-2和滑块调整垫2-3包括两组，两组所述导轨2-1平行设置。
[0047] 参见附图2,本发明的一种用于航空相机的小型化调焦机构的导向部件2固定于与 支撑结构1上，对调焦对象3实现直线运动约束。凸轮从动件6与调焦对象3之间紧固联接，凸 轮从动件6与凸轮5单侧接触，通过连接于支撑结构1上的复位弹黃10对凸轮从动件6进行预 紧。凸轮5通过两个轴承7固定于支撑结构1上，固定于支撑结构1上的电机9通过齿轮传动8 带动凸轮5转动，从而实现了由电机9输出运动的减速、凸轮5角位移测量W及旋转运动向直 线运动的转化，通过凸轮5轮廓的设计使得调焦对象3的直线运动与凸轮5的角位移具有一 一对应关系。
[004引参见附图3,凸轮5采用了偏屯、凸轮5,调焦对象3的直线运动与凸轮5转角运动转化 原理。调焦对象3的直线位置?·(θ)与凸轮5转角Θ符合公式(1)所示的正弦关系：
[0049] f(0)=e·sine(0e[-90° ,+90°]) (1)
[0050] 其中：e为凸轮5旋转中屯、和几何中屯、的偏屯、量;θ为凸轮5的转角。
[0051] 使用过程中，凸轮5转角Θ控制在小于[-90°，+90°]范围W内。从图3所示的规律可 看出，当凸轮5转角Θ在+90°或-90°附近时，曲线斜率变小，式（1)的测量灵敏度降低。所W， 为提高测量灵敏度，一般会将偏屯、凸轮5的偏屯、量e设计取值大于半调焦行程。
[0052] 当凸轮5的偏屯、量e大于3~5倍半调焦行程时，凸轮5转角Θ可控制在中间位置的很 小角度范围内，此时公式(1)可简化为如下式所示的线性关系：
[005；3]f(目）=e.0 (目e[-0b，+0b]) (2)
[0054] 其中：目b(目b<90° )为调焦半行程所对应的凸轮5转角。
[0055] 为了减小结构尺寸，本发明的凸轮从动件6和凸轮5之间采取了单侧接触方案。为 保证凸轮5在正负转角范围内，机构始终有效工作，需要采用复位弹黃10预紧方式来保证凸 轮从动件6和凸轮5之间有效接触。复位弹黃10的布置方式对该调焦机构的直线运动精度有 着重要影响。
[0056] 参见附图4,作用于凸轮从动件6上的外力主要有Ξ个：调焦对象3和凸轮从动件6 的重力G、凸轮5推力Fcam和复位弹黃10拉力Fs。其中重力会使调焦对象3产生公式(3)所示的 倾覆力矩Mz:
[0057] Mz=G· 1 (3)
[005引其中：1为调焦对象3和凸轮从动件6构成的整体的质屯、距导轨2-1的距离。
[0059] 运一倾覆力矩Mz会被两组导轨2-1的约束力所抵消，不会对调焦对象3的直线运动 精度造成大的影响，即Z向。
[0060] 凸轮5推力Fcam和复位弹黃10拉力Fs会自然满足力的平衡，如果复位弹黃10布置不 当会产生额外的力偶矩分量Mx和My，它们会对调焦对象3的直线运动精度造成大的影响，即Z 向。
[0061] 参见附图5,本发明提出了一种行之有效的双复位弹黃10解决方案，为确保导向精 度，复位弹黃10的力学性能和位置参数需要需满足如下条件：
[0062]
(4)
[00创其中：Axi日和Δχ2日为凸轮5零位时，即θ= 0°时，凸轮5推力分别与两根复位弹黃10 拉力在X方向上的间距；
[0064] Δyi和ΔΥ2为整个行程范围内凸轮5推力分别与两根复位弹黃10拉力在Υ方向上的 间距；
[0065] Fsi和Fs劝两根复位弹黃10的拉力。
[0066] 由力的合成原理可知，要使凸轮5推力Fcam和两个复位弹黃10的拉力Fsl、FsS个力 的合力偶矩为零，需要满足两个基本条件：1)两根复位弹黃10的拉力大小相等、方向相同； 2)两根复位弹黃10的拉力与凸轮5推力共平面，且复位弹黃10的拉力对称分布于凸轮5推力 的两侧。第一个条件可通过选择两根刚度相同的复位弹黃10来保证。由于整个调焦行程中 凸轮5推力Fcam的作用点会在X方向上小范围内变动，因而，上述所提及的"两根复位弹黃10 的拉力与凸轮5推力共平面"条件难W严格满足。但是，按照公式(4)的方式将两根复位弹黃 10相对于凸轮5零位时的凸轮5推力方向对称布置，可使得整个调焦行程中，内凸轮5推力和 复位弹黃10拉力所组成力系的合力偶矩最小化，从而可使调焦对象3的直线运动精度影响 因素最小化。
