CN111796390B - 一种用于光学设备的三视场切换机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光学设备的视场切换机构，特别涉及一种用于光学设备的三视场切换机构，解决了现有切换机构在可见光电视设备条件下和恶劣环境中，定位和重复定位精度不能满足使用要求的问题。该切换机构的特殊在于：包括主框架组件、设在主框架内的旋转镜筒组件和限位组件、还包括驱动组件；旋转镜筒组件包括旋转镜筒、顺时针依次安装在旋转镜筒周向侧面的切换镜组一、切换镜组四、遮光罩、切换镜组二、切换镜组三，分别固连在旋转镜筒两端且与主框架转动连接的第一内轴和第二内轴；旋转镜筒周向侧面设有通光孔；切换镜组一与切换镜组二、切换镜组四与切换镜组三、遮光罩与通光孔分别同轴；限位组件包括两套磁铁限位组件和一套柱塞限位组件。

Description

一种用于光学设备的三视场切换机构

技术领域

本发明涉及一种用于光学设备的视场切换机构，特别涉及一种用于光学设备的三视场切换机构。

背景技术

船载光电经纬仪主要用于对快速目标进行实时跟踪与测量，可见光电视测量系统是其重要组成部分。随着工作任务需求的多样化，要求可见光成像系统具有多视场切换功能，使其可以在长焦小视场探测到更远距离目标，同时可以在短焦大视场进行大范围搜索，从而实现对目标的精准跟踪捕获。

视场的切换是控制光学系统相应透镜组的移动引起焦距的变化，从而实现视场的变化。对于变倍系统中的视场切换机构而言，大致可分为三种形式：轴向平移变倍机构、径向切入切出变倍机构和旋转式切换变倍机构。轴向平移变倍机构的切换速度慢，切换过程中系统离焦，模糊画面时间较长，影响使用。径向切入切出变倍机构采用钟摆形式或者平移机构控制透镜组打入打出光学系统。其所占用的系统径向尺寸较大，不利于系统的轻小型化，且装调难度较大。而旋转式切换变倍系统通过将多个透镜组安装于一个旋转镜筒上，通过一个轴系驱动，则可以达到较快的变倍切换速度。旋转式切换变倍系统的结构设计紧凑，空间利用率高，同时现有的机械加工精度也可以满足光学系统的装配要求。但是，旋转式切换变倍机构的定位精度和重复定位精度是设计中的一个难点。定位精度决定变倍机构在进行视场切换过程中光学系统的光轴一致性；而重复定位精度则决定了变倍机构在多次切换过程中以及高低温和剧烈振动条件下系统光轴的稳定性。

视场切换机构往往用于红外光学设备中，可见光电视设备中并不多见。因为可见光波段的光学设备对像质要求更高，对光轴一致性和光轴稳定性等指标更为敏感。其对视场切换机构的定位精度和重复定位精度要求更高。视场切换运动机构的引入往往会带来更多不稳定因素。对安装于轮船上的光学设备而言，其工作环境更为恶劣，不但要承受100摄氏度左右的高低温差、冲击、振动等，还有高量级、持续性的颠振。轮船的恶劣环境对视场切换机构的可靠性、稳定性是一个考验。

申请公布号为“CN 107728284 A”、申请公布日为“2018.02.23”、发明名称为“一种用于红外光学成像系统两视场切换的变倍机构”的中国专利中，公开了一种用于红外光学成像系统两视场切换的变倍机构。该变倍机构通过电机驱动齿轮，带动变倍齿轮，实现变倍镜筒的旋转；通过弹簧拉紧，并配合两个机械限位，实现重复定位误差在0.01mm内。该变倍机构通过齿轮系传动，齿轮啮合必然存在间隙，虽然通过弹簧拉紧进行限位，但在高量级的冲击条件下，变倍镜筒仍然会出现抖动，甚至脱开，无法保证在轮船条件下工作的可靠性；同时，弹簧的属性以及两个机械限位决定此变倍机构无法实现三视场的切换，无法满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于光学设备的三视场切换机构，以解决现有视场切换机构在可见光电视设备条件下和恶劣环境中，其定位精度和重复定位精度不能满足使用要求的技术问题。本发明在提高系统稳定性和可靠性指标的同时，可保证光学成像系统的优良图像质量，并能实现三视场切换。

