CN111722352B - 一种高精度调焦镜组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及调焦镜组,为解决高分辨率空间相机的调焦装置中,凸轮调焦装置对凸轮曲线加工精度要求高,丝杠螺母调焦装置运动中易卡滞的技术问题,提供一种高精度调焦镜组,包括驱动单元、电机支架、连接板、镜座、镜框和三个柔性调节单元;镜座套设安装于镜框内,镜组安装在镜座上;连接板安装在镜座顶部;驱动单元的输出端同轴连接螺杆,螺杆上套设安装有两个与螺杆相适配的螺母,两个螺母之间的螺杆上套设安装有两个螺母连接板,两个螺母连接板分别与相邻的螺母固定连接;柔性调节单元包括柔性片和柔性杠杆;柔性片的一端与两个螺母连接板相连,另一端与柔性杠杆的一端相连;柔性杠杆的另一端为分叉结构,一侧与连接板相连,另一侧与镜框相连。

Description

一种高精度调焦镜组
技术领域
本发明涉及调焦镜组,具体涉及一种高精度调焦镜组。
背景技术
高分辨率空间相机在使用时由于受空间环境中压强、温度、重力等因素的影响,会引起光学系统产生微小的离焦量。为保证相机成像质量,必须使拍摄目标准确地落在相机探测器感光面上,若调焦精度不够,则会导致像点离散,从而影响成像质量。因此,高精度的调焦系统至关重要。
目前,调焦装置主要有两种:凸轮调焦装置和丝杠螺母调焦装置。凸轮调焦装置结构简单,装配工艺要求低,且具有较好的抗冲击性能,但凸轮曲线加工精度要求较高,导致成本增加。丝杠螺母调焦装置质量轻、体积小,但在运动中容易产生卡滞,导致调焦精度低。
发明内容
本发明为解决现有高分辨率空间相机的调焦装置中,凸轮调焦装置对凸轮曲线加工精度要求高,导致成本增加,而丝杠螺母调焦装置运动中易卡滞,导致调焦精度低的技术问题,提供一种高精度调焦镜组。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种高精度调焦镜组,包括镜组,其特殊之处在于,还包括驱动单元、电机支架、连接板、镜座、镜框和三个柔性调节单元;
所述镜座套设安装于镜框内,镜座与镜框间隙配合,镜组安装在镜座上;
所述连接板安装在镜座顶部;
所述驱动单元固定于电机支架上,电机支架固定在镜框上,驱动单元的输出端同轴连接螺杆,螺杆上套设安装有两个与螺杆相适配的螺母,两个螺母之间的螺杆上套设安装有两个螺母连接板,两个螺母连接板分别与相邻的螺母固定连接;
三个所述柔性调节单元沿镜座的周向相互呈120°夹角设置,螺杆位于三个柔性调节单元的中心处;柔性调节单元包括柔性片和柔性杠杆;
所述柔性片的一端与两个螺母连接板相连,另一端与柔性杠杆的一端相连;所述柔性杠杆的另一端为分叉结构,所述分叉结构的一侧与连接板相连,另一侧与镜框相连。
进一步地,两个所述螺母连接板的相对面上分别设有三棱柱状楔块,所述柔性片插接在两个楔块的斜面之间。
进一步地,所述柔性杠杆呈四棱锥状,顶部呈斜面设置,柔性片通过压板连接在斜面处,底面为分叉结构。
进一步地,所述柔性杠杆的动力臂与阻力臂长度比为10:1。
进一步地,所述分叉结构呈门字型。
进一步地,所述柔性杠杆门字型分叉结构处侧壁的厚度为1mm,所述连接板的厚度为4mm。
进一步地,所述连接板边沿与镜座顶部之间沿周向均匀设置有三处缺口,所述柔性杠杆的分叉结构跨接在缺口处;连接板上沿周向均匀开设有多个减重孔。
进一步地,所述电机支架包括支板和多个支腿;
多个所述支腿沿支板边缘周向均布,呈倾斜设置,支腿一端固定于镜框上,另一端与支板相连;
所述支板中心处设有通孔,驱动单元安装在支板的底部,输出端穿过通孔设置。
进一步地,所述镜框为两端开口的中空柱状,镜框的内表面沿周向设有安装凸台;
所述支腿和所述柔性杠杆均安装在安装凸台上。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.本发明高精度调焦镜组中的调焦部分,相较于现有利用凸轮曲线进行调焦的方式,机械传动链环节少,能减少多环节间的误差,实现更高精度的调焦,有效简化了调焦部分的传动链环节;驱动单元通过螺杆驱动两个螺母同向运动,通过螺母连接板带动柔性片的一端微小移动,进而带动柔性片的另一端、柔性杠杆与柔性片相连的一端形变,柔性杠杆的微小形变使连接板发生形变,进而带动镜座沿光轴轴向微小运动,经验证,能够实现精度优于1μm的调焦精度;本发明的调焦镜组调焦精度高且结构紧凑简单。
