CN109270656B - 一种反射镜调焦机构及其反射镜组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反射镜调焦机构及其反射镜组件。本发明提供的反射镜调焦机构包括：压电陶瓷促动器、促动器支架、第一连接件、柔性结构、和第二连接件；所述压电陶瓷促动器的主动杆从所述促动器支架的支撑面的中间孔中伸出与所述第一连接件相连；所述促动器支架的支撑面与所述压电陶瓷促动器相连，用于支撑所述压电陶瓷促动器；所述压电陶瓷促动器的主动杆的直线运动通过柔性结构传递到与反射镜背板固定在一起的反射镜上。本发明大大地减小了调焦机构的体积，提高了调焦机构的轻量化、集成度及可靠性，使调焦机构的精度达到了亚微米级。

Description

一种反射镜调焦机构及其反射镜组件

技术领域

本发明涉及航天遥感器技术领域，尤其涉及一种基于压电陶瓷的反射镜调焦机构及其反射镜组件。

背景技术

目前，空间遥感相机调焦机构大体有两种调焦方式：一种是丝杆丝母调焦，另一种是凸轮调焦。丝杆丝母调焦结构简单，但在真空低温条件下在两个极限位置易产生卡滞现象，抗冲击振动能力差；凸轮调焦机构精度高，运动件表面经特殊处理后无冷焊无卡滞现象，有很好的抗冲击振动能力，但对凸轮曲线加工要求较高。这两种调焦机构都存在一定的局限性。因此，应当设计一种全新的调焦机构。

现有技术CN102854751A公开有一种光刻机调焦调平机构，包括：底座；压电陶瓷驱动器组件，包括固定连接的压电陶瓷驱动器与球头支承，压电陶瓷驱动器组件的数量为三个，压电陶瓷驱动器固定于所述底座上，三个压电陶瓷驱动器组件呈直角三角形配置；承载台组件，包括承载台，承载台组件设有用于容置第一球头支承的弧形槽、用于容置第二球头支承的条状槽和用于容置第三球头支承的平面凸台；拉簧组件，与底座和承载台固定连接，用于实现承载台和底座的力封闭。但是，该调焦调平机构为地面使用装置，结构简单，动态特性差，无法满足空间相机发射时振动等工况。

现有技术CN102097971A公开有一种可用于手机光学聚焦与变焦的压电陶瓷驱动器。其结构包括中心位置的圆盘状定子、粘结在定子表面的压电陶瓷片、与定子螺纹配合的移动体，其中，所述压电陶瓷片为薄的圆环形，环形陶瓷上下表面电极采用扇形的四等分形状；将电信号引入到所述压电陶瓷的四个扇形区表面，会在所述圆盘状定子的内螺纹上形成连续的驱动力，推动移动体相对于定子进行螺旋转动，实现轴向直线运动。但是，该压电陶瓷驱动器为在调焦机构设消费品中使用，元器件比较小，无法承载空间相机中的大口径镜体。

现有技术CN1176367C公开有调焦机构是与执行电机的输出轴相连的丝杠-螺母式的机构，设有限位开关。该丝杆丝母调焦结构简单，但在真空低温条件下在两个极限位置易产生卡滞现象，抗冲击振动能力差。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种反射镜调焦机构，包括：压电陶瓷促动器、促动器支架、第一连接件、柔性结构、和第二连接件；

所述压电陶瓷促动器的主动杆从所述促动器支架的支撑面的中间孔中伸出与所述第一连接件相连；

所述促动器支架的支撑面与所述压电陶瓷促动器相连，用于支撑所述压电陶瓷促动器；

所述促动器支架的另一端与所述柔性结构的一端相连；

所述第一连接件与所述柔性结构的一端相连，所述柔性结构的另一端与所述第二连接件连接；

所述压电陶瓷促动器的主动杆的直线运动通过柔性结构传递到与反射镜背板固定在一起的反射镜上。

在一些实施例中，所述柔性结构包括：上柔性片、内圈支撑圆柱、外圈支撑圆柱和下柔性片，所述上柔性片与所述内圈支撑圆柱的上端面及所述外圈支撑圆柱的上端面连接，所述下柔性片与所述内圈支撑圆柱的下端面及所述外圈支撑圆柱的下端面连接。

