CN114253043B - 一种光学系统辅助调焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学系统辅助调焦装置，包括：探测器壳体、探测器基座、光敏面支撑结构、内爪盘、外爪盘、调焦轮、调零旋钮，光敏面支撑结构与探测器壳体配合，内爪盘通过有凹槽的臂连接探测器基座上；内爪盘通过开有凹槽的臂牵引光敏面支撑结构，在驱动组件的作用下，探测器光敏面沿轴向线性运动；外爪盘紧固在探测器壳体上，内爪盘外壁与外爪盘内壁间隙配合；调焦轮与调零旋钮安装在外爪盘上，内爪盘末端柱面有凸起结构并由中心刻线，调零旋钮固定在外爪盘上端面，调零旋钮旋拧在调零螺柱上，波动调零旋钮沿轴向移动能够与内爪盘上的凸起配合。本发明通过同轴的内爪外爪调节焦面位置，缩小了调焦结构的大小。

Description

一种光学系统辅助调焦装置

技术领域

本发明涉及一种光学系统辅助调焦装置，属于光学调焦技术领域。

背景技术

红外光学系统容易受到振动、冲击、碰撞、过载的影响，在使用过程中会受到压力、温度、冲击等环境条件变化以及拍摄的距离变化引起的影响，这些影响往往会使光学镜头与图像传感器组件产生相对位移，所以红外光学系统的调焦常常采用加减垫片。

目前有关红外制冷探测器的成像产品大多采用加减垫片的方法调焦，以提高光学系统成像的稳定性。调焦方法常常是使用带有千分尺的三维调整座读取需要的调焦量，然后通过游标卡尺测量相应厚度的垫片进行调焦，整个调焦过程需要反复添加和更换。

在调焦过程中三维调整架读取的调焦量与游标卡尺的测量误差，导致调焦的误差进一步增大。

同时多层垫片叠加后的实际厚度，受到探测器上调焦螺钉的影响，无法保证多层垫片的实际厚度与探测器上施加恒定力矩后的厚度一致，探测器现有技术中的调焦装置已经不能满足高对焦精度、高可靠性的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种光学系统辅助调焦装置，通过同轴的内爪外爪调节焦面位置，缩小了调焦结构的大小，同时在调焦外爪结构上设计了施加恒定力矩的旋钮和相应的刻度转盘，使得该调焦装置能够预测恒定力矩条件下的调焦垫片厚度。

本发明解决技术的方案是：

一种光学系统辅助调焦装置，包括：探测器壳体、探测器基座、光敏面支撑结构、内爪盘、外爪盘、调焦轮、调零旋钮，

光敏面支撑结构与探测器壳体配合，

内爪盘通过有凹槽的臂连接探测器基座上；内爪盘通过开有凹槽的臂牵引光敏面支撑结构，在驱动组件的作用下，探测器光敏面沿轴向线性运动；

外爪盘紧固在探测器壳体上，内爪盘外壁与外爪盘内壁间隙配合；

调焦轮与调零旋钮安装在外爪盘上，

调焦轮包括拨轮、传动轴、开槽螺柱和螺柱，拨轮、开槽螺柱由传动轴连接，均与传送轴间隙配合，通过螺钉锁在传动轴上；转动拨轮，拨轮通过螺柱带动开槽螺柱在传动轴上旋转；

内爪盘末端开有螺纹，该螺纹与开槽螺柱配合，在螺柱的旋转下驱动内爪盘轴向运动；

内爪盘末端柱面有凸起结构并由中心刻线，调零旋钮固定在外爪盘上端面，调零旋钮旋拧在螺柱上，波动调零旋钮沿轴向移动能够与内爪盘上的凸起配合。

进一步的，外爪盘与内爪盘均为回转对称结构，外爪盘与内爪盘同轴。

进一步的，外爪盘上下端开有螺纹孔，上端面安装有调焦轮，下端面安装调零旋钮。

进一步的，外爪盘开槽，可从外爪盘右端旋拧螺钉将内爪盘固定在光敏面支撑结构上。

进一步的，内爪盘沿轴线开有圆柱通孔，连接气路导线结构；圆柱外圆依次有圆柱面与调焦轮间隙配合，调焦轮沿圆周分布有刻度线，圆柱尾部开有凹面外螺纹，该螺纹与开槽螺柱相配合。

