CN112099185A - 一种光学部件精密调焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学部件精密调焦装置，该发明打破传统调焦装置与负载之间的明确装配界面，负载支撑背板在提供被调整光学部件高稳定支撑的同时，其上分布的接口同时与高精度的调焦装置连接，调焦装置与被调节的光学部件都围绕负载支撑背板进行设计布局，负载支撑背板既是被调节光学部件的支撑结构，又是调焦装置和负载的公共接口，通过一体化设计和安装，既确保了反射镜高精度的面型精度(1g重力作用下的反射镜面型RMS影响小于1/100)，又避免了现有技术采用的调焦装置和负载分别设计、分别提供安装界面导致的重量和尺寸增加。

Description

一种光学部件精密调焦装置

技术领域

本发明属于航天光学遥感器技术领域，涉及一种应用于空间相机的轻小型大负载精密调焦装置。

背景技术

空间相机在发射过程中的力学振动以及入轨后的温度环境、重力环境发生变化往往会造成光学系统离焦，影响成像质量。通过调焦装置进行在轨补偿成为当前最常用的技术手段。随着对空间相机地面分辨率需求的不断提高，空间相机的口径以及各光学部件重量不可避免的逐渐增大。因此设计一款轻小而且具有较大承载能力的调焦装置对于实现空间相机整体最优化设计具有重要意义。

目前国内外空间相机普遍配备有调焦装置，常用的调焦方式包括焦面调焦、反射镜调焦以及镜头调焦。但是当前空间相机调焦装置普遍存在以下问题：将调焦装置与负载作为两个部组件分开进行设计和研制，部组件分别追求各自性能的局部最优，造成负载和调焦装置整体的重量大、尺寸大、抗力学性能差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光学部件精密调焦装置，在实现高精度、平滑、稳定的直线调整功能，满足光学系统对调焦精度要求的同时，有效降低了调焦装置的尺寸和重量。

本发明解决技术的方案是：一种光学部件精密调焦装置，该装置包括调焦装置对外转接板、第一直线导轨组件、第二直线导轨组件、负载支撑背板、调焦机构支座、滚珠丝杠副组件；滚珠丝杠副组件包括由丝杠、丝杠螺母组成；第一直线导轨组件、第二直线导轨组件结构相同，均由导轨滑块、直线导轨组成和直线导轨转接组成；

调焦装置对外转接板中间设有一通孔，调焦机构支座正面中部，沿着垂直于调焦机构支座方向一体化加工有一个支撑轴，该支撑轴穿过调焦装置对外转接板中间的通孔与被调整光学部件固定连接；在调焦机构支座的背面支撑轴相对的位置上方，调焦机构支座分别与第一直线导轨组件、第二直线导轨组件的直线导轨固定连接，第一直线导轨组件、第二直线导轨组件的导轨滑块通过直线导轨转接与调焦装置对外转接板固定连接；在调焦机构支座的背面支撑轴相对的位置下方，丝杠螺母固定安装在调焦机构支座，丝杠穿过杠螺母和调焦机构支座，丝杠的两端通过角接触轴承安装上调焦机构支座，调焦机构支座固定安装调焦装置对外转接板上；第一直线导轨组件的轴线、第二直线导轨组件的轴线、滚珠丝杠副组件的轴线三轴相互平行；

丝杠在外力的驱动下作连续旋转运动，滚珠丝杠副组件实现运动形式转换，将旋转运动转换为丝杠螺母和负载支撑背板的水平移动，第一直线导轨组件、第二直线导轨组件用于约束负载支撑背板运动中的倾斜和俯仰偏差，负载支撑背板上的一体化支撑轴带动被调节光学部件与之共同沿着直线导轨轴线方向高精度移动。

所述第一直线导轨组件的轴线、第二直线导轨组件的轴线、滚珠丝杠副组件的轴线三轴的平行度优于0.01。

所述丝杠由电机组件驱动，电机组件包括电机、电机-电位计支架、电机-电位计支架垫片、大齿轮、小齿轮；

电机-电位计支架垫片固定安装在调焦机构支座上；电机-电位计支架固定安装在电机-电位计支架垫片上；电机通过螺钉安装于电机-电位计支架上；小齿轮通过销钉与电机的伸出轴固定；小齿轮与大齿轮啮合连接；大齿轮通过销钉与丝杠固定；电机轴实现旋转运动，电机轴旋转并带动小齿轮旋转、小齿轮驱动大齿轮旋转，大齿轮带动丝杠转动。

