首页 > 论文 > 光学 精密工程 > 21卷 > 4期(pp:948-954)

离轴三反空间相机调焦机构设计

Design of focusing mechanism for off-axis TMA space camera

  • 摘要
  • 论文信息
  • 参考文献
  • 被引情况
  • PDF全文
分享:

摘要

空间相机受所处复杂运载环境(冲击、振动、过载)和空间运行环境(压力、温度、微重力)的影响易产生焦平面偏移。为提高成像质量, 本文设计了一种利用丝杠螺母变向、直线导轨导向、倾斜导轨驱动且适用于反射式光学系统的新型高精度调焦机构来修正离焦量。 该设计采用防冷焊措施、预压消间隙措施和双重防卡死设计, 有效地提高了结构强度、刚度和可靠性, 从而保证了调焦精度。介绍了其结构和工作原理, 描述了相应的可靠性设计措施, 最后通过精度检测试验对调焦机构进行了综合性能测试。试验结果表明: 该调焦机构具备良好的自锁特性, 其直线运动精度优于±2 μm, 重复定位精度优于±1 μm; 调焦行程范围内调焦反射镜摆角精度绕X轴和Y轴方向均优于±3.5″, 满足用户提出的精度要求。

Abstract

Space cameras are extremely vulnerable to the offset from its optimal position to the focal plane because of its complicated launch environments including shock, vibration and overload, and space operating environments, such as high vacuum, low temperature and micro-gravity. To improve the imaging quality, a new high-precision focusing mechanism for effectively compensating this offset was proposed to improve the adaptability of a camera by steering screw pairs, guiding parallel guide tracks and driving inclined-guides. In the design, schemes of anti-cold welding, gap relieving by preload and double anti-seize were adopted to improve the structural strength, rigidity and reliability and to guarantee the focusing precision. The structure and working principle of the mechanism were introduced and the design scheme for system reliability was described, then a synthetic test was performed. The test results show that the accuracy of linear movement and repeatability of the mechanism are less than ±2 μm and ±1 μm respectively, and the swing of the focusing mirror around X and Yaxes in the total focusing range are both less than ±3.5″, which meets the requirements of the users.

中国激光微信矩阵
补充资料

中图分类号:V447.3

DOI:10.3788/ope.20132104.0948

所属栏目:微纳技术与精密技术

基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.2009AA7020107)

收稿日期:2012-11-08

修改稿日期:2013-01-03

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

杨会生:中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
张银鹤:中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
柴方茂:中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
徐宏:中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
李志来:中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
关英俊:长春工业大学 机电工程学院, 吉林 长春 130012

联系人作者:杨会生(yanghuisheng@126.com)

备注:杨会生(1982-), 男, 河北献县人, 硕士, 助理研究员, 2007年、2009年于哈尔滨工业大学分别获得学士、硕士学位, 主要从事空间光学遥感器光机结构及精密机械等方面的研究。

【1】任建伟. 离轴三反宽视场空间相机的辐射定标[J]. 光学 精密工程, 2010, 18(7): 1491-1497.
REN J W. Radiometric calibration of off-axis three-mirror-anastigmat space camera with wide viewing field [J]. Opt. Precision Eng., 2010, 18(7): 1491-1497. (in Chinese)

【2】韩昌元. 高分辨力空间相机的光学系统研究[J]. 光学 精密工程, 2008, 16(11): 2164-2172.
HAN CH Y. Study on optical system of high resolution space camera[J]. Opt. Precision Eng., 2008, 16(11): 2164-2172. (in Chinese)

【3】张新洁, 颜昌翔, 谢涛. 星载光学遥感器调焦机构的设计[J]. 光学 精密工程, 2009, 17(11): 2757-2761.
ZHANG X J, YAN CH X, XIE T. Design of focusing mechanism of space remote sensor[J]. Opt. Precision Eng., 2009, 17(11): 2757-2761. (in Chinese)

【4】丁亚林, 田海英, 王家骐. 空间遥感相机调焦机构设计[J]. 光学 精密工程, 2001, 9 (1): 36-38.
DING Y L, TIAN H Y, WANG J Q. Design on the focusing mechanism of space remote-sensing camera [J]. Opt. Precision Eng., 2001, 9 (1): 36-38. (in Chinese)

【5】杨永彬. 空间光学相机调焦技术研究[J]. 航天器工程, 2011, 20 (2): 20-24.
YANG Y B. Study on focusing technique for space optical camera [J]. Spacecraft Engineering, 2011, 20(2): 20-24. (in Chinese)

