CN111208692A - 空间相机调焦机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空间相机调焦机构，包括光学镜筒、电机组件和调焦凸轮滚子组件，电机组件包括电机和套装在电机的输出轴上的小齿轮，调焦凸轮滚子组件包括分别套装在光学镜筒上的凸轮齿轮和CMOS支架以及至少一套装配在CMOS支架上将凸轮齿轮夹紧的凸轮滚子夹具，凸轮齿轮与小齿轮相啮合，在凸轮齿轮转动时，将自身的旋转运动转换为固定在CMOS支架上的CMOS组件的往复直线运动，以改变CMOS组件的CMOS焦面与光学镜筒内的光学镜组之间的距离。本发明采用光学镜筒的外壁充当凸轮齿轮的转动轴，为凸轮齿轮提供轴向支撑，依靠凸轮滚自身的二硫化钼材料及凸轮齿轮的PEEK材料实现自润滑，无需使用润滑脂。因此本发明能够简单实现在真空环境下的自润滑连续往复调焦。

Description

空间相机调焦机构

技术领域

本发明涉及光学调焦技术领域，更为具体地，涉及一种空间相机调焦机构。

背景技术

空间相机在发射过程中受运载条件(冲击、振动、过载等)的影响和在轨运行时环境条件(压力、温度、微重力等)改变的影响都会导致不同程度的离焦，因此空间相机中配备调焦机构是必要的。凸轮调焦机构具有结构简单、精度高、抗震能力强，是目前空间相机最常用的调焦机构。

但传统的凸轮调焦机构存在如下缺点：

1、采用在圆柱凸轮上开凸轮槽，加工过程较为困难，精度难以保证；

2、需要在极限位置设置限位装置，无法实现连续调焦，并在极限位置极易出现卡滞现象；

3、需要依靠电机的正转与反转来实现调焦机构的往复直线运动，控制系统较为复杂；

4、需要使用润滑脂，但润滑脂在真空环境下易挥发，使凸轮滚与凸轮之间磨损严重，出现冷焊现象。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种空间相机调焦机构，无需电机正反转即可实现在真空环境下的自润滑连续往复调焦。

本发明提供的空间相机调焦机构，包括光学镜筒、电机组件和调焦凸轮滚子组件，电机组件包括电机和小齿轮，小齿轮套装在电机的输出轴上，调焦凸轮滚子组件包括分别套装在光学镜筒上的凸轮齿轮和CMOS支架以及至少一套装配在CMOS支架上将凸轮齿轮夹紧的凸轮滚子夹具，凸轮齿轮与小齿轮相啮合，在凸轮齿轮转动时，将自身的旋转运动转换为固定在CMOS支架上的CMOS组件的往复直线运动，以改变CMOS组件的CMOS焦面与光学镜筒内的光学镜组之间的距离。

优选地，凸轮滚子夹具包括两个凸轮滚，两个凸轮滚分别通过凸轮滚轴转动连接在CMOS支架上，凸轮齿轮夹紧在两个凸轮滚之间。

优选地，凸轮齿轮两个端面形成正弦曲面或方波平面。

优选地，CMOS支架的一端形成CMOS组件连接部，另一端形成沿凸轮齿轮圆周方向均布的夹具连接部，CMOS组件通过螺钉固定在CMOS组件连接部上，两个凸轮滚转动连接在夹具连接部上。

优选地，在夹具连接部上开设有两个装配孔，两个凸轮滚轴分别装配在各自对应的装配孔内，并通过螺母进行紧固。

优选地，在夹具连接部上还开设有与靠近夹具连接部自由端的装配孔相连通的螺孔，在螺孔内装配有紧定螺钉，通过调整紧定螺钉使两个凸轮滚夹紧凸轮齿轮。

优选地，光学镜筒具有限位凸台，在光学镜筒上还套装有齿轮端盖和导向槽套筒，CMOS支架套装在导向槽套筒上，导向槽套筒通过齿轮端盖将凸轮齿轮压紧在光学镜筒的限位凸台处。

