连续变焦望远镜导向机构的设计与研究

　　引言

　　连续变焦望远镜的焦距在一定范围内连续变化，在望远镜象面上，物体象的大小也连续可调，有利于对目标物体的整体和细节情况进行观测。连续变焦望远镜一般由调焦组、变倍组、补偿组、调光机构以及后固定组五个部分组成。其中，调焦组的作用是保证远近不同距离的物体，都能在象面上成清晰的象;调光机构对不同亮度的物体和背景，选择不同的衰减倍率，使系统象面照度合适，避免CCD饱和;后固定组用于平衡望远镜象差。变倍组与补偿组及其导向传动机构(包括凸轮和导向机构)共同组成连续变焦望远镜的变焦系统。

　　1变焦系统

　　变焦系统是连续变焦望远镜的核心部分，是区别于普通固定焦距光学系统的标志。凸轮上有变倍曲线槽和补偿曲线槽，变倍组和补偿组带动钉安放在两条曲线槽中，步进电机通过减速装置带动凸轮转动，从而带动变倍组和补偿组沿光轴方向直线移动，实现望远镜的变焦功能。采用机械补偿法变倍的变焦望远镜，变倍组和补偿组在轴向的位置存在一一对应的光学关系川，其位置关系由凸轮曲线槽保证。

　　凸轮上变倍曲线槽和补偿曲线槽的加工精度;两条曲线槽和变倍组与补偿组带动钉的配合;带动钉机构的结构刚度，是连续变焦望远镜研制成功的关键之一。否则会导致望远镜成象不清晰或象面轴向跳动。对于大变倍比的变焦望远镜，由于变倍组和补偿组的运动行程大，导向机构在不同的位置，其结构刚度不同。在变焦过程中，变倍组和补偿组会不同轴并倾斜，最终导致系统象面径向跳动，是变焦望远镜研制又一关键。本文重点讨论连续变焦望远镜中导向机构的设计与研究。

　　2变焦望远镜的导向机构

　　变焦望远镜导向机构，除轴向直线平移自由度外，其余5个自由度都应受到约束，超定位约束或约束不够，都会给变焦望远镜带来不利的影响。迄今为止，发展出来的导向机构类型多种多样，根据其导轨形式，主要可以分为三种类型:圆筒导向、槽型导向、圆棒导向。三种类型的导向机构具有各自的特色与适用范围。可根据变焦望远镜的用途、系统精度及加工工艺，选择合理的导向机构。

　　2.1圆筒导向机构

　　变倍组镜框和补偿组镜框外圆与主体内圆配合，构成圆筒导向类型机构(见图1)。该类型的导向机构结构紧凑，工艺简单，装配方便，适用于小口径，精度较低的变焦望远镜。

　　圆筒导向机构在设计原理上存在不足，主要表现为约束条件不够。变倍组和补偿组在垂直于光轴的旋转自由度没有受到约束。使得在变焦过程中，变倍组和补偿组沿轴向直线运动的同时会随凸轮一起旋转，导致望远镜象面跳动。圆筒导向机构的导向精度6取决于配合间隙与配合长度