直线电机驱动的经纬仪调焦机构设计

　　1 引 言

　　光电经纬仪是采用光电技术、 具有实时测量跟踪功能的经纬仪。 而电视测量系统又是光电经纬仪的主系统， 在光电经纬仪中起着对运动目标的实时测量作用[1]。 为保证测量电视能够对运动目标清晰成像， 调焦机构必不可少。 为了适应现代靶场的要求，光电经纬仪测量电视光学系统的通光口径越来越大，光学系统的焦深越来越小， 从而对调焦机构的调焦精度提出了更高要求。

　　本文在分析比较传统调焦机构缺点的基础上，设计了一种直线电机驱动的调焦机构， 介绍了调焦机构的结构组成和工作特点， 给出了选用直线电机时需要考虑的有关参数的计算方法。

　　2 传统的调焦机构

　　所谓调焦就是指沿光轴方向改变像面 (或镜头)的位置， 使物像关系满足高斯公式， 以获取清晰的图像。 根据光学系统的不同结构形式， 光电经纬仪中常用的调焦方式有以下两种[2-7]：

　　(1) 镜组移动式： 通过移动光学镜头中的调焦组透镜， 改变焦距， 从而达到调焦的目的。

　　(2) 焦平面移动式： 通过移动成像介质 (胶片或CCD) 感光面， 改变像距进行调焦， 这是最直接的调焦方式。

　　调焦组件的主要作用是在目标距离改变或环境温度变化时， 调整调焦镜组或数字 CCD 相机的位置，保证获取清晰的图像。 光电经纬仪中传统的调焦机　构主要有两种： 丝杆丝母调焦和凸轮调焦。凸轮调焦机构主要由带齿轮的凸轮、 导向镜筒、导钉、 导环等组成， 其结构简图如图 1 所示。 凸轮圆周上加工两条等宽的曲线槽， 当电机带动凸轮转　　动时， 通过导环、 导钉将运动传递给镜组， 导向镜筒开有两个等宽的导向槽， 因导向镜筒的直线导向槽限制了导环的运动轨迹， 故凸轮正反转动时， 会带动镜组做往复直线运动.

　　丝杠丝母调焦是旋转电机通过减速齿轮组驱动丝杆， 从而带动与镜架 (或者相机) 连接的丝母，将旋转运动变为直线往复运动 (如图 2 所示)。

　　上述两种机构的共同缺点是： 结构复杂; 加工、装调难度大; 在传动链中引入齿轮传动， 不可避免地会产生空回现象， 进而导致整个机构存在传动效率低、 响应速度慢、 重复定位精度差等问题。

　　3 直线电机驱动的调焦机构

　　直线电机通过一个内螺纹螺母和导螺杆完成了旋转运动向直线运动的转化， 打破了传统 “旋转电机+机械变换环节” 的传动方式。 因此， 用直线电机进行直线驱动， 具有结构简单紧凑、 动态响应快、定位精度高、 运行噪声低、 传动效率高等优点[8]。