优选地，在导向槽套筒的外壁上沿轴向开设有导向槽，在CMOS支架上螺纹连接有导向顶丝，导向顶丝在导向槽内滑动。

优选地，凸轮齿轮以光学镜筒为转动轴转动，凸轮齿轮为PEEK材料。

优选地，凸轮滚为二硫化钼材料。

本发明能够取得以下技术效果：

1、凸轮齿轮相比圆柱凸轮，加工更为简单、精度更高；

2、采用光学镜筒的外壁充当凸轮齿轮的转动轴，为凸轮齿轮提供轴向支撑，凸轮齿轮为PEEK材料，能够实现自润滑，凸轮齿轮与光学镜筒之间无需安装轴承，使调焦机构的结构更为紧凑，便于调焦机构的小型化与轻量化；

3、凸轮齿轮不存在极限位置，无需切换电机转向即可实现连续往复调焦；

4、无需使用润滑脂，依靠凸轮滚自身的二硫化钼材料及凸轮齿轮的PEEK材料实现自润滑，避免在空间真空环境下因凸轮齿轮与凸轮滚之间的摩擦可能发生的冷焊现象，使调焦机构顺畅无卡滞。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的空间相机调焦机构的立体结构图；

图2为根据本发明实施例的空间相机调焦机构的剖视图；

图3为根据本发明实施例的光学镜筒的立体结构图；

图4为根据本发明实施例的凸轮齿轮的立体结构图；

图5为根据本发明实施例的导向槽套筒的立体结构图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

其中的附图标记包括：光学镜筒1、限位凸台1-1、凸轮滚2、紧定螺钉3、凸轮滚轴4、螺母5、CMOS支架6、凸轮齿轮7、齿轮端盖8、导向顶丝9、导向槽套筒10、导向槽10-1、CMOS组件11、电机12、小齿轮13。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

本发明提供的空间相机调焦机构用于调节光学镜头与CMOS组件之间的距离，具体包括光学镜筒、电机组件和调焦凸轮滚子组件，光学镜头装配在光学镜筒内，电机组件包括电机和套装在电机输出轴上的小齿轮，调焦凸轮滚子组件包括CMOS支架、凸轮滚子夹具和凸轮齿轮，CMOS组件固定在CMOS支架上，随CMOS支架一起移动，CMOS支架、凸轮齿轮和凸轮滚子夹具分别套装在光学镜筒上，电机用于驱动凸轮齿轮以光学镜筒为转动轴转动，凸轮滚子夹具用于夹紧凸轮齿轮，在凸轮齿轮转动时，带动凸轮滚子夹具沿轴向往复移动，凸轮滚子夹具带动CMOS支架及固定在CMOS支架上的CMOS组件沿轴向往复移动，从而实现光学镜头与CMOS组件之间的距离调节。

因此，本发明提供的空间相机调焦机构是一种像面移动式调焦机构，即光学镜组固定不动，通过移动CMOS组件调节CMOS焦面到光学镜头之间的距离，实现焦距的调节。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1和图2分别示出了根据本发明实施例的空间相机调焦机构的立体结构和剖视结构。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的空间相机调焦机构，包括：光学镜筒1、电机组件和调焦凸轮滚子组件，光学镜头装配在光学镜筒1内，电机组件包括电机12和小齿轮13，小齿轮13套装在电机12的输出轴上；调焦凸轮滚子组件包括CMOS支架6、凸轮齿轮7、齿轮端盖8、凸轮滚子夹具和导向槽套筒10。