2.本发明中柔性片与螺母连接板通过两个楔块连接,使螺母连接板向柔性片沿直线方向传递力,传动方式简单,便于设计计算。
3.本发明中柔性杠杆呈四棱锥状,柔性片通过压板连接在柔性杠杆顶点处的斜面上,使柔性片整体呈直线状连接,且力的传递方向沿直线传递,整体结构更加简单,设计更加便捷。
4.本发明中柔性杠杆的动力臂与阻力臂长度比为10:1,分叉结构呈门字型且侧壁厚度为1mm,都是为了既保证柔性杠杆的弯曲量,又要保证柔性杠杆的使用寿命,使其不易折损;另外,连接板的厚度设计为4mm,保证传动的有效性,也能够匹配镜组的调焦要求。
5.本发明的连接板上设置有缺口和减重孔,能够有效降低连接板和整个镜组的重量。
6.本发明中电机支架和驱动单元的结构设计,使整体布局更加合理,有利于镜组整体的小型化。
7.本发明中镜框内表面上设置的安装凸台,便于支腿和柔性杠杆的安装连接,设计更加合理。
附图说明
图1为本发明高精度调焦镜组实施例的结构示意图(未示出镜框);
图2为本发明高精度调焦镜组实施例示出镜框后的结构示意图;
图3为本发明图1中楔块的结构示意图;
图4为本发明实施例中前六阶模态变化趋势图。
其中,1-驱动单元、2-电机支架、201-支板、202-支腿、3-连接板、4-镜座、5-镜框、6-螺杆、7-螺母、8-螺母连接板、901-柔性片、902-柔性杠杆、10-缺口、11-楔块、12-压板。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例并非对本发明的限制。
传统调焦装置由于机械传动链中各环节固有的误差,无法实现高精度调焦,本发明利用柔性调节单元的微小弹性变形,来实现精度优于1μm的调焦,同时简化传动链,调焦镜组中的调焦部分整体质量较轻,可设计为约722g,外形尺寸也可设计为较小尺寸,至160mm×160mm×120mm,能够实现高精度调焦且质量轻、体积小、结构简单。
如图1和图2所示,本发明提供了一种高精度调焦镜组,包括驱动单元1、电机支架2、连接板3、镜座4、镜框5和三个柔性调节单元。
镜座4套设安装于镜框5内,镜座4与镜框5间隙配合,径向间隙约为1mm,实际应用时,为了规避镜座4与镜框5之间间隙造成的轴向偏转,往往会配置其他结构与间隙配合搭配使用,可直接采用现有镜座4与镜框5的安装结构,不在本发明中具体介绍,镜组安装在镜座4上。
为了便于与其他部件安装连接,镜框5为两端开口的中空圆柱状,镜框5的内表面沿周向设有安装凸台,镜框5的具体内外部形状并不受限,可根据实际使用和设计需要进行适应性调整。
驱动单元1固定于电机支架2上,电机支架2固定在镜框5上。作为一种优选方案,电机支架2包括支板201和多个支腿202,多个支腿202沿周向均布,呈倾斜设置,支腿一端固定于镜框5内的安装凸台上,另一端与支板201相连。支板201中心处设有通孔,驱动单元1安装在支板201的底部,位于多个支腿202围成区域的几何中心处,驱动单元1的输出端穿过通孔设置,使驱动单元1的安装位置更合理,集成度更高,有利于镜组整体的小型化。
驱动单元1的输出端同轴连接螺杆6,螺杆6上套设安装有两个与螺杆6相适配的螺母7,两个螺母7之间的螺杆6上套设安装有两个螺母连接板8,两个螺母连接板8分别与相邻的螺母固定连接。驱动单元1可采用步距角为0.9°的减速电机驱动,电机带动螺杆6旋转,进而带动两个螺母7同向沿螺杆6移动,两个螺母连接板8也能够同步运动。
三个柔性调节单元沿镜座4的周向相互呈120°夹角设置,螺杆6位于三个柔性调节单元的中心处。柔性调节单元包括柔性片901和柔性杠杆902;柔性片901的一端与两个螺母连接板8相连,另一端与柔性杠杆902的一端相连,与螺母连接板8是通过如图3所示的楔块11进行连接的,两个螺母连接板8的相对面上分别设有三棱柱状楔块11,所柔性片901插接在两个楔块11的斜面之间,两个楔块11恰好组成一个长方体,柔性片901位于长方体的对角线上,柔性杠杆902呈四棱锥状,顶点处呈斜面设置,柔性片901通过压板12连接在斜面处,使柔性片901整体沿直线延伸,设计更加合理。柔性杠杆902的底面为分叉结构,呈门字型,一侧与连接板3相连,作为优选,该侧的侧壁厚度为1mm,利用弹性变形,将运动传递至连接板3,另一侧安装在镜框5内的安装凸台上。连接板3位于镜座4的顶部,和镜座4相连,连接板厚度约为4mm,产生微小变形,带动镜座4沿着光轴方向运动。
