CN116520526B - 一种柔性高精度次镜组件调焦机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学技术领域，具体的说是一种柔性高精度次镜组件调焦机构，包括圆柱形的镜头外壳，所述镜头外壳的顶部为开口设计，所述镜头外壳的内侧设有主镜组件，所述主镜组件的底部贯穿插接在镜头外壳的底部。本发明通过在压电陶瓷致动器的底部设置有半球形底座，当通过气囊完成对次镜组件的快速调节后，启动压电陶瓷致动器，当压电陶瓷致动器的形变量存在差异时，压电陶瓷致动器底部的半球形底座能够在球面槽内自适应的进行偏转，从而保证压电陶瓷致动器的整个顶面能够与支撑环的底面保持均匀的接触，进而保证支撑环对压电陶瓷致动器的整体压力更为均匀，进而便于延长压电陶瓷致动器的使用寿命。

Description

一种柔性高精度次镜组件调焦机构

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种柔性高精度次镜组件调焦机构。

背景技术

调焦一般指对焦，也叫对光、聚焦。通过照相机对焦机构变动物距和相距的位置，使被拍物成像清晰的过程就是对焦。调焦机构是光机系统中的重要组件，通过调焦系统调节离焦量，是保证系统像质的关键环节和重要手段。

随着科技的不断进步，镜头在很多领域都有着广泛的应用，大到空间站使用的天文望远镜，小到医学使用的内窥镜，而针对不同领域的镜头，调焦机构也存在一定差别。例如对于一些鼻窦内窥镜而言，它能够伸入患者的鼻腔内，从而对患者鼻腔内的病灶进行观察。由此可见内窥镜的镜头相对较小，而其对应使用的调焦机构也较小。为了满足对内窥镜镜头的调焦，一般会使用到一些柔性调节组件。例如在一篇公开号为：CN110531482B的一篇中国专利中提出了一种柔性高精度次镜组件调焦机构，包括，“底架、固定环、柔性支撑导向机构、被探环板、压电陶瓷致动器、柔性放大机构以及测量反馈传感器”，该发明通过压电陶瓷致动器与柔性放大机构的配合，解决了传统调焦方式结构复杂、调焦精度差、调焦过程易出现卡滞，且调焦机构加工和装配复杂的问题。

虽然上述发明在一定程度上解决了现有镜头调节时存在的问题，但是在实际使用时仍存在以下不足：

在利用压电陶瓷致动器产生的形变进行调焦操作时，随着压电陶瓷致动器逐渐发生形变，其不同位置的形变量会存在一定差异，从而导致压电陶瓷致动器整体受力不均匀，进而影响压电陶瓷致动器的使用寿命；

另外，由于压电陶瓷致动器本身在工作时产生的形变量较小，因此虽然配合有柔性放大器的放大效果，但是对次镜组件的调焦范围仍然较小。

因此，发明一种柔性高精度次镜组件调焦机构来解决上述问题很有必要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种柔性高精度次镜组件调焦机构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种柔性高精度次镜组件调焦机构，包括圆柱形的镜头外壳，所述镜头外壳的顶部为开口设计，所述镜头外壳的内侧设有主镜组件，所述主镜组件的底部贯穿插接在镜头外壳的底部，所述主镜组件的外部滑动套接有活动套，所述活动套的内侧靠近顶部位置安装有次镜组件，所述活动套底部外侧固定连接有支撑环，所述支撑环的底部设有用于调节次镜组件的第一调节装置，所述第一调节装置与支撑环之间设有对次镜组件进行微调的第二调节装置。

进一步的，所述第一调节装置包括圆形的托板，所述托板滑动套接在主镜组件的下半部分上，所述托板的底部设有环形的气囊，所述气囊套接在主镜组件的下半部分上，所述气囊的顶部和底部分别与托板以及镜头外壳固定连接，所述气囊的底部连接有进气管，所述进气管贯穿插接在镜头外壳的底部，所述托板的顶部垂直滑动贯穿插接有多个限位杆，且多个限位杆呈环形分布，所述限位杆的底部与镜头外壳底部内壁垂直固定连接，且限位杆的顶端直径大于其通体直径，所述限位杆位于托板底部的部分固定套接有定位环，所述托板的顶部贯穿开设有多个通孔，多个所述通孔呈环形分布，所述通孔内垂直贯穿插接有伸缩杆，所述伸缩杆的两端分别与支撑环底部以及镜头外壳底部内壁垂直固定连接，所述伸缩杆上套接有弹簧，且弹簧的两端分别与伸缩杆的两端表面固定连接，所述托板的顶部固定连接有托环，且托环与支撑环的顶部正对。

