CN113917648A - 一种手动精密调焦且可自锁的调焦机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其目的是解决现有技术中存在手动调焦机构在恶劣的力学环境下性能不稳定的问题。该机构包括主框架、镜筒、镜头、电学组件、凸轮组件、销钉组件和蜗杆组件；镜头设置于镜筒内，镜筒和电学组件均固定安装于中央底板上，电学组件位于镜头的后端，镜筒上设有平行于光轴的直线槽；凸轮组件包括套设于镜筒外部的凸轮，设置于凸轮上的蜗轮齿和调焦凸轮槽；蜗杆组件包括蜗杆和手轮，蜗杆垂直穿过中央底板后与蜗轮齿相啮合；销钉组件由调焦凸轮槽处穿过镜筒的直线槽与镜头中移动镜组的外圆固连，销钉组件可在调焦凸轮槽的驱动下，沿镜筒上平行于光轴的直线槽移动实现调焦。

Description

一种手动精密调焦且可自锁的调焦机构

技术领域

本发明涉及一种调焦机构，具体涉及一种用于对光学仪器镜头进行精密手动调焦且可自动锁紧的调焦机构。

背景技术

很多光学仪器在使用中，由于温度和气压等环境因素的变化，光学系统可能会出现离焦而无法正常工作，这时需要进行调焦。在操作人员参与的情况下，为了简化电控系统及减小设备体积和重量，通常采用手动调焦形式。

为了实现手动调焦，一般采用运动机构驱动光学系统中的几组光学镜片沿主光轴移动，从而改变焦面位置实现调焦。但是，在恶劣的力学振动、冲击环境下，手动调焦完成后，移动镜组很可能因环境的力学激励输入而自行改变位置。

对于手动调节的调焦机构，依靠人手施加的力作为运动机构运动时的驱动力，运动机构的阻尼一般都较小，不能靠运动机构的阻尼来保证恶劣力学环境下运动机构的锁紧。如果采用锁紧销或者其它锁紧开关类的机构进行锁紧，则锁紧销或者锁紧开关在恶劣力学环境下的可靠性、安全性又很难保证，且运动机构将变的更加复杂。并且，人手一次的调节量难以精细量化控制。因此，亟需一种手动精密调焦且可自锁的调焦机构。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在手动调焦机构在恶劣的力学环境下性能不稳定的技术问题，提供一种手动精密调焦且可自锁的调焦机构，使得手动调焦完成后，移动镜组不会因环境的力学激励输入而自行改变位置。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特殊之处在于：

包括主框架、镜筒、镜头、电学组件、凸轮组件、销钉组件和蜗杆组件；

所述主框架包括中央底板，垂直固连于中央底板中央位置的立式框，固连于立式框前后表面的左右边缘且分别与中央底板上表面固连的四个侧板；

所述镜头设置于镜筒内，镜筒和电学组件均固定安装于中央底板上，电学组件位于镜头的后端，电学组件内部的光信号探测面在调焦完成后位于镜头的焦平面处；所述镜筒上设有平行于光轴的直线槽；