光学镜筒1的结构图3所示，光学镜筒1为圆柱形结构，且外壁为阶梯状结构，即光学镜筒1外壁的台阶处形成限位凸台1-1，凸轮齿轮7套装在光学镜筒1上，光学镜筒1的外壁充当凸轮齿轮7的转动轴，为凸轮齿轮7提供轴向支撑，凸轮齿轮7以光学镜筒1为转动中心转动，齿轮端盖8和导向槽套筒10也套装在光学镜筒1上，导向槽套筒10通过齿轮端盖8将凸轮齿轮7压紧在限位凸台1-1处；凸轮齿轮7的齿设置在外径上，小齿轮13套装在电机12的输出轴上，小齿轮13的直径远小于凸轮齿轮7的直径，小齿轮13与凸轮齿轮7外径上的齿啮合传动，通过电机12带动凸轮齿轮7转动。

CMOS支架6套装在导向槽套筒10上，CMOS支架6的一端形成CMOS组件连接部，另一端形成沿凸轮齿轮7圆周方向均布的夹具连接部，CMOS组件11通过螺钉固定在CMOS组件连接部上，凸轮滚子夹具固定在夹具连接部上。

凸轮滚子夹具的数量为一套或多套，优选地，在每个夹具连接部上分别固定一套凸轮滚子夹具，CMOS支架6随凸轮滚子夹具一起移动。每套凸轮滚子夹具分别包括两个凸轮滚2和两个凸轮滚轴4，两个凸轮滚2分别通过螺钉与两个凸轮滚轴4连接，两个凸轮滚轴4分别装配到夹具连接部上。更为具体地，在夹具连接部上开设有两个装配孔，两个凸轮滚轴4分别装配在各自对应的装配孔内，并分别通过螺母5进行紧固。

两个凸轮滚2位于凸轮齿轮7的两侧，分别与凸轮齿轮7的两个端面接触，将凸轮齿轮7夹在中间。

为了夹紧凸轮齿轮7，可以通过紧定螺钉3顶紧靠近夹具连接部自由端的凸轮滚2，使两个凸轮滚2能够与凸轮齿轮7的两个端面接触并夹紧凸轮齿轮7。

在夹具连接部的端部开设有与装配孔相连通的螺孔，紧定螺钉3装配在螺孔内，通过调整紧定螺钉3确保两个凸轮滚2将凸轮齿轮7夹紧。

图4示出了根据本发明实施例的凸轮齿轮的立体结构。

如图4所示，凸轮齿轮7的两个端面为曲面，从整体上看，两个端面的轮廓曲线形成正弦曲线，即凸轮齿轮7一面的某个位置凹陷时，另一面对应的位置隆起。这样在凸轮齿轮7转动时，凸轮齿轮7的两个端面能够推动两个凸轮滚2左右移动，而两个凸轮滚2带动CMOS支架6及CMOS组件11左右移动，实现调焦。

本发明将凸轮齿轮7的两个端面设计成凹凸不平的曲面，其目的是将自身的转动转换为CMOS组件11的直线往复移动，在这一过程中，凸轮齿轮7无任何极限位置，可以实现连续调焦，电机12也无需反转，两个凸轮滚2沿凸轮齿轮7端面的正弦曲面运动即可使CMOS组件11的运动改变方向，实现往复调焦。

当然，可以将凸轮齿轮7的两个端面设计成方波平面，即两个端面的轮廓线为方波波形，当凸轮齿轮7的一面凸起时，另一面为平面，方波平面也可以带动两个凸轮滚2做往复直线运动，两个实现往复调焦。

图5示出了根据本发明实施例的导向槽套筒的立体结构。

如图5所示，为了在CMOS组件11移动时对其进行导向，在导向槽套筒10的外壁上沿轴向开设有导向槽10-1，结合图2，在CMOS支架6上开设有螺纹孔，在螺纹孔内装配有导向顶丝9，导向顶丝9的顶端通过螺纹副固定在螺纹孔中，导向顶丝9的底端嵌入导向槽10-1，在导向槽10-1内滑动。通过导向顶丝9与导向槽10-1的滑动配合实现CMOS组件11的导向。

