CN202486425U - 一种自锁型抗高冲击快门装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自锁型抗高冲击快门装置，包括图像传感器支架，中部设有感光窗口；挡片，设有滑动槽，并通过挡片轴可转动的安装在图像传感器支架上，闭合时完全遮蔽感光窗口，常开时位于感光窗口两侧同时未超过图像传感器支架范围；作动臂，通过转轴可转动的安装在图像传感器支架上，并在一端设有穿过挡片滑动槽并可沿该滑动槽滑动的凸柱，作动臂转轴中心与凸柱轴心的连线与挡片滑动槽的槽线正交或夹角略大于90°；驱动电机，安装在图像传感器支架上，连接并驱动作动臂。本实用新型具有常开状态时自锁且可抗高冲击、高过载等特性，闭合时可实现图像传感器焦平面的非均匀性校正或曝光控制，可根据需要方便的调控开闭时间，体积小、结构紧凑。

Description

一种自锁型抗高冲击快门装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用于红外、可见光或其它类型成像系统的快门装置，特别是涉及一种自锁型抗高冲击快门装置。

背景技术

红外系统在成像时会产生一定的非均匀性，因此，为了保证正常成像必须进行校正。工程实践中，通常通过“减背景”操作，来剔除当前工作状态的非均匀性，具体来说，是通过一个常开的快门机构实现，需要进行减背景操作时，快门进行瞬间遮挡，提供一个均匀的背景辐射，此时，后台程序运行，进行减背景操作，操作完成后，快门打开至常开状态。

随着红外成像系统的微型化及应用范围的扩大，有些时候会面临高冲击、高过载的使用环境，这对快门结构提出了严峻的要求。目前通常采用的快门结构为“勺形”挡板形式，由电机输出轴直接带动挡板运动，实现对焦平面的遮挡，达到提供均匀辐射背景的目的。挡板打开时完全由一个专门绕制的弹簧结合配重来稳定。实践中发现，现有快门结构存在如下几个弊端：

1、常开时不能自锁，不具备抗高冲击及高过载能力，弹簧与配重提供的稳定裕度很小，常开时不能完全拉紧，其平衡在受到外界冲击或较大过载时很容易被破坏，甚至会对结构造成不可逆的损坏；

2、电机旋转轴不在挡板的质心，为保证成像时挡板能够稳定于常开状态，必须在挡板远端增加配重，同时辅以弹簧机构，由于该平衡点难以选取，导致装配、调试难度很大；

3、采用单个挡板进行非均匀性补偿，遮盖时其面积必须能够覆盖整个光敏面，但是打开时挡板远端增加的配重会导致成像系统外径扩大，另外，配重通常设计的较大，不利于成像系统的小型化设计；

4、为配合后台程序的“减背景”运算，往往需要对快门进行在线调整，而采用“勺形”挡板的快门，其闭合至打开的过程主要靠弹簧与配重的配合，开闭时间难以也无法进行随意的在线调整，在面临高速快门的需求时更是无法满足；

5、广泛应用于各种可见光相机的快门组件，虽然集成度高，体积小巧，但主要面向工业化批量生产，未考虑结构强度，其结构设计也未考虑抗高冲击、高过载应用，因此，不能满足红外焦平面高冲击、高过载使用环境下的定制需求。

由此可见，设计一种既适用于红外成像系统，又兼顾可见光成像系统应用的，具备常开状态时自锁，同时满足抗高冲击、高过载特性，体积小巧、结构简单、可靠的快门装置，实属当前本领域亟需改进的目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种自锁型抗高冲击快门装置，使其既可应用于红外成像系统，又适用于可见光成像系统，具备常开状态时自锁特性，同时满足高冲击、高过载使用环境，体积小巧、结构简单、可靠，从而克服现有快门装置的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型一种自锁型抗高冲击快门装置，包括：图像传感器支架，中部设有感光窗口；挡片，设有滑动槽，并通过挡片轴可转动的安装在图像传感器支架上，闭合时完全遮蔽感光窗口，常开时位于感光窗口两侧同时未超过图像传感器支架范围；作动臂，通过转轴可转动的安装在图像传感器支架上，并在一端设有穿过挡片滑动槽并可沿该滑动槽滑动的凸柱，作动臂转轴中心与凸柱轴心的连线与挡片滑动槽的槽线正交或夹角略大于90°；以及驱动电机，安装在图像传感器支架上，连接并驱动作动臂的转动。

作为本实用新型的一种改进，所述的作动臂的转轴设置在作动臂的质心处。

所述的挡片为两个以上，且每个挡片分别配置作动臂和驱动电机，挡片的形状、固定位置均围绕感光窗口的圆心中心对称。

所述的挡片在闭合配合面交错铣薄，挡片在闭合时部分重叠。

所述的驱动电机通过一级齿轮和二级齿轮连接并驱动作动臂转动，一级齿轮由驱动电机直接驱动，二级齿轮与一级齿轮啮合，作动臂与二级齿轮固定连接，并且作动臂的转轴穿过二级齿轮的中心。

