《尼康14x40稳像望远镜基本工作原理&跌落导致故障的国内首例维修方法与过程》

过客匆匆甲

《尼康14x40稳像望远镜基本工作原理介绍 & 望远镜因跌落导致故障的国内首例维修方法与过程》本贴系北旅论坛独家刊登，如要转载烦请注明文章出自北旅之星论坛

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首先介绍一下能够实现这次对尼康14x40稳像望远镜基本工作原理介绍和分解剖析，让大家能够看到尼康这款稳像望远镜的内部构造结构与各种功能部件，事情的起因因havod镜友的一帖“紧急求助：尼康1440哪里可以修”而起（红色字体为原求助帖链接，可点击看帖）。
本坛havod镜友不小心导致这只尼康稳像望远镜从一米的高度跌落下来，在与地面撞击后发生了故障。havod镜友自述望远镜跌落后电路失灵，按下电源开关和稳像开关按钮后无任何反应听不到正常时开机的吱吱声、稳像功能没有任何动作、从目镜里无法看到正常的图像、调节对焦旋钮也没有任何变化、晃动望远镜能听到镜子内部发出哐镗哐镗的声响。
本人无意中看到这个紧急求助帖后，建议havod镜友先问问尼康的中国大陆售后服务部，看看国内是否有维修点，若不行，再给日本的尼康总部的售后发电邮试试。如实在不行的话，最后死马当作活马医的时候，再与我联系，我给他修修看。havod镜友的这只尼康稳像望远镜因无法获得尼康的售后服务与维修，在国内也的确没有维修尼康稳像望远镜的维修部门或个人的维修实例。最后havod镜友在找不到维修的途径和方法后求助于我，就这样我接手了这只损坏的镜子，我承若免费给他修理这只稳像望远镜。havod镜友就把尼康14x40稳像望远镜快递发给了我。望远镜修好后经多日各种环境的试用测试验证，除了无条件补充氮气外，其余各项功能都已恢复正常，修好的镜子于9月18日快递寄回给了镜主havod镜友，据他使用后的反馈，他感觉和原来没有摔坏前一样，稳像对焦等各项功能都十分正常好用。
具体维修的过程与方法待后续介绍。这里先结合分解剖析后的照片及稳像望远镜的内部构造结构与各种功能部件，向大家介绍一下尼康14x40稳像望远镜的基本工作原理。本贴如有不妥或谬误之处，还望镜友们提出宝贵的建议与意见，也欢迎各位镜友和玩家互相交流和切磋。

尼康14x40稳像望远镜基本工作原理介绍


尼康 NIKON StabilEyes 14X40稳像望远镜是2002年2月21日推出的。尼康这款稳像望远镜由日本富士代工，其内部结构和主要部件均与日本富士14x40 IS 稳像望远镜相同，尼康的这款稳像功能有陆地和车船两种模式可以选择和切换，富士的那款只有一种稳像模式，再则就是外形上一些差异和区别，其余基本上都是一样的。参见下图








技术规格及参数


稳像和性能特点
尼康 StabilEyes 14X40稳像望远镜的基本功能
具有高性能的抗振动功能，它配备了高达正负5°的防振防抖补偿功能，可以精确地校正图像因抖动引起的模糊，并始终提供稳定的视像
根据场景可选择两种防振防抖修正模式
陆地模式：用于消除振颤所造成的影响，例如站在稳定的地面上进行鸟类观看、体育比赛、欣赏风景、天文观察等场合
车船模式：用于消除晃动所造成的影响，例如在移动中的车辆、船舶、汽车、直升机、强风环境下对目标的观察等场合
StabilEyes的防抖（VR)暂停功能，能最大限度地降低观测快速移动物体或在不同观测对象间切换所带来的图像的不稳定性
当LED指示灯显示绿色时，稳像功能为陆地模式状态
当LED指示灯显示橙色时，稳像功能为车船模式状态
当LED指示灯熄灭时，稳像功能处于关闭状态，此时望远镜仍可以使用但无稳像
当电池电量不足电压过低时，LED指示灯会闪烁提示，此时请同时更换4只AA新电池
省电功能，当稳像望远镜静置时间大于3分钟时，稳像功能将会自动处于休眠状态
防水功能，可承受1米5分钟的防进水测试，因此可以在船舶、水上运动等场合使用




