(13)中的每个所述径向槽(13)的两侧均有一个所述内凹锁止弧(18)。

2.根据权利要求1所述的一种光学系统切换机构，其特征在于，所述槽轮(2)与所述基板(1)之间设有转轴(11)，所述槽轮(2)通过所述转轴(11)转动设置于所述基板(1)上。

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