还包括拉簧，该拉簧的两端分别与作动臂、图像传感器支架固定连接，常开时呈自然状态，闭合时呈拉伸状态。

所述的作动臂转轴直径与作动臂长度的比值不低于0.05。

所述的挡片轴在与图像传感器支架上下端面的连接处各设有一对微滚珠轴承。

所述的挡片整体近似勺形，滑动槽设置在勺柄近端部。

所述的驱动电机采用微型直流驱动电机。

采用这样的设计后，本实用新型至少具备以下优点：

1、本实用新型在常开状态下拥有极高的稳定裕度，在受到外界冲击、振动或有较大过载的情况时不会产生自主动作；

2、装置中的各作动部件，如直流驱动电机、一级齿轮、二级齿轮、档片等等，均选用同一型号，以保证两组机构的几何与质量对称，这样重心均容易定位于相应零件的转子直径内，同时提高了作动响应的一致性；

3、本实用新型自锁功能的实现，无需特殊加工方法，或者进行人工调整，无需超出系统口径的配重，可以采用机械加工方法进行单件或者小批量生产，有利于控制产品试制成本，同时适合采用模具进行批量生产。

4、挡片设计为对开式两片结构，空间利用更合理、紧凑，且体积小巧。

5、本实用新型在开关过程和闭合过程都采用直流电机驱动，结合带PWM输入的H桥双向驱动芯片可方便的实现档片快门动作时刻及速度的调节，以满足不同系统的补偿要求；

6、可选用机电常数小的微型电机(如：空心杯式)，从而实现快门的高速动作。

如上所述，本实用新型一种自锁型抗高冲击快门装置，具有常开状态时自锁且可抗高冲击、高过载等特性，闭合时可实现图像传感器焦平面的非均匀性校正或曝光控制，并且可根据需要方便的调控开闭时间，体积小、结构紧凑，从而更适于推广使用。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型自锁型抗高冲击快门装置的常开状态结构示意图。

图2是本实用新型自锁型抗高冲击快门装置的闭合状态结构示意图。

图3是本实用新型一种自锁型抗高冲击快门装置的剖面结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1-3所示，本实用新型一种自锁型抗高冲击快门装置，主要包括图像传感器支架1、挡片8、作动臂4以及驱动电机13。

其中，图像传感器支架1的中部设有感光窗口11。

挡片8上设有滑动槽7，并通过挡片轴9可转动的安装在图像传感器支架1上，闭合时完全遮蔽感光窗口11，常开时位于感光窗口11两侧同时未超过图像传感器支架1的范围。

较佳的，挡片8的整体近似勺形，实际使用时可根据感光窗口11及传感器支架1的形状尺寸进行特殊设计，滑动槽7设置在勺柄近端部。在挡片轴9与图像传感器支架1上下端面的连接处可各设置一对微滚珠轴承14，配合紧固螺母12将档片轴9与档片8分别锁紧固定，可以将档片锁紧在微滚珠轴承14的内环上，防止其窜动或跳动，减小了机构作动时的摩擦，同时又加强了冲击、振动环境下的结构强度。

此外，本实用新型采用的挡片8优选如图所示的两个以上，且每个挡片8分别配置作动臂4和驱动电机13，挡片的形状、固定位置均围绕感光窗口11的圆心中心对称，并在挡片8的闭合配合面设置交错铣薄结构10，使挡片在闭合时部分重叠，以保证闭合时两档片配合良好完全遮盖光线。

作动臂4通过转轴5可转动的安装在图像传感器支架1上，并在一端设有穿过挡片滑动槽7并可沿该滑动槽7滑动的凸柱6，作动臂转轴5中心与凸柱6轴心的连线与挡片滑动槽7的槽线正交。除正交情况外，作动臂转轴5中心与凸柱6轴心的连线与挡片滑动槽7的槽线，夹角a可略大于90°，该夹角选取在打开动作时，凸柱6相对于滑动槽7的运动方向一侧，这时可以促使干扰力矩转化为档片的打开力矩，以进一步提高系统此时的稳定裕度，增强对冲击、过载及振动环境的适应性，无论受到任何方向的冲击或者过载，挡片8均被作动臂4锁紧位置而不会自主转动，符合抗高冲击、高过载要求。

较佳的，作动臂4的转轴5设置在作动臂的质心处，并使转轴5直径相对于作动臂长度较大，其比值不低于0.05，因此采用一般加工方法即可保证作动臂的质心落在作动臂转轴5直径内，无需进行人工配重调整等工作。