进一步的，所述第二调节装置包括多个压电陶瓷致动器，且多个压电陶瓷致动器呈环形分布，所述压电陶瓷致动器的底部固定连接有半球形底座，半球形底座对应位置的所述托环顶部开设有球面槽，且半球形底座转动安装在球面槽中，托环的顶部滑动插接有多个支撑柱，且多个所述支撑柱呈环形分布，所述支撑柱的顶部与支撑环底部垂直固定连接。

进一步的，所述托板的底部环形分布有多个固定板，所述固定板的顶部与托板底部垂直固定连接，所述固定板上安装有阻尼齿轮，阻尼齿轮对应位置的所述镜头外壳侧面内壁上沿竖直方向设置有齿牙，且齿牙与阻尼齿轮啮合。

进一步的，所述活动套外侧靠近顶端的位置套接有密封套，所述密封套的底部与镜头外壳的顶部固定连接，且密封套具有弹性。

进一步的，所述弹簧初始状态下处于收缩状态，且弹簧的弹力大于阻尼齿轮与齿牙间的最大阻力。

进一步的，所述压电陶瓷致动器呈圆柱形，且初始状态下压电陶瓷致动器的顶部恰好与支撑环的底部贴紧。

进一步的，所述主镜组件位于镜头外壳底部的部分套接有密封圈，且密封圈的顶部与镜头外壳的底部贴紧。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过在压电陶瓷致动器的底部设置有半球形底座，当通过气囊完成对次镜组件的快速调节后，启动压电陶瓷致动器，当压电陶瓷致动器的形变量存在差异时，压电陶瓷致动器底部的半球形底座能够在球面槽内自适应的进行偏转，从而保证压电陶瓷致动器的整个顶面能够与支撑环的底面保持均匀的接触，进而保证支撑环对压电陶瓷致动器的整体压力更为均匀，进而便于延长压电陶瓷致动器的使用寿命；

2、本发明通过气囊与压电陶瓷致动器的相互配合，从而实现对次镜组件的快速调节，相较于利用压电陶瓷致动器产生的形变配合柔性放大器来实现调焦的操作而言，气囊的调节范围更大且调焦更加迅速；

3、本发明通过设置有阻尼齿轮，在气囊进气膨胀以及排气的过程中，托板能够对应上下运动，而随着托板的运动，托板能够带动多个阻尼齿轮沿着对应的齿牙滚动，从而通过阻尼齿轮与齿牙的配合作用减缓托板向上或向下移动的速度，进而实现托板的平稳移动，进而便于提高调焦时的稳定性。

附图说明

图1是本发明的第一立体示意图；

图2是本发明的第二立体示意图；

图3是本发明的立体剖视图；

图4是本发明中第一调节装置、主镜组件、活动套以及阻尼齿轮等结构的立体示意图；

图5是本发明中托板、部分第二调节装置、固定板以及阻尼齿轮的立体示意图；

图6是本发明中活动套、支撑环以及支撑柱的立体示意图；

图7是本发明中镜头外壳、限位杆、定位环以及齿牙的立体示意图。

图中：1、镜头外壳；2、主镜组件；3、活动套；4、次镜组件；5、支撑环；6、第一调节装置；61、托板；62、气囊；63、进气管；64、限位杆；65、定位环；66、伸缩杆；67、弹簧；68、托环；7、第二调节装置；71、压电陶瓷致动器；72、半球形底座；73、支撑柱；8、固定板；9、阻尼齿轮；10、齿牙；11、密封套；12、密封圈。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了如图1至图7所示的一种柔性高精度次镜组件调焦机构，包括圆柱形的镜头外壳1，镜头外壳1的顶部为开口设计，镜头外壳1的内侧设有主镜组件2，主镜组件2的底部贯穿插接在镜头外壳1的底部，主镜组件2的外部滑动套接有活动套3，活动套3的内侧靠近顶部位置安装有次镜组件4，活动套3底部外侧固定连接有支撑环5，支撑环5的底部设有用于调节次镜组件4的第一调节装置6，第一调节装置6与支撑环5之间设有对次镜组件4进行微调的第二调节装置7；

第一调节装置6包括圆形的托板61，托板61滑动套接在主镜组件2的下半部分上，托板61的底部设有环形的气囊62，气囊62套接在主镜组件2的下半部分上，气囊62的顶部和底部分别与托板61以及镜头外壳1固定连接，气囊62的底部连接有进气管63，进气管63贯穿插接在镜头外壳1的底部，托板61的顶部垂直滑动贯穿插接有多个限位杆64，且多个限位杆64呈环形分布，限位杆64的底部与镜头外壳1底部内壁垂直固定连接，且限位杆64的顶端直径大于其通体直径，限位杆64位于托板61底部的部分固定套接有定位环65，托板61的顶部贯穿开设有多个通孔，多个通孔呈环形分布，通孔内垂直贯穿插接有伸缩杆66，伸缩杆66的两端分别与支撑环5底部以及镜头外壳1底部内壁垂直固定连接，伸缩杆66上套接有弹簧67，且弹簧67的两端分别与伸缩杆66的两端表面固定连接，托板61的顶部固定连接有托环68，且托环68与支撑环5的顶部正对；

