一种高精度光学调焦机构、装置、系统及设备的制作方法

1.本发明涉及光学调焦技术领域，更具体地说，它涉及一种高精度光学调焦机构、装置、系统及设备。


背景技术：

2.光电探测设备从工作流程上一般是：光学系统接收目标区域的光波信号，利用光电探测器实现光波信号的光电转换，再由电子学系统对信号进行分析、处理。随着对光电探测设备性能要求越来越高，其作用距离越来越远，面对的应用环境也越来越复杂，在运输、使用过程中会遇到压力、温度、受力状态、目标距离等条件的变化，这些变化往往会导致光电探测设备像面位置发生变化，造成成像质量的下降，从而导致设备整体性能指标的下降。所以针对该问题，在光机系统设计中一般通过增加调焦机构来改善像面位置变化带来的像质下降问题，确保光学系统成像始终清晰。
3.现在普遍采用的调焦机构及其缺点如下：
4.(1)圆柱凸轮调焦机构：采用圆柱凸轮作为传动元件，推动调焦镜组前后移动，实现调焦目的。该方式中的缺点：圆柱凸轮精度要求较高，加工难度大；凸轮槽容易磨损，磨损后导致调焦精度下降，尤其是在运动平台上使用的时候出现调焦失效。
5.(2)传统的丝杠螺母调焦机构：采用丝杠螺母作为传动元件，带动调焦镜的运动。其缺点：传统的丝杠螺母调焦机构由于齿轮副啮合回差和丝杠螺母副回差的存在，导致调焦精度不高，抗振动冲击性能差；位置传感器多采用旋转轴式传感器，该传感器若采用直驱方式，往往尺寸体积较大，不利于整个系统的小型化，若采用齿轮折叠传动又会出现回差和结构负载的问题。
6.因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的高精度光学调焦机构是我们目前急需解决的问题。


