CN111897079A - 一种梯形镜组阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学仪器镜组切换设备，具体涉及一种梯形镜组阵列，以解决现有光学单元和光阑切换占用较大空间且切换精度低的问题。本发明所采用的技术方案为；一种梯形镜组阵列，包括底座、支撑架、光学单元和光阑；底座为沿X轴方向移动的第一移动平台；支撑架设置在底座上，支撑架一侧设有N级台阶面，其另一侧设有光阑台面，N大于等于2，N的优选值为3；N级台阶面的相邻台阶面的水平投影面部分重叠；光阑台面和N级台阶面的每级台阶面上均设有沿Y轴方向移动的第二移动平台；光学单元包括N个分别设置在相应台阶面第二移动平台上的光学镜组，光阑设置在光阑台面第二移动平台上。

Description

一种梯形镜组阵列
技术领域
本发明涉及光学仪器镜组切换设备，具体涉及一种梯形镜组阵列，可广泛应用于光学探测以及光学测试仪器设备研制工作中。
背景技术
随着光学仪器设备多谱段和多功能快速切换的需求，模拟星点靶标阵列或者滤光轮设计技术也在不断迭代升级。
国内外常使用转动结构来实现镜组切换，比如最常见的滤光轮机构。一般使用圆盘状结构，驱动轴作为旋转中心，滤光片或者靶标镜片镶嵌在圆盘结构上，由电机驱动目标镜片到确定位置，这种结构形式简单易操作，运用较为广泛。
但当镜组数量较多时，圆盘尺寸会快速增加，结构稳定性会大幅降低，设计难度也会增加，随着尺寸的变大，目标镜组空间位置精度的需求对转轴角精度和角分辨率提出了更高的要求，机构空间包络会比较庞大，成本也会大幅提高。
发明内容
本发明目的在于提供了一种梯形镜组阵列，用以克服现有镜组切换设备的光学单元和光阑切换精度低，并且切换所需空间较大的问题。
本发明所采用的技术方案为：一种梯形镜组阵列，包括底座、支撑架、光学单元和光阑；
所述底座为沿X轴方向移动的第一移动平台；
所述支撑架设置在底座上，所述支撑架一侧设有N级台阶面，其另一侧设有光阑台面，N大于等于2，N的优选值为3；
所述N级台阶面的相邻台阶面的水平投影面部分重叠；
所述光阑台面和N级台阶面的每级台阶面上均设有沿Y轴方向移动的第二移动平台；
所述光学单元包括N个分别设置在相应台阶面第二移动平台上的光学镜组，所述光阑设置在光阑台面的第二移动平台上。
进一步地，所述光学镜组包括大光学镜片，所述大光学镜片通过镜框底座与相应的第二移动平台连接，N个所述大光学镜片的光轴位于同一水平面。
所述光学镜组还包括至少一个小光学镜片，所述小光学镜片设置在镜框上，所述小光学镜片的光轴与大光学镜片的光轴位于同一水平面。
进一步地，所述光阑包括光阑挡光板、通光孔和光阑底座，所述通光孔设在光阑挡光板中部，所述光阑底座安装在光阑挡光板下方，所述通光孔的直径大于小光学镜片的直径，所述光阑挡光板的外径大于大光学镜片的直径，所述光阑挡光板能够完全遮挡大光学镜片的镜面。
进一步地，所述大光学镜片采用光学目标靶标板、滤光片或者光学玻璃；所述小光学镜片采用光学目标靶标板、滤光片或者光学玻璃。
进一步地，所述底座和第二移动平台的移动均通过电机驱动滚珠丝杠传动；
所述底座下方设置有基座，所述基座一侧设有第一驱动电机，第一驱动电机的输出轴与第一滚珠丝杠的一端相连，所述第一滚珠丝杠的另一端安装在基座上，所述底座通过螺母连接在第一滚珠丝杠上，所述底座与设置在基座上的第一导轨相配合，所述底座可在基座上往复移动；
所述第二移动平台下方设置有安装座，所述安装座安装在光阑台面和N级台阶面的每级台阶面上，每个安装座一侧均设有第二驱动电机，第二驱动电机的输出轴与第二滚珠丝杠的一端相连，所述第二滚珠丝杠的另一端安装在安装座上，第二移动平台通过螺母连接在第二滚珠丝杠上，第二移动平台与设置在安装座上的第二导轨相配合，第二移动平台可在安装座上往复移动。