在一些实施例中，所述柔性结构包括：上支撑圆柱和下支撑圆柱，所述上支撑圆柱的下端面与所述下支撑圆柱的上端面相连。

在一些实施例中，所述柔性结构的端面为圆形，所述柔性结构的端面开设有类丰字型凹槽。

在一些实施例中，以所述柔性结构的端面的圆心为中心，所述类丰字型凹槽均布在所述柔性结构的端面上。

在一些实施例中，所述促动器支架、所述第一连接件及所述柔性结构均采用钛合金制成。

在一些实施例中，所述促动器支架的上端开设有开口，所述压电陶瓷促动器的主动杆穿过所述开口可以上下运动。优选地，这里的开口指的是促动器支架的支撑面的中间孔。

在一些实施例中，所述第一连接件的中心设有开孔，所述压电陶瓷促动器的主动杆上设有预留孔，所述开孔与所述预留孔通过螺钉连接；所述第一连接件上还开设有若干孔，所述柔性结构的第一端面通过螺钉与所述第一连接件的若干孔连接，从而使得所述压电陶瓷促动器的主动杆与所述柔性结构的第一端面连接；所述柔性结构的第二端面通过所述第二连接件与反射镜背板连接。

第二方面，本发明还提供了一种反射镜组件，包括反射镜背板、反射镜和3个或3个以上本发明所提供的反射镜调焦机构；所述反射镜调焦机构安装在所述反射镜背板上，所述反射镜与所述反射镜背板固定连接。

本发明采用了基于压电陶瓷促动器的反射镜调焦代替了原来的凸轮调焦、丝杠丝母调焦，大大地减小了调焦机构的体积，提高了调焦机构的轻量化、集成度及可靠性，使调焦机构的精度达到了亚微米级；同时，设计了与之配套的柔性结构，减小了压电陶瓷促动器主动杆受横向力的影响，增强了调焦机构的平稳性；同时，本调焦机构采用三自由度促动调焦，能够在三个自由度(光轴向平移，垂直光轴向的两个转动)上进行调焦，更加精细，提高了宽幅成像的成像质量；采用了本发明的反射镜调焦方式，提高了系统的集成度。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的反射镜组件的结构示意图；

图2为图1所示的反射镜组件的另一结构示意图；

图3为根据本发明一实施例的反射镜调焦机构的结构示意图；

图4为根据本发明一实施例的反射镜调焦机构的结构剖视图；

图5为根据本发明一实施例的柔性结构的柔性片；

图6为根据本发明一实施例的柔性结构的结构示意图；

图7为根据本发明一实施例的柔性结构的结构剖视图；

图8为根据本发明另一实施例的柔性结构的结构示意图；

图9为根据本发明另一实施例的柔性结构的上支撑圆柱的结构示意图；

图10为根据本发明另一实施例的柔性结构的下支撑圆柱的结构示意图；

图11为根据本发明另一实施例的柔性结构的结构示意图；

图12为根据本发明一实施例的压电陶瓷促动器的结构示意图；

图13为根据本发明一实施例的第一连接件的结构示意图。

附图标识：

100、反射镜调焦机构；200、反射镜组件；1、压电陶瓷促动器；2、促动器支架；3、柔性结构；4、第一连接件；5、第二连接件；6、反射镜背板；9、柔性片；91、上柔性片；92、下柔性片；10、内圈支撑圆柱；11、外圈支撑圆柱；12、上支撑圆柱；121、上支撑圆柱的上端面；122、上支撑圆柱的下端面；13、下支撑圆柱；131、下支撑圆柱的上端面；132、下支撑圆柱的下端面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

结合图3-4所示分别为根据本发明一实施例的反射镜调焦机构100的结构示意图和根据本发明一实施例的反射镜调焦机构的结构剖视图。本发明实施例提供了一种反射镜调焦机构 100，包括：压电陶瓷促动器1、促动器支架2、第一连接件4、柔性结构3、和第二连接件5；所述压电陶瓷促动器1的主动杆从所述促动器支架2的支撑面201伸出与所述第一连接件4 相连；所述促动器支架2的支撑面201与所述压电陶瓷促动器1相连，用于支撑所述压电陶瓷促动器1；所述促动器支架2的另一端与所述柔性结构3的一端相连；所述第一连接件4 与所述柔性结构3的一端相连，所述柔性结构3的另一端与所述第二连接件5连接；所述压电陶瓷促动器1的主动杆的直线运动通过柔性结构3传递到与反射镜背板6固定在一起的反射镜(图中未显示)上。进一步优选地，所述压电陶瓷促动器1的主动杆从所述促动器支架 2的支撑面201的中间孔202中伸出与所述第一连接件4相连。进一步优选地，所述第一连接件4为圆形连接件。进一步优选地，所述主动杆与第一连接件4之间为面和面接触，通过螺钉连接。进一步优选地，所述第二连接件5为背板连接件。