技术实现要素：

7.为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种高精度光学调焦机构、装置、系统及设备，消除了加工制造、装配、使用磨损等各种原因导致的间隙的存在，从而实现了高精度的光学调焦，提高了光电探测设备抗振动冲击的性能，避免的对零件加工装配的过高要求，具有一定经济性。
8.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
9.第一方面，提供了一种高精度光学调焦机构，包括调焦机构座和调焦镜组，所述调焦机构座设有调焦电机、消隙齿轮、从动齿轮、传动丝杠和消隙螺母；所述调焦电机的输出端与消隙齿轮同轴连接，消隙齿轮与从动齿轮啮合，传动丝杠的输入端与从动齿轮同轴连接；所述消隙螺母与传动丝杠套接，且消隙螺母与调焦镜组相对固定连接；所述调焦机构座设有用于限制调焦镜组沿传动丝杠轴线方向移动的限位组件。
10.进一步的，所述限位组件包括直线滑套和直线导轨；
11.所述直线导轨沿传动丝杠的轴线方向铺设于调焦机构座；
12.所述调焦镜组与直线滑套固定连接，且直线滑套与直线导轨活动套接。
13.进一步的，所述调焦机构座安装有直线电位计，直线电位计的运动轴与消隙螺母固定连接。
14.进一步的，所述消隙齿轮包括两个齿廓参数相同的齿轮，两个齿轮堆叠设置，两个齿轮之间采用拉簧施加一对形成一个恒定扭矩的预压力。
15.进一步的，两所述齿轮采用多个定位螺钉紧固，且紧固时装配波形弹簧、聚四氟乙烯垫片和螺纹紧固胶进行辅助紧固。
16.进一步的，所述消隙螺母包括两个同轴设置的螺母，两个螺母之间设有预压弹簧。
17.进一步的，两所述螺母之间通过多个定位螺钉连接，以保持两螺母沿传动丝杠的轴线方向不分离。
18.第二方面，提供了一种高精度光学调焦装置，包括控制器以及至少一个如第一方面中所述的一种高精度光学调焦机构；
19.所述直线电位计的信号输出端与控制器的信号输入端连接；
20.所述控制器的信号输出端与调焦电机的信号输入端连接。
21.第三方面，提供了一种光学系统，该光学系统包括至少一个如第一方面中所述的一种高精度光学调焦机构。
22.第四方面，提供了一种光电探测设备，该设备包括至少一个如第一方面中所述的一种高精度光学调焦机构。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.1、本发明提出的一种高精度光学调焦机构，通过双齿轮两预压消隙齿轮、双螺母预压消隙的方式完全消除了加工制造、装配、使用磨损等各种原因导致的间隙的存在，从而实现了高精度的光学调焦，且由于间隙的消除，提高了光电探测设备抗振动冲击的性能。避免的对零件加工装配的过高要求，具有一定经济性；
25.2、本发明采用直线电位计进行位置测量，无运动间隙存在，能够实现自动、精准的调焦。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
27.图1是本实施例中的整体结构示意图；
28.图2是本实施例中限位组件的结构示意图；
29.图3是本实施例中消隙齿轮的结构示意图；
30.图4是本实施例中消隙螺母的结构示意图。
31.附图中标记及对应的零部件名称：
32.1、调焦机构座；2、调焦电机；3、消隙齿轮；4、从动齿轮；5、传动丝杠；6、消隙螺母；7、直线电位计；8、调焦镜组；9、直线导轨；10、直线滑套；11、定位螺钉；12、拉簧；13、预压弹簧。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
34.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
35.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
37.实施例：一种高精度光学调焦机构，如图1与图2所示，包括调焦机构座1和调焦镜组8，调焦机构座1设有调焦电机2、消隙齿轮3、从动齿轮4、传动丝杠5和消隙螺母6；调焦电机2的输出端与消隙齿轮3同轴连接，消隙齿轮3与从动齿轮4啮合，传动丝杠5的输入端与从动齿轮4同轴连接；消隙螺母6与传动丝杠5套接，且消隙螺母6与调焦镜组8相对固定连接；调焦机构座1设有用于限制调焦镜组8沿传动丝杠5轴线方向移动的限位组件。
38.调焦电机2通过消隙齿轮3和从动齿轮4带动传动丝杠5作旋转运动，传动丝杠5的旋转运动通过消隙螺母6、限位组件的约束关系转化为消隙螺母6的直线运动。调焦镜组8与消隙螺母6固定，从而实现了调焦镜组8的直线运动。
39.如图2所示，在本实施例中，限位组件包括直线滑套10和直线导轨9；直线导轨9沿传动丝杠5的轴线方向铺设于调焦机构座1；调焦镜组8与直线滑套10固定连接，且直线滑套10与直线导轨9活动套接。
