一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構的製作方法

2023-10-18 05:52:04 2

專利名稱：一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構的製作方法
一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構技術領域
本發明屬於精密調焦技術領域，涉及一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構。
背景技術：
光學系統在工作過程中，成像目標與光學系統的相對距離總是在變化的，由高斯公式可知，其光學系統的像距也將隨之變化，為了使不同距離的成像目標能夠在焦平面上成清晰的像，必須隨目標距離的變化隨時調整鏡頭與成像焦平面的距離以得到清晰的像， 這種調整的過程稱之為調焦。
在一般光學鏡頭中都需要調焦，傳統的調焦機構結構複雜、精度低。傳統光學鏡頭的調焦結構有很多種，如步進電機為驅動元件並通過齒輪傳動以電位器為反饋元件的結構，這種結構存在的缺點是齒輪傳動的空回造成了調焦精度低而且使機構複雜；也有以直線電機為驅動元件編碼器為反饋元件的結構，這種結構存在的缺點是直線電機的安裝精度限制了光學鏡頭的調焦精度。發明內容
為了解決現有調焦機構存在傳動空回誤差、機構複雜、安裝精度受限、調焦精度低的問題，本發明提供一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構。
本發明解決技術問題所採取的技術方案如下
一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構，包括固定鏡筒、移動鏡筒、直線電機、電機固定座、消間隙螺母、連接球頭、徑向軸承、軸承壓蓋、電機連接塊、光柵主尺、光柵副尺、連接片、光柵連接塊、光電開關限位機構、限位片和光柵座；直線電機通過電機固定座固定在固定鏡筒上，移動鏡筒位於固定鏡筒的內部且與固定鏡筒動連接；消間隙螺母與連接球頭套在直線電機的驅動絲槓上；徑向軸承安裝在驅動絲槓的一端，驅動絲槓通過徑向軸承和軸承壓蓋固定在電機固定座上；電機連接塊固定在移動鏡筒上，電機連接塊與連接球頭過盈連接；光柵副尺通過連接片固定到光柵連接塊上，並通過螺釘固定連接到移動鏡筒上，光柵副尺在光柵主尺上滑動；光柵主尺固定在光柵座上，光柵座與固定鏡筒連接；光電開關限位機構固定在固定鏡筒上，光電開關限位機構分為兩組；限位片與光柵連接塊相連，限位片位於兩組光電開關限位機構之間。
本發明的有益效果如下
第一、使用帶消間隙螺母的直線電機可以有效消除電機驅動絲槓傳動帶來的空回誤差，提高調焦精度；
第二、在電機驅動絲槓端加裝徑向軸承可以保證電機絲槓不受彎曲力矩的影響， 保護電機；
第三、採用光柵尺直接反饋調焦鏡組的運動，減小了現有位移傳感器的傳動環節帶來的誤差，提高了調焦精度。


