望远数码相机同步调焦机构的设计

    1 引 言

    随着现代科学技术的不断发展,现代化光学仪器产品不断问世[1]。现所述的望远数码相机就是根据市场需求设计的一种集光机电技术于一体的现代光学产品。这款相机的主要创新之处就是:在用双筒望远镜观察3m~]范围内的景物时,可通过其同步调焦结构调节望远物镜和数码照相物镜对同一景物进行同步观察和适时拍摄,使数码相机所拍摄到的景物与通过望远系统观察到的景物为同一目标。使望远镜真正成为数码相机的光学取景器,实现产品的/所拍即所看0的同步望远拍摄功能。

    调焦机构是望远数码相机同步望远拍摄功能实现的核心机构,它的作用是在光学系统设计完好的前提下,如何通过机械传动来同步调节望远物镜和数码照相物镜的离焦量,使两种物镜对同一目标折射成像,保证望远镜观察到的景物和数码照相物镜所拍摄到的景物为同一目标。故称为同步调焦机构。同步调焦功能的实现决定了望远数码相机的质量。文中主要介绍同步调焦机构工作原理,结构组成、可靠性分析、结构设计及调校工艺要求。

    2 工作原理

    同步调焦机构的工作原理如图1所示,眼睛通过光学取景目镜观察目标,用手来调节同步调焦机构中的同步传动齿轮副,带动光学取景物镜和数码照相物镜对同一观察目标折射成像,光学取景物镜所成的像再通过光学取景目镜折射成像于观察者的眼中,数码照相物镜所成的像被装在像平面位置的CMOS图像传感器感光接收,再通过模数转换处理等最后以JPG/AVI图像格式输出。

    3 结构组成

    调焦方式主要由光学系统、结构形式、调焦精度及使用环境条件决定[2]。同步调焦机构如图2所示,主要由光学取景物镜组件1、数码照相物镜组件2和同步调焦齿轮副[3,4]组件组成。镜头凸轮轴套3、中调手轮轴套7和连接板8组成固定机架,镜头凸轮4、中调手轮5组成同步调焦传动齿轮副。当转动中调手轮5进行景物观察时,中调手轮5自身做旋转运动,推动中调手轮上曲线槽中的中调手轮导钉6沿中调手轮轴套7上轴向的导槽做直线运动,中调手轮导钉6通过调焦连杆11推动光学取景物镜对所观察景物进行调焦观察。同时中调手轮5通过其上的齿轮带动与之啮合的镜头凸轮4作同步旋转运动,进而推动镜头凸轮4上曲线槽中的凸动,凸轮导钉10带动数码照相物镜对所观察景物进行调焦折射成像,数码照相物镜所成的像被装在像平面位置的CMOS图像传感器9感光接收,再通过模数转换处理等最后以JPG/AVI图像格式输出。因为整个传动机构是通过一个执行元件传递动力的,因而数码照相物镜和光学取景物镜的运动是同步的。