專利名稱：一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)的制作方法
一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于精密調(diào)焦技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)。
背景技術(shù)：
光學系統(tǒng)在工作過程中，成像目標與光學系統(tǒng)的相對距離總是在變化的，由高斯公式可知，其光學系統(tǒng)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(diào)整鏡頭與成像焦平面的距離以得到清晰的像， 這種調(diào)整的過程稱之為調(diào)焦。
在一般光學鏡頭中都需要調(diào)焦，傳統(tǒng)的調(diào)焦機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低。傳統(tǒng)光學鏡頭的調(diào)焦結(jié)構(gòu)有很多種，如步進電機為驅(qū)動元件并通過齒輪傳動以電位器為反饋元件的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)存在的缺點是齒輪傳動的空回造成了調(diào)焦精度低而且使機構(gòu)復(fù)雜；也有以直線電機為驅(qū)動元件編碼器為反饋元件的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)存在的缺點是直線電機的安裝精度限制了光學鏡頭的調(diào)焦精度。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有調(diào)焦機構(gòu)存在傳動空回誤差、機構(gòu)復(fù)雜、安裝精度受限、調(diào)焦精度低的問題，本發(fā)明提供一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下
一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)，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(guān)限位機構(gòu)、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，移動鏡筒位于固定鏡筒的內(nèi)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(qū)動絲杠上；徑向軸承安裝在驅(qū)動絲杠的一端，驅(qū)動絲杠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，并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(guān)限位機構(gòu)固定在固定鏡筒上，光電開關(guān)限位機構(gòu)分為兩組；限位片與光柵連接塊相連，限位片位于兩組光電開關(guān)限位機構(gòu)之間。
本發(fā)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(qū)動絲杠傳動帶來的空回誤差，提高調(diào)焦精度；
第二、在電機驅(qū)動絲杠端加裝徑向軸承可以保證電機絲杠不受彎曲力矩的影響， 保護電機；
第三、采用光柵尺直接反饋調(diào)焦鏡組的運動，減小了現(xiàn)有位移傳感器的傳動環(huán)節(jié)帶來的誤差，提高了調(diào)焦精度。


圖1是本發(fā)明采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)的示意圖。
圖2是圖1的仰視圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
本發(fā)明采用一種由直線電機驅(qū)動，由消間隙螺母帶動，并由徑向軸承消除電機絲杠受力，以及采用高精度光柵尺作為反饋元件的調(diào)焦機構(gòu)。
如圖1所示，本發(fā)明采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)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(guān)限位機構(gòu)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位于固定鏡筒1的內(nèi)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(qū)動絲杠17上；徑向軸承7安裝在驅(qū)動絲杠17的一端，驅(qū)動絲杠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，并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(guān)限位機構(gòu)14固定在固定鏡筒1上， 光電開關(guān)限位機構(gòu)14分為兩組；限位片15與光柵連接塊13相連，限位片15位于兩組光電開關(guān)限位機構(gòu)14之間。
直線電機3旋轉(zhuǎn)，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(nèi)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(qū)動絲杠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(qū)動絲杠17 — 端安裝有徑向軸承7，并通過軸承壓蓋8固定在電機固定座4上，使驅(qū)動絲杠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，并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(diào)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(guān)限位機構(gòu)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(diào)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(guān)限位機構(gòu)14的右組時，光電開關(guān)反饋信息給直線電機3，電機斷電，調(diào)焦量向右達到最大；反之，當限位片15 運動到光電開關(guān)限位機構(gòu)14的左組時，調(diào)焦量向左達到最大。
對于高精度的光柵尺，其線性誤差不大于3 μ m，通過上述調(diào)焦機構(gòu)可以使得調(diào)焦反饋環(huán)節(jié)的精度只限制在光柵尺的精度上，從而可以保證調(diào)焦機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)精度滿足 3μπι的要求。
直線電機3選用外部驅(qū)動式直線電機，其步長可以選擇為3 μ m,則調(diào)焦移動分辨率為0. 003mm，可以滿足波長范圍為500nm 800nm的可見光系統(tǒng)，以及中波和長波紅外系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)，其特征在于，該精密調(diào)焦機構(gòu)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(guān)限位機構(gòu)(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( 位于固定鏡筒(1)的內(nèi)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(qū)動絲杠(17)上；徑向軸承(7)安裝在驅(qū)動絲杠(17)的一端，驅(qū)動絲杠(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，并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(guān)限位機構(gòu)(14)固定在固定鏡筒(1)上，光電開關(guān)限位機構(gòu)(14)分為兩組；限位片(15)與光柵連接塊(13)相連，限位片(15)位于兩組光電開關(guān)限位機構(gòu)(14)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)，其特征在于，所述光柵座(16)與固定鏡筒(1)通過螺釘連接，光電開關(guān)限位機構(gòu)(14)通過螺釘固定在固定鏡筒(1)上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)，其特征在于，由光柵副尺(U)和光柵主尺(10)構(gòu)成的光柵尺的線性誤差小于等于3 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)，其特征在于，所述直線電機(3)的步長為3 μ m，該精密調(diào)焦機構(gòu)的調(diào)焦移動分辨率為 0. 003mm，適用于波長范圍為500nm 800nm的可見光系統(tǒng)，以及中波和長波紅外系統(tǒng)。
全文摘要
一種采用直線電機和光柵尺作為伺服元件的精密調(diào)焦機構(gòu)涉及精密調(diào)焦領(lǐng)域，該精密調(diào)焦機構(gòu)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(guān)限位機構(gòu)(14)、限位片(15)和光柵座(16)。本發(fā)明的有益效果是該調(diào)焦機構(gòu)可以有效消除電機絲杠傳動帶來的空回誤差，減小現(xiàn)有位移傳感器的傳動環(huán)節(jié)帶來的誤差，提高調(diào)焦精度；可以保證電機絲杠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(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)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