为了避免凸轮滚2与凸轮齿轮7之间因磨损严重而出现冷焊现象，凸轮滚2采用二硫化钼等具有自润滑性的材料，凸轮齿轮7采用PEEK(聚醚醚酮，poly ether etherketone)等具有自润滑性的材料，两种不同的材料能够避免在空间真空环境下因凸轮齿轮7与凸轮滚2之间的摩擦可能发生的冷焊现象，使空间相机调焦机构顺畅无卡滞，由于无需使用润滑脂，不必担心润滑脂在真空环境下易挥发的问题。

同样地，由于凸轮齿轮7的材料具有自润滑性，不必在凸轮齿轮7与光学镜筒1之间安装轴承，使空间相机调焦机构的结构更为紧凑，便于空间相机调焦机构的小型化与轻量化。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的空间相机调焦机构。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的空间相机调焦机构，还可以在不脱离本发明内容的基础上对其中的实现细节做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种空间相机调焦机构，包括光学镜筒和电机组件，所述电机组件包括电机和小齿轮，所述小齿轮套装在所述电机的输出轴上，其特征在于，还包括调焦凸轮滚子组件，所述调焦凸轮滚子组件包括分别套装在所述光学镜筒上的凸轮齿轮和CMOS支架以及至少一套装配在所述CMOS支架上将所述凸轮齿轮夹紧的凸轮滚子夹具，所述凸轮齿轮与所述小齿轮相啮合，在所述凸轮齿轮转动时，将自身的旋转运动转换为固定在所述CMOS支架上的CMOS组件的往复直线运动，以改变所述CMOS组件的CMOS焦面与所述光学镜筒内的光学镜组之间的距离。

2.如权利要求1所述的空间相机调焦机构，其特征在于，所述凸轮滚子夹具包括两个凸轮滚，两个凸轮滚分别通过凸轮滚轴转动连接在所述CMOS支架上，所述凸轮齿轮夹紧在两个凸轮滚之间。

3.如权利要求2所述的空间相机调焦机构，其特征在于，所述凸轮齿轮两个端面形成正弦曲面或方波平面。

4.如权利要求2或3所述的空间相机调焦机构，其特征在于，所述CMOS支架的一端形成CMOS组件连接部，另一端形成沿所述凸轮齿轮圆周方向均布的夹具连接部，所述CMOS组件通过螺钉固定在所述CMOS组件连接部上，两个凸轮滚转动连接在所述夹具连接部上。

5.如权利要求4所述的空间相机调焦机构，其特征在于，在所述夹具连接部上开设有两个装配孔，两个凸轮滚轴分别装配在各自对应的装配孔内，并通过螺母进行紧固。

6.如权利要求5所述的空间相机调焦机构，其特征在于，在所述夹具连接部上还开设有与靠近所述夹具连接部自由端的装配孔相连通的螺孔，在所述螺孔内装配有紧定螺钉，通过调整所述紧定螺钉使两个凸轮滚夹紧所述凸轮齿轮。

7.如权利要求1所述的空间相机调焦机构，其特征在于，所述光学镜筒具有限位凸台，在所述光学镜筒上还套装有齿轮端盖和导向槽套筒，所述CMOS支架套装在所述导向槽套筒上，所述导向槽套筒通过齿轮端盖将所述凸轮齿轮压紧在所述光学镜筒的限位凸台处。

8.如权利要求7所述的空间相机调焦机构，其特征在于，在所述导向槽套筒的外壁上沿轴向开设有导向槽，在所述CMOS支架上螺纹连接有导向顶丝，所述导向顶丝在所述导向槽内滑动。

9.如权利要求6所述的空间相机调焦机构，其特征在于，所述凸轮齿轮以所述光学镜筒为转动轴转动，所述凸轮齿轮为PEEK材料。

10.如权利要求6所述的空间相机调焦机构，其特征在于，所述凸轮滚为二硫化钼材料。

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