本发明所采用的技术方案是，一种用于光学设备的三视场切换机构，其特殊之处在于：

包括主框架组件、旋转镜筒组件、驱动组件以及限位组件；

所述主框架组件包括主框架；

所述旋转镜筒组件包括旋转镜筒、切换镜组一、切换镜组四、遮光罩、切换镜组二、切换镜组三、第一内轴以及第二内轴；

所述旋转镜筒为包含有两端端面的筒形结构；在所述筒形结构的周向侧面上按顺时针方向或逆时针方向依次开设有切换镜组一安装孔、切换镜组四安装孔、遮光罩安装孔、切换镜组二安装孔、切换镜组三安装孔以及通光孔；所述切换镜组一安装孔与切换镜组二安装孔、切换镜组四安装孔与切换镜组三安装孔、遮光罩安装孔与通光孔三组孔分别同轴，且三组孔的三条轴线共面并相交于同一点；

所述切换镜组一、切换镜组四、遮光罩、切换镜组二、切换镜组三分别对应同轴安装在切换镜组一安装孔、切换镜组四安装孔、遮光罩安装孔、切换镜组二安装孔、切换镜组三安装孔内；

所述切换镜组一和切换镜组二为小视场光学组件；所述切换镜组四和切换镜组三为大视场光学组件；所述遮光罩为中视场的通光孔，且其直径大于光束直径；

所述第一内轴一端与所述筒形结构两端端面中的一个端面固连，且第一内轴轴线垂直于所述三组孔的三条轴线所在的平面，且通过所述三条轴线的交点；

所述第二内轴一端与所述筒形结构两端端面中的另一个端面固连，且第二内轴与第一内轴同轴；

所述旋转镜筒组件设置在主框架内部，通过第一内轴另一端、第二内轴另一端与主框架转动连接；在所述主框架上旋转镜筒组件两侧的位置分别设置有进光孔和出光孔，所述进光孔和出光孔同轴，其轴线位于所述三组孔的三条轴线所在的平面，且通过所述三条轴线的交点；

所述驱动组件设置在主框架上，用于驱动第一内轴与第二内轴之中的一个转动；

所述限位组件设置在主框架内，包括两套磁铁限位组件和一套柱塞限位组件；两套磁铁限位组件通过限制旋转镜筒的转动，分别用于对小视场和大视场位置进行定位与重复定位；所述柱塞限位组件通过限制旋转镜筒的转动，用于对中视场位置进行定位与重复定位。

进一步地，为了加工制作简单，节省成本，所述主框架组件还包括上盖板和下盖板；

所述主框架为矩形框架；

所述上盖板和下盖板分别盖装在主框架的上、下表面，与主框架固连，围成一个空腔；

所述旋转镜筒为直六棱柱筒形结构，且其六个侧面中位于相对位置的两个侧面平行；所述切换镜组一安装孔、切换镜组四安装孔、遮光罩安装孔、切换镜组二安装孔、切换镜组三安装孔以及通光孔一一对应地分别设置在直六棱柱筒形结构的六个侧面上；

所述旋转镜筒组件通过第一内轴另一端、第二内轴另一端分别与矩形框架的左、右侧面转动连接；所述进光孔、出光孔分别设置在矩形框架的前、后侧面上。

上述上、下、前、后、左、右等表示方位的词仅表示相对位置关系。

进一步地，所述磁铁限位组件包括磁铁座、修切垫片、钕磁铁以及磁钢；

所述修切垫片、钕磁铁依次放入并安装在磁铁座的内孔内，且钕磁铁伸出该内孔；两个所述磁铁座安装在主框架上，且分别位于旋转镜筒的左、右两端；两个所述磁钢安装在旋转镜筒上与两个钕磁铁相适配的位置，用于分别对小视场和大视场位置进行限位；

所述柱塞限位组件包括两个柱塞座和两个柱塞；

所述两个柱塞分别安装在两个柱塞座的内孔中，且伸出该内孔；两个柱塞通过两个柱塞座安装在下盖板的上表面；

在所述旋转镜筒的周向侧面外侧上与两个柱塞相适配的位置设置有两个球状凹台；所述球状凹台的径向尺寸与柱塞端部的球头尺寸相适配；所述柱塞限位组件用于对中视场位置进行限位。这样磁铁限位组件和柱塞限位组件既能满足在可见光电视设备条件下和恶劣环境中对切换机构的定位精度和重复定位精度的定位要求，又结构相对简单，并且通过调整修切垫片的厚度，可更优地保证各视场光轴的一致性。