主要稳像部件
1. 棱镜部分
2. 目镜透镜
3. 万向支架（含正像浮动棱镜组）
4. 垂直直驱电机
5. 水平压电振动陀螺传感器
6. 水平直驱电机
7. 垂直压电振动陀螺传感器
8. 电池盒
9. 水平位置传感器
10. 物镜透镜
11.  垂直位置传感器
参见下图


※图示光学系统是围绕水平轴的操作原理的图像

内部构造及主要功能部件实物图


尼康 StabilEyes 14X40稳像望远镜由微处理器控制，其稳像功能依赖于由正象棱镜和传感器及水平和垂直直驱电机等构成的万向组件，并和控制电路等部件一起组成伺服控制系统。其中水平方位角与垂直俯仰角位置传感器探测来自水平和垂直方向的抖动和运动，水平方位角与垂直俯仰角压电陀螺传感器用来探测来自观测方向的任何循环、重复性的移动。上述四种不同的输入信号经微处理器处理后，被分别传送到水平和垂直两只直驱电机，通过直驱电机带动万向支架使棱镜发生偏转，从而对光锥作出必要的折转以达到对震动和抖动的修正与补偿调整，使之图像重新获得稳定。内部 CPU 控制的水平和垂直直驱电机的动作速度和幅度，取决于振动检测到的两个压电振动陀螺传感器。 通过改变悬挂在万向支架中的稳像棱镜的方向来矫正光轴。此外，水平和垂直两个位置传感器支持强烈的振动检测。





主要功能部件介绍
稳像万向支架：包含
1. 稳像正像浮动棱镜组
2. 水平直驱电机
3. 垂直直驱电机
4. 水平压电振动陀螺传感器
5. 垂直压电振动陀螺传感器
6. 水平位置传感器
7. 垂直位置传感器
8. 万向支架本体
9. 万向支架复位及锁定轴




水平和垂直位置传感器




水平和垂直直驱电机（12极外转子无刷直流电机）



直驱电机（外转子无刷直流电机）结构原理

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维 修 篇

剥皮抽筋  开膛破肚  掏心挖肺  擦看病症  对症下药  药到病除

翻遍了中外网站搜寻不到一篇关于尼康14x40 IS 稳像望远镜的维修实例做参考，为了对付这个怪物，只好把祖传的十八般兵器统统般了出来，准备对它进行手术治疗。这叫战略上藐视它，先吓唬吓唬它，让它乖乖地就范

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刚才开个玩笑，对于这种光机电合一的精密仪器，在维修时真的不能马虎，这就需要在战术上重视它，毕竟它是不怕吓唬的没有生灵的物件。

收到havod镜友快递过来的尼康1440稳像望远镜，在拆卸前作了必要的初步检查和初步的故障判断。故障体现的表面现象基本上与镜主havod镜友自述的相仿，经检查发现这款镜子跌落后造成很多故障：

故障现象1）看不到任何正常的可大致辨别的图像

从镜子晃动时会发出带有沉重感的哐镗哐镗声响现象的初步判断，镜子内部有较大较重的部件处于失控活动状态，分析看只有稳像棱镜架脱落才会出现这种现象（后来拆开后发现这个棱镜组件本身重量居然有330克！而且正常时的变化角度并不大，所以脱落后就不是一般的光轴不正了，而是跑得没影了，不管你怎么调节对焦都模糊得连个正常图像都没有）。

故障现象2）装上四节全新AA碱性电池，分别按下电源开关和稳像开关的按钮，工作状态指示灯不亮，镜子内部无响声，稳像功能无动作，就是无法开机

用福禄克289数字万用表的电流档串联与电池和触点之间，按下电源开关按钮，电流显示为零。初步分析和判断，估计是用于外部控制的薄膜电路与镜子内部的电路板的连接接触不良导致无法控制不能开关机（后来拆开镜子发现除这个问题外，其中一个直驱电机也有断线的故障）。

故障现象3）调节对焦旋钮无任何反应和变化
开始以为望远镜在跌落碰撞后可能把内部的某个调焦部件损坏了。后来想到望远镜在各个角度晃动时，内部发出的哐镗哐镗声响有所差异，镜子的反面朝上时响声相对小一些，于是就突发奇想地把望远镜正反面颠倒过来再试试看，反面朝上后旋动调焦旋钮居然可以看到图像和调焦了！虽然此时的图像还不是十分清晰，但至少这说明了内部的调焦机构没有大的物理性损伤（拆开镜子后验证了这一判断）。