40.在本实施例中，调焦机构座1安装有直线电位计7，直线电位计7的运动轴与消隙螺母6固定连接。直线电位计7的信号输出端可以与控制器的信号输入端连接；控制器的信号输出端可以与调焦电机2的信号输入端连接。首先可以通过直线电位计7测量调焦镜组8的当前位置，然后与参考数据进行对比分析，若存在误差，则通过控制器控制调焦电机2进行正反转实现调焦镜组8的调节。
41.如图3所示，在本实施例中，消隙齿轮3包括两个齿廓参数相同的齿轮，在两片齿轮之间采用拉簧12施加一对预压力，该预压力在消隙齿轮3的两片齿轮之间形成一个恒定的扭矩，保证从动齿轮4与调焦电机2的消隙齿轮3齿廓面始终处于接触状态，确保了调焦电机2输出轴与传动丝杠5之间的运动传递没有回差存在，即便是齿轮磨损也不会导致出现传动间隙。
42.在消隙齿轮3上有四个定位螺钉11，将消隙齿轮3的两片齿轮连接在一起，以确保：两组成齿轮接触面始终贴合，沿接触面法线方向无松动；两组成齿轮沿接触面切向可相对旋转。
43.为了实现以上两点，该四个定位螺钉11紧固时配合波形弹簧、聚四氟乙烯垫片、螺纹紧固胶，紧固时采用扭矩扳手，定量施加紧固扭矩。
44.如图4所示，消隙螺母6包括两个同轴设置的螺母，两个螺母之间设有预压弹簧13。两螺母通过四个定位螺钉11连接。四个定位螺钉11压紧预压弹簧13，使之在两螺母之间作用一个恒定的相互作用力，从而使得：两消隙螺母6沿传动丝杠5的轴线方向不分离；两螺母可沿传动丝杠5旋转运动；消除传动丝杠5反向转动时的回差。
45.工作原理：本发明可以实现光学系统调焦镜组8高精度运动，针对现目前普遍采用的调焦结构存在的问题，该高精度光学调焦机构做了改进优化，避免了对加工及装调的过高要求，及调焦精度不高、容易磨损、抗振动冲击性能差的缺点。
46.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高精度光学调焦机构，包括调焦机构座(1)和调焦镜组(8)，其特征是，所述调焦机构座(1)设有调焦电机(2)、消隙齿轮(3)、从动齿轮(4)、传动丝杠(5)和消隙螺母(6)；所述调焦电机(2)的输出端与消隙齿轮(3)同轴连接，消隙齿轮(3)与从动齿轮(4)啮合，传动丝杠(5)的输入端与从动齿轮(4)同轴连接；所述消隙螺母(6)与传动丝杠(5)套接，且消隙螺母(6)与调焦镜组(8)相对固定连接；所述调焦机构座(1)设有用于限制调焦镜组(8)沿传动丝杠(5)轴线方向移动的限位组件。2.根据权利要求1所述的一种高精度光学调焦机构，其特征是，所述限位组件包括直线滑套(10)和直线导轨(9)；所述直线导轨(9)沿传动丝杠(5)的轴线方向铺设于调焦机构座(1)；所述调焦镜组(8)与直线滑套(10)固定连接，且直线滑套(10)与直线导轨(9)活动套接。3.根据权利要求1所述的一种高精度光学调焦机构，其特征是，所述调焦机构座(1)安装有直线电位计(7)，直线电位计(7)的运动轴与消隙螺母(6)固定连接。4.根据权利要求1所述的一种高精度光学调焦机构，其特征是，所述消隙齿轮(3)包括两个齿廓参数相同的齿轮，两个齿轮堆叠设置，两个齿轮之间采用拉簧(12)施加一对形成一个恒定扭矩的预压力。5.根据权利要求4所述的一种高精度光学调焦机构，其特征是，两所述齿轮采用多个定位螺钉(11)紧固，且紧固时装配波形弹簧、聚四氟乙烯垫片和螺纹紧固胶进行辅助紧固。6.根据权利要求1所述的一种高精度光学调焦机构，其特征是，所述消隙螺母(6)包括两个同轴设置的螺母，两个螺母之间设有预压弹簧(13)。7.根据权利要求6所述的一种高精度光学调焦机构，其特征是，两所述螺母之间通过多个定位螺钉(11)连接，以保持两螺母沿传动丝杠(5)的轴线方向不分离。8.一种高精度光学调焦装置，其特征是，包括控制器以及至少一个如权利要求3所述的一种高精度光学调焦机构；所述直线电位计(7)的信号输出端与控制器的信号输入端连接；所述控制器的信号输出端与调焦电机(2)的信号输入端连接。9.一种光学系统，其特征是，该光学系统包括至少一个如权利要求1-7任意一项所述的一种高精度光学调焦机构。10.一种光电探测设备，其特征是，该设备包括至少一个如权利要求1-7任意一项所述的一种高精度光学调焦机构。

技术总结
本发明公开了一种高精度光学调焦机构、装置、系统及设备，涉及光学调焦技术领域，其技术方案要点是：包括调焦机构座和调焦镜组，所述调焦机构座设有调焦电机、消隙齿轮、从动齿轮、传动丝杠和消隙螺母；所述调焦电机的输出端与消隙齿轮同轴连接，消隙齿轮与从动齿轮啮合，传动丝杠的输入端与从动齿轮同轴连接；所述消隙螺母与传动丝杠套接，且消隙螺母与调焦镜组相对固定连接；所述调焦机构座设有用于限制调焦镜组沿传动丝杠轴线方向移动的限位组件。本发明消除了加工制造、装配、使用磨损等各种原因导致的间隙的存在，从而实现了高精度的光学调焦，提高了光电探测设备抗振动冲击的性能，避免的对零件加工装配的过高要求，具有一定经济性。济性。济性。


技术研发人员：何宴 杨林 任瑞 刘志辉
受保护的技术使用者：四川九洲电器集团有限责任公司
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2022/5/25