进一步地，所述第一内轴另一端通过背靠背安装的两个角接触球轴承与主框架转动连接；两个所述角接触球轴承之间设置有隔圈，用于调整游隙；

所述第二内轴另一端通过两个并列安装的深沟球轴承与主框架转动连接。这样，一端角接触球轴承配对使用，背靠背安装，轴承内环之间设置隔圈，调整游隙，内外环均压紧，施加预紧力。另一端向心深沟球轴承并列安装，外环固定，内环游动，可有效提高轴系的旋转运动稳定性，保证径向跳动不大于0.005mm。轴系一端固定，一端游动，可有效提高机构的环境适应性。

进一步地，所述驱动组件包括蜗轮、蜗杆、支撑轴系、蜗杆座以及驱动电机；

所述蜗轮与第一内轴同轴固连；

所述蜗杆通过支撑轴系安装在蜗杆座上；

所述蜗杆座固定于所述矩形框架的左侧面上；

所述驱动电机与蜗杆一端连接，通过蜗杆带动蜗轮、进而带动旋转镜筒组件转动。这样，通过调整蜗轮与蜗杆的中心距，保证啮合间隙，可有效消除切换机构的空回，同时蜗轮蜗杆机构具有反向自锁特性，可防止切换机构挣脱或者反转，提高机构的稳定性。

进一步地，所述驱动组件还包括小齿轮一、电位计以及小齿轮二；

所述小齿轮一固连于蜗杆另一端；

所述电位计安装在所述矩形框架的左侧面上；

所述小齿轮二固定于电位计轴上，且小齿轮二与小齿轮一啮合。这样，电位计对旋转镜筒位置信息进行反馈，与驱动电机构成闭合控制回路。控制策略要求驱动电机在旋转镜筒将要到达各视场位置时进行减速，避免旋转镜筒对磁铁限位组件产生过大冲击。同时在切换视场初始阶段对驱动电机增加电压，使其产生足以挣脱磁铁限位组件及柱塞限位组件的力。

进一步地，为了抑制杂光，所述主框架、旋转镜筒、上盖板、下盖板以及遮光罩的表面均进行喷砂黑色氧化处理，且在上盖板的下表面、下盖板的上表面以及遮光罩的内表面均设置消光纹，用于抑制杂光。

进一步地，为了满足各视场的光学指标要求，获得优良的成像效果，所述切换镜组一、切换镜组二、切换镜组三以及切换镜组四均通过定心工艺制作，各切换镜组内透镜偏心小于0.006mm，倾斜小于0.5角分；

所述切换镜组一、切换镜组二、切换镜组三以及切换镜组四的外圆均与旋转镜筒上相应安装孔内圆配车制作，其间隙不大于0.01mm，各同轴的切换镜组之间的光学同轴度不大于0.01mm；

所述切换镜组一、切换镜组二、切换镜组三以及切换镜组四与旋转镜筒的连接处均设置有调整垫片，通过修研调整垫片的厚度保证各同轴的切换镜组之间的光学间隔，该光学间隔误差与光学理论值不大于0.01mm。

进一步地，所述切换镜组二安装孔与遮光罩安装孔轴线的夹角为75°±0.05°；所述遮光罩安装孔与切换镜组四安装孔轴线的夹角为45°±0.05°。这样，既能保证结构不发生干涉、光路不遮挡，而且各视场切换速度较快。

进一步地，为了保证转动平稳，所述旋转镜筒组件还包括配重块；

所述配重块安装于旋转镜筒上，且位于切换镜组二同侧，用于保证旋转镜筒组件的质心位于回转中心上。

本发明的有益效果是：

(1)本发明利用旋转镜筒固定三个视场光学组件，通过驱动组件驱动旋转镜筒组件旋转，实现三个视场的连续快速切换；利用两套磁铁限位组件分别对小视场和大视场位置进行定位与重复定位，利用柱塞限位组件对中视场位置进行定位与重复定位；磁铁的强力吸力保证大、小视场具有很高的定位精度和重复定位精度，柱塞的大弹力保证中视场具有很高的定位精度和重复定位精度；因此，本发明解决了现有视场切换机构在可见光电视设备条件下和恶劣环境中，其定位精度和重复定位精度不能满足使用要求的技术问题。本发明的用于光学设备的三视场切换机构，可在可见光电视设备条件下和轮船等恶劣环境中可靠、稳定使用。

(2)本发明中优选地各切换镜组均通过定心工艺保证镜组内透镜的同轴度，且各切换镜组与旋转镜筒均通过配车安装，同时设置了调整垫片对光学间隙进行调整，可保证各视场的光学指标要求，获得优良的成像效果。