所述电机组件还包括电位计和电位计压块；

电位计通过电位计压块安装于电机-电位计支架上，电位计的伸出轴与丝杠同轴并通过销钉连接。

所述电机-电位计支架和调焦机构支座之间的共面度优于0.01。

调焦机构支座上设有相互平行的两个支座，装轴承挡盖通过螺钉与调焦机构支座调焦机构支座连接，并通过修配轴承垫片实现对角接触球轴承的预紧。

支撑轴外周设有均布的凹槽，用于注入光学胶实现与被调整光学部件之间的连接。

所述调焦装置对外转接板、负载支撑背板、调焦机构支座采用多孔镂空结构，用于减重。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、该发明打破传统调焦装置与负载之间的明确装配界面，负载支撑背板在提供被调整光学部件高稳定支撑的同时，其上分布的接口同时与高精度的调焦装置连接，调焦装置与被调节的光学部件都围绕负载支撑背板进行设计布局，负载支撑背板既是被调节光学部件的支撑结构，又是调焦装置和负载的公共接口，通过一体化设计和安装，既确保了反射镜高精度的面型精度(1g重力作用下的反射镜面型RMS影响小于1/100)，又避免了现有技术采用的调焦装置和负载分别设计、分别提供安装界面导致的重量和尺寸增加；

(2)、本发明通过借助三坐标等辅助测量设备，可以方便的确保两个直线导轨的平行度，提高调焦装置的传动精度；

(3)、本发明通过设计电机-电位计支架垫片，可以实现电机-电位计支架和调焦机构支座的安装共面度，避免丝杠和电机轴之间的附加安装应力带来的变形，确保传动精度。

(4)、本发明负载支撑背板上设计有均布的凹槽，凹槽深度为0.3±0.05mm，通过在其中注入光学胶实现与被调整光学部件之间的连接，避免由于分体式设计带来的装配应力影响，确保被调整光学部件的面型RMS在装配至负载支撑背板的过程中带来的变化小于1/200。

附图说明

图1为本发明实施例调焦装置示意图；

图2为本发明实施例调焦装置剖视图；

图3为本发明实施例直线导轨组件结构示意图；

图4为本发明实施例滚珠丝杠副组件结构示意图；

图5为本发明实施例电机-电位计支架垫片结构示意图；

图6为本发明实施例负载支撑背板结构示意图；

图7为本发明实施例调焦机构支座结构示意图；

图8为本发明实施例电机-电位计支架结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供了一种光学部件精密调焦装置，该装置基于负载支撑背板同时实现光学部件支撑并提供与调焦装置的接口，该一体化设计和布局的方法通过滚珠丝杠副配合直线导轨实现运动形式转换以及高精度传动的方法。

如图1和图2所示，本发明提供的一种光学部件精密调焦装置包括调焦装置对外转接板、第一直线导轨组件、第二直线导轨组件、负载支撑背板12、调焦机构支座3、滚珠丝杠副组件15；如图3所示，第一直线导轨组件、第二直线导轨组件结构相同，均由导轨滑块18、直线导轨19、直线导轨转接11组成；如图4所示，滚珠丝杠副组件15包括由丝杠16、丝杠螺母17组成。

调焦装置对外转接板中间设有一通孔，调焦机构支座3正面中部，沿着垂直于调焦机构支座3方向一体化加工有一个支撑轴，该支撑轴穿过调焦装置对外转接板中间的通孔与被调整光学部件固定连接；在调焦机构支座3的背面支撑轴相对的位置上方，调焦机构支座3分别与第一直线导轨组件、第二直线导轨组件的直线导轨19固定连接，第一直线导轨组件、第二直线导轨组件的导轨滑块18通过直线导轨转接11与调焦装置对外转接板固定连接，直线导轨转接11与导轨滑块18通过螺钉连接；在调焦机构支座3的背面支撑轴相对的位置下方，丝杠螺母17通过螺钉与固定安装在调焦机构支座3，丝杠16穿过杠螺母17和调焦机构支座3，丝杠16的两端通过角接触轴承安装上调焦机构支座3，调焦机构支座3固定安装调焦装置对外转接板上；第一直线导轨组件的轴线、第二直线导轨组件的轴线、滚珠丝杠副组件15的轴线三轴相互平行；

所述第一直线导轨组件的轴线、第二直线导轨组件的轴线、滚珠丝杠副组件15的轴线三轴的平行度优于0.01。在调焦装置装配过程中，通过借助三坐标等辅助测量设备，确保两个直线导轨的平行度，提高调焦装置的传动精度的方法和实施过程。

所述丝杠16由电机组件驱动，电机组件包括电机1、电机-电位计支架4、电机-电位计支架垫片5、大齿轮6、小齿轮7、电位计2和电位计压块8；

如图8所示，电机-电位计支架垫片5固定安装在调焦机构支座3上；电机-电位计支架4固定安装在电机-电位计支架垫片5上；电机1通过螺钉安装于电机-电位计支架4上；小齿轮7通过销钉与电机1的伸出轴固定；小齿轮7与大齿轮6啮合连接；大齿轮6通过销钉与丝杠16固定；电机轴实现旋转运动，电机轴旋转并带动小齿轮7旋转、小齿轮7驱动大齿轮7旋转，大齿轮7带动丝杠转动；电位计2通过电位计压块8安装于电机-电位计支架4上，电位计2的伸出轴与丝杠16同轴并通过销钉连接。

如图5所示，电机-电位计支架垫片5设计有修配量，通过修配实现电机-电位计支架4和调焦机构支座3之间的良好共面度。电机-电位计支架4和调焦机构支座3之间的共面度最好优于0.01。

