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1、第9卷第1期光学精密工程Vol.9,No.12001年2月OPTICSANDPRECISIONENGINEERINGFeb.,2001文章编号10042924X(2001)0120035204空间遥感相机调焦机构设计丁亚林,田海英,王家骐(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022)摘要:空间遥感相机所处的环境条件非常复杂,由于环境条件的改变,相机的焦平面将产生不同程度的偏移,为保证相机的成像质量,需将变化的焦平面加以校正,因此设计一套借助精密滚珠导轨、凸轮导向机构实现调焦的调整机构。本文
2、从保证空间遥感相机成像质量的角度出发,介绍了调焦机构的方案选取原则,阐述了调焦机构的工作原理、组成及调焦机构的运动转化原理,给出了提高调焦机构安全可靠性所采取的措施,并对该调焦机构在调焦范围内的调焦精度进行了初步分析。关键词:滚珠导轨;凸轮导向机构;调焦机构;成像质量中图分类号:V447.3文献标识码:A变化,对像质影响较小,而对光学系统成像的像面1引言位置产生一定的影响,因此对于环境条件比较复杂的空间遥感相机,其调焦元件选用口径较小的由于空间遥感相机所处的发射时运载条件后校正镜。折反射球面光学系统有前校正
3、镜和后(如冲击、振动、过载)和在轨运行时环境条件(如校正镜,前校正镜外形尺寸大、质量大,不适宜做压力、温度、微重力等)的变化,使相机的焦平面产调焦镜组用,而后校正镜组位于光学系统的会聚生不同程度偏移,为了保证高分辨力相机的成像光束中,尺寸较小、质量小,调整起来比较容易,易质量,相机在空间投入使用前需将变化的焦面加保证调焦精度,因此确定后校正镜组作为调焦光以校正,因此设计一套补偿相机焦面离焦的调整学元件。机构——调焦机构。本文从保证相机的成像质量出发,介绍凸轮调焦机构的组成及工作原理,详细3调焦方式的选择阐述
4、了调焦机构运动转化原理及安全可靠性设计,并对该调焦机构进行了简要的精度分析。不同的光学系统,其调焦方式各不相同,空间遥感相机调焦机构大体有两种调焦方式,一种是2调焦方案的确定丝杆丝母调焦,另一种是凸轮调焦,这两种调焦方式各有特色。丝杆丝母调焦结构简单,易于加工,对于空间遥感相机光学成像系统来说,不管费用低,但在真空低温条件下在两个极限运动位采用哪种成像光学系统(折射式或折反射式),均置易产生卡滞现象,抗冲击振动能力差;而凸轮调由多个光学元件组合而成,而对于每个光学元件焦方式精度高,凸轮、齿轮等运动件表面经特
5、殊处来说,在成像过程中,其作用各不相同,有的光学理后无冷焊、无卡滞现象,有很好的抗冲击振动能元件对成像起决定性作用(如主镜、次镜),它们对力,同时结构也比较简单,但对凸轮曲线加工要求光学间隔要求控制得非常严格,因此,不宜做调焦较高,根据现有实际加工能力及空间遥感相机所光学元件;而有的光学元件(如校正镜),在光学系处的工作环境及精度要求,经过实际对比,选用双统成像中,起校正像散、畸变等作用,这些光学元凸轮曲线调焦方式。件相对关键光学元件(如主镜)间的间隔发生微小收稿日期:2000206213;修订日期:200
6、020722036光学精密工程9卷运算、处理,把处理结果同理想标定值进行比较,4检调焦机构工作原理然后检调焦控制器将比较差值(离焦量)送入功率驱动器,该指令控制调焦电机工作,调焦电机借助检调焦机构控制原理如图1所示,该控制系于齿轮传动机构,将力传递给凸轮执行机构,移动统由主控制回路和副控制回路组成。主回路是一调焦镜,使景物像正确地成像在相机的焦面上。个闭环控制电路,由检焦器检测出相机像面位置,副回路可以构成一个开环控制回路,地面测借助AöD变换器,将模拟量转化为数字量送入存控站可以根据下传的实际图像质量通过
7、遥控指令储器中,检调焦控制器从存储器中读取数据进行在地面上对相机进行调焦。Fig.1Schematicdiagramoffocusdetectingandfocusingcontrol5调焦机构的组成空间遥感相机调焦机构主要由调焦镜组件、滚珠导轨机构、凸轮导向机构、齿轮传动机构、调焦电机组件、编码器组件及限位机构等组成,结构简图如图2所示。6调焦机构运动转化设计6.1调焦镜组平移机构设计调焦镜通过隔圈、压圈安装在调焦镜筒内,借助于大跨距、高精度分装轴承将调焦镜筒与固定筒连接在一起,调焦镜筒外圆两端及固定筒内
8、孔两端为经过特殊处理的滚道,精密轴承的钢球借助保持架保证钢球在滚道内的相对位置,轴承微过盈配合装配在滚道内,精密钢球相对内外滚道沿光轴平行方向滚动,沿光轴方向旋转运动被限1.focusinglenssubassembly;2.sphericalguidemecha2位,从而实现调焦镜组件借助于精密钢球相对固nism;3.focusingmotorsubassembly;4.camguidingde2vice;5.
