CN114740584B - 一种用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，包括动力驱动组件、调焦驱动组件及外壳，所述动力驱动组件驱动地连接至调焦驱动组件，其中，所述动力驱动组件包括提供驱动力的电机及与电机连接的蜗杆，所述调焦驱动组件包括蜗轮及调焦镜室，所述涡轮的外圈设有蜗轮齿，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述蜗轮驱动地连接至所述调焦镜室，从而带动所述调焦镜室作轴向运动而实现调焦。通过调焦装置的设置可使调焦过程中配合面的运转始终保持均匀稳定，不易出现卡涩，并减少了整体重量与空间。

Description

一种用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置

技术领域

本发明总地涉及空间遥感技术，尤其是涉及空间光学遥感仪器。

背景技术

众所周知，透射式光学系统一般都需要有调焦装置。目前透射式光学系统大致有两种类型的调焦装置：其一为调整探测器焦面位置的调焦装置，该类型的调焦装置不论使用何种传动方式均很难与结构紧凑密封严密的杜瓦结构兼容，因而不适用于例如在太空等极低温工况下；其二为调整调焦镜位置的调焦装置，目前大多采用丝杠驱动，直线轴承导向的方案。

CN102565997A公开了如上所述的第二种方案，其通过丝杠将驱动电机旋转运动转化为直线运动，并利用高精密线性滑台推动调焦透镜沿轴向运动，根据电位器反馈信号控制调焦位置。

然而，CN102565997A的方案在实践中也存在一些问题。首先，由于所采用的机械结构上的原因，这种调焦装置的刚度较低，频响较大，耐振动性能较差。再有，由于在丝杠驱动的方式下丝杠轴的轴线必然远离调焦镜室轴线和直线轴承轴线，故调焦镜室及镜片本身的重力以及直线轴承的摩擦力均会引起丝杠轴与调焦镜室的啮合部分承受较大力矩，这样就会在调焦过程中容易产生丝杠螺纹啮合处因上述力矩导致摩擦力加大而引起卡涩的情况，或由于力矩导致调焦镜室角度位置变化进而导致直线轴承卡涩的情况。还有，由于在实际设计中空间与重量受限，很难同时保证丝杠直径大且与调焦镜室的螺纹啮合长度长。另外，丝杠调焦方案须电机轴向安装，电机-丝杆轴系占据轴向空间较大，在很多情况下易与探测器杜瓦等结构产生干涉。

发明内容

为克服上述调焦装置刚度较低频响较大，耐振动性能较差及调焦过程中容易产生丝杠螺纹啮合处因上述力矩导致摩擦力加大引起卡涩的情况，本发明的目的在于提供一种用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，该装置由于摩擦力和调焦镜室本身重力等产生的力矩不会引起调焦镜室产生角度变化，调焦过程中配合面的运转始终保持均匀稳定，不易出现卡涩，并减少了整体重量与空间。

本发明旨在提供一种用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，包括动力驱动组件、调焦驱动组件及外壳，所述动力驱动组件驱动地连接至调焦驱动组件，其中，所述动力驱动组件包括提供驱动力的电机及与电机连接的蜗杆，所述调焦驱动组件包括蜗轮及调焦镜室，所述蜗轮的外圈设有蜗轮齿，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述蜗轮驱动地连接至所述调焦镜室，从而带动所述调焦镜室作轴向运动而实现调焦。

进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述蜗轮的内圈上设有内螺纹，所述调焦镜室为筒状结构，并在外圈设置有与所述蜗轮内圈上的内螺纹对应的外螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹相互配合，带动所述调焦镜室作轴向运动。

进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述调焦镜室内设置有调焦透镜及透镜压圈。

进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述调焦镜室的外圈上设置有导向键，所述外壳包括调焦装置外壳前部及调焦装置外壳后部，所述调焦装置外壳前部上设置有与所述导向键配合的导向键槽。

进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述蜗轮两侧设置有第一滚珠滚道、第二滚珠滚道，所述滚珠滚道用于容纳分别由保持架303保持的多个滚珠。

进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述调焦装置外壳前部上设置有第三滚珠滚道，所述调焦装置外壳后部上设置有第四滚珠滚道，所述第一、第三滚珠滚道与第二、第四滚珠滚道分别相互配合而形成容纳滚珠的空间。

进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述调焦驱动组件后壳上还设置有给所述调焦镜室提供轴向支撑力弹簧组件，所述弹簧组件设置在所述调焦装置外壳后部与所述调焦镜室之间。

再进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述弹簧组件包括弹簧支座弹簧。

再进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述电机沿所述蜗杆轴向安装而从所述外壳的侧面伸出。

再进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述电机沿所述蜗杆轴向安装而从所述外壳的侧面伸出。

更进一步，所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其中，所述蜗杆包括蜗杆轴、蜗杆齿套及蜗杆齿套键，所述蜗杆齿套通过所述蜗杆齿套键与所述蜗杆轴连接。