调焦时，先通过进气管63向气囊62中注入气体，随着气体的不断注入，气囊62开始逐渐膨胀，从而顶动托板61向上移动，而随着托板61的向上移动，托板61能够在限位杆64的限制作用下通过其顶部的托环68推动支撑环5以及活动套3一起向上移动，而随着支撑环5的向上移动，伸缩杆66和弹簧67也逐渐被拉伸，与此同时，随着活动套3的向上移动，次镜组件4能够在活动套3的带动下逐渐向远离主镜组件2的方向移动，从而实现对次镜组件4的快速调节操作，相较于利用压电陶瓷致动器71产生的形变配合柔性放大器来实现调焦的操作而言，气囊62的调节范围更大且调焦更加迅速，而在气囊62完成对次镜组件4的初步调节后，启动第二调节装置7，进而实现对次镜组件4与主镜组件2之间的精准调焦操作；

当调焦完毕后，随着气囊62内的气体通过进气管63排出，气囊62对托板61的推力逐渐减小，此时弹簧67能够逐渐收缩，从而拉动支撑环5和活动套3向下运动，进而实现次镜组件4的逐渐复位。

如图3至图6所示，第二调节装置7包括多个压电陶瓷致动器71，且多个压电陶瓷致动器71呈环形分布，压电陶瓷致动器71的底部固定连接有半球形底座72，半球形底座72对应位置的托环68顶部开设有球面槽，且半球形底座72转动安装在球面槽中，托环68的顶部滑动插接有多个支撑柱73，且多个支撑柱73呈环形分布，支撑柱73的顶部与支撑环5底部垂直固定连接，压电陶瓷致动器71呈圆柱形，且初始状态下压电陶瓷致动器71的顶部恰好与支撑环5的底部贴紧；

通过在压电陶瓷致动器71的底部设置有半球形底座72，当通过气囊62完成对次镜组件4的快速调节后，启动压电陶瓷致动器71，使其逐渐发生形变，而在压电陶瓷致动器71发生形变的过程中，当压电陶瓷致动器71的形变量存在差异时，压电陶瓷致动器71底部的半球形底座72能够在对应的球面槽内自适应的进行偏转，从而保证压电陶瓷致动器71的整个顶面能够与支撑环5的底面保持均匀的接触，进而保证支撑环5对压电陶瓷致动器71的整体压力更为均匀，进而便于延长压电陶瓷致动器71的使用寿命；

随着压电陶瓷致动器71的形变，支撑环5能够在压电陶瓷致动器71的顶动下带动次镜组件4向上移动，从而实现更为精确的调焦操作，而在支撑环5向上移动的过程中，支撑柱73能够配合托环68对支撑环5的移动方向进行限定，避免次镜组件4在调节的过程中发生倾斜。

如图4、图5和图7所示，托板61的底部环形分布有多个固定板8，固定板8的顶部与托板61底部垂直固定连接，固定板8上安装有阻尼齿轮9，阻尼齿轮9对应位置的镜头外壳1侧面内壁上沿竖直方向设置有齿牙10，且齿牙10与阻尼齿轮9啮合，弹簧67初始状态下处于收缩状态，且弹簧67的弹力大于阻尼齿轮9与齿牙10间的最大阻力；

通过设置有阻尼齿轮9，在气囊62进气膨胀的过程中，托板61由于气囊62的顶动开设向上运动，而随着托板61的向上运动，托板61能够带动多个阻尼齿轮9沿着对应的齿牙10滚动，从而通过阻尼齿轮9与齿牙10的配合作用减缓托板61向上移动的速度，进而实现托板61的平稳上移，避免次镜组件4在托板61的作用下过快的移动，进而便于提高调焦时的稳定性；

同理，在气囊62通过进气管63向外排气的过程中，弹簧67通过伸缩杆66向下拉动支撑环5，从而通过支撑环5对托环68的压力压动托板61向下移动，而在此过程中，阻尼齿轮9也能够配合对应的齿牙10减缓托板61下降的速度，进而实现次镜组件4平稳的复位。

如图1至图4所示，活动套3外侧靠近顶端的位置套接有密封套11，密封套11的底部与镜头外壳1的顶部固定连接，且密封套11具有弹性，主镜组件2位于镜头外壳1底部的部分套接有密封圈12，且密封圈12的顶部与镜头外壳1的底部贴紧；