所述凸轮组件包括套设于镜筒外部的凸轮，设置于凸轮上的蜗轮齿和调焦凸轮槽，蜗轮齿沿凸轮外圆周设置，调焦凸轮槽与蜗轮齿的径向平面呈夹角设置；

所述蜗杆组件包括蜗杆和设置于蜗杆一端的手轮，蜗杆的另一端垂直穿过中央底板后，与所述蜗轮齿相啮合组成蜗轮蜗杆传动副，实现自锁紧功能；

所述销钉组件由调焦凸轮槽处穿过镜筒的直线槽与镜头中移动镜组的外圆固连，销钉组件可在调焦凸轮槽的驱动下，沿镜筒上平行于光轴的直线槽移动，实现调焦。

进一步地，所述蜗杆组件包括蜗杆座、蜗杆、蜗杆压圈、修切垫、修切圈和两个角接触球轴承，以及依次固连的手轮、手轮杆和转接杆；

两个角接触球轴承均通过蜗杆压圈压紧安装于蜗杆座的两端；

所述蜗杆的两端通过两个所述角接触球轴承设置于蜗杆座上，蜗杆的其中一端穿过蜗杆座与转接杆的端部固连；

所述修切圈设置于蜗杆螺纹段靠近转接杆一侧的端面与相应角接触球轴承内圆内端面之间，可通过修研修切圈的厚度调节两个角接触球轴承对蜗杆的预紧力；

所述修切垫设置于蜗杆座侧壁上，位于蜗杆座与主框架的侧板之间，可通过修研修切垫的厚度调节蜗杆与凸轮的中心间距，以调节蜗轮齿与蜗杆的啮合度。

进一步地，所述凸轮组件还包括隔圈、压圈和多个钢球；

所述凸轮内壁的两端采用倒角结构；

多个钢球均设置于凸轮两端的倒角结构与镜筒之间，构成转动滚动轴承；

所述隔圈和压圈均套设于镜筒上，压圈与镜筒螺纹配合，隔圈被压圈压紧于远离电学组件一侧的钢球球面处，靠近电学组件一侧的钢球被镜筒上的法兰限位。

进一步地，所述销钉组件包括销钉、销钉套、螺钉；

所述销钉紧固在移动镜组的外圆上；

所述销钉套通过其内孔以间隙配合方式套设在销钉上半部的外圆上，销钉套外圆与调焦凸轮槽间隙配合，可相对销钉转动和在调焦凸轮槽内滚动；

所述螺钉紧固在销钉上端设置的螺孔内，其螺帽限位销钉套，防止其滑出。

进一步地，所述蜗轮蜗杆传动副的传动比为1：100～1：142。

进一步地，所述蜗杆的端部插入转接杆内腔，二者紧配合并通过固定销钉固定。

进一步地，所述中央底板的前端固定安装有设有中间半环的镜头支撑，镜筒下半部分放置于镜头支撑的中间半环内，镜筒上半部分通过镜头压环与镜头支撑固连压紧。

进一步地，所述移动镜组的外圆与镜筒的内壁之间通过精研光滑配合。

进一步地，所述销钉套采用聚甲醛材料。

本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

1、本发明提供的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，充分利用了蜗轮蜗杆传动副的自锁特性，使得调焦机构具备自动锁紧功能，相比现有的锁紧销或者锁紧开关等锁紧机构，使得传动系统变得更加简单、安全和可靠。采用这种结构后完成调焦后，调焦机构不会因环境的力学激励输入而自行发生运动，且具有较高的可靠性和安全性。

2、本发明提供的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，在传动系统中增加了蜗轮蜗杆传动副，其传动比极大，使得蜗轮齿有较大的模数，极大的传动比使得调焦量得到了很大程度的细分，调焦精度得到了很大的提高。当旋转手轮半圈时，对应的凸轮才旋转半个蜗轮齿所占的度数，对应的调焦量非常小，这使得调焦过程中的微调和精调得以实现。在人手操作较大的调节量时，实际对应的调焦量很小。

3、本发明提供的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，采用蜗轮齿与调焦凸轮槽一体化设计的结构形式，简化了传动机构，使系统变得更简单，且具有较小的体积和重量。

4、本发明提供的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，在蜗杆的两端采用两个面对面安装的角接触球轴承，既简化了轴系，又使得蜗杆可以承受较大的轴向力和径向力，使得蜗轮蜗杆传动副的抗力学振动和冲击性能得到了较大的提升。

5、本发明提供的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，在销钉上增加了销钉套，当销钉组件在调焦凸轮槽内移动时，销钉套在调焦凸轮槽内壁上滚动。采用这种设计避免了因销钉与调焦凸轮槽内壁直接接触而造成的滑动摩擦，使得销钉组件具有较长的使用寿命和较高的性能稳定性。

6、本发明提供的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，销钉套采用聚甲醛材料，具有较好的自润滑性能和耐摩擦性能。

7、本发明提供的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，适用于对各种航空航天光学仪器的光学系统调焦。