三个柔性调节单元相互呈120°放置,驱动单元1为减速电机,提供镜组调焦所需的运动,螺杆6上的螺母7移动时,通过柔性调节单元驱动镜座4和镜组,使镜组沿光轴方向精确移动。本发明可以精确调节镜组,使其能够在工作行程内的任何点都能保持稳定位置,且调焦精度优于1μm,调焦行程超过±100μm,可进行精细的位移调节,又具有较高的刚度。
为了进一步减轻重量,连接板3边沿与镜座4顶部之间沿周向均设有三处缺口10,柔性杠杆902的分叉结构跨接在缺口处连接板3上沿周向均匀开设有多个减重孔,另外,柔性杠杆902的侧面也可适当开槽,以减轻整体重量。
调焦原理为:驱动单元1作为动力来源带动螺杆6转动,两个螺母7和两个螺母连接板8沿螺杆6同向直线运动,将旋转运动转化为直线运动,进而带动柔性片901运动,柔性调节单元提供沿光轴方向移动的运动,限制其他方向的转动和移动自由度,保证运动的稳定性,柔性片901将运动传递至柔性杠杆902,柔性杠杆902优选的动力臂与阻力臂比值约为10:1,柔性杠杆902输出端将产生的微小形变传递至连接板3,带动镜座4沿着光轴方向运动,连接板3作为末端执行机构,直接反应调焦量的大小。
如表1所示,进行调焦定位误差测量,得到调焦误差为0.8μm,调焦精度优于1μm。
表1调焦定位误差测量结果表
测量点序号 预期位置/mm 实际位置/mm 位置偏差/μm
1 0.004 0.00430 0.30
2 0.008 0.00828 0.28
3 0.012 0.01243 0.43
4 0.016 0.01650 0.50
5 0.02 0.01998 -0.02
6 0.024 0.02358 -0.42
7 0.028 0.02740 -0.60
8 0.032 0.03170 -0.30
9 0.036 0.03623 0.23
10 0.04 0.04040 0.40
11 0.044 0.04480 0.80
从图4中可以看出调焦镜组基频约为260Hz,动态力学性能好,刚度高,可满足航天精度要求。
本发明的应用范围广泛,能够用于次镜、反射镜等的调焦,经仿真验证,能够满足高分辨率空间相机的调焦精度和使用需求的要求。
以上所述仅为本发明的实施例,并非对本发明保护范围的限制,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种高精度调焦镜组,包括镜组,其特征在于:还包括驱动单元(1)、电机支架(2)、连接板(3)、镜座(4)、镜框(5)和三个柔性调节单元;
所述镜座(4)套设安装于镜框(5)内,镜座(4)与镜框(5)间隙配合,镜组安装在镜座(4)上;
所述连接板(3)安装在镜座(4)顶部;
所述驱动单元(1)固定于电机支架(2)上,电机支架(2)固定在镜框(5)上,驱动单元(1)的输出端同轴连接螺杆(6),螺杆(6)上套设安装有两个与螺杆(6)相适配的螺母(7),两个螺母(7)之间的螺杆(6)上套设安装有两个螺母连接板(8),两个螺母连接板(8)分别与相邻的螺母(7)固定连接;
所述驱动单元(1)采用步距角为0.9°的减速电机驱动;
三个所述柔性调节单元沿镜框(5)的周向均布;柔性调节单元包括柔性片(901)和柔性杠杆(902);
所述柔性片(901)的一端与两个螺母连接板(8)相连,另一端与柔性杠杆(902)的一端相连;所述柔性杠杆(902)的另一端为分叉结构,所述分叉结构的一侧与连接板(3)相连,另一侧与镜框(5)相连;
两个所述螺母连接板(8)的相对面上分别设有三棱柱状的楔块(11),所述柔性片(901)插接在两个楔块(11)的斜面之间;
所述柔性杠杆(902)呈四棱锥状,顶部呈斜面设置,柔性片(901)通过压板(12)连接在斜面处;
所述柔性杠杆(902)的动力臂与阻力臂长度比为10:1。
2.如权利要求1所述一种高精度调焦镜组,其特征在于:所述分叉结构呈门字型。
3.如权利要求2所述一种高精度调焦镜组,其特征在于:所述柔性杠杆(902)门字型分叉结构处侧壁的厚度为1mm,所述连接板(3)的厚度为4mm。
4.如权利要求3所述一种高精度调焦镜组,其特征在于:所述连接板(3)边沿与镜座(4)顶部之间沿周向均匀设置有三处缺口(10),所述柔性杠杆(902)的分叉结构跨接在缺口处;连接板(3)上沿周向均匀开设有多个减重孔。
5.如权利要求4所述一种高精度调焦镜组,其特征在于:所述电机支架(2)包括支板(201)和多个支腿(202);