利用本发明的调焦装置，可使调焦过程中配合面的运转始终保持均匀稳定，不易出现卡涩，并减少了整体重量与空间。

附图说明

图1是根据本发明较佳实施例的空间深低温光学遥感仪器的调焦装置的立体图；

图2是该空间深低温光学遥感仪器的调焦装置的沿图1中的A-A线剖取的剖视图；以及

图3是该空间深低温光学遥感仪器的调焦装置的沿图1中的B-B线剖取的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1示出了根据本发明较佳实施例的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其主要包括：动力驱动组件1、调焦驱动组件2及外壳3。动力驱动组件1驱动地连接至调焦驱动组件2。

如图2所示，动力驱动组件1主要包括提供驱动力的电机101及蜗杆102。电机102例如通过电机键111与蜗杆102连接。蜗杆102包括蜗杆轴103和套接在蜗杆轴103中间的蜗杆齿套104。蜗杆齿套104通过蜗杆齿套键105与蜗杆轴103连接。应理解的是，蜗杆齿套104也可以与蜗杆轴103一体成型。在蜗杆轴103的靠近电机101的一端上设置有蜗杆螺母106。在蜗杆螺母106与蜗杆齿套104中间设置有齿套预紧弹簧107，齿套预紧弹簧107用于给蜗杆齿套104提供固定的支撑力。在蜗杆轴103的末端套设有轴承108及轴承压圈109，轴承压圈109将轴承18固定于蜗杆轴103末端，并用轴承端盖110固定。蜗杆齿套104上设置有与蜗杆齿套104相啮合的蜗轮210。

动力驱动组件1可通过蜗杆102与涡轮210的配合对驱动调焦驱动组件2进行驱动，进而实现调焦。

如图2和图3所示，调焦驱动组件2主要包括蜗轮210及调焦镜室220。蜗轮210包括：设置在蜗轮210外圈表面的与蜗杆相啮合的蜗轮齿211以及设置在蜗轮两侧的第一滚珠滚道213和第二滚珠滚道214，第一滚珠滚道213、第二滚珠滚道214用于容纳分别由保持架303保持的多个滚珠212，以在蜗轮210转动时减少阻尼。蜗轮210的内圈设置有内螺纹215。

调焦镜室220为筒状高精度圆柱面结构，包括：设置在外圈上与蜗轮内螺纹215啮合的外螺纹216、设置在调焦镜室220内通过透镜压圈222安装的调焦透镜221、以及设置在外圈上的导向键223。在本实施例中，导向键223设置上下两个，也可根据需要设置其他数量的导向键。

如图1－图3所示，外壳3主要由调焦装置外壳前部301及调焦装置外壳后部302组成。电机101沿蜗杆210轴向安装而从外壳3的侧面伸出。调焦装置外壳前部301具有高精度圆柱面、与导向键223配合的两个导向键槽304及第三滚珠滚道213A。调焦装置外壳前部301的高精度圆柱面可与调焦镜室220的筒状高精度圆柱面相互配合以便于轴向运动。调焦装置外壳后部302上设有第四滚珠滚道214A。调焦装置外壳前部301及调焦装置外壳后部302的第三滚珠滚道213A、第四滚珠滚道214A与蜗轮210两侧上的第一滚珠滚道213、第二滚珠滚道214相互配合，并通过其两侧设置的保持架303和滚珠212夹紧定位。

调焦装置外壳后部302上沿着蜗轮210内圈处还设置有弹簧组件311。弹簧组件311包括弹簧支座312及弹簧313，弹簧313由弹簧支座312支承。弹簧组件311用于给调焦镜室220提供轴向支撑力。本实施例中的弹簧组件311设置为6个，也可以根据需要设置其他数量及规格的弹簧组件。

使用时，动力驱动组件1将动力传递至蜗轮210，由此带动调焦驱动组件2对调焦镜室220进行调焦。具体地，电机101驱动蜗杆102转动，进而通过蜗轮210与蜗杆102的啮合传动使蜗轮210沿调焦透镜221的中心轴转动；蜗轮210的转动借助于设置在蜗轮210内圈上的内螺纹215与设置在调焦镜室220的外螺纹216的相互配合而转化为调焦镜室220的轴向运动，该轴向运动同时还受到调焦镜室220上的两个导向键223与调焦装置外壳前部301上的两个导向键槽304的相互配合的限制和引导，这样就实现了调焦镜的前后运动和调焦功能。

