CN111796382A - 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：基座；镜座，通过镜座固定安装光学镜片；限位转动支撑机构，其设置在基座与镜座之间用以支撑镜座相对于基座进行转动并限定出镜座转动轨迹的两个限位位置，镜座转动轨迹的两个限位位置分别为第一切换位置和第二切换位置；以及切换位置锁定机构，其至少包括驱动镜座转动的传动机构以及在镜座位于第一切换位置或第二切换位置时对镜座施加弹性预紧力的弹性预紧式锁定机构。本装置使镜座的两个切换位置是稳定的锁定位置，同时具有弹性预紧功能，在外界环境干扰下，不会失去稳定位置，也不会产生抖动，能够有效增强切换机构抵抗外界环境扰动的能力，提高光学系统成像质量。

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

光学系统中的切换机构用来将光学镜片(组)切换进入或者移出光路，实现光学系统焦距切换等功能，现有技术中，利用传统平面四连杆切换机构的两个“死点”位置实现两个切换位置的定位锁定。如图1、图2所示，电机与驱动曲柄(11)相连接，带动驱动曲柄(11)进行往复摆动，从而通过连杆(12)带动摇杆(15)进行往复摆动，光学镜片与摇杆(15)相连接，最终实现了光学镜片两个位置的往复切换运动。将两个切换位置分别设定在平面四连杆的“死点”位置，只要驱动曲柄(11)保持在“死点”位置，该切换机构就能稳定保持在切换位置。

上述现有技术中，切换机构存在的缺陷是：平面四连杆的“死点”位置是不稳定的锁定位置，在外界环境干扰(振动或冲击)情况下，驱动曲柄(11)会产生微小角度偏转，从而失去“死点”位置，摇杆(15)与连杆(12)就会在外界的扰动下产生摆动，光学镜片与光学系统产生相对运动，最终导致成像模糊。为了对上述机构进行改进，使两个切换位置是稳定的锁定位置，同时具有弹性预紧功能，在外界环境干扰下，不会失去稳定位置，也不会产生抖动，能够有效增强切换机构抵抗外界环境扰动的能力，提高光学系统成像质量，设计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：

基座；

镜座，通过所述镜座固定安装光学镜片；

限位转动支撑机构，所述限位转动支撑机构设置在所述基座与所述镜座之间用以支撑所述镜座相对于所述基座进行转动并限定出所述镜座转动轨迹的两个限位位置，所述镜座转动轨迹的两个限位位置分别为第一切换位置和第二切换位置；

以及切换位置锁定机构，所述切换位置锁定机构至少包括驱动所述镜座转动的传动机构以及在所述镜座位于第一切换位置或第二切换位置时对所述镜座施加弹性预紧力的弹性预紧式锁定机构。

优选的，所述限位转动支撑机构包括：

装配槽，所述装配槽形成于所述基座上；

镜座转轴，所述镜座转轴穿设于所述镜座上并通过轴承转动设置于所述装配槽内；

以及第一限位面和第二限位面，所述第一限位面和所述第二限位面分别位于所述基座上装配槽两侧。

优选的，所述镜座顺时针方向转动并停靠在所述第一限位面处时无法继续转动、使所述镜座限位于所述第一切换位置进行位置锁定；

所述镜座逆时针方向转动并停靠在所述第二限位面处时无法继续转动、使所述镜座限位于所述第二切换位置进行位置锁定。

优选的，所述传动机构包括：

电机，所述电机设置于所述基座上；

电机压块，所述电机压块设置在所述基座上用以固定所述电机；

驱动曲柄，所述驱动曲柄一端固定于所述电机的输出轴上，所述驱动曲柄的长度延伸方向与所述电机输出轴的轴线延伸方向之间相互垂直；

连杆，所述连杆一端与所述驱动曲柄上远离所述电机的一端之间铰链连接；

以及限位柱，所述限位柱设置于所述基座上用以限定出所述限位柱转动轨迹的两个限位位置。

优选的，所述弹性预紧式锁定机构包括弹性细杆；

所述弹性细杆一端连接在所述镜座上、另一端连接在所述连杆上远离所述驱动曲柄的一端。

优选的，所述镜座转动到限位位置无法转动后所述驱动曲柄继续转动以到达所述驱动曲柄与所述连杆之间的死点位置，所述驱动曲柄到达所述驱动曲柄与所述连杆之间的死点位置后继续转动并通过所述限位柱限制所述驱动曲柄转动以使所述驱动曲柄到达限位位置；