在拆解打开望远镜之前，大致上就发现上述三个故障现象。

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要开膛破肚掏心挖肺只有先对其进行剥皮抽筋因翻遍了中外网站搜寻不到一篇关于尼康14x40 IS 稳像望远镜的维修实例做参考，所以只好凭着自己多年积累的经验和知识，边摸索边分析吧。

尼康的这款14x40稳像望远镜在尼康的民用产品里的定位也算是老大和旗舰吧，所以老大的服装自然和那些小弟们（尼康的16x32、12x32稳像望远镜）不一样，小弟们对防水的要求也低，看那些螺丝都在外面露着呢，所以小弟们的衣服很容易脱掉，能很方便将其打开。

老大嘛，自然要威严体面些找遍了前前后后，没有发现有一处可以下手的地方。根据我原来对相机和其它仪器结构的了解，看来只有把衣服（在相机里叫蒙皮，在望远镜里叫包胶）剥掉才能开膛破肚掏心挖肺了。

先揭下镜肩上的尼康铭牌，拧下唯一的一颗衣服外的螺丝，看看这种普罗II式棱镜望远镜的瞳距调节结构是什么样的。原来是4只塑料材质的同步齿轮，其中一对白色的同步齿轮应该是具有自润滑的聚甲醛塑料，黑色的应该是ABS之类的工程塑料。

脱衣前须先宽衣解带（先解开腕带，卸下电池盒）

因为尼康的这款旗舰级的稳像望远镜具有深1米5分钟水浸的防水性能，所以这个包胶（蒙皮）把镜身包裹得非常的严实。要剥开真得费点力气，还要处处小心。手巧不如家什妙，没说的用工具吧。

为了避免包胶上的不干胶铭牌和工作状态指示灯的胶贴被损坏，最好先小心把它揭下来放在一边（可黏贴到光滑干净的胶带离型纸上保存备用）。

包胶的边沿是用胶与塑料壳体粘接在一起的，用小号一字螺丝刀等工具沿着包胶的边沿慢慢地撬开。

小心地沿着包胶边沿剥开一圈，再慢慢地把包胶往下翻开剥离

在剥下物镜端的包胶前，如果物镜端加有UV保护镜等滤镜，须先拧下来。小心仔细慢慢往下翻折包胶至物镜端，最后再均匀地往下扒掉裤子

与望远镜壳体完全分离后的包胶（蒙皮）正反面

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皮剥开了，下一步该抽筋了因为尼康的这款稳像望远镜的壳体由上下两大部分组成，并且这款镜子内部是充氮气的防水设计，所以壳体的上下两大部分用防水密封胶牢牢地粘接在一起，从这里也可以发现这种光机电结合的电子稳像望远镜，在设计和制造工艺上根本就没有考虑到损坏以后的维修，也没有为维修维护保留什么可操作的结构。难怪尼康佳能等制造商不愿意对这类产品进行长时间的保用和售后服务。


抽筋就是把壳体的密封胶仔细剔除，使用带尖刃的小工具，仔细小心地把所有密封胶剔除干净，为分离上下壳体做好前期基础工作






为避免在修理过程中坚硬的工具不小心碰触物镜表面导致损坏，须将UV保护镜再次戴上





在彻底清除完壳体的密封胶后，再用刷子、气吹、胶带等工具将表面残胶清理干净，以避免那些残胶颗粒等进入望远镜内部，为维修完毕后的清洁减少工作量

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剥皮抽筋完了，接着就是开膛破肚 开膛破肚总得有个干净的环境，下面的照片里就是维修这个稳像望远镜的工作台和部分小工具及电子仪器，作为个人家里来说，这个环境和条件应该还算可以的了





前面的祖传十八般兵器自然是玩笑话，要维修这类光机电一体化的精密电子稳像望远镜，合适的各种小工具自然是少不了的。否则的话会不但费时费力，还容易损坏不该损坏的部件。就拿最基本的螺丝刀来说，我就有一百多把，下面的镊子和小螺丝刀是其中的一部分。