【主权项】
1. 一种用于航空相机的小型化调焦机构，其特征在于，包括： 支撑结构（1)，所述支撑结构（1)为L型结构； 设置在支撑结构（1)侧壁上的导向部件(2)，调焦对象(3)-侧通过导向部件(2)相对支 撑结构（1)在光轴方向滑动； 与调焦对象(3)另一侧紧固联接的凸轮从动件(6); 与所述凸轮从动件(6)单侧接触的凸轮(5)，所述凸轮(5)通过两个轴承(7)固定在支撑 结构（1)上，所述凸轮从动件(6)通过两个和凸轮(5)的推力共平面的复位弹簧（10)与支撑 结构（1)连接； 通过销接方式连接在凸轮(5)端部的轴角传感器(4); 和通过过渡支座固定在支撑结构（1)上的电机(9)，所述电机(9)输出端通过齿轮传动 (8)带动凸轮(5)转动。2. 根据权利要求1所述的一种用于航空相机的小型化调焦机构，其特征在于，所述支撑 结构（1)包括支撑板(1-1)、弹簧挂钩A(1 -2)、压板(1 -3)、轴系支座（1 -4)、弹簧挂钩B(1 -5); 所述轴系支座（1-4)固定在支撑板(1-1)上，弹簧挂钩A(l-2)和弹簧挂钩B(l-5)固定在所述 轴系支座（1-4)上，所述凸轮从动件(6)通过两个所述复位弹簧（10)分别与弹簧挂钩A(l-2) 和弹簧挂钩B(l-5)连接，所述凸轮(5)通过轴承(7)固定在轴系支座（1-4)上，所述轴角传感 器(4)通过压板(1-3)固定在所述轴系支座（1-4)上。3. 根据权利要求2所述的一种用于航空相机的小型化调焦机构，其特征在于，所述导向 部件(2)包括导轨(2-1)、滑块(2-2)和滑块调整垫（2-3)，所述滑块(2-2)和滑块调整垫(2-3)通过螺钉固定在支撑板(1-1)侧壁上，所述导轨(2-1)和调焦对象(3)通过螺钉紧固联接， 所述导轨(2-1)和所述滑块(2-2)之间形成直线导向副，所述导轨(2-1)和滑块(2-2)之间设 有滚珠。4. 根据权利要求3所述的一种用于航空相机的小型化调焦机构，其特征在于，所述导轨 (2-1)、滑块(2-2)和滑块调整垫(2-3)包括两组，两组所述导轨(2-1)平行设置。5. 根据权利要求1所述的一种用于航空相机的小型化调焦机构，其特征在于，所述凸轮 (5)为偏心凸轮。6. 根据权利要求1所述的一种用于航空相机的小型化调焦机构，其特征在于，所述调焦 对象(3)的直线位置f(0)与凸轮(5)转角Θ之间满足以下正弦关系： f(9) = e · sin9(0e [-90° ,+90° ]) 其中：e为凸轮(5)旋转中心和几何中心的偏心量;Θ为凸轮(5)转角。7. 根据权利要求1所述的一种用于航空相机的小型化调焦机构，其特征在于，两个所述 复位弹簧(10)的力学性能和位置参数满足以下关系：其中：Δχ1(^ΡΔΧ2〇为凸轮（5)零位时，即θ = 〇°时，凸轮（5)推力分别与两根复位弹簧 (10)拉力在X方向上的间距； Α 71和Δ ^为整个行程范围内凸轮(5)推力分别与两根复位弹簧（10)拉力在Υ方向上的 间距； Fsl和Fs2为两根复位弹簧(10)的拉力。
【专利摘要】一种用于航空相机的小型化调焦机构属于航空光学遥感装备调焦技术领域，目的在于解决现有技术存在的结构复杂、机构轴向尺寸大和系统自锁性能受制于调焦行程和旋转筒的旋转角度比值以及凸轮导销易磨损的问题。本发明包括：支撑结构，支撑结构为L型结构；设置在支撑结构侧壁上的导向部件，调焦对象一侧通过导向部件相对支撑结构在光轴方向滑动；与调焦对象另一侧紧固联接的凸轮从动件；与凸轮从动件单侧接触的凸轮，凸轮通过两个轴承固定在支撑结构上，凸轮从动件通过两个和凸轮的推力共平面的复位弹簧与支撑结构连接；通过销接方式连接在凸轮端部的轴角传感器；和通过过渡支座固定在支撑结构上的电机，电机输出端通过齿轮传动带动凸轮转动。
【IPC分类】G03B13/34
【公开号】CN105446054
【申请号】CN201511018007
【发明人】李海星, 刘立国, 丁亚林, 张洪文, 史磊, 张继超, 蒋宁, 王乃祥, 管坐辇
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月30日