附图说明

图1为本发明手动精密调焦且可自锁的调焦机构的结构示意图一；

图2为本发明手动精密调焦且可自锁的调焦机构的结构示意图二；

图3为本发明手动精密调焦且可自锁的调焦机构中前半部分的剖面图，图中未示出主框架；

图4为本发明手动精密调焦且可自锁的调焦机构中凸轮的结构示意图；

图5为本发明手动精密调焦且可自锁的调焦机构中销钉组件处的结构示意图；

图6为本发明手动精密调焦且可自锁的调焦机构中蜗杆组件的剖面图；

图7为本发明手动精密调焦且可自锁的调焦机构中蜗杆组件的结构示意图；

附图标记说明：

1-凸轮组件、2-蜗杆组件、3-销钉组件、4-镜筒、5-镜头压环、6-镜头支撑、7-主框架、8-电学组件、9-移动镜组；

11-凸轮、12-钢球、13-隔圈、14-压圈；

111-蜗轮齿、112凸轮槽；

21-蜗杆、22-角接触球轴承、23-蜗杆座、24-转接杆、25-手轮杆、26-手轮、27-蜗杆压圈、28-修切垫、29-修切圈；

31-销钉、32-销钉套、33-螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

一种手动精密调焦且可自锁的调焦机构，适用于各类型光学设备，如图1至图7所示，包括主框架7、镜筒4、镜头、电学组件8、凸轮组件1、销钉组件3和蜗杆组件2；所述主框架7包括中央底板，垂直固连于中央底板中央位置的立式框，固连于立式框前后表面的左右边缘且分别与中央底板上表面固连的四个侧板；所述镜头设置于镜筒4内，镜筒4和电学组件8均固定安装于中央底板上，电学组件8位于镜头的后端，电学组件8内部的光信号探测面在调焦完成后位于镜头的焦平面处，调焦的目的就是使光信号探测面始终与镜头的焦平面重合；所述镜筒4的安装方式具体为：镜筒4下半部分放置于一设有中间半环的镜头支撑6内，镜头支撑6固定安装于中央底板上，镜筒4上半部分通过一与镜头支撑6固连的镜头压环5压紧。

所述镜筒4上设有平行于光轴的直线槽；如图4所示，所述凸轮组件1包括套设于镜筒4外部的凸轮11，设置于凸轮11上的蜗轮齿111和调焦凸轮槽112，蜗轮齿111沿凸轮11外圆周设置，调焦凸轮槽112与蜗轮齿111的径向平面呈夹角设置；所述蜗杆组件2包括蜗杆21和设置于蜗杆21一端的手轮26，蜗杆21的另一端垂直穿过中央底板后，与所述蜗轮齿111相啮合，蜗轮齿111与蜗杆29组成蜗轮蜗杆传动副，利用了蜗杆29可以驱动蜗轮齿111，而蜗轮齿111不能驱动蜗杆29的特性，使得该调焦机构具备了自锁紧功能。蜗杆21转动时，即可驱动凸轮11转动；所述蜗轮蜗杆传动比为1：100～1：142，优选1：142，极大的传动比使得调焦量得到很大程度的细分，调焦精度得到了很大的提高，可以实现微调和精调，使得调焦机构具有精密调焦的性能。当该调焦机构受到较大的外界加速度、冲击或者振动时，蜗轮蜗杆传动副都会将传动系统牢牢锁紧，移动镜组9不会相对镜筒4发生任何的移动，保证了调焦完成后光学系统的稳定性。

如图5所示，所述销钉组件3由调焦凸轮槽112处穿过镜筒4的直线槽与镜头中移动镜组9的外圆固连，所述移动镜组99的外圆与镜筒4的内壁之间通过精研光滑配合，移动镜组9在镜筒4内移动时，阻力较小，同轴度较高；销钉组件3在受到调焦凸轮槽112驱动的同时，还受到镜筒4上直线槽的约束，销钉组件3可在调焦凸轮槽112的驱动下，沿镜筒4上平行于光轴的直线槽移动，即，凸轮11转动时，蜗轮齿111可与蜗杆29啮合，同时调焦凸轮槽112可驱动销钉组件3移动，实现调焦。本发明采用了蜗轮齿111与凸轮11一体化设计的结构形式，简化了传动机构，使系统变得简单。凸轮11外径较大，使得蜗轮齿111有较大的模数，实现了蜗轮蜗杆传动机构的大传动比。