如图7所示，调焦机构支座3上设有相互平行的两个支座，装轴承挡盖9通过螺钉与调焦机构支座调焦机构支座连接，并通过修配轴承垫片10实现对角接触球轴承的预紧。

支撑轴1外周设有均布的凹槽，用于注入光学胶实现与被调整光学部件之间的连接。

如图6所示，所述调焦装置对外转接板、负载支撑背板12、调焦机构支座3采用多孔镂空结构，用于减重。

上述装置电机轴实现旋转运动，电机轴旋转并带动小齿轮、大齿轮以及丝杠转动，滚珠丝杠副组件15实现运动形式转换，将旋转运动转换为丝杠螺母和负载支撑背板12的水平移动，第一直线导轨组件、第二直线导轨组件用于约束负载支撑背板运动中的倾斜和俯仰偏差，负载支撑背板12上的一体化支撑轴带动被调节光学部件与之共同沿着直线导轨轴线方向高精度移动。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种光学部件精密调焦装置，其特征在于包括调焦装置对外转接板、第一直线导轨组件、第二直线导轨组件、负载支撑背板(12)、调焦机构支座(3)、滚珠丝杠副组件(15)；滚珠丝杠副组件(15)包括由丝杠(16)、丝杠螺母(17)组成；第一直线导轨组件、第二直线导轨组件结构相同，均由导轨滑块(18)、直线导轨(19)、直线导轨转接(11)组成；

调焦装置对外转接板中间设有一通孔，调焦机构支座(3)正面中部，沿着垂直于调焦机构支座(3)方向一体化加工有一个支撑轴，该支撑轴穿过调焦装置对外转接板中间的通孔与被调整光学部件固定连接；在调焦机构支座(3)的背面支撑轴相对的位置上方，调焦机构支座(3)分别与第一直线导轨组件、第二直线导轨组件的直线导轨(19)固定连接，第一直线导轨组件、第二直线导轨组件的导轨滑块(18)通过直线导轨转接(11)与调焦装置对外转接板固定连接；在调焦机构支座(3)的背面支撑轴相对的位置下方，丝杠螺母(17)固定安装在调焦机构支座(3)，丝杠(16)穿过杠螺母(17)和调焦机构支座(3)，丝杠(16)的两端通过角接触轴承安装上调焦机构支座(3)，调焦机构支座(3)固定安装调焦装置对外转接板上；第一直线导轨组件的轴线、第二直线导轨组件的轴线、滚珠丝杠副组件(15)的轴线三轴相互平行；

丝杠(16)在外力的驱动下作连续旋转运动，滚珠丝杠副组件(15)实现运动形式转换，将旋转运动转换为丝杠螺母和负载支撑背板(12)的水平移动，第一直线导轨组件、第二直线导轨组件用于约束负载支撑背板运动中的倾斜和俯仰偏差，负载支撑背板(12)上的一体化支撑轴带动被调节光学部件与之共同沿着直线导轨轴线方向高精度移动。

2.根据权利要求1所述的一种光学部件精密调焦装置，其特征在于第一直线导轨组件的轴线、第二直线导轨组件的轴线、滚珠丝杠副组件(15)的轴线三轴的平行度优于0.01。

3.根据权利要求1所述的一种光学部件精密调焦装置，其特征在于所述丝杠(16)由电机组件驱动，电机组件包括电机(1)、电机-电位计支架(4)、电机-电位计支架垫片(5)、大齿轮(6)、小齿轮(7)；

电机-电位计支架垫片(5)固定安装在调焦机构支座(3)上；电机-电位计支架(4)固定安装在电机-电位计支架垫片(5)上；电机(1)通过螺钉安装于电机-电位计支架(4)上；小齿轮(7)通过销钉与电机(1)的伸出轴固定；小齿轮(7)与大齿轮(6)啮合连接；大齿轮(6)通过销钉与丝杠(16)固定；电机轴实现旋转运动，电机轴旋转并带动小齿轮(7)旋转、小齿轮(7)驱动大齿轮(7)旋转，大齿轮(7)带动丝杠转动。

4.根据权利要求3所述的一种光学部件精密调焦装置，其特征在于所述电机组件还包括电位计(2)和电位计压块(8)；

电位计(2)通过电位计压块(8)安装于电机-电位计支架(4)上，电位计(2)的伸出轴与丝杠(16)同轴并通过销钉连接。

5.根据权利要求1所述的一种光学部件精密调焦装置，其特征在于所述电机-电位计支架(4)和调焦机构支座(3)之间的共面度优于0.01。

6.根据权利要求1所述的一种光学部件精密调焦装置，其特征在于调焦机构支座(3)上设有相互平行的两个支座，装轴承挡盖(9)通过螺钉与调焦机构支座调焦机构支座连接，并通过修配轴承垫片(10)实现对角接触球轴承的预紧。

7.根据权利要求1所述的一种光学部件精密调焦装置，其特征在于支撑轴(1)外周设有均布的凹槽，用于注入光学胶实现与被调整光学部件之间的连接。

8.根据权利要求1所述的一种光学部件精密调焦装置，其特征在于所述调焦装置对外转接板、负载支撑背板(12)、调焦机构支座(3)采用多孔镂空结构，用于减重。

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