(3)本发明的磁铁限位组件中，优选地包括修切垫片，通过调整修切垫片的厚度，可更优地保证各视场光轴的一致性。

(4)本发明的用于光学设备的三视场切换机构，由于采用了强力钕磁铁以及高弹力的柱塞对各个视场进行限位，旋转切换机构在工作状态下很难被挣脱，同时，蜗轮蜗杆的驱动机构具有反驱自锁特点，可保证旋转切换机构在非破坏性状况下保持稳定。多种措施使得切换机构具有较高的光轴稳定性，具有较高的环境适应性和工作稳定性，可承受100摄氏度左右的高低温差，以及较高的冲击、振动等，还有高量级、持续性的颠振。

(5)本发明中优选地在光路中均进行了消杂光处理，具有较高的杂光抑制能力。

(6)本发明的用于光学设备的三视场切换机构，结构紧凑，可有效减小光机系统的径向尺寸，经过轻量化设计，在保证光机结构强度和刚度的前提下，实现了系统的小型化和轻量化。

附图说明

图1是本发明实施例的立体爆炸图；

图2是本发明实施例中旋转镜筒结构示意图；

图3是本发明实施例的剖切示意图；

图4是本发明实施例中切换镜组示意图；

图5是本发明实施例中磁铁限位组件结构及安装示意图；

图6是本发明实施例沿第一内轴剖切后的局部示意图；

图7是本发明实施例中驱动组件结构示意图。

图中各标号的说明如下：

1-主框架，2-上盖板，3-下盖板，4-底板，5-旋转镜筒，501-切换镜组一安装孔，502-切换镜组四安装孔，503-遮光罩安装孔，504-切换镜组二安装孔，505-切换镜组三安装孔，506-通光孔，507-球状凹台，6-切换镜组一，7-切换镜组二，8-切换镜组三，9-切换镜组四，10-遮光罩，11-配重块，12-磁铁限位组件，1201-钕磁铁，1202-磁铁座，1203-修切垫片，1204-磁钢，13-柱塞限位组件，1301-柱塞，1302-柱塞座，14-精密轴系一，1401-第一轴承座，1402-第一内轴，1403-第一轴承压环，1404-轴承压圈，1405-隔圈，1406-角接触球轴承，15-精密轴系二，1501-第二轴承座，1502-第二内轴，1503-第二轴承压环，1504-深沟球轴承，16-驱动组件，1601-蜗轮，1602-蜗杆，1603-蜗杆座，1604-支撑轴系，1605-驱动电机，1606-联轴器，1607-小齿轮一，1608-小齿轮二，1609-电位计，17-调整垫片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图1，本发明一种用于光学设备的三视场切换机构，包括主框架组件、旋转镜筒组件、驱动组件16以及限位组件。

上述主框架组件包括主框架1。本实施例为了加工制作简单，节省成本，优选地主框架1采用箱体结构，为矩形框架，其上下两面打通，便于旋转镜筒5的安装。本实施例中的主框架组件还包括上盖板2和下盖板3；上盖板2和下盖板3分别盖装在主框架1的上、下表面，与主框架1固连，围成一个空腔。本实施例的用于光学设备的三视场切换机构，优选地还包括底板4。上述主框架组件安装于底板4上，通过4个M5螺钉从背面拉紧。

参见图1、图2、图3和图6，上述旋转镜筒组件包括旋转镜筒5、切换镜组一6、切换镜组四9、遮光罩10、切换镜组二7、切换镜组三8、第一内轴1402以及第二内轴1502。