好多螺丝被拧豁的原因就是螺丝刀与螺丝不匹配，合适的螺丝刀就是刚能插入螺丝的槽口能够站住





上下壳体一共有5颗直径2毫米的自攻螺丝，每颗螺丝都带一只微型密封圈（防水密封的需要），将其全部拧下放到小盒子里避免丢失（这些小零件要是丢了既不好找也不好买）





下一步就是开膛破肚了，让我们看看里面究竟有哪些花花肠子






小心用力分离上下壳体

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剥皮抽筋 开膛破肚 完毕，第三步开始掏心挖肺


尼康的这款稳像望远镜由上下两大部分组成，下壳体内主要就是物镜组，其中包含内调焦的调焦透镜





大家可以仔细看看下面的图片，各种部件的名称我都标注在图片里了，除了透镜和螺丝，其余都是塑料件

所有的主要部件及控制处理和稳像驱动电路等等都安装在上壳体内，具体的部件名称和功能会在后面的图片里介绍

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剥皮抽筋、开膛破肚、掏心挖肺都完成了，下面的第四步就是擦看病症了


先介绍一下稳像有关的主要部件和基本功能，在图片里都有具体标注




角度位置传感器的实物，该部件主要功能是用于探测来自水平和垂直方向的抖动和运动，并将探测到的信号数据通过专用模块传递给中心处理器CPU进行运算处理

部分故障分析图，通过下面5张故障原因分析图可以发现两个主要故障问题，一是主要部件稳像浮动棱镜万向支架脱落，造成了无法居中归位锁定和稳像补偿动作，另一个造成外部电源开关及稳像功能选择开关与工作状态指示灯失灵的原因，是薄膜电路与主控电路板上的接插件松动歪斜导致接触不良。后面将继续分析稳像浮动棱镜万向支架脱落的根源在哪里

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开始对症下药，将上面发现的薄膜电路与主控电路板连接的接插件拔出重新插紧后，再通电试验，此时按压用于外部控制的薄膜电路的电源开关和稳像开关后均有反应，工作状态指示灯也能正常显示或熄灭。但发现稳像的万向支架动作还是不正常，按下稳像功能按钮后，水平直驱电机有动作，垂直直驱电机无动作。没办法只好继续寻找故障原因，用数字万用表测量垂直直驱电机的输入端有工作电压，至此怀疑垂直直驱电机可能损坏，于是决定打开垂直直驱电机查看原因。这里说明一下，在拆卸垂直直驱电机过程中发现最最最关键的稳像万向支架脱落的根本原因，这里先把直驱电机修理介绍完，那个最根本的故障原因放在后面介绍




打开垂直直驱电机查看后发现其中的一根单股漆包线因过于短紧，在望远镜跌落碰撞冲击时被震断




那就把线接上吧，好在我的工具和材料特多，找到了一支特细电烙铁头子



这种小接头就用不着焊台了，拿普通20W内热式电烙铁就解决问题



找一跟芯线镀锡的电线，抽出其中一股接在断掉的漆包线上作为延长线





因焊接中使用了松香焊锡丝，为避免日后松香气体挥发造成望远镜内部起雾，所以必须用酒精把焊点清洗干净

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刚才说到在拆卸垂直直驱电机过程中发现最最最关键的稳像万向支架脱落的根本原因，下面就进入这关键的一步维修。为了便于叙述和介绍得更直观清晰，这里的图片顺序打乱一下。导致稳像万向支架脱落的故障原因在下面的图片里都标注清楚了，大家可以仔细看图片里的说明

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导致稳像万向支架脱落故障的罪魁祸首居然是它


这是一对用来归位定中和锁定释放的塑料卡子，这对卡子需要频繁开合，尼康公司怕在望远镜内使用润滑油日久后油雾挥发使透镜表面产生雾化，所以没有采用金属材料，而是选择了带自润滑作用的聚甲醛塑料做卡子，但塑料的强度在大多数情况下总不如金属来得可靠





直径2毫米的一根塑料轴因望远镜跌落碰撞被震断，这么小的零件要去3D打印人家还不一定肯接这个活，再说我已经承若完全免费给havod镜友修理，那就自己想法做一个吧。寻找替代品吧，还是那句话，我的宝贝特别的多，多到没亲眼见过的人都不信
这不找到了一根粗端直径和断掉的塑料轴一样小顶杆，不过这顶杆是经过热处理的，尺寸又那么的小，加工的难度比较大，好在我家里的设备工具很齐全