所述镜座转动到限位位置无法转动后、所述驱动曲柄继续转动到限位位置的轨迹中将通过所述连杆带动所述弹性细杆产生弹性变形从而对转动到限位位置的所述镜座施加弹性预紧力。

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,通过限位转动支撑机构使镜座在两个转动方向分别利用第一限位面和第二限位面进行机械限位，使镜座的两个切换位置是稳定的锁定位置，同时在利用切换位置锁定机构中的传动机构驱动镜座转动到两个切换位置，并利用弹性预紧式锁定机构的弹性预紧功能，对镜座施加弹性预紧力抵抗外界干扰，使镜座在切换位置的位置锁定更加稳定。综上所述，本装置使镜座的两个切换位置是稳定的锁定位置，同时具有弹性预紧功能，在外界环境干扰下，不会失去稳定位置，也不会产生抖动，能够有效增强切换机构抵抗外界环境扰动的能力，提高光学系统成像质量。

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为现有技术中平面四连杆切换机构死点位置原理示意图；

图2为现有技术中平面四连杆切换机构死点位置原理示意图；

图3为本发明的一种光学系统切换机构的结构示意图；

图4为本发明的一种光学系统切换机构的镜座转动到第一切换位置的结构示意图；

图5为本发明的一种光学系统切换机构的镜座转动到第二切换位置的结构示意图；

图6为本发明的一种光学系统切换机构的镜座转动到第一切换位置的原理示意图；

图7为本发明的一种光学系统切换机构的镜座转动到第一切换位置的原理示意图；

图8为本发明的一种光学系统切换机构的镜座转动到第二切换位置的原理示意图；

图9为本发明的一种光学系统切换机构的镜座转动到第二切换位置的原理示意图。

图中的附图标记表示为：

1、基座；2、镜座；3、光学镜片；4、装配槽；5、镜座转轴；6、轴承；7、第一限位面；8、第二限位面；9、电机；10、电机压块；11、驱动曲柄；12、连杆；13、限位柱；14、弹性细杆；15、摇杆。

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3-9，一种光学系统切换机构，包括：

基座1；

镜座2，通过镜座2固定安装光学镜片3；

限位转动支撑机构，限位转动支撑机构设置在基座1与镜座2之间用以支撑镜座2相对于基座1进行转动并限定出镜座2转动轨迹的两个限位位置，镜座2转动轨迹的两个限位位置分别为第一切换位置和第二切换位置；

以及切换位置锁定机构，切换位置锁定机构至少包括驱动镜座2转动的传动机构以及在镜座2位于第一切换位置或第二切换位置时对镜座2施加弹性预紧力的弹性预紧式锁定机构。

限位转动支撑机构包括：

装配槽4，装配槽4形成于基座1上；

镜座转轴5，镜座转轴5穿设于镜座2上并通过轴承6转动设置于装配槽4内；

以及第一限位面7和第二限位面8，第一限位面7和第二限位面8分别位于基座1上装配槽4两侧。

镜座2顺时针方向转动并停靠在第一限位面7处时无法继续转动、使镜座2限位于第一切换位置进行位置锁定；

镜座2逆时针方向转动并停靠在第二限位面8处时无法继续转动、使镜座2限位于第二切换位置进行位置锁定。

传动机构包括：

电机9，电机9设置于基座1上；

电机压块10，电机压块10设置在基座1上用以固定电机9；

驱动曲柄11，驱动曲柄11一端固定于电机9的输出轴上，驱动曲柄11的长度延伸方向与电机9输出轴的轴线延伸方向之间相互垂直；

连杆12，连杆12一端与驱动曲柄11上远离电机9的一端之间铰链连接；

以及限位柱13，限位柱13设置于基座1上用以限定出限位柱13转动轨迹的两个限位位置。

弹性预紧式锁定机构包括弹性细杆14；

弹性细杆14一端连接在镜座2上、另一端连接在连杆12上远离驱动曲柄11的一端。

镜座2转动到限位位置无法转动后驱动曲柄11继续转动以到达驱动曲柄11与连杆12之间的死点位置，驱动曲柄11到达驱动曲柄11与连杆12之间的死点位置后继续转动并通过限位柱13限制驱动曲柄11转动以使驱动曲柄11到达限位位置；