如图6和7所示，所述蜗杆组件2包括蜗杆座23、蜗杆21、蜗杆压圈27、修切垫28、修切圈29和两个角接触球轴承22，以及依次固连的手轮26、手轮杆25和转接杆24(即所述手轮26固定在手轮杆25的一端，手轮杆25的另一端与转接杆24的一端固定连接，转接杆24的另一端用于与蜗杆21固定连接)；两个角接触球轴承22均通过蜗杆压圈27压紧安装于蜗杆座23的两端(即两个角接触球轴承22的外圈通过两个蜗杆压圈27压紧在蜗杆座23两端的内孔里)；所述蜗杆21的两端通过两个所述角接触球轴承22设置于蜗杆座23上(即所述蜗杆21的两端分别穿过两个面对面安装的角接触球轴承22的内圈)，蜗杆21的其中一端穿过蜗杆座23与转接杆24的端部固连(具体为所述蜗杆21的端部插入转接杆24内腔，二者紧配合并通过固定销钉固定)，使得蜗杆21固定在蜗杆座23上并可以转动；两个面对面安装的角接触球轴承22使得轴系可以承受较大的轴向力，使得调焦机构有较高的抗力学振动、冲击性能。所述修切圈29设置于蜗杆21螺纹段靠近转接杆24一侧的端面与相应角接触球轴承22内圆内端面之间，可通过修研修切圈29的厚度调节两个角接触球轴承22对蜗杆21的预紧力；所述修切垫28设置于蜗杆座23侧壁上，位于蜗杆座23与主框架7的侧板之间，可通过修研修切垫28的厚度调节蜗杆31与凸轮11的中心间距，以调节蜗轮齿111与蜗杆31的啮合度。

如图3所示，所述凸轮组件1还包括隔圈13、压圈14和多个钢球12；所述凸轮11内壁的两端采用倒角结构；多个钢球12均设置于凸轮11两端的倒角结构与镜筒4之间，构成转动滚动轴承，凸轮11可相对镜筒4转动；所述隔圈13和压圈14均套设于镜筒4上，压圈14与镜筒4螺纹配合，隔圈13被压圈14压紧于远离电学组件8一侧的钢球12球面处，靠近电学组件8一侧的钢球12被镜筒4上的法兰限位，通过压圈14的旋紧力度即可调节转动滚动轴承的预紧力。也即，凸轮11两端与镜筒4之间有多个钢球12，构成转动滚动轴承，凸轮11可相对镜筒4转动。压圈14采用螺纹配合固定在镜筒4上并压紧凸轮组件1的转动滚动轴承，通过压圈14的旋紧力度即可调节转动滚动轴承的预紧力。

如图3和图5所示，所述销钉组件3包括销钉31、销钉套32、螺钉33；所述销钉31紧固在移动镜组9的外圆上；所述销钉套32通过其内孔以间隙配合方式套设在销钉31上半部的外圆上，配合公差较小，销钉套32外圆与调焦凸轮槽112间隙配合，配合公差较小，当销钉31在凸轮槽112内移动时，销钉套32可相对销钉31转动，同时还可以在调焦凸轮槽112内滚动；这种设计避免了销钉31与调焦凸轮槽112的内壁直接接触而造成的滑动摩擦，使得销钉组件4有较长的使用寿命和较高的性能稳定性。所述销钉套32采用聚甲醛材料，具有较好的自润滑性能和耐摩擦性能。所述螺钉33紧固在销钉31上端设置的螺孔内，其螺帽限位(挡住)销钉套32，防止其滑出。