在内窥镜使用的过程中，由于患者的鼻腔在呼吸时会产生水汽，因此水汽会通过镜头外壳1的间隙进入到镜头外壳1内部，通过设有密封套11和密封圈12，从而保证内窥镜在使用的过程中，水汽不会通过镜头外壳1的间隙进入到尽头外壳的内部，进而保护镜头外壳1内部的结构不被水汽影响，延长内窥镜镜头的使用寿命。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。

Claims (7)

1.一种柔性高精度次镜组件调焦机构，包括圆柱形的镜头外壳（1），其特征在于：所述镜头外壳（1）的顶部为开口设计，所述镜头外壳（1）的内侧设有主镜组件（2），所述主镜组件（2）的底部贯穿插接在镜头外壳（1）的底部，所述主镜组件（2）的外部滑动套接有活动套（3），所述活动套（3）的内侧靠近顶部位置安装有次镜组件（4），所述活动套（3）底部外侧固定连接有支撑环（5），所述支撑环（5）的底部设有用于调节次镜组件（4）的第一调节装置（6），所述第一调节装置（6）与支撑环（5）之间设有对次镜组件（4）进行微调的第二调节装置（7）；

所述第一调节装置（6）包括圆形的托板（61），所述托板（61）滑动套接在主镜组件（2）的下半部分上，所述托板（61）的底部设有环形的气囊（62），所述气囊（62）套接在主镜组件（2）的下半部分上，所述气囊（62）的顶部和底部分别与托板（61）以及镜头外壳（1）固定连接，所述气囊（62）的底部连接有进气管（63），所述进气管（63）贯穿插接在镜头外壳（1）的底部，所述托板（61）的顶部垂直滑动贯穿插接有多个限位杆（64），且多个限位杆（64）呈环形分布，所述限位杆（64）的底部与镜头外壳（1）底部内壁垂直固定连接，且限位杆（64）的顶端直径大于其通体直径，所述限位杆（64）位于托板（61）底部的部分固定套接有定位环（65），所述托板（61）的顶部贯穿开设有多个通孔，多个所述通孔呈环形分布，所述通孔内垂直贯穿插接有伸缩杆（66），所述伸缩杆（66）的两端分别与支撑环（5）底部以及镜头外壳（1）底部内壁垂直固定连接，所述伸缩杆（66）上套接有弹簧（67），且弹簧（67）的两端分别与伸缩杆（66）的两端表面固定连接，所述托板（61）的顶部固定连接有托环（68），且托环（68）与支撑环（5）的顶部正对。

2.根据权利要求1所述的一种柔性高精度次镜组件调焦机构，其特征在于：所述第二调节装置（7）包括多个压电陶瓷致动器（71），且多个压电陶瓷致动器（71）呈环形分布，所述压电陶瓷致动器（71）的底部固定连接有半球形底座（72），半球形底座（72）对应位置的所述托环（68）顶部开设有球面槽，且半球形底座（72）转动安装在球面槽中，托环（68）的顶部滑动插接有多个支撑柱（73），且多个所述支撑柱（73）呈环形分布，所述支撑柱（73）的顶部与支撑环（5）底部垂直固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种柔性高精度次镜组件调焦机构，其特征在于：所述托板（61）的底部环形分布有多个固定板（8），所述固定板（8）的顶部与托板（61）底部垂直固定连接，所述固定板（8）上安装有阻尼齿轮（9），阻尼齿轮（9）对应位置的所述镜头外壳（1）侧面内壁上沿竖直方向设置有齿牙（10），且齿牙（10）与阻尼齿轮（9）啮合。

4.根据权利要求3所述的一种柔性高精度次镜组件调焦机构，其特征在于：所述活动套（3）外侧靠近顶端的位置套接有密封套（11），所述密封套（11）的底部与镜头外壳（1）的顶部固定连接，且密封套（11）具有弹性。

5.根据权利要求3所述的一种柔性高精度次镜组件调焦机构，其特征在于：所述弹簧（67）初始状态下处于收缩状态，且弹簧（67）的弹力大于阻尼齿轮（9）与齿牙（10）间的最大阻力。

6.根据权利要求2所述的一种柔性高精度次镜组件调焦机构，其特征在于：所述压电陶瓷致动器（71）呈圆柱形，且初始状态下压电陶瓷致动器（71）的顶部恰好与支撑环（5）的底部贴紧。

7.根据权利要求4所述的一种柔性高精度次镜组件调焦机构，其特征在于：所述主镜组件（2）位于镜头外壳（1）底部的部分套接有密封圈（12），且密封圈（12）的顶部与镜头外壳（1）的底部贴紧。