上述旋转镜筒5为包含有两端端面的筒形结构；在该筒形结构的周向侧面上按顺时针方向或逆时针方向依次开设有切换镜组一安装孔501、切换镜组四安装孔502、遮光罩安装孔503、切换镜组二安装孔504、切换镜组三安装孔505以及通光孔506；切换镜组一安装孔501与切换镜组二安装孔504、切换镜组四安装孔502与切换镜组三安装孔505、遮光罩安装孔503与通光孔506三组孔分别同轴，且三组孔的三条轴线共面并相交于同一点。在本实施例中，优选地上述旋转镜筒5为直六棱柱筒形结构，且其六个侧面中位于相对位置的两个侧面平行。上述切换镜组一安装孔501、切换镜组四安装孔502、遮光罩安装孔503、切换镜组二安装孔504、切换镜组三安装孔505以及通光孔506一一对应地分别设置在直六棱柱筒形结构的六个侧面上。上述三组孔的每组中的两个安装孔的同轴度不大于0.01mm，本实施例中，各安装孔均为圆孔，圆孔尺寸分别与光学组件和通光孔径相匹配。上述三组孔的轴线各呈一定角度，在保证结构不发生干涉、光路不遮挡的前提下，角度设置尽量小，这样可减小旋转镜筒5的运动时间，提高视场切换速度。本实施例优选地上述切换镜组二安装孔504与遮光罩安装孔503轴线的夹角为75°±0.05°；上述遮光罩安装孔503与切换镜组四安装孔502轴线的夹角为45°±0.05°。上述切换镜组一6、切换镜组四9、遮光罩10、切换镜组二7、切换镜组三8分别对应同轴安装在上述切换镜组一安装孔501、切换镜组四安装孔502、遮光罩安装孔503、切换镜组二安装孔504、切换镜组三安装孔505内。切换镜组一6、切换镜组二7、切换镜组三8以及切换镜组四9均通过定心工艺制作，各切换镜组内透镜偏心小于0.006mm，倾斜小于0.5角分。切换镜组一6、切换镜组二7、切换镜组三8以及切换镜组四9的外圆均与旋转镜筒5上相应安装孔内圆配车制作，其间隙不大于0.01mm，各同轴的切换镜组之间的光学同轴度不大于0.01mm。参见图4，切换镜组一6、切换镜组二7、切换镜组三8以及切换镜组四9与旋转镜筒5的连接处均设置有调整垫片17，通过修研调整垫片17的厚度保证各同轴的切换镜组之间的光学间隔，该光学间隔误差与光学理论值不大于0.01mm。本实施例调整垫片17厚度误差不大于0.005mm。上述切换镜组一6和切换镜组二7为小视场光学组件，本实施例为0.7°小视场光学组件。切换镜组四9和切换镜组三8为大视场光学组件，本实施例为5°大视场光学组件。遮光罩10为中视场的通光孔，本实施例为1.3°中视场的通光孔。本实施例遮光罩10呈喇叭状开口，且其直径大于光束直径，其内表面设置间隔0.5mm的消光纹，整体进行喷砂黑色氧化处理。本实施例的旋转镜筒组件优选地还包括配重块11。配重块11安装于旋转镜筒5上，且位于切换镜组二7同侧，用于补偿切换镜组一6和切换镜组二2的质量差异，保证旋转镜筒组件的质心位于回转中心上。配重块11选用45号钢材料制作，表面镀黑镍。上述第一内轴1402一端与上述筒形结构两端端面中的一个端面固连，且第一内轴1402轴线垂直于上述三组孔的三条轴线所在的平面，且通过上述三条轴线的交点。上述第二内轴1502一端与上述筒形结构两端端面中的另一个端面固连，且第二内轴1502与第一内轴1402同轴。

上述旋转镜筒组件设置在主框架1内部，通过第一内轴1402另一端、第二内轴1502另一端与主框架1转动连接。在主框架1上旋转镜筒组件两侧的位置分别设置有进光孔和出光孔，该进光孔和出光孔同轴，其轴线位于上述三组孔的三条轴线所在的平面，且通过上述三条轴线的交点；该进光孔和出光孔用于与光学系统其它组件相连接。在本实施例中，上述旋转镜筒组件通过第一内轴1402另一端、第二内轴1502另一端分别与矩形框架的左、右侧面转动连接；上述进光孔、出光孔分别设置在矩形框架的前、后侧面上。在本实施例中，第一内轴1402另一端通过精密轴系一14与矩形框架的左侧面转动连接。精密轴系一14包括有第一轴承座1401、第一轴承压环1403、轴承压圈1404、隔圈1405和两个角接触球轴承1406。第一轴承座1401与第一内轴1402均采用轴承钢材料制作。第一轴承座1401外圆与主框架1过渡配合，内圆与角接触球轴承1406外圆过渡配合。角接触球轴承1406选取P4级71902C轴承配对使用，背靠背的安装。轴承内环设置隔圈1405，调整游隙，内外环均压紧，施加预紧力。精密轴系一14与主框架1连接处设置有调整垫片，用于调整旋转镜筒5的径向位置。在本实施例中，第二内轴1502另一端通过精密轴系二15与矩形框架的右侧面转动连接。精密轴系二15包括有第二轴承座1501、第二轴承压环1503和两个深沟球轴承1504。第二轴承座1501与第二内轴1502均采用轴承钢材料制作。第二轴承座1501外圆与主框架1过渡配合，内圆与深沟球轴承1504外圆过渡配合。深沟球轴承1504选取P4级61902轴承并列安装，外环固定，内环游动。精密轴系一14和精密轴系二15与主框架1装配时，需先将主框架1加热膨胀，装配间隙不大于0.005mm。一端角接触球轴承配对使用，一端向心轴承并列安装，可有效提高轴系的旋转运动稳定性，保证径向跳动不大于0.005mm。轴系一端固定，一端游动，可有效提高机构环境适应性。