具体调焦过程如下：

结合图6和图7，当手动转动手轮26时，手轮26带动手轮杆25同步转动，手轮杆25带动转接杆24同步转动，转接杆24带动蜗杆21同步转动。

结合图1和图4，蜗杆21与凸轮11上的蜗轮齿111啮合，蜗杆21转动时可驱动蜗轮齿111转动，即驱动凸轮11转动。凸轮11转动时，凸轮11上的调焦凸轮槽112可驱动销钉组件3移动。

结合图5，在销钉31上增加了销钉套32，当销钉组件3在凸轮槽112内移动时，销钉套32在凸轮槽112内为滚动。

结合图3，销钉组件3在受到凸轮槽112驱动的同时，还受到镜筒4上直线槽的约束。销钉组件3在凸轮槽112的驱动下沿镜筒4上平行于光轴的直线槽移动，销钉组件3移动时同步带动移动镜组9沿光轴移动。这样就改变了光学系统的焦平面位置，从而完成了调焦。

本发明创新性地在传动系统中加入了蜗轮蜗杆传动副的传动环节，使得该精密调焦机构具备了自锁紧功能。蜗轮齿111与蜗杆21组成蜗轮蜗杆传动副，当该调焦机构受到较大的外界加速度、冲击或者振动时，蜗轮蜗杆传动副会将传动系统牢牢锁紧，移动镜组9不会相对镜筒4发生任何的移动，保证了调焦完成后光学系统的稳定性，即该精密调焦机构具备自锁紧功能。

结合图3和图4，采用蜗轮齿111与调焦凸轮槽112一体化设计的结构形式，简化了传动机构，使系统变的简单，且有较小的体积和重量。凸轮11外径较大，使得蜗轮齿111有较大的模数，实现了蜗轮蜗杆传动副的大传动比。其传动比可以达到1：142，极大的传动比使得调焦量得到很大程度的细分，调焦精度得到了很大的提高。当旋转手轮半圈时，对应的凸轮才旋转半个蜗轮齿所占的1.27°，对应的调焦量非常小，可以实现微调和精调，这使得调焦机构具有精密调焦的特点。

结合图6，蜗杆21两端通过两个面对面安装的角接触球轴承22固定在蜗杆座23上并可以转动，两个面对面安装的角接触球轴承22使得轴系可以承受较大的轴向力。由受力分析知，当该调焦机构受到较大的外界加速度、冲击或者振动时，蜗杆将会受到较大的轴向力。采用两个面对面安装的角接触球轴承22，使得蜗杆21的转动轴系有较高的抗力学振动、冲击性能。

本发明的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，解决了手动调焦机构在恶劣的力学环境下性能不稳定的问题。通过运动机构驱动移动镜组9沿光轴移动，改变系统的焦面位置，实现调焦。当凸轮11转动时，销钉组件3在调焦凸轮槽112的驱动下沿镜筒4上平行于光轴的直线槽移动，销钉组件3同步带动移动镜组9沿光轴移动。在传动系统中加入了蜗轮蜗杆传动副，使得该调焦机构具备在恶劣力学环境下的自锁紧功能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特征在于：

包括主框架(7)、镜筒(4)、镜头、电学组件(8)、凸轮组件(1)、销钉组件(3)和蜗杆组件(2)；

所述主框架(7)包括中央底板，垂直固连于中央底板中央位置的立式框，固连于立式框前后表面的左右边缘且分别与中央底板上表面固连的四个侧板；

所述镜头设置于镜筒(4)内，镜筒(4)和电学组件(8)均固定安装于中央底板上，电学组件(8)位于镜头的后端，电学组件(8)内部的光信号探测面在调焦完成后位于镜头的焦平面处；所述镜筒(4)上设有平行于光轴的直线槽；

所述凸轮组件(1)包括套设于镜筒(4)外部的凸轮(11)，设置于凸轮(11)上的蜗轮齿(111)和调焦凸轮槽(112)，蜗轮齿(111)沿凸轮(11)外圆周设置，调焦凸轮槽(112)与蜗轮齿(111)的径向平面呈夹角设置；

