轻型空间相机调焦机构的优化设计与精度试验

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1、第１９卷第８期光学精密工程Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．８２０１１年８月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇ．２０１１文章编号１００４９２４Ｘ（２０１１）０８１８２４０８轻型空间相机调焦机构的优化设计与精度试验贾学志，王栋，张雷，安源，姚劲松，金光（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）摘要：根据轻型空间相机光学系统的特点以及相机的焦深，优化设计了一种适用于该类相机的调焦机构。为了满足相机总体要求，综合考虑重量、外型尺寸、刚度、误差等各方面的因素，选择丝杠和连杆配合使用的双滑块机构，将丝杠的转动通过连杆机构转换成调焦

2、镜沿光轴方向的直线运动，实现了通过调整像面移动来解决离焦的问题。对该调焦机构在调焦范围内的调焦精度进行了分析，介绍了该调焦机构的误差来源和计算方法。最后，对该调焦机构进行了振动试验和精度试验。优化设计后的调焦机构总重量为２．５ｋｇ，外型尺寸为１８６ｍｍ×１４４ｍｍ×６０ｍｍ。振动试验和精度试验的结果表明，该调焦机构的基频为５０５Ｈｚ，单向定位精度为０．００８ｍｍ，重复定位精度为０．００２５ｍｍ，满足相机总体提出的刚度和精度要求。该调焦机构具有刚度高、结构紧凑、定位精度高等特点，能够满足空间调焦的设计要求。关键词：空间相机；非线性调焦机构；精度试验中图分类号：Ｖ４７

3、５．２文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１１１９０８．１８２４犗狆狋犻犿犻狕犻狀犵犱犲狊犻犵狀犪狀犱狆狉犲犮犻狊犻狅狀犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋狅犳犳狅犮狌狊犻狀犵犿犲犮犺犪狀犻狊犿犻狀犾犻犵犺狋狑犲犻犵犺狋狊狆犪犮犲犮犪犿犲狉犪，ＷＡＮＧＤｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＬｅｉ，ＡＮＹｕａｎ，ＹＡＯＪｉｎｓｏｎｇ，ＪＩＮＧｕａｎｇＪＩＡＸｕｅｚｈｉ（犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３３，犆犺犻狀犪）犆狅狉狉犲狊狆狅

4、狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉，犈犿犪犻犾：狓狌犲狕犺犻０８１７＠１６３．犮狅犿犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｉｎａｓｐａｃｅｃａｍｅｒａ，ａｆｏｃｕｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｃａｍｅｒａｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｏｐｔｉｍａｌｌｙ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｏｍｅｅｔｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｃａｍｅｒａｆｏｒｔｈｅｌｏｗｅｒｍａｓｓａｎｄｓｍａｌｌｅｒｓｉｚｅ，ａｄｏｕｂｌｅｓｌｉｄｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｃｏｍｂｉｎｅｄａｓｃｒ

5、ｅｗａｎｄａｌｉｎｋｗａｓｃｈｏｓｅｎｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｔｈｅｓｃｒｅｗ＇ｓｒｕｎｎｉｎｇｉｎｔｏｔｈｅｌｉｎｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｆｏｃｕｓｉｎｇｍｉｒｒｏｒａｌｏｎｇｔｈｅｏｐｔｉｃａｌａｘｉｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｉｍａｇｅｍｏｖｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｆｏｃｕｓｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｆｏｃｕｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｓｏｕｒｃｅａｎｄｅｒｒｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ

6、．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｔｅｓｔｓｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｆｏｃｕｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｈａｓａｗｅｉｇｈｔｏｆｏｎｌｙ２．５ｋｇａｎｄａｓｈａｐｅｓｉｚｅｏｆ１８６ｍｍ×１４４ｍｍ×６０ｍｍ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｔｅｓｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｆｏｃｕｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｃａｎｏｆｆｅｒｔｈｅｆｉｒｓｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ５０５Ｈｚ，ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆ

7、０．００８ｍｍ，ａｎｄｔｈｅｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆ０．００２５ｍｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｅｒｅｓｕｌｔｓｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｖｅｒｙｗｅｌｌａｎｄｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃ收稿日期：２０１００６２３；修订日期：２０１００７２３．基金项目：国家８６３高技术研究发展计划资助项目（Ｎｏ．２００７ＡＡ１２Ｚ１１３）第８期贾学志，等：轻型空间相机调焦机构的优化设计与精度试

8、验１８２５