镜座2转动到限位位置无法转动后、驱动曲柄11继续转动到限位位置的轨迹中将通过连杆12带动弹性细杆14产生弹性变形从而对转动到限位位置的镜座2施加弹性预紧力。

工作原理：

首先基座1是本装置中各个组件的安装基础，保证各部分组件具有准确的相对位置。通过镜座2固定安装光学镜片3。限位转动支撑机构设置在基座1与镜座2之间用以支撑镜座2相对于基座1进行转动并限定出镜座2转动轨迹的两个限位位置，镜座2转动轨迹的两个限位位置分别为第一切换位置和第二切换位置。其中镜座2通过限位转动支撑机构中的镜座转轴5支撑并安装在基座1上的装配槽4内，并利用轴承6对镜座转轴5转动支撑，使镜座2在镜座转轴5支撑下相对基座1转动，并且在镜座2顺时针方向转动并停靠在第一限位面7处时无法继续转动、使镜座2限位于第一切换位置进行位置锁定；镜座2逆时针方向转动并停靠在第二限位面8处时无法继续转动、使镜座2限位于第二切换位置进行位置锁定。从而使镜座2在两个转动方向分别利用第一限位面7和第二限位面8进行机械限位，使镜座的两个切换位置是稳定的锁定位置。

同时在利用切换位置锁定机构中的传动机构驱动镜座转动到两个切换位置，并利用弹性预紧式锁定机构的弹性预紧功能，对镜座施加弹性预紧力抵抗外界干扰，使镜座在切换位置的位置锁定更加稳定。具体的，传动机构中，电机9利用电机压块10安装在基座1上，并利用电机9带动驱动曲柄11转动，驱动曲柄11转动还能带动与其铰链连接的连杆12进行转动，连杆12与镜座2之间通过弹性预紧式锁定机构中的弹性细杆14进行连接，并在连杆12转动时通过弹性细杆14带动镜座2转动，此时驱动曲柄11、连杆12、镜座2和基座1之间形成四连杆传动结构，并且镜座2转动到限位位置(即第一切换位置或第二切换位置)无法转动后，驱动曲柄11还没有到达驱动曲柄11与连杆12之间的死点位置，但是因为连杆12与镜座2之间的弹性细杆14，驱动曲柄11继续转动，带动连杆12转动以拉动弹性细杆14产生弹性变形，使驱动曲柄11能够继续转动并到达驱动曲柄11与连杆12之间的死点位置，此时，弹性细杆14产生的弹性变形达到最大值，驱动曲柄11到达驱动曲柄11与连杆12之间的死点位置后继续转动并通过限位柱13限制驱动曲柄11转动以使驱动曲柄11到达限位位置，使弹性细杆14产生的弹性变形变小，但仍存在弹性变形，这个过程中，弹性细杆14产生弹性变形从而对转动到限位位置的镜座2施加弹性预紧力，有效抵抗外界振动，保持光学镜片3精确定位。

这其中，镜座2的限位位置设置在“死点”位置之前，而驱动曲柄5的限位位置设置在“死点”位置之后，镜座2的两个转动方向都有限位机构，是一种稳定的锁定位置。具体的，在镜座2顺时针转动到第一切换位置后，并且驱动曲柄5到达限位位置，如图7，无论是镜座2顺时针转动时有第一限位面7限位，还是镜座2逆时针转动时，也会带动连杆12与限位柱13接触使镜座2无法转动；在镜座2逆时针转动到第二切换位置后，并且驱动曲柄5到达限位位置，如图9，无论是镜座2逆时针转动时有第二限位面8限位，还是镜座2顺时针转动时，也会通过连杆12使驱动曲柄11与限位柱13接触，从而使镜座2无法转动。