在一具体的实施例中，所述促动器支架2上端有一个矩形开口，压电陶瓷促动器1置于促动器支架2的端面上，压电陶瓷促动器1的主动杆穿过矩形开口可以上下运动。压电陶瓷促动器1的下端的孔与促动器支架2相连，促动器支架2固定压电陶瓷促动器，促动器支架 2联接了压电陶瓷促动器1和柔性结构3的外圈支撑圆柱11，并使其固定到相机结构中；第一连接件4中心开孔通过螺钉和压电陶瓷促动器1的主动杆的预留孔联接到一起，其圆周还有4个孔，通过螺钉和柔性结构3的内圈支撑圆柱10的一端连接到一起，这样使压电陶瓷促动器1的主动杆与柔性结构3的内圈支撑圆柱10联接起来；柔性结构3的内圈支撑圆柱10的另一端通过第二连接件5联接到反射镜背板6上，即，使得压电陶瓷促动器1的主动杆运动通过柔性结构3传递到反射镜背板上，安装于反射镜背板上的反射镜(图中未示出)随压电陶瓷促动器1的主动杆的运动而运动，从而可以调整相机的焦面与调整对焦或者用于调整焦面。

在一些具体的实施例中，所述柔性结构的端面为圆形，所述柔性结构的端面开设有类丰字型凹槽。

在一些具体的实施例中，以所述柔性结构的端面的圆心为中心，所述类丰字型凹槽均布在所述柔性结构的端面上。

在一些具体的实施例中，所述促动器支架、所述第一连接件及所述柔性结构均采用钛合金制成。

在一些具体的实施例中，所述促动器支架的上端开设有开口，所述压电陶瓷促动器的主动杆穿过所述开口可以上下运动。

在一些具体的实施例中，所述第一连接件的中心设有开孔，所述压电陶瓷促动器的主动杆上设有预留孔，所述开孔与所述预留孔通过螺钉连接；所述第一连接件上还开设有若干孔，所述柔性结构的第一端面通过螺钉与所述第一连接件的若干孔连接，从而使得所述压电陶瓷促动器的主动杆与所述柔性结构的第一端面连接；所述柔性结构的第二端面通过所述第二连接件与反射镜背板连接。

图5为根据本发明一实施例的柔性结构的柔性片，如图6所示为根据本发明实施例1的柔性结构3的结构示意图，图7为根据本发明实施例1的柔性结构的结构剖视图，所述柔性结构3包括：上柔性片91、内圈支撑圆柱10、外圈支撑圆柱11和下柔性片92，所述上柔性片91与所述内圈支撑圆柱10的上端面及所述外圈支撑圆柱11的上端面连接，所述下柔性片92与所述内圈支撑圆柱10的下端面及所述外圈支撑圆柱11的下端面连接。

如图8所示为根据本发明实施例2的柔性结构3的结构示意图，所述柔性结构3包括：上支撑圆柱12和下支撑圆柱13，所述上支撑圆柱12的下端面与所述下支撑圆柱13的上端面相连。如图9-10所示分别为上支撑圆柱12和下支撑圆柱13的结构示意图，上支撑圆柱的下端面122与下支撑圆柱的上端面131相连，上支撑圆柱的上端面121和下支撑圆柱的下端面132均布置有类“丰”字型凹槽。

如图11所示为根据本发明实施例3的柔性结构3的结构示意图，所述柔性结构3加工为一个整体，两端柔性片体由内外圈圆柱支撑。

在一些具体的实施例中，所述柔性结构3整体上为中空的圆柱体结构，且所述柔性结构 3的上表面和/或下表面上开设有若干个类“丰”字型凹槽。进一步优选地，所述柔性结构3 的上表面和/或下表面为圆环形状，所述若干个类“丰”字型凹槽均布设置所述圆环形状的内圆外部和外圆内部之间。