考虑到该塑料卡子的轴是夹在上盖板和下联动板的盲槽内滑动，故修复方案结合替代品带台阶顶杆的特点，将直径2毫米的粗端作为滑动轴，直径1.5毫米的细端作为插入塑料卡子的固定轴，粗端长度为1毫米，细端长度也是1毫米。这么细小的零件加工难度很大的








再找一支直径合适的钻头用来在塑料卡子上钻孔

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开始加工卡子轴，虽然困难很多，但活人总不能让尿憋死吧，办法是勤快人想出来的

我家里的部分加工小设备

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五马分尸后的合照








将修好的稳像万向支架重新组装起来





没有通电初始化前必须用橡皮筋或软绳把稳像万向支架捆绑起来，以免脱离控制范围，使控制电路无法捕捉到稳像万向支架的固定轴





通电后稳像望远镜的控制电路会使卡子控制万向支架固定轴的活动范围，此时就可以解掉捆绑的橡皮筋，在每次关闭电源和稳像功能后，控制电路在切断总电源前都会把稳像万向支架居中归位和抱紧锁定，一是让望远镜在非稳像状态下光轴居中便于正常观看，二是以避免望远镜在平时保存和运输中对稳像万向支架造成损坏。

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修理完毕后需要使用刷子、气吹、压缩空气罐、超长纤维光学脱脂棉、无水乙醇等工具和材料对望远镜的内部透镜和各个部件进行清洁和除尘处理





因无条件对维修完毕的稳像望远镜内部进行充氮处理，也没有点胶机进行点胶密封，只好改用防水密封胶带黏贴的方案，好在我有各种特殊功能的胶带。



选出一卷进口的无残胶黑色防水密封胶带做为上下壳体的密封材料



用3M高粘性双面胶带把薄膜电路按原来的黏贴位置黏贴好




用防水密封胶带将上下壳体的结合缝都进行黏贴密封处理

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在对维修完毕的稳像望远镜进行最后的包胶处理前，还需对稳像望远镜进行稳像工作电流及功耗等电气性能指标进行测试和验证，确认是否属于正常的指标范围。尼康公司公布的尼康14X40 IS 稳像望远镜采用4节AA碱性电池时（也可以使用其它同电压和尺寸规格的充电电池）。标称在正常温度下可连续使用6小时。所以稳像望远镜的最大、最小和平均功耗以此为参考标准进行对比测试。

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各项性能和电气指标检测检查确认无误后，最后对镜子进行包胶处理





包胶处理完成后再一次进行电源和稳像功能开闭测试





尼康稳像望远镜全部安装恢复好后的正反面照片

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一些棱镜的倒像等杂照供大家参考

过客匆匆甲

上几张镜后照作为本贴的结尾，尼康14x40 IS 与 佳能15x50 IS 的镜后照对比。

尼康14x40 IS 镜后照

佳能15x50 IS 镜后照

尼康14x40 IS 与 佳能15x50 IS 的视场范围对比

本贴全部结束，谢谢大家观看，请多多提宝贵意见和建议。感到有些累，所以作了部分删节和简化。

huaiti

赶紧占个楼
楼主这个维修手艺真是绝了，维修检查过程也非常详细，太有参考价值了，辛苦！有点急切了，楼主见谅，实在是看的心痒，有几个问题想向楼主咨询下：
1.这个镜子的电源盒部分是通过外壳胶圈密封的吗，密封效果如何；
2.万向架的侧面电机对面支撑轴是不是也是无油无轴承塑料结构的，前端是金属配轴承；
3.断的这个万向卡子是不是只负责在电源关闭后抱紧万向架轴2并归位，没有跌落时的冲击抱紧保护功能；
4.楼主在维修电机的时候在漆包线圈上垫了什么东西做隔热保护能方便透漏一下吗，我有时候也碰到类似问题，做保护非常棘手；
5.这个装好不用做光轴调整吗；
6.这个密封带就是一般的防水密封带吗，我一直用的速干室温硫化硅胶做密封，操作很蛋疼。
问题比较多，烦请楼主不吝赐教，非常感谢！

酒酣

厉害，不但技艺精湛，文笔也是绝佳。
赶紧占楼，前排兜售瓜子花生矿泉水！