其中限位柱13的位置经过精确设计，使用一个限位柱13就能实现对切换位置锁定机构在两个位置对驱动曲柄5进行机械限位。

综上所述，本装置使镜座的两个切换位置是稳定的锁定位置，同时具有弹性预紧功能，在外界环境干扰下，不会失去稳定位置，也不会产生抖动，能够有效增强切换机构抵抗外界环境扰动的能力，提高光学系统成像质量。

实施例2：

(1)弹性细杆14可以采用其他弹性元件进行替代。

(2)光学镜片可以是单个透镜，或者透镜组，甚至可以替换为其他元件，例如反射镜等。

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 (6)

1.一种光学系统切换机构，其特征在于，包括：

基座(1)；

镜座(2)，通过所述镜座(2)固定安装光学镜片(3)；

限位转动支撑机构，所述限位转动支撑机构设置在所述基座(1)与所述镜座(2)之间用以支撑所述镜座(2)相对于所述基座(1)进行转动并限定出所述镜座(2)转动轨迹的两个限位位置，所述镜座(2)转动轨迹的两个限位位置分别为第一切换位置和第二切换位置；

以及切换位置锁定机构，所述切换位置锁定机构至少包括驱动所述镜座(2)转动的传动机构以及在所述镜座(2)位于第一切换位置或第二切换位置时对所述镜座(2)施加弹性预紧力的弹性预紧式锁定机构。

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，所述限位转动支撑机构包括：

装配槽(4)，所述装配槽(4)形成于所述基座(1)上；

镜座转轴(5)，所述镜座转轴(5)穿设于所述镜座(2)上并通过轴承(6)转动设置于所述装配槽(4)内；

以及第一限位面(7)和第二限位面(8)，所述第一限位面(7)和所述第二限位面(8)分别位于所述基座(1)上装配槽(4)两侧。

3.根据权利要求2所述的一种光学系统切换机构，其特征在于，所述镜座(2)顺时针方向转动并停靠在所述第一限位面(7)处时无法继续转动、使所述镜座(2)限位于所述第一切换位置进行位置锁定；

所述镜座(2)逆时针方向转动并停靠在所述第二限位面(8)处时无法继续转动、使所述镜座(2)限位于所述第二切换位置进行位置锁定。

4.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，所述传动机构包括：

电机(9)，所述电机(9)设置于所述基座(1)上；

电机压块(10)，所述电机压块(10)设置在所述基座(1)上用以固定所述电机(9)；

驱动曲柄(11)，所述驱动曲柄(11)一端固定于所述电机(9)的输出轴上，所述驱动曲柄(11)的长度延伸方向与所述电机(9)输出轴的轴线延伸方向之间相互垂直；

连杆(12)，所述连杆(12)一端与所述驱动曲柄(11)上远离所述电机(9)的一端之间铰链连接；

以及限位柱(13)，所述限位柱(13)设置于所述基座(1)上用以限定出所述限位柱(13)转动轨迹的两个限位位置。

5.根据权利要求4所述的一种光学系统切换机构，其特征在于，所述弹性预紧式锁定机构包括弹性细杆(14)；

所述弹性细杆(14)一端连接在所述镜座(2)上、另一端连接在所述连杆(12)上远离所述驱动曲柄(11)的一端。

6.根据权利要求5所述的一种光学系统切换机构，其特征在于，所述镜座(2)转动到限位位置无法转动后所述驱动曲柄(11)继续转动以到达所述驱动曲柄(11)与所述连杆(12)之间的死点位置，所述驱动曲柄(11)到达所述驱动曲柄(11)与所述连杆(12)之间的死点位置后继续转动并通过所述限位柱(13)限制所述驱动曲柄(11)转动以使所述驱动曲柄(11)到达限位位置；

所述镜座(2)转动到限位位置无法转动后、所述驱动曲柄(11)继续转动到限位位置的轨迹中将通过所述连杆(12)带动所述弹性细杆(14)产生弹性变形从而对转动到限位位置的所述镜座(2)施加弹性预紧力。

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