如图12所示为根据本发明一实施例的压电陶瓷促动器1的结构示意图，所述压电陶瓷促动器1包括主动杆。

如图13为根据本发明一实施例的第一连接件4的结构示意图。

第二方面，如图1所示，本发明还提供了一种反射镜组件200，包括反射镜背板6、反射镜(图中未示出)和3个或3个以上本发明所提供的反射镜调焦机构100；所述反射镜调焦机构100安装在所述反射镜背板6上，所述反射镜7与所述反射镜背板6固定连接。参照图 1，为本发明所述的反射镜调焦机构100在反射镜组件200上的安装位置，在三角位置分别安装一个本发明反射镜调焦机构100。参考图1，在一个反射镜背板上配套使用三组本调焦机构，位置的布置如图1，可以实现垂直纸面的平动与两个方向的转动，简而言之，图1的反射镜要使用三组该反射镜调焦机构。

本发明采用了基于压电陶瓷促动器的反射镜调焦代替了原来的凸轮调焦、丝杠螺母调焦，大大地减小了调焦机构的体积，提高了调焦机构的轻量化、集成度及可靠性，使调焦机构的精度达到了亚微米级；同时，设计了与之配套的柔性结构，减小了压电陶瓷促动器主动杆受横向力的影响，增强了调焦机构的平稳性；同时，本调焦机构采用三自由度促动调焦，能够在三个自由度(光轴向平移，垂直光轴向的两个转动)上进行调焦，更加精细，提高了宽幅成像的成像质量；采用了本发明的反射镜调焦方式，提高了系统的集成度，即压电陶瓷促动器的集成度高。

以上对本发明所提供的一种反射镜调焦机构及其反射镜组件进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种反射镜调焦机构，其特征在于，包括：压电陶瓷促动器、促动器支架、第一连接件、柔性结构、和第二连接件；

所述压电陶瓷促动器的主动杆从所述促动器支架的支撑面伸出与所述第一连接件相连；

所述促动器支架的支撑面与所述压电陶瓷促动器相连，用于支撑所述压电陶瓷促动器；

所述促动器支架的另一端与所述柔性结构的一端相连；

所述第一连接件与所述柔性结构的一端相连，所述柔性结构的另一端与所述第二连接件连接；

所述压电陶瓷促动器的主动杆的直线运动产生的位移通过柔性结构传递到与反射镜背板固定在一起的反射镜上；

所述柔性结构的端面为圆形，所述柔性结构的端面开设有类丰字型凹槽，以所述柔性结构的端面的圆心为中心，所述类丰字型凹槽均布在所述柔性结构的端面上；

所述第一连接件的中心设有开孔，所述压电陶瓷促动器的主动杆上设有预留孔，所述开孔与所述预留孔通过螺钉连接；所述第一连接件上还开设有若干孔，所述柔性结构的第一端面通过螺钉与所述第一连接件的若干孔连接，从而使得所述压电陶瓷促动器的主动杆与所述柔性结构的第一端面连接；所述柔性结构的第二端面通过所述第二连接件与反射镜背板连接。

2.根据权利要求1所述的反射镜调焦机构，其特征在于，所述柔性结构包括：上柔性片、内圈支撑圆柱、外圈支撑圆柱和下柔性片，所述上柔性片与所述内圈支撑圆柱的上端面及所述外圈支撑圆柱的上端面连接，所述下柔性片与所述内圈支撑圆柱的下端面及所述外圈支撑圆柱的下端面连接。

3.根据权利要求1所述的反射镜调焦机构，其特征在于，所述柔性结构包括：上支撑圆柱和下支撑圆柱，所述上支撑圆柱的端面与所述下支撑圆柱的端面相连接。

4.根据权利要求1所述的反射镜调焦机构，其特征在于，所述促动器支架、所述第一连接件及所述柔性结构均采用钛合金制成。

5.根据权利要求1所述的反射镜调焦机构，其特征在于，所述促动器支架的上端开设有开口，所述压电陶瓷促动器的主动杆穿过所述开口可以上下运动。

6.一种反射镜组件，其特征在于，包括反射镜背板、反射镜和3个或3个以上如权利要求1-5任一项所述的反射镜调焦机构；所述反射镜调焦机构安装在所述反射镜背板上，所述反射镜与所述反射镜背板固定连接。

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