超声电机驱动的旋转变倍机构

　　1　引　言

　　现代光学改变着人们的生活,光学系统的成果已经日益广泛地应用于国计民生的各个领域,如工业、勘探、医疗、导航等[1-13]。变倍功能是光学系统中常用的一种功能,完成变倍功能的载体一般被称为变倍机构[9-10]。

　　变倍机构可以按焦距是否连续变化分为:连续变倍机构与非连续变倍机构,民用的光学成像产品,诸如照相机、摄像机等产品一般采用连续变倍机构;工业以及军事领域为了实现一些特殊功能有时会采用非连续变倍机构[11]。按变倍机构与光轴的位置关系还可以分为沿光轴切向移入移出变倍镜组式[5-6]和沿光轴同向移动变倍镜组式[4,8]。

　　沿光轴切向移入移出变倍镜组式与沿光轴同向移动变倍镜组式变倍机构同时存在占用空间大、机构复杂、变倍时间长等缺点[12];同时,使用传统的直流电机驱动还存在电磁辐射、控制精度低以及断电不能自锁等问题。

　　近年新发展起来的超声电机是基于压电换能器件的动力装置[14]。该装置依靠定子上粘接的压电陶瓷的逆压电效应,将施加于压电陶瓷的电能转化为定子的振动变形能,然后再通过定、转子间的摩擦副把定子的机械能传递给转子运动来实现驱动功能。上述原理决定了超声电机零部件少、占用空间小、结构简单、可控性好、输出力矩及转速的可调范围大、扭矩体积比大、启动与关断用时短等优点,而且无电磁场产生。

　　本文研发出一种新型超声电机驱动的旋转变倍机构。提出了利用超声电机作为驱动源的旋转型变倍机构;利用超声电机驱动的旋转变倍机构进行试验并验证这种机构的有效性与优越性。

　　2　传统的变倍机构

　　图1所示为沿光轴切向移入移出变倍镜组式变倍机构的结构示意图。沿光轴切向移入移出变倍镜组式变倍机构是由在固定镜头组与成像位置之间加入的变倍机构所承载的变倍镜头组构成。图1(a)所示为变倍机构移入光路之前各个元器件的位置示意图,图1(b)所示为变倍机构移入光路之后各个元器件的位置示意图。而图中的变动镜头组的位置变化的承载体变倍机构是由直流电机、变速箱、直线导轨、螺旋副以及限位装置等组成。

　　图2所示为沿光轴同向移动变倍镜组式变倍机构的结构示意图。沿光轴同向移动变倍镜组式变倍机构是由在固定镜头组与成像位置之间加入的变倍机构所承载的变倍镜头组构成。图2(a)所示为变倍机构在光路中最初成像点时各个元器件的位置示意图,图2(b)所示为变倍机构在光路中最终成像点时各个元器件的位置示意图。而图中的变倍镜头组的位置变化的承载体变倍机构也同样是由直流电机、变速箱、直线导轨、螺旋副以及限位装置等组成。