进一步地，所述支撑架上设有多个减重孔。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
一、本发明采用的一种梯形镜组阵列，设置的N级台阶面可支撑多个光学镜组运动，并且相邻台阶面的水平投影面部分重叠，结构紧凑，节省更多空间尺寸，并且满足了镜组的切换需求。
二、本发明采用的一种梯形镜组阵列，使用电机和滚珠丝杠控制光学单元和光阑的运动，可将光学单元和光阑的最小位移长度控制到0.01mm甚至微米级，提高了光学单元和光阑切换精度；同时，电机和滚珠丝杠技术成熟，降低了光学探测以及光学测试仪器设备研制的成本。
三、本发明采用的一种梯形镜组阵列，光阑台面和N级台阶面的每级台阶面的第二移动平台独立控制，当光阑或任意一级台阶面上光学单元出现损坏时，不影响其他光学元件的正常运作，减少了对整个光学探测或测试设备的影响。
四、本发明采用的一种梯形镜组阵列，光学单元中的镜框中可以安装一个大光学镜片和若干个小光学镜片，不需要独立设立小光学镜片的镜框和控制其移动的驱动电机，使得整个机构的结构更为紧凑。
五、本发明采用的一种梯形镜组阵列，设置的光阑，使得小光学镜片不受大光学镜片的干扰，同时大光学镜片和小光学镜片之间的镜框可作为两者之间的间隔，通光孔的光边缘可照射在间隔处，避免了对通光孔尺寸的精确限定，使得紧凑的结构不影响光学性能，且单一光阑能通用整个系统，降低了光学探测以及光学测试仪器设备研制的成本，减小了机构的整体尺寸。
附图说明
图1为本发明一种梯形镜组阵列的立体图。
图2为本发明一种梯形镜组阵列的主视图。
图3为本发明一种梯形镜组阵列中支撑架结构图。
图4为本发明一种梯形镜组阵列中光阑结构图。
图5为本发明一种梯形镜组阵列中光学镜组的第一种结构图。
图6为本发明一种梯形镜组阵列中光学镜组的第二种结构图。
图7为本发明一种梯形镜组阵列中光学镜组的第三种结构图。
图8为本发明中光学单元和光阑第一工况结构图。
图9为本发明中光学单元和光阑第二工况结构图。
图10为本发明中光学单元和光阑第三工况结构图。
图11为本发明中光学单元和光阑第四工况结构图。
图12为本发明中光学单元和光阑第五工况结构图。
图13为本发明中光学单元和光阑第六工况结构图。
图14为本发明中光学单元和光阑第七工况结构图。
图中：
1-底座，11-第一驱动电机；
2-支撑架，20-安装座，21-第二驱动电机，22-第二滚珠丝杠，23-第二移动平台，24-第二导轨，25-减重孔；
3-光学单元，31-大光学镜片，32-小光学镜片，33-镜框，34-镜框底座；
4-光阑，41-光阑挡光板，42-通光孔，43-光阑底座；
5-N级台阶面；
6-光阑台面。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。
如图1至图7所示，本实施例中的一种梯形镜组阵列，包括底座1、支撑架2、光学单元3和光阑4；
底座1为沿X轴方向移动的第一移动平台；
支撑架2设置在底座1上，支撑架2一侧设有N级台阶面5，其另一侧设有光阑台面6，N大于等于2；
光阑台面6和N级台阶面5的每级台阶面上均设有沿Y轴方向移动的第二移动平台23；
光学单元3包括N个分别设置在相应台阶面第二移动平台23上的光学镜组，光阑4设置在光阑台面6的第二移动平台23上。
光学镜组包括大光学镜片31，大光学镜片31通过镜框底座34与相应的第二移动平台23连接，N个大光学镜片31的光轴位于同一水平面。
光学镜组还包括至少一个小光学镜片32，小光学镜片32设置在镜框33上，小光学镜片32的光轴与大光学镜片31的光轴位于同一水平面。