所述蜗杆组件(2)包括蜗杆(21)和设置于蜗杆(21)一端的手轮(26)，蜗杆(21)的另一端垂直穿过中央底板后，与所述蜗轮齿(111)相啮合组成蜗轮蜗杆传动副，实现自锁紧功能；

所述销钉组件(3)由调焦凸轮槽(112)处穿过镜筒(4)的直线槽与镜头中移动镜组(9)的外圆固连，销钉组件(3)可在调焦凸轮槽(112)的驱动下，沿镜筒(4)上平行于光轴的直线槽移动，实现调焦。

2.根据权利要求1所述的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特征在于：

所述蜗杆组件(2)包括蜗杆座(23)、蜗杆(21)、蜗杆压圈(27)、修切垫(28)、修切圈(29)和两个角接触球轴承(22)，以及依次固连的手轮(26)、手轮杆(25)和转接杆(24)；

两个角接触球轴承(22)均通过蜗杆压圈(27)压紧安装于蜗杆座(23)的两端；

所述蜗杆(21)的两端通过两个所述角接触球轴承(22)设置于蜗杆座(23)上，蜗杆(21)的其中一端穿过蜗杆座(23)与转接杆(24)的端部固连；

所述修切圈(29)设置于蜗杆(21)螺纹段靠近转接杆(24)一侧的端面与相应角接触球轴承(22)内圆内端面之间，可通过修研修切圈(29)的厚度调节两个角接触球轴承(22)对蜗杆(21)的预紧力；

所述修切垫(28)设置于蜗杆座(23)侧壁上，位于蜗杆座(23)与主框架(7)的侧板之间，可通过修研修切垫(28)的厚度调节蜗杆(21)与凸轮(11)的中心间距，以调节蜗轮齿(111)与蜗杆(21)的啮合度。

3.根据权利要求1或2所述的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特征在于：

所述凸轮组件(1)还包括隔圈(13)、压圈(14)和多个钢球(12)；

所述凸轮(11)内壁的两端采用倒角结构；

多个钢球(12)均设置于凸轮(11)两端的倒角结构与镜筒(4)之间，构成转动滚动轴承；

所述隔圈(13)和压圈(14)均套设于镜筒(4)上，压圈(14)与镜筒(4)螺纹配合，隔圈(13)被压圈(14)压紧于远离电学组件(8)一侧钢球(12)的球面处，靠近电学组件(8)一侧的钢球(12)被镜筒(4)上的法兰限位。

4.根据权利要求3所述的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特征在于：

所述销钉组件(3)包括销钉(31)、销钉套(32)、螺钉(33)；

所述销钉(31)紧固在移动镜组(9)的外圆上；

所述销钉套(32)通过其内孔以间隙配合方式套设在销钉(31)上半部的外圆上，销钉套(32)外圆与调焦凸轮槽(112)间隙配合，可相对销钉(31)转动和在调焦凸轮槽(112)内滚动；

所述螺钉(33)紧固在销钉(31)上端设置的螺孔内，其螺帽限位销钉套(32)，防止其滑出。

5.根据权利要求4所述的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特征在于：

所述蜗轮蜗杆传动副的传动比为1：100～1：142。

6.根据权利要求5所述的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特征在于：

所述蜗杆(21)的端部插入转接杆(24)内腔，二者紧配合并通过固定销钉固定。

7.根据权利要求6所述的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特征在于：

所述中央底板的前端固定安装有设有中间半环的镜头支撑(6)，镜筒(4)下半部分放置于镜头支撑(6)的中间半环内，镜筒(4)上半部分通过镜头压环(5)与镜头支撑(6)固连压紧。

8.根据权利要求7所述的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特征在于：

所述移动镜组(9)的外圆与镜筒(4)的内壁之间通过精研光滑配合。

9.根据权利要求8所述的手动精密调焦且可自锁的调焦机构，其特征在于：

所述销钉套(32)采用聚甲醛材料。

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