[发明专利]应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种相机光学系统的调焦装置，具体涉及一种以压电陶瓷直线电机为驱动的调焦装置。

背景技术

相机的工作环境因素对光学系统成像质量具有重要的影响，主要包括环境温度变化和气压变化两个方面。环境温度变化引起光学元件的曲率半径、厚度、外径等发生变化，导致光学材料折射率变化。气压变化主要影响空气的折射率，引起透镜材料与空气相对折射率改变，这必然会引起光学系统像面的离焦，降低图像的分辨率。

例如，对某航空相机光学系统进行分析，在不同温度、不同压力的系统的离焦量如表1所示。

表1不同温度不同气压下系统离焦量

从以上分析可以看出，工作环境为-45℃、0.3个大气压时的系统离焦量达0.44mm，为保证系统的成像质量，必须根据工作环境对光学系统进行实时调焦。

目前，普遍采用的调焦方式通常包括凸轮、丝杠螺母以及滚珠丝杠等。凸轮调焦方式存在体积大、效率低、精度差等缺点；丝杠螺母虽然可以实现较高精度的调焦，但是安装工艺要求较高、体积较大。随着航空相机对设备轻量化、小型化的要求不断提高，相机调焦机构的设计也必须充分遵循质量轻、体较小的设计原则。

压电陶瓷直线电机是运动控制领域出现的一种新型电机，当电机工作时，它基于压电现象产生超声驻波的原理，依靠产生纵向延伸或横向弯曲的激励使电机动子输出直线运动，而且不产生内在磁场、不会发热，可以在真空环境下工作；电机不工作时，电机自身的压力会产生一个保持力距，不会产生位移。压电陶瓷直线电机具有结构经凑、体积小、重量轻，推动力大、响应快、控制精度高，断电自锁、低功耗等优良的工作特性；对于不同负载以及运动行程可以选择不同规格的压电陶瓷电机满足要求。

发明内容

本发明提供一种应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置，具有小型化、重量轻的特点，调焦工作稳定、响应快、精度高。

为实现以上发明目的，本发明给出以下基本技术方案：

应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置，由固定部分和直线运动部分构成，其中，固定部分包括主框架、压电陶瓷电机的定子、以及用于将所述主框架与光学系统的镜筒连接固定的连接板，直线运动部分包括调焦镜组、转接板和压电陶瓷直线电机的动子，其中，调焦镜组安装于主框架内，由透镜、压圈和镜框组成，镜框的外壁沿透镜轴向固定设置有直线轴承，主框架中固定安装有与所述直线轴承相适配的导轨轴，所述导轨轴与透镜光轴平行；镜框经转接板与压电陶瓷直线电机的动子固定对接，使得调焦镜组能够由动子驱动沿导轨轴移动。

基于上述基本技术方案，本发明还进一步做出以下优化改进：

上述直线轴承和导轨轴共有三副，整体呈等边三角形分布。

上述压电陶瓷直线电机的定子可以与连接板对接固定，也可以固定于主框架上。

上述压电陶瓷直线电机采用双定子压电陶瓷直线电机。

上述压电陶瓷直线电机采用光栅尺实时测量动子位移输出反馈，构成压电陶瓷直线电机运动的闭环控制。

本发明具有以下优点：

该调焦装置具有小型化、重量轻特点，响应快、精度高等动态工作特性优良。

该调焦装置以简单紧凑的结构形式，采用压电陶瓷直线电机，有效改善了小型化和轻量化航空相机镜头中调焦装置的综合性能，能够适应复杂的工作环境，可以广泛应用于航空相机的调焦，通过设计不同的安装接口，也可应用于普通相机的调焦。

附图说明

图1为本发明调焦装置的结构示意图。

图2为本发明调焦装置的工程结构简图（侧面剖视）；

图3为图2所示调焦装置的正视图。

附图标号说明：

1-直线轴承；2-主框架；3-透镜；4-透镜压圈；5-镜框；6-连接板；7-电机定子；8-电机动子；9-转接板；10-导轨轴。

具体实施方式

基于压电陶瓷直线电机在运动控制方面的优良特点，本发明将调焦镜片作为移动元件安装在导轨上，采用压电陶瓷直线电机作为驱动输入，驱动调焦镜沿导轨移动，可以实现快速，平稳、准确的调焦过程。

本发明的调焦装置主要由一个压电陶瓷直线电机、移动镜组、三组导轨以及安装架构成，整个调焦装置结构模型如图1所示。