N级台阶面5的相邻台阶面的水平投影面部分重叠。
光阑4包括光阑挡光板41、通光孔42和光阑底座43，通光孔42设在光阑挡光板41中部，光阑底座43安装在光阑挡光板41下方，通光孔42的直径大于小光学镜片32的直径，光阑挡光板41的外径大于大光学镜片31的直径，光阑挡光板41能够完全遮挡大光学镜片31的镜面。
大光学镜片31采用光学目标靶标板、滤光片或者光学玻璃；小光学镜片32采用光学目标靶标板、滤光片或者光学玻璃。
底座1和第二移动平台23的移动均通过电机驱动滚珠丝杠传动；
底座1下方设置有基座，基座一侧设有第一驱动电机11，第一驱动电机11的输出轴与第一滚珠丝杠的一端相连，第一滚珠丝杠的另一端安装在基座上，底座1通过螺母连接在第一滚珠丝杠上，底座1与设置在基座上的第一导轨相配合，底座1可在基座上往复移动；
第二移动平台23下方设置有安装座20，安装座2安装在光阑台面6和N级台阶面5的每级台阶面上，每个安装座20一侧均设有第二驱动电机21，第二驱动电机21的输出轴与第二滚珠丝杠22的一端相连，第二滚珠丝杠22的另一端安装在安装座20上，第二移动平台23通过螺母连接在第二滚珠丝杠22上，第二移动平台23与设置在安装座20上的第二导轨24相配合，第二移动平台23可在安装座20上往复移动。
支撑架2上设有多个减重孔25。
本实施例中设置的三级台阶面(N＝3)分别为第一级台阶面、第二级台阶面和第三级台阶面；
第一级台阶面上设置了如图5所示的光学镜组，该光学镜组的结构为一个大光学镜片31和一个小光学镜片32；
第二级台阶面上设置了如图6所示的光学镜组，该光学镜组的结构为一个大光学镜片31和两个小光学镜片32，两个小光学镜片32分别为内侧小光学镜片和外侧小光学镜片；
第三级台阶面上设置了如图7所示的光学镜组，该光学镜组的结构为一个大光学镜片31和一个小光学镜片32；且第一级台阶面、第二级台阶面和第三级台阶面上的镜框底座34高度依次降低，使得三个光学镜组的镜面的中心在同一水平面上。
如图8所示，光学单元3在第一工况工作时，需要第一级台阶面上的大光学镜片31工作，支撑该大光学镜片31的第二移动平台23以及支撑架2下方的底座1运动，将其驱动至工作光源照射处工作，其余光学单元3和光阑4停留在非工作区等待不动，该大光学镜片31上设置的小光学镜片32则运动出光源的通光孔径外并处于非工作状态。
如图9所示，光学单元3在第二工况工作时，需要第二级台阶面上的大光学镜片31工作，支撑该大光学镜片31的第二移动平台23以及支撑架2下方的底座1运动，将其驱动至工作光源照射处工作，其余光学单元3和光阑4停留在非工作区等待不动，该大光学镜片31上设置的小光学镜片32则运动出光源的通光孔径外并处于非工作状态。
如图10所示，光学单元3在第三工况工作时，需要第三级台阶面上的大光学镜片31工作，支撑该大光学镜片31的第二移动平台23以及支撑架2下方的底座1运动，将其驱动至工作光源照射处工作，其余光学单元3和光阑4停留在非工作区等待不动，该大光学镜片31上设置的小光学镜片32则运动出光源的通光孔径外并处于非工作状态。
如图11所示，光学单元3在第四工况工作时，需要第一级台阶面上的小光学镜片32工作，支撑光阑4的第二移动平台23运动到设定位置，支撑该小光学镜片32的第二移动平台23以及支撑架2下方的底座1运动，将其驱动至工作光源照射处工作，使通光孔42对小光学镜片32无遮拦，其余光学单元3停留在非工作区等待不动，与小光学镜片32相连的大光学镜片31由于光阑挡光板41遮挡则不起作用。