多个所述支腿(202)沿支板(201)边缘周向均布,呈倾斜设置,支腿一端固定于镜框(5)上,另一端与支板(201)相连;
所述支板(201)中心处设有通孔,驱动单元(1)安装在支板(201)的底部,输出端穿过通孔设置。
6.如权利要求5所述一种高精度调焦镜组,其特征在于:所述镜框(5)为两端开口的中空柱状,镜框(5)的内表面沿周向设有安装凸台;
所述支腿(202)和所述柔性杠杆(902)均安装在安装凸台上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115933279A (zh) * 2022-12-09 2023-04-07 中国科学院光电技术研究所 一种精度可调的空间相机调焦机构
CN116577900B (zh) * 2023-07-13 2023-09-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种具有等位移调焦功能的光电成像系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003227992A (ja) * 2001-11-30 2003-08-15 Konica Corp カメラ及びその製造方法
CN106873117A (zh) * 2016-12-28 2017-06-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种空间光学遥感器次镜调焦柔性运动机构
CN110187491A (zh) * 2019-05-17 2019-08-30 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种精度调节机构及用于空间光学望远镜的调焦装置
CN110727077A (zh) * 2019-10-09 2020-01-24 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种基于柔性铰链的质心驱动调焦机构
CN210005789U (zh) * 2019-05-17 2020-01-31 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种精度调节机构及用于空间光学望远镜的调焦装置
CN212364686U (zh) * 2020-06-30 2021-01-15 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种高精度调焦镜组

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003227992A (ja) * 2001-11-30 2003-08-15 Konica Corp カメラ及びその製造方法
CN106873117A (zh) * 2016-12-28 2017-06-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种空间光学遥感器次镜调焦柔性运动机构
CN110187491A (zh) * 2019-05-17 2019-08-30 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种精度调节机构及用于空间光学望远镜的调焦装置
CN210005789U (zh) * 2019-05-17 2020-01-31 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种精度调节机构及用于空间光学望远镜的调焦装置
CN110727077A (zh) * 2019-10-09 2020-01-24 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种基于柔性铰链的质心驱动调焦机构
CN212364686U (zh) * 2020-06-30 2021-01-15 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种高精度调焦镜组

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