本实施例中，主框架1和旋转镜筒5作为主要视场切换机构主要支撑部件，均采用7系超硬铝材料冷加工制成，加工过程进行多次热处理，去除应力，提高零件稳定性；表面均进行喷砂黑色氧化处理，抑制杂光。上盖板2和下盖板3表面进行喷砂黑色氧化处理，内表面布置间隔1mm消光纹。

参见图1和图6，上述驱动组件16设置在主框架1上，用于驱动第一内轴1402与第二内轴1502之中的一个转动。本实施例中，上述驱动组件16驱动第一内轴1402转动。参见图7，本实施例中，上述驱动组件16包括蜗轮1601、蜗杆1602、支撑轴系1604、蜗杆座1603、驱动电机1605、联轴器1606、小齿轮一1607、小齿轮二1608以及电位计1609。蜗轮1601模数0.5，齿数50，采用青铜材料制作，提高耐磨性，设计有减重孔。蜗杆1602选用9Cr18不锈钢材料制作，模数0.5，头数为1，设计时预留了轴肩、中心孔、定位孔等安装位置。蜗轮1601与蜗杆1602啮合减数比为50:1，通过调整蜗轮1601与蜗杆1602的中心距，保证啮合间隙不大于0.01mm，可有效消除旋转切换机构的空回，同时蜗轮蜗杆机构具有反向自锁特性，可防止切换机构挣脱或者反转，提高机构的稳定性。上述蜗轮1601与第一内轴1402同轴固连，设置平台用于限滑，通过M4螺钉压紧。上述蜗杆1602通过支撑轴系1604安装在蜗杆座1603上；上述支撑轴系1604由两个深沟球轴承及两个轴承压圈组成。两个深沟球轴承分别位于蜗杆座1603两侧，其内圆与蜗杆1602轴台过渡配合，外圆与蜗杆座1603过渡配合。蜗杆1602旋转的径向跳动不大于0.005mm。蜗杆座1603固定于上述矩形框架的左侧面上。上述驱动电机1605通过联轴器1606与蜗杆1602一端连接，通过蜗杆1602带动蜗轮1601、进而带动旋转镜筒组件转动。上述小齿轮一1607固连于蜗杆1602另一端；上述电位计1609安装在上述矩形框架的左侧面上；上述小齿轮二1608固定于电位计1609轴上，且小齿轮二1608与小齿轮一1607啮合。电位计1609对旋转镜筒5位置信息进行反馈，与驱动电机1605构成闭合控制回路。控制策略要求驱动电机1605在旋转镜筒5将要到达各视场位置时进行减速，避免旋转镜筒5对磁铁限位组件12产生过大冲击。同时在切换视场初始阶段对驱动电机1605增加电压，使其产生足以挣脱磁铁限位组件12及柱塞限位组件13的力。

参见图1和图5，上述限位组件设置在主框架1内，用于限制旋转镜筒5的转动，进而对旋转镜筒组件三个视场位置进行定位和重复定位。参见图1，本实施例的限位组件包括两套磁铁限位组件12和一套柱塞限位组件13。参见图5，上述磁铁限位组件12包括磁铁座1202、修切垫片1203、钕磁铁1201以及磁钢1204。修切垫片1203、钕磁铁1201依次放入并安装在磁铁座1202的内孔内，且钕磁铁1201伸出该内孔；本实施例中钕磁铁1201直径10mm，厚度6mm，吸引力为20N，修切垫片1203选用铝制材料，设计厚度0.5mm。两个磁铁座1202安装在主框架1上，与主框架1采用过渡配合安装，保证相对位置固定，且两个磁铁座1202分别位于旋转镜筒5的左、右两端；两个磁钢1204安装在旋转镜筒5上与两个钕磁铁1201相适配的位置，用于分别对0.7°小视场和5°大视场位置进行限位；通过调整修切垫片1203厚度保证各视场旋转到位后的光轴重合，以及光轴一致性。本实施例中，磁钢1204选用不锈钢材料制作。磁铁限位组件12通过钕磁铁与磁钢的强力吸力保证大、小视场的定位精度和重复定位精度。参见图1、图2和图6，上述柱塞限位组件13包括两个柱塞座1302和两个柱塞1301。上述两个柱塞1301分别安装在两个柱塞座1302的内孔中，且伸出该内孔；本实施例中，柱塞1301与柱塞座1302采用螺纹连接。两个柱塞1301通过两个柱塞座1302安装在下盖板3的上表面。在上述旋转镜筒5的周向侧面外侧上与两个柱塞1301相适配的位置设置有两个球状凹台507；球状凹台507的径向尺寸与柱塞1301端部的球头尺寸相适配；本实施例中，柱塞1301端部的球头为塑脂材料。上述柱塞限位组件13用于对1.3°中视场位置进行限位。柱塞限位组件13通过柱塞弹力保证中视场的定位精度和重复定位精度。

