[发明专利]一种压电驱动的可变光阑调光装置及方法

说明书

本发明公开了一种压电驱动的可变光阑调光装置及方法，装置包括可变光阑、压电作动器和基座。压电作动器包括四个悬臂梁、以及八片压电陶瓷；四个悬臂梁均采用金属弹性基体、首尾相连形成正方形环梁结构；四个悬臂梁内壁的中点处均设有和可变光阑动圈的外壁过盈配合的驱动足；八片压电陶瓷分别对应设置在四个悬臂梁中点两侧的外壁上。工作时，对每根梁上的两片压电陶瓷施加相位差为90°的激励信号，在驱动足处产生椭圆运动，驱动动圈转动，进而通过动圈带动光阑片转动，实现通光孔径的扩大或收缩。本发明采用压电驱动，结构扁平紧凑、体积小、重量轻、调节精度高、响应快、可靠性高，有利于提高光学仪器的性能和降低生产成本。

技术领域

本发明涉及光学仪器领域，具体涉及一种压电驱动的可变光阑调光装置及方法。

背景技术

为了控制光电探测器靶面上接受的光能，保证成像照度合适，光学仪器中必须进行调光。可变光阑调光是常用的调光方法，它是通过可变光阑调光装置实现的。可变光阑调光装置一般由可变光阑和驱动部分组成。可变光阑主要包括光阑片、光阑动圈和光阑定圈。光阑动、定圈的相对转动可带动光阑片的转动，进而改变由光阑片围成的通光孔径的大小。驱动部分根据光的照度要求或者光的功率大小驱动光阑动圈转动，通过连续调节光阑通光孔径达到调光的目的。调光的精度直接影响甚至决定光学设备的精度和成本，而调光的精度主要与可变光阑的调节精度有关。现有的可变光阑调光装置大多是自行设计加工或用标准光阑改制的，驱动部分多采用电磁电机和蜗轮蜗杆传动或齿轮传动，通常结构较为复杂，存在传动精度低、摩擦力大、使用寿命短、加工成本高、周期长和可靠性低等问题。

压电作动器是一种新型作动器，利用压电材料的逆压电效应使弹性体产生超声频段内的振动，通过弹性体和转子之间的摩擦作用，直接输出转子的宏观运动。与传统电磁电机相比，压电作动器具有结构简单紧凑、能直接输出低速大扭矩、响应迅速、不产生磁场、定位精度高和断电自锁等独特优点，已被广泛应用于航空航天、生物医疗和光学精密仪器等领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种压电驱动的可变光阑调光装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种压电驱动的可变光阑调光装置，包括可变光阑、限位螺钉、压电作动器、基座和三根固定螺钉，所述可变光阑、压电作动器、基座同轴设置；

所述可变光阑包括动圈、定圈和若干光阑片；

所述动圈和定圈均为底面为圆环状的空心圆柱，且所述定圈同轴设置在动圈内；

所述光阑片均一端设有和其固连的固定销钉，另一端设有能够相对其自由转动的活动销钉；

所述动圈底面上均匀设有若干和所述光阑片固定销钉一一对应的安装孔，所述定圈底面上均匀设有若干和所述光阑片活动销钉一一对应的滑动槽；

所述光阑片一端通过固定销钉和所述动圈上其对应的安装孔铰接，另一端通过活动销钉安装在所述定圈上其对应的滑动槽内；

所述定圈的柱壁上设有定圈固定螺纹通孔；所述动圈的外壁上环向设有限位槽；

所述压电作动器包括第一至第四悬臂梁、以及第一至第八压电陶瓷；

所述第一至第四悬臂梁均采用金属弹性基体、首尾相连形成正方形环梁结构，正方形环梁结构的四个角均作倒角处理，其中一个角上均沿径向设有和所述限位螺钉相匹配的限位螺纹通孔，其余三个角上沿径向均设有和所述固定螺钉相匹配的固定螺纹通孔；

所述第一至第四悬臂梁内壁的中点处均设有驱动足，且第一至第四悬臂梁的驱动足和所述动圈的外壁过盈配合，将所述动圈固定在在正方形环梁结构中；

所述限位螺钉依次穿过所述限位螺纹通孔、限位槽和所述定圈固定螺纹通孔螺纹连接，用于固定所述定圈、并和所述限位槽相配合以限定所述动圈的转动角度；