进一步的，拨轮直径大于开槽螺柱，拨轮、开槽螺柱在同一轴线上。

进一步的，开槽螺柱和拨轮通过螺柱锁紧，开槽螺柱右端端面开一字或梅花或Y型槽。

进一步的，调焦轮通过开槽螺柱与内爪盘末端的螺纹配合，拨轮内孔与传动轴前半段间隙配合，开槽螺柱与传动轴后半段间隙配合。

进一步的，拨轮与开槽螺柱通过螺柱锁定在传动轴上。

进一步的，内爪盘为中空圆柱体，内爪盘含有多条等长的臂，多条臂绕轴线均布，每条臂开有矩形通孔；通过螺柱连接光敏面支撑结构与内爪盘，内爪盘沿轴线开有圆柱通孔，在调节时内爪盘依靠与外爪盘的配合前后滑动。

进一步的，外爪盘与内爪盘沿轴向相对运动时，运动距离大于探测器所需要的调焦量。

进一步的，内爪盘尾部圆柱面上依次加工有圆柱凹槽，该圆柱凹槽曲率半径大于调焦轮中的拨轮半径。

进一步的，调焦结构包括：

内爪盘圆柱末端凹槽设有螺纹；

螺柱，螺柱与所述内爪盘末端的螺纹配合；

传动轴，传动轴通过螺纹旋拧在外爪盘上，所述传动轴中间有凸起圆柱体，所述拨轮内孔与传动轴间隙配合，所述传动轴插入螺柱中，与螺柱形成间隙配合；

限位螺钉，螺钉将拨轮和螺柱连接为一体，并使拨轮和螺柱锁紧在传动轴上。

进一步的，拨轮、螺母与螺柱同轴设置；内爪盘与外爪盘同轴设置、调节旋钮相对于探测器移动轴离轴设置。

进一步的，圆柱凹槽宽度＞2倍调焦量，凹槽后有凹面外螺纹。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明中内外爪盘为同轴结构在对焦面进行调节时，相对于其它复杂系统具有更好的同轴性，不会带来像面倾斜的问题；同轴结构缩小了调焦结构的尺寸同时又具有较高的精度；

(2)本发明通过拨轮施加恒定力矩可以保证在0.5牛米～10牛米恒定力矩条件下实现精度为0.01mm的调焦；

(3)本发明可以广泛用于需要通过加减垫片进行光学调焦的系统，整体结构由内外爪盘构成，结构加工简单，安装方便；

(4)本发明能够实现恒定力矩下的垫片预估，避免了传统调焦测试设备未施加恒定力矩导致的实测垫片与探测器安装垫片之间的误差，提高光学系统的调焦精准度和调焦效率。

附图说明

图1为调焦结构二维图；

图2为探测器壳体与光敏面支撑结构图；

图3为内爪盘结构图；

图4为外爪盘结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

如图1-4所示，一种光学系统辅助调焦装置，包括：探测器壳体、探测器基座、光敏面支撑结构、内爪盘、外爪盘、调焦轮、调零旋钮，

光敏面支撑结构与探测器壳体配合，

内爪盘通过有凹槽44的臂连接探测器基座上；内爪盘通过开有凹槽的臂牵引光敏面支撑结构，在驱动组件的作用下，探测器光敏面沿轴向线性运动；

外爪盘紧固在探测器壳体上，内爪盘外壁与外爪盘内壁间隙配合；

调焦轮与调零旋钮安装在外爪盘上，

调焦轮包括拨轮、传动轴、开槽螺柱和螺柱，拨轮、开槽螺柱由传动轴连接，均与传送轴间隙配合，通过螺钉锁在传动轴上；转动拨轮，拨轮通过螺柱带动开槽螺柱在传动轴上旋转；

内爪盘末端开有螺纹42，该螺纹与开槽螺柱配合，在螺柱的旋转下驱动内爪盘轴向运动；

内爪盘末端柱面有凸起结构并由中心刻线，调零旋钮固定在外爪盘上端面，调零旋钮旋拧在调零螺柱91上，波动调零旋钮沿轴向移动能够与内爪盘上的凸起配合。

外爪盘与内爪盘均为回转对称结构，外爪盘与内爪盘同轴。外爪盘上下端开有螺纹孔，上端面安装有调焦轮，下端面安装调零旋钮。外爪盘开槽，可从外爪盘右端旋拧螺钉将内爪盘固定在光敏面支撑结构上。内爪盘沿轴线开有圆柱通孔，连接气路导线结构；圆柱外圆依次有圆柱面与调焦轮间隙配合，调焦轮沿圆周分布有刻度线，圆柱尾部开有凹面外螺纹，该螺纹与开槽螺柱相配合。