本实施例的用于光学设备的三视场切换机构，可在轮船等恶劣工作环境下可靠、稳定使用，可实现5°、1.3°、0.7°三个视场快速切换，适用于可见光波段的长焦距光学测量系统。

Claims (8)

1.一种用于光学设备的三视场切换机构，其特征在于：

包括主框架组件、旋转镜筒组件、驱动组件(16)以及限位组件；

所述主框架组件包括主框架(1)；

所述旋转镜筒组件包括旋转镜筒(5)、切换镜组一(6)、切换镜组四(9)、遮光罩(10)、切换镜组二(7)、切换镜组三(8)、第一内轴(1402)以及第二内轴(1502)；

所述旋转镜筒(5)为包含有两端端面的筒形结构；在所述筒形结构的周向侧面上按顺时针方向或逆时针方向依次开设有切换镜组一安装孔(501)、切换镜组四安装孔(502)、遮光罩安装孔(503)、切换镜组二安装孔(504)、切换镜组三安装孔(505)以及通光孔(506)；所述切换镜组一安装孔(501)与切换镜组二安装孔(504)、切换镜组四安装孔(502)与切换镜组三安装孔(505)、遮光罩安装孔(503)与通光孔(506)三组孔分别同轴，且三组孔的三条轴线共面并相交于同一点；

所述切换镜组一(6)、切换镜组四(9)、遮光罩(10)、切换镜组二(7)、切换镜组三(8)分别对应同轴安装在切换镜组一安装孔(501)、切换镜组四安装孔(502)、遮光罩安装孔(503)、切换镜组二安装孔(504)、切换镜组三安装孔(505)内；

所述切换镜组一(6)和切换镜组二(7)为小视场光学组件；所述切换镜组四(9)和切换镜组三(8)为大视场光学组件；所述遮光罩(10)为中视场的通光孔，且其直径大于光束直径；

所述第一内轴(1402)一端与所述筒形结构两端端面中的一个端面固连，且第一内轴(1402)轴线垂直于所述三组孔的三条轴线所在的平面，且通过所述三条轴线的交点；

所述第二内轴(1502)一端与所述筒形结构两端端面中的另一个端面固连，且第二内轴(1502)与第一内轴(1402)同轴；

所述旋转镜筒组件设置在主框架(1)内部，通过第一内轴(1402)另一端、第二内轴(1502)另一端与主框架(1)转动连接；在所述主框架(1)上旋转镜筒组件两侧的位置分别设置有进光孔和出光孔，所述进光孔和出光孔同轴，其轴线位于所述三组孔的三条轴线所在的平面，且通过所述三条轴线的交点；

所述驱动组件(16)设置在主框架(1)上，用于驱动第一内轴(1402)与第二内轴(1502)之中的一个转动；

所述限位组件设置在主框架(1)内，包括两套磁铁限位组件(12)和一套柱塞限位组件(13)；两套磁铁限位组件(12)通过限制旋转镜筒(5)的转动，分别用于对小视场和大视场位置进行定位与重复定位；所述柱塞限位组件(13)通过限制旋转镜筒(5)的转动，用于对中视场位置进行定位与重复定位；

所述主框架组件还包括上盖板(2)和下盖板(3)；

所述主框架(1)为矩形框架；

所述上盖板(2)和下盖板(3)分别盖装在主框架(1)的上、下表面，与主框架(1)固连，围成一个空腔；

所述旋转镜筒(5)为直六棱柱筒形结构，且其六个侧面中位于相对位置的两个侧面平行；所述切换镜组一安装孔(501)、切换镜组四安装孔(502)、遮光罩安装孔(503)、切换镜组二安装孔(504)、切换镜组三安装孔(505)以及通光孔(506)一一对应地分别设置在直六棱柱筒形结构的六个侧面上；

所述旋转镜筒组件通过第一内轴(1402)另一端、第二内轴(1502)另一端分别与矩形框架的左、右侧面转动连接；所述进光孔、出光孔分别设置在矩形框架的前、后侧面上；

