CN203365777U - 应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置。该压电陶瓷直线电机调焦装置，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，调焦镜组安装于主框架内，调焦镜组的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。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。

Description

应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置

技术领域

本实用新型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。

实用新型内容

本实用新型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。

为实现以上实用新型目的，本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型具有以下优点：

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为本实用新型调焦装置的结构示意图。

图2为本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型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。

该调焦装置安装于镜筒内部，通过调节光学系统中某一组透镜（调焦镜组）沿轴向移动实现系统调焦。导轨轴的装配平行度保证了透镜的光轴与系统光轴的偏角误差，对导轨轴的安装孔（位于主框架上）采用一次性加工方法，固定装配直线轴承，以保证他们之间的位置误差；通过采用光栅尺的反馈对压电陶瓷电机的运动进行闭环控制，可以实现高精度定位，以满足最小调焦步长的要求。

根据调焦镜组的重量，计算压电陶瓷直线电机的驱动负载；根据光学分析结果确定最大调焦量，设计调焦行程；根据系统成像要求确定所需要调焦精度。将压电陶瓷电机的定子和主框架与镜头的镜筒固定，调焦镜组安装在导轨轴上，通过压电陶瓷电机的动子带动调焦镜组移动实现调焦。

本实用新型调焦装置工程结构图如图2、图3所示，主要由压电陶瓷直线电机和调焦镜组以及固定基座组成。图1中透镜3、压圈4、镜框5组成了调焦镜组，三副直线轴承1安装在镜框5上，，三根导轨轴10安装在主框架2上，直线轴承1与导轨轴10进行配合，导轨轴10为调焦镜组提供辅助支撑和精确导向作用，压电陶瓷直线电机的定子7与连接板6固定连接，镜框5通过转接板9与压电陶瓷直线电机的动子8连接，主框架2和连接板6最终都与镜头的镜筒连接，成为固定基座，电机工作时，动子相对于定子沿透镜轴向做直线移动，从而驱动调焦镜组移动，实现调焦过程。

参照图1的示例：调焦透镜直径为Φ46mm，重量为52g，设计调焦镜组负载为90g，整个调焦装置尺寸为Φ85mm×25mm，重量约为190g，相比于凸轮和滚珠丝杠等调焦方式，该调焦装置均有较小的安装尺寸和较轻的重量。

根据应用要求，压电陶瓷直线电机使用两个定子作为驱动，行程为±2.5mm，调焦精度5μm，推力35gf，自锁力130gf，电机重量15g，电机外形为26.23mm×21mm×8.85mm。

Claims (5)

1.应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置，其特征在于：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。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷直线电机调焦装置，其特征在于：所述直线轴承和导轨轴共有三副，整体呈等边三角形分布。

3.根据权利要求2所述的压电陶瓷直线电机调焦装置，其特征在于：所述压电陶瓷直线电机的定子与连接板对接固定，或者固定于主框架上。

4.根据权利要求3所述的压电陶瓷直线电机调焦装置，其特征在于：所述压电陶瓷直线电机采用双定子压电陶瓷直线电机。

5.根据权利要求1至4任一所述的压电陶瓷直线电机调焦装置，其特征在于：所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。

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