拨轮直径大于开槽螺柱，拨轮、开槽螺柱在同一轴线上。开槽螺柱和拨轮通过螺柱锁紧，开槽螺柱右端端面开一字或梅花或Y型槽。调焦轮通过开槽螺柱与内爪盘末端的螺纹配合，拨轮内孔与传动轴前半段间隙配合，开槽螺柱与传动轴后半段间隙配合。拨轮与开槽螺柱通过螺柱锁定在传动轴上。

内爪盘为中空圆柱体，中空圆柱孔43可走线路，

内爪盘含有多条等长的臂，多条臂绕轴线均布，每条臂开有矩形通孔44；通过螺柱连接光敏面支撑结构与内爪盘，内爪盘沿轴线开有圆柱通孔，在调节时内爪盘依靠与外爪盘的配合前后滑动。

外爪盘与内爪盘沿轴向相对运动时，运动距离大于探测器所需要的调焦量。内爪盘尾部圆柱面上依次加工有圆柱凹槽41，该圆柱凹槽曲率半径大于调焦轮中的拨轮半径。

调焦结构包括：

内爪盘圆柱末端凹槽设有螺纹；

螺柱，螺柱与所述内爪盘末端的螺纹配合；

传动轴，传动轴通过螺纹旋拧在外爪盘上，所述传动轴中间有凸起圆柱体，所述拨轮内孔与传动轴间隙配合，所述传动轴插入螺柱中，与螺柱形成间隙配合；

限位螺钉，螺钉将拨轮和螺柱连接为一体，并使拨轮和螺柱锁紧在传动轴上。

拨轮、螺母与螺柱同轴设置；内爪盘与外爪盘同轴设置、调节旋钮相对于探测器移动轴离轴设置。圆柱凹槽宽度＞2倍调焦量，凹槽后有凹面外螺纹。

实施例

本发明的调焦装置包括光敏面支撑结构2、探测器壳体1、内爪盘4、外爪盘3、调焦轮5，在本具体实施方式中外爪盘3通过螺钉紧固或者夹持固定在探测器壳体上，内爪盘4通过矩形槽44旋拧在图像光敏面支撑结构2上。内爪盘上的螺钉可沿径向移动，适用于不同尺寸的探测器。内爪盘4与外爪盘3间隙配合，可在调焦轮5的驱动下沿轴向做线性往复运动，进而带动光敏面支撑结构2沿轴向移动，从而实现调整光敏面7与镜头6之间距离的目的，即实现调焦目的。

调焦轮边缘有刻度与外爪盘刻度之间可产生读数。具体刻度，以及拨轮尺寸可根据调焦需要的精度进行设计。拨轮51与开槽螺柱52使用螺钉54锁紧在传动轴53上，传动轴53通过螺纹旋拧在外爪盘3上，所述传动轴中间有带刻线圆柱体8，所述拨轮内孔与传动轴间隙配合，所述传动轴插入螺柱中，与螺柱形成间隙配合，螺钉将拨轮和螺柱连接为一体，并使拨轮和螺柱锁紧在传动轴上，拨动拨轮51拨轮带动螺柱52旋转，不产生轴向位移。螺柱52通过与内爪末端外螺纹的配合推动探测沿轴向运动。

在内爪盘末端开有凹槽，拨轮绕传动轴53旋转时与凹槽间隙配合，限制了传动轴垂轴方向的摆动。

内爪盘沿轴向移动时带动带刻线圆柱体8做轴向移动，调整调零旋钮靠近外爪盘使用拨轮进行轴向调节直至，图像传感器组件2与探测器壳体1完全贴合。旋转调零旋钮至与带刻线圆柱体8完全贴合。

旋动调焦拨轮，观察成像像斑形状，当系统调节至大致焦面时，可将多层垫片添加至调零旋钮92与凸台8之间，同时使用力矩扳手在开槽螺柱52上施加恒定力矩。此时多层垫片受到的预紧力与最终探测器调焦螺钉的预紧力一致。凸台与调零拨轮之间所夹持的垫片厚度即为探测器焦面需要添加的垫片厚度。