如图12所示，光学单元3在第五工况工作时，需要第二级台阶面上的外侧小光学镜片工作，支撑光阑4的第二移动平台23运动到设定位置，支撑该小光学镜片32的第二移动平台23以及支撑架2下方的底座1运动，将其驱动至工作光源照射处工作，使通光孔42对外侧小光学镜片无遮拦，其余光学单元3停留在非工作区等待不动，与该小光学镜片32相连的大光学镜片31和内侧小光学镜片由于光阑挡光板41遮挡则不起作用。
如图13所示，光学单元3在第六工况工作时，需要第二级台阶面上的内侧小光学镜片工作，支撑光阑4的第二移动平台23运动到设定位置，支撑该小光学镜片32的第二移动平台23以及支撑架2下方的底座1运动，将其驱动至工作光源照射处工作，使通光孔42对内侧小光学镜片无遮拦，其余光学单元3停留在非工作区等待不动，与该小光学镜片32相连的大光学镜片31和外侧小光学镜片由于光阑挡光板41遮挡则不起作用。
如图14所示，光学单元3在第七工况工作时，需要第三级台阶面上的小光学镜片32工作，支撑光阑4的第二移动平台23运动到设定位置，支撑该小光学镜片32的第二移动平台23以及支撑架2下方的底座1运动，将其驱动至工作光源照射处工作，使通光孔42对该小光学镜片32无遮拦，其余光学单元3停留在非工作区等待不动，与该小光学镜片32相连的大光学镜片31由于光阑挡光板41遮挡则不起作用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种梯形镜组阵列，其特征在于：
包括底座(1)、支撑架(2)、光学单元(3)和光阑(4)；
所述底座(1)为沿X轴方向移动的第一移动平台；
所述支撑架(2)设置在底座(1)上，所述支撑架(2)一侧设有N级台阶面(5)，其另一侧设有光阑台面(6)，N大于等于2；
所述光阑台面(6)和N级台阶面(5)的每级台阶面上均设有沿Y轴方向移动的第二移动平台(23)；
所述光学单元(3)包括N个分别设置在相应台阶面第二移动平台(23)上的光学镜组，所述光阑(4)设置在光阑台面(6)的第二移动平台(23)上。
2.根据权利要求1所述的一种梯形镜组阵列，其特征在于：所述光学镜组包括大光学镜片(31)，所述大光学镜片(31)通过镜框底座(34)与相应的第二移动平台(23)连接，N个所述大光学镜片(31)的光轴位于同一水平面。
3.根据权利要求2所述的一种梯形镜组阵列，其特征在于：所述光学镜组还包括至少一个小光学镜片(32)，所述小光学镜片(32)设置在镜框(33)上，所述小光学镜片(32)的光轴与大光学镜片(31)的光轴位于同一水平面。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种梯形镜组阵列，其特征在于：N级台阶面(5)的相邻台阶面的水平投影面部分重叠。
5.根据权利要求4所述的一种梯形镜组阵列，其特征在于：所述光阑(4)包括光阑挡光板(41)、通光孔(42)和光阑底座(43)，所述通光孔(42)的直径大于小光学镜片(32)的直径，所述光阑挡光板(41)的外径大于大光学镜片(31)的直径。
6.根据权利要求5所述的一种梯形镜组阵列，其特征在于：所述大光学镜片(31)采用光学目标靶标板、滤光片或者光学玻璃；所述小光学镜片(32)采用光学目标靶标板、滤光片或者光学玻璃。
7.根据权利要求5所述的一种梯形镜组阵列，其特征在于：所述N＝3。
8.根据权利要求5所述的一种梯形镜组阵列，其特征在于：所述底座(1)和第二移动平台(23)的移动均通过电机驱动滚珠丝杠传动。
9.根据权利要求5所述的一种梯形镜组阵列，其特征在于：所述支撑架(2)上设有多个减重孔(25)。
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