本发明调焦装置的调焦镜室220与蜗轮210之间的螺纹传动配合受力面大且配合面沿调焦镜室220轴线圆周均匀分布，蜗轮210与调焦装置外壳前部301及调焦装置外壳后部302的配合同样受力面大且配合面沿调焦镜室220轴线圆周均匀分布，因此本发明调焦装置抗力矩能力相比现有技术表现优异。由于摩擦力和调焦镜室本身重力等产生的力矩不会引起调焦镜室220产生角度变化，调焦过程中配合面的运转始终保持均匀稳定，不易出现卡涩。与现有技术中的偏置丝杠的方案相比，本发明调焦装置的结构更适用于调焦透镜221及调焦镜室220口径和质量较大的情况。由于受力面大的缘故，本发明调焦装置的调焦镜室220位置的基频及力学响应情况也会优于现有技术，地面成像调校过程也更为可靠稳定。另外，在本发明的方案中，电机101沿蜗杆210轴向安装而从外壳3的侧面伸出，轴向方向的厚度较小，不易与光学系统其他结构产生干涉，从而减小了体积调焦装置的整体体积与重量，由此增大了卫星的空间。

应理解的是，调焦装置外壳前部301及调焦装置外壳后部302可以对调，相应地调焦镜室220也可安装于原调焦装置外壳后部302处，从而满足不同卫星相机设计的需求，节约成本及缩短供货周期。

以上所述，仅为本发明较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，例如，弹簧组件311亦可用其他弹性元件如平面螺旋弹簧、压力弹簧管、波纹管等代替；导向键223与导向键槽304的位置也可以互换，这些可能的变型都应涵盖在本发明的保护范围之内。

附图标记：

1-动力驱动组件；

2-调焦驱动组件；

3-外壳；

101-电机；

102-蜗杆；

103-蜗杆轴；

104-蜗杆齿套；

105-蜗杆齿套键；

106-蜗杆螺母；

107-齿套预紧弹簧；

108-轴承；

109-轴承压圈；

110-轴承端盖；

111-电机键；

210-蜗轮；

211-蜗轮齿；

212-滚珠；

213-第一滚珠滚道；

214-第二滚珠滚道；

213A-第三滚珠滚道；

214A-第四滚珠滚道；

215-内螺纹；

216-外螺纹；

220-调焦镜室；

221-调焦透镜；

222-透镜压圈；

223-导向键；

301-调焦装置外壳前部；

302-调焦装置外壳后部

303-保持架

304-导向键槽

311-弹簧组件

312-弹簧支座

313-弹簧

Claims (6)

1.一种用于空间深低温光学遥感仪器的的调焦装置，其特征在于，包括动力驱动组件(1)、调焦驱动组件(2)及外壳(3)，所述动力驱动组件驱动地连接至调焦驱动组件，其中，所述动力驱动组件(1)包括提供驱动力的电机(101)及与电机连接的蜗杆(102)，所述调焦驱动组件包括蜗轮(210)及调焦镜室(220)，所述蜗轮的外圈设有蜗轮齿(211)，所述蜗杆(102)与所述蜗轮(210)啮合，所述蜗轮驱动地连接至所述调焦镜室，从而带动所述调焦镜室作轴向运动而实现调焦；

所述蜗轮(210)两侧设置有第一滚珠滚道(213)、第二滚珠滚道(214)，所述滚珠滚道用于容纳分别由保持架(303)保持的多个滚珠(212)；

所述调焦装置外壳前部上设置有第三滚珠滚道(213A)，所述调焦装置外壳后部上设置有第四滚珠滚道(214A)，第一滚珠滚道(213)与第三滚珠滚道(213A)相互配合、第二滚珠滚道(214)与第四滚珠滚道(214A)相互配合而形成容纳滚珠(212)的空间；

所述调焦装置外壳后部(302)上还设置有给所述调焦镜室(220)提供轴向支撑力的弹簧组件(311)，所述弹簧组件设置在所述调焦装置外壳后部与所述调焦镜室(220)之间；

所述蜗杆(102)包括蜗杆轴(103)、蜗杆齿套(104)及蜗杆齿套键(105)，所述蜗杆齿套通过所述蜗杆齿套键与所述蜗杆轴连接；

所述蜗杆轴(103)的靠近所述电机(101)的一端上设置有蜗杆螺母(106)，

所述蜗杆螺母(106)与所述蜗杆齿套(104)中间设置有齿套预紧弹簧(107)。

2.根据权利要求1所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其特征在于，所述蜗轮(210)的内圈上设有内螺纹(215)，所述调焦镜室(220)为筒状结构，并在外圈设置有与所述蜗轮内圈上的内螺纹对应的外螺纹(216)，所述内螺纹与所述外螺纹相互配合，带动所述调焦镜室作轴向运动。

3.根据权利要求1所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其特征在于，所述调焦镜室(220)内设置有调焦透镜(221)及透镜压圈(222)。

4.根据权利要求2所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其特征在于，所述调焦镜室(220)的外圈上设置有导向键(223)，所述外壳(3)包括调焦装置外壳前部(301)及调焦装置外壳后部(302)，所述调焦装置外壳前部上设置有与所述导向键配合的导向键槽(304)。

5.根据权利要求1所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其特征在于，所述弹簧组件包括弹簧支座(312)及弹簧(313)。

6.根据权利要求1所述的用于空间深低温光学遥感仪器的调焦装置，其特征在于，所述电机(101)沿所述蜗杆(102)轴向安装而从所述外壳(3)的侧面伸出。