本发明中内外爪盘为同轴结构在对焦面进行调节时，相对于其它复杂系统具有更好的同轴性，不会带来像面倾斜的问题；同轴结构缩小了调焦结构的尺寸同时又具有较高的精度；

本发明通过拨轮施加恒定力矩可以保证在0.5牛米～10牛米恒定力矩条件下实现精度为0.01mm的调焦；

本发明可以广泛用于需要通过加减垫片进行光学调焦的系统，整体结构由内外爪盘构成，结构加工简单，安装方便；

本发明能够实现恒定力矩下的垫片预估，避免了传统调焦测试设备未施加恒定力矩导致的实测垫片与探测器安装垫片之间的误差，提高光学系统的调焦精准度和调焦效率。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (15)

1.一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，包括：探测器壳体、探测器基座、光敏面支撑结构、内爪盘、外爪盘、调焦轮、调零旋钮，

光敏面支撑结构与探测器壳体配合，

内爪盘通过有凹槽的臂连接探测器基座上；内爪盘通过开有凹槽的臂牵引光敏面支撑结构，在驱动组件的作用下，探测器光敏面沿轴向线性运动；

外爪盘紧固在探测器壳体上，内爪盘外壁与外爪盘内壁间隙配合；

调焦轮与调零旋钮安装在外爪盘上，

调焦轮包括拨轮、传动轴、开槽螺柱和螺柱，拨轮、开槽螺柱由传动轴连接，均与传送轴间隙配合，通过螺钉锁在传动轴上；转动拨轮，拨轮通过螺柱带动开槽螺柱在传动轴上旋转；

内爪盘末端开有螺纹，该螺纹与开槽螺柱配合，在螺柱的旋转下驱动内爪盘轴向运动；

内爪盘末端柱面有凸起结构并由中心刻线，调零旋钮固定在外爪盘上端面，调零旋钮旋拧在调零螺柱上，波动调零旋钮沿轴向移动能够与内爪盘上的凸起配合。

2.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，外爪盘与内爪盘均为回转对称结构，外爪盘与内爪盘同轴。

3.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，外爪盘上下端开有螺纹孔，上端面安装有调焦轮，下端面安装调零旋钮。

4.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，外爪盘开槽，可从外爪盘右端旋拧螺钉将内爪盘固定在光敏面支撑结构上。

5.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，内爪盘沿轴线开有圆柱通孔，连接气路导线结构；圆柱外圆依次有圆柱面与调焦轮间隙配合，调焦轮沿圆周分布有刻度线，圆柱尾部开有凹面外螺纹，该螺纹与开槽螺柱相配合。

6.根据权利要求5所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，拨轮直径大于开槽螺柱，拨轮、开槽螺柱在同一轴线上。

7.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，开槽螺柱和拨轮通过螺柱锁紧，开槽螺柱右端端面开一字或梅花或Y型槽。

8.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，调焦轮通过开槽螺柱与内爪盘末端的螺纹配合，拨轮内孔与传动轴前半段间隙配合，开槽螺柱与传动轴后半段间隙配合。

9.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，拨轮与开槽螺柱通过螺柱锁定在传动轴上。

10.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，内爪盘为中空圆柱体，内爪盘含有多条等长的臂，多条臂绕轴线均布，每条臂开有矩形通孔；通过螺柱连接光敏面支撑结构与内爪盘，内爪盘沿轴线开有圆柱通孔，在调节时内爪盘依靠与外爪盘的配合前后滑动。

11.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，外爪盘与内爪盘沿轴向相对运动时，运动距离大于探测器所需要的调焦量。

12.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，内爪盘尾部圆柱面上依次加工有圆柱凹槽，该圆柱凹槽曲率半径大于调焦轮中的拨轮半径。

13.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，调焦结构包括：

内爪盘圆柱末端凹槽设有螺纹；

螺柱，螺柱与所述内爪盘末端的螺纹配合；

传动轴，传动轴通过螺纹旋拧在外爪盘上，所述传动轴中间有凸起圆柱体，所述拨轮内孔与传动轴间隙配合，所述传动轴插入螺柱中，与螺柱形成间隙配合；

限位螺钉，螺钉将拨轮和螺柱连接为一体，并使拨轮和螺柱锁紧在传动轴上。

14.根据权利要求1所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，拨轮、螺母与螺柱同轴设置；内爪盘与外爪盘同轴设置、调节旋钮相对于探测器移动轴离轴设置。

15.根据权利要求12所述的一种光学系统辅助调焦装置，其特征在于，圆柱凹槽宽度＞2倍调焦量，凹槽后有凹面外螺纹。