圖1是本發明採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構的示意圖。
圖2是圖1的仰視圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
本發明採用一種由直線電機驅動，由消間隙螺母帶動，並由徑向軸承消除電機絲槓受力，以及採用高精度光柵尺作為反饋元件的調焦機構。
如圖1所示，本發明採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構包括 固定鏡筒1、移動鏡筒2、直線電機3、電機固定座4、消間隙螺母5、連接球頭6、徑向軸承7、 軸承壓蓋8、電機連接塊9、光柵主尺10、光柵副尺11、連接片12、光柵連接塊13、光電開關限位機構14、限位片15和光柵座16 ；直線電機3通過電機固定座4固定在固定鏡筒1上， 移動鏡筒2位於固定鏡筒1的內部且與固定鏡筒1動連接；消間隙螺母5與連接球頭6套在直線電機3的驅動絲槓17上；徑向軸承7安裝在驅動絲槓17的一端，驅動絲槓17通過徑向軸承7和軸承壓蓋8固定在電機固定座4上；電機連接塊9固定在移動鏡筒2上，電機連接塊9與連接球頭6過盈連接；光柵副尺11通過連接片12固定到光柵連接塊13上，並通過螺釘固定連接到移動鏡筒2上，光柵副尺11在光柵主尺10上滑動；光柵主尺10固定在光柵座16上，光柵座16與固定鏡筒1連接；光電開關限位機構14固定在固定鏡筒1上， 光電開關限位機構14分為兩組；限位片15與光柵連接塊13相連，限位片15位於兩組光電開關限位機構14之間。
直線電機3旋轉，通過消間隙螺母5與連接球頭6直接推動移動鏡筒2沿固定鏡筒 1內孔做直線運動。通過連接球頭6與電機連接塊9的過盈連接使得直線電機3的驅動絲槓17受到很小的力，同時保證在光軸方向的傳動誤差最小。直線電機3的驅動絲槓17 — 端安裝有徑向軸承7，並通過軸承壓蓋8固定在電機固定座4上，使驅動絲槓17不受彎曲力矩的影響。光柵副尺11通過連接片12固定到光柵連接塊13上，並通過螺釘固定連接到移動鏡筒2上，光柵副尺11在光柵主尺10上滑動，這樣調焦移動量可直接通過光柵尺反饋出來。光柵主尺10固定在光柵座16上，光柵座16與固定鏡筒1通過螺釘連接。光電開關限位機構14分為左右兩組，通過螺釘固定在固定鏡筒1上，限位片15與光柵連接塊13相連， 這樣調焦鏡組的移動帶動限位片15運動。當限位片15運動到光電開關限位機構14的右組時，光電開關反饋信息給直線電機3，電機斷電，調焦量向右達到最大；反之，當限位片15 運動到光電開關限位機構14的左組時，調焦量向左達到最大。
對於高精度的光柵尺，其線性誤差不大於3 μ m，通過上述調焦機構可以使得調焦反饋環節的精度只限制在光柵尺的精度上，從而可以保證調焦機構的機械結構精度滿足 3μπι的要求。
直線電機3選用外部驅動式直線電機，其步長可以選擇為3 μ m,則調焦移動解析度為0. 003mm，可以滿足波長範圍為500nm 800nm的可見光系統，以及中波和長波紅外系統。
權利要求
1.一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構，其特徵在於，該精密調焦機構包括固定鏡筒(1)、移動鏡筒O)、直線電機(3)、電機固定座、消間隙螺母(5)、連接球頭(6)、徑向軸承(7)、軸承壓蓋(8)、電機連接塊(9)、光柵主尺(10)、光柵副尺(11)、 連接片(12)、光柵連接塊(13)、光電開關限位機構(14)、限位片(15)和光柵座(16)；直線電機C3)通過電機固定座固定在固定鏡筒(1)上，移動鏡筒( 位於固定鏡筒(1)的內部且與固定鏡筒(1)動連接；消間隙螺母(5)與連接球頭(6)套在直線電機(3) 的驅動絲槓(17)上；徑向軸承(7)安裝在驅動絲槓(17)的一端，驅動絲槓(17)通過徑向軸承(7)和軸承壓蓋(8)固定在電機固定座(4)上；電機連接塊(9)固定在移動鏡筒(2) 上，電機連接塊(9)與連接球頭(6)過盈連接；光柵副尺(11)通過連接片(1 固定到光柵連接塊(1 上，並通過螺釘固定連接到移動鏡筒( 上，光柵副尺(11)在光柵主尺(10)上滑動；光柵主尺(10)固定在光柵座(16) 上，光柵座(16)與固定鏡筒(1)連接；光電開關限位機構(14)固定在固定鏡筒(1)上，光電開關限位機構(14)分為兩組；限位片(15)與光柵連接塊(13)相連，限位片(15)位於兩組光電開關限位機構(14)之間。
2.如權利要求1所述的一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構，其特徵在於，所述光柵座(16)與固定鏡筒(1)通過螺釘連接，光電開關限位機構(14)通過螺釘固定在固定鏡筒(1)上。
3.如權利要求1所述的一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構，其特徵在於，由光柵副尺(U)和光柵主尺(10)構成的光柵尺的線性誤差小於等於3 μ m。
4.如權利要求1所述的一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構，其特徵在於，所述直線電機(3)的步長為3 μ m，該精密調焦機構的調焦移動解析度為 0. 003mm，適用于波長範圍為500nm 800nm的可見光系統，以及中波和長波紅外系統。
全文摘要
一種採用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調焦機構涉及精密調焦領域，該精密調焦機構包括固定鏡筒(1)、移動鏡筒(2)、直線電機(3)、電機固定座(4)、消間隙螺母(5)、連接球頭(6)、徑向軸承(7)、軸承壓蓋(8)、電機連接塊(9)、光柵主尺(10)、光柵副尺(11)、連接片(12)、光柵連接塊(13)、光電開關限位機構(14)、限位片(15)和光柵座(16)。本發明的有益效果是該調焦機構可以有效消除電機絲槓傳動帶來的空回誤差，減小現有位移傳感器的傳動環節帶來的誤差，提高調焦精度；可以保證電機絲槓不受彎曲力矩的影響，保護電機。
文檔編號G02B7/04GK102540391SQ201110439039
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者賈慶蓮 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所