【6】安源, 齐迎春. 空间相机直线调焦机构的设计[J]. 光学 精密工程, 2009, 17 (3): 609-614.
AN Y, QI Y CH. Design of straight-line focusing mechanism for space camera [J]. Opt. Precision Eng., 2009, 17(3): 609-614. (in Chinese)

【7】柴方茂, 樊延超. 一种新型调焦机构设计[J]. 光机电信息, 2010, 27(6): 16-19.
CHAI F M, FAN Y CH. Design of a new kind of focusing structure [J]. OME Information, 2010, 27(6): 16-19. (in Chinese)

【8】黄和平, 夏寅辉, 安成斌, 等. 大口径、长焦距红外系统调焦机构设计[J]. 激光与红外, 2005, 35 (10): 745-747.
HUANG H P, XIA Y H, AN CH B, et al.. Design on the focusing mechanism of long focus IR system [J]. Laser and Infrared, 2005, 35(10): 745-747. (in Chinese)

【9】王智, 张立平, 李朝辉, 等. 传输型立体测绘相机的调焦机构设计[J]. 光学 精密工程, 2009, 17 (5): 1052-1056.
WANG ZH, ZHANG L P, LI ZH H, et al.. Design of focusing mechanism of space tridimensional mapping camera [J]. Opt. Precision Eng., 2009, 17(5): 1052-1056. (in Chinese)

【10】岳建如, 关富玲, 杨玉龙. 空间望远镜成像镜调焦机构改进设计与分析[J]. 空间科学学报, 2003, 23 (2): 155-159.
YUE J R, GUAN F L, YANG Y L. Modified design and structural analysis for adjustment mechanism of the imaging Lens’s focal length of a space solar telescope [J]. Chinese Journal of Space Science, 2003, 23(2): 155-159. (in Chinese)

【11】王书新, 李景林, 刘磊, 等. 大尺寸焦平面空间相机调焦机构的精度分析[J]. 光学 精密工程, 2010, 18 (10): 2239-2243.
WANG SH X, LI J L, LIU L, et al.. Accuracy analysis of focusing mechanism in space camera with long focal-plane [J]. Opt. Precision Eng., 2010, 18(10): 2239-2243. (in Chinese)

【12】张青青, 张立平, 王智. 航天立体测绘相机调焦机构的设计与试验研究[J]. 机械设计与制造, 2009, 4: 57-59.
ZHANG Q Q, ZHANG L P, WANG ZH. Design and experimental research on focusing mechanism of aerial stereo mapping camera [J]. Machinery Design & Manufacture, 2009, 4: 57-59. (in Chinese)

引用该论文

YANG Hui-sheng,ZHANG Yin-he,CHAI Fang-mao,XU Hong,LI Zhi-lai,GUAN Ying-jun. Design of focusing mechanism for off-axis TMA space camera[J]. Optics and Precision Engineering, 2013, 21(4): 948-954

杨会生,张银鹤,柴方茂,徐宏,李志来,关英俊. 离轴三反空间相机调焦机构设计[J]. 光学 精密工程, 2013, 21(4): 948-954

被引情况

【1】黄德天,刘雪超,张红胜,赵晶丽. 基于人类视觉的快速自动调焦法. 液晶与显示, 2014, 29(5): 768-776

【2】黄厚田,王德江,沈宏海,高玉军. 航空成像系统检调焦技术分析与展望. 中国光学, 2014, 7(4): 542-551

【3】袁健,沙巍,陈长征,张星祥,任建岳. 长条形反射镜的集成优化设计. 光电工程, 2015, 42(6): 85-89

【4】于向阳. 双视场多通道成像仪的光机结构. 光学 精密工程, 2015, 23(10): 2870-2876

【5】刘晓丰,何欣,张凯. 高体积分数SiC/Al焊接结构应用于空间相机的稳定性研究. 光学仪器, 2015, 37(6): 513-516

【6】鲍赫,李志来,柴方茂,杨会生. 静止轨道光学遥感器的滤光轮机构. 光学 精密工程, 2015, 23(12): 3357-3363

【7】杨会生,李志来,樊延超,宁永慧,关英俊. 空间相机均力输出式调焦机构. 光学 精密工程, 2016, 24(4): 796-803

【8】李泽坤,吕群波,李伟艳. 一种空间相机热控调焦机构的设计与分析. 光子学报, 2018, 47(4): 422004--1

【9】姜紫庆,贾建军. 空间相机透镜调焦机构的设计与测试. 光学 精密工程, 2018, 26(12): 2956-2962

您的浏览器不支持PDF插件,请使用最新的(Chrome/Fire Fox等)浏览器.或者您还可以点击此处下载该论文PDF