驱动电机13选用常见的微型直流碳刷驱动电机，优选机电常数小的微型电机(如：空心杯式)，安装在图像传感器支架1上，连接并驱动作动臂4的转动，可以轻松的实现快门的高速动作。本实用新型的打开、闭合过程均由直流电机驱动，电机控制可选用一片H桥式微型大功率直流电机驱动器，进行PWM调制及实时换向控制，可以很容易实现快门打开、闭合的方向及速度调节，以满足不同系统的补偿要求。

较佳的，驱动电机通过如图所示的一级齿轮2和二级齿轮3连接并驱动作动臂4转动，一级齿轮2由驱动电机13直接驱动，二级齿轮3与一级齿轮2啮合，作动臂4与二级齿轮3固定连接，并且作动臂4的转轴5穿过二级齿轮3的中心。

此外，本实用新型还可在图像传感器支架1上安装拉簧，拉簧的两端分别与作动臂4、图像传感器支架1固定连接，挡片8常开时拉簧呈自然状态，若档片8受外力干扰向感光窗口11中心闭合，拉簧则呈拉伸状态，以进一步增强系统常开状态时的稳定裕度，满足更苛刻的应用环境。

本实用新型的图像传感器支架1和挡片8均可采用2A12或其它铝合金材质加工而成，表面抛光后经由氧化发黑工艺处理。作动臂4和齿轮轴可采用0Cr18Ni9或其它不锈钢材料加工。

工作时，档片8处于常开状态，此时拥有极高的稳定裕度，当系统受到外界冲击或承受较大过载时可以保持不动；快门需要闭合时两个驱动电机13向同一方向转动，通过一级齿轮2和二级齿轮3的传动，带动作动臂4转动，此时作动臂4上凸柱6通过档片8上的滑动槽7拨动档片8转动，直至两档片8完全闭合。减背景运算完成后，整个机构在驱动电机13的带动下向相反方向作动，直至档片8完全打开。

按照以上设计，本实用新型在工作时，档片8的打开、闭合完全受控于驱动电机13的转动。当有外界冲击或过载时，由于驱动电机13转子不存在转动力矩干扰，自然不会带动一、二级齿轮2、3，作动臂4也都因质心与转轴5重合而不受转动力矩干扰。档片8虽以档片轴为中心会受转动力矩干扰，但由于结构上二级齿轮的齿轮轴(即作动臂的转轴5)和凸柱6两者的轴心连线正交于滑动槽7槽线，此时转动力矩M也正好重合于两轴心连线。由于外界干扰导致的转矩M直接被沿两轴心连线的互反力矩N抵消掉。因此，该型自锁结构保证了系统常开状态时具有很高的稳定裕度，适用于冲击、振动、过载等应用环境。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于包括：

图像传感器支架，中部设有感光窗口；

挡片，设有滑动槽，并通过挡片轴可转动的安装在图像传感器支架上，闭合时完全遮蔽感光窗口，常开时位于感光窗口两侧同时未超过图像传感器支架范围；

作动臂，通过转轴可转动的安装在图像传感器支架上，并在一端设有穿过挡片滑动槽并可沿该滑动槽滑动的凸柱，作动臂转轴中心与凸柱轴心的连线与挡片滑动槽的槽线正交或夹角略大于90°；以及

驱动电机，安装在图像传感器支架上，连接并驱动作动臂的转动。

2.根据权利要求1所述的一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于所述的作动臂的转轴设置在作动臂的质心处。

3.根据权利要求1所述的一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于所述的挡片为两个以上，且每个挡片分别配置作动臂和驱动电机，挡片的形状、固定位置均围绕感光窗口的圆心中心对称。

4.根据权利要求3所述的一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于所述的挡片在闭合配合面交错铣薄，挡片在闭合时部分重叠。

5.根据权利要求1所述的一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于所述的驱动电机通过一级齿轮和二级齿轮连接并驱动作动臂转动，一级齿轮由驱动电机直接驱动，二级齿轮与一级齿轮啮合，作动臂与二级齿轮固定连接，并且作动臂的转轴穿过二级齿轮的中心。

6.根据权利要求1所述的一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于还包括拉簧，该拉簧的两端分别与作动臂、图像传感器支架固定连接，常开时呈自然状态，闭合时呈拉伸状态。

7.根据权利要求1所述的一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于所述的作动臂转轴直径与作动臂长度的比值不低于0.05。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于所述的挡片轴在与图像传感器支架上下端面的连接处各设有一对微滚珠轴承。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于所述的挡片整体近似勺形，滑动槽设置在勺柄近端部。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的一种自锁型抗高冲击快门装置，其特征在于所述的驱动电机采用微型直流驱动电机。

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