所述磁铁限位组件(12)包括磁铁座(1202)、修切垫片(1203)、钕磁铁(1201)以及磁钢(1204)；

所述修切垫片(1203)、钕磁铁(1201)依次放入并安装在磁铁座(1202)的内孔内，且钕磁铁(1201)伸出该内孔；两个所述磁铁座(1202)安装在主框架(1)上，且分别位于旋转镜筒(5)的左、右两端；两个所述磁钢(1204)安装在旋转镜筒(5)上与两个钕磁铁(1201)相适配的位置，用于分别对小视场和大视场位置进行限位；

所述柱塞限位组件(13)包括两个柱塞座(1302)和两个柱塞(1301)；

所述两个柱塞(1301)分别安装在两个柱塞座(1302)的内孔中，且伸出该内孔；两个柱塞(1301)通过两个柱塞座(1302)安装在下盖板(3)的上表面；

在所述旋转镜筒(5)的周向侧面外侧上与两个柱塞(1301)相适配的位置设置有两个球状凹台(507)；所述球状凹台(507)的径向尺寸与柱塞(1301)端部的球头尺寸相适配；所述柱塞限位组件(13)用于对中视场位置进行限位。

2.根据权利要求1所述的用于光学设备的三视场切换机构，其特征在于：

所述第一内轴(1402)另一端通过背靠背安装的两个角接触球轴承(1406)与主框架(1)转动连接；两个所述角接触球轴承(1406)之间设置有隔圈(1405)，用于调整游隙；

所述第二内轴(1502)另一端通过两个并列安装的深沟球轴承(1504)与主框架(1)转动连接。

3.根据权利要求2所述的用于光学设备的三视场切换机构，其特征在于：

所述驱动组件(16)包括蜗轮(1601)、蜗杆(1602)、支撑轴系(1604)、蜗杆座(1603)以及驱动电机(1605)；

所述蜗轮(1601)与第一内轴(1402)同轴固连；

所述蜗杆(1602)通过支撑轴系(1604)安装在蜗杆座(1603)上；

所述蜗杆座(1603)固定于所述矩形框架的左侧面上；

所述驱动电机(1605)与蜗杆(1602)一端连接，通过蜗杆(1602)带动蜗轮(1601)、进而带动旋转镜筒组件转动。

4.根据权利要求3所述的用于光学设备的三视场切换机构，其特征在于：

所述驱动组件(16)还包括小齿轮一(1607)、电位计(1609)以及小齿轮二(1608)；

所述小齿轮一(1607)固连于蜗杆(1602)另一端；

所述电位计(1609)安装在所述矩形框架的左侧面上；

所述小齿轮二(1608)固定于电位计(1609)轴上，且小齿轮二(1608)与小齿轮一(1607)啮合。

5.根据权利要求4所述的用于光学设备的三视场切换机构，其特征在于：

所述主框架(1)、旋转镜筒(5)、上盖板(2)、下盖板(3)以及遮光罩(10)的表面均进行喷砂黑色氧化处理，且在上盖板(2)的下表面、下盖板(3)的上表面以及遮光罩(10)的内表面均设置消光纹，用于抑制杂光。

6.根据权利要求1至5任一所述的用于光学设备的三视场切换机构，其特征在于：

所述切换镜组一(6)、切换镜组二(7)、切换镜组三(8)以及切换镜组四(9)均通过定心工艺制作，各切换镜组内透镜偏心小于0.006mm，倾斜小于0.5角分；

所述切换镜组一(6)、切换镜组二(7)、切换镜组三(8)以及切换镜组四(9)的外圆均与旋转镜筒(5)上相应安装孔内圆配车制作，其间隙不大于0.01mm，各同轴的切换镜组之间的光学同轴度不大于0.01mm；

所述切换镜组一(6)、切换镜组二(7)、切换镜组三(8)以及切换镜组四(9)与旋转镜筒(5)的连接处均设置有调整垫片(17)，通过修研调整垫片(17)的厚度保证各同轴的切换镜组之间的光学间隔，该光学间隔误差与光学理论值不大于0.01mm。

7.根据权利要求6所述的用于光学设备的三视场切换机构，其特征在于：所述切换镜组二安装孔(504)与遮光罩安装孔(503)轴线的夹角为75°±0.05°；所述遮光罩安装孔(503)与切换镜组四安装孔(502)轴线的夹角为45°±0.05°。

8.根据权利要求7所述的用于光学设备的三视场切换机构，其特征在于：

所述旋转镜筒组件还包括配重块(11)；

所述配重块(11)安装于旋转镜筒(5)上，且位于切换镜组二(7)同侧，用于保证旋转镜筒组件的质心位于回转中心上。

Images