星载光学遥感器调焦机构设计与有限元分析

郭冠群，颜昌翔，田海英

（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033）

星载光学遥感器的任务是获取高质量的遥感图像，但受到运载与发射过程中冲击、过载、振动、在空间环境中的重力释放与温度变化等影响，其光学系统的焦平面位置极易发生改变使其成像质量降低［1，2］。作为星载光学遥感器的重要组成部件，调焦机构能够补偿上述条件下引入的光学系统离焦量，从而提高光学遥感器的像质。

本文设计了一种应用于星载光谱相机上的调焦机构，根据使用环境使用要求确定调焦的实现方式，采用谐波减速器配合滚珠丝杠、直线导轨的传动方式，分析了该机构的理论灵敏度与调焦精度，并且建立调焦组件有限元模型进行了仿真验证。

1 调焦方案设计

1.1 调焦方式的选择

调焦方式主要有三种即透镜调焦，反射镜调焦，及移动焦面调焦［3-5］。通常由丝杠螺母副、蜗轮蜗杆减速器或凸轮机构将电机的回转运动转换为直线运动，实现精确调焦。蜗轮蜗杆减速器一般体积较大，传动效率不高，输入轴和输出轴不在同一平面上；凸轮机构的结构比较简单，抗冲击能力强，但加工要求较高，空间要求也较大［6，7］；丝杠螺母副的抗冲击能力相对较差，但具有结构简单、运动灵活的优点。

谐波齿轮减速器是一种依靠波发生器使柔性齿轮产生可控的弹性变形波，实现运动和动力传动的减速机构。目前在航空航天的活动机构中已有应用，同等指标下，谐波齿轮减速器的体积和质量只有常规减速器的30%左右甚至更低，对空间光学遥感器的整机轻量化十分有利［8］。……