相机调焦装置及空间相机的制作方法

阅读：评论：0

1.本技术涉及航空航天技术领域，具体而言，涉及一种相机调焦装置及空间相机。

背景技术：

2.近年来，随着科学技术的发展，对苛刻的发射环境和空间环境下空间相机的可靠性和精度要求越来高，航天相机在运输和发射过程中会受到振动冲击，在轨工作时空间温度复杂多变，空间重力场是不同于地球表面的微重力环境，这些因素都可能导致相机的成像面与焦平面不重合，即产生不同程度的离焦，从而导致成像质量下降。
3.为保证相机成像质量，需要在相机系统中加入调焦机构，采用相应的调焦机构来微调光学系统中光线成像的位置，补偿ccd的离焦量，使星下点目标准确成像在ccd感光面上，以修正这种离焦，有利于光学遥感器在恶劣的环境下可靠地工作。
4.目前，次镜调焦方式也开始应用，次镜调焦相对于三镜或焦面调焦，调整的位移量小，一般在0.3mm以内，所以需要更精细的位移控制精度。国内常用的次镜调焦方式是热控调焦，热控调焦方式虽然有很多优点，但是也存在着一些客观缺点：热控调焦需要长期加热，热量会传导到次镜，而次镜对变形非常敏感，附加的热载荷可能会引起次镜的变形从而影响成像质量；热控调焦需要长期加热，功耗相对较大。

技术实现要素：

5.本技术的目的在于针对背景技术中所涉及的至少一种技术问题，提供一种相机调焦装置及空间相机。
6.为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：
7.本技术的一个方面提供一种相机调焦装置，包括次镜框架、次镜镜体和压电陶瓷位移平台，在第一方向上所述次镜框架、所述压电陶瓷位移平台和所述次镜镜体依次固定连接，在所述第一方向上所述压电陶瓷位移平台的一端用于连接第一电极，所述压电陶瓷位移平台的另一端用于连接第二电极，所述第一电极和所述第二电极极性相反，所述第一方向为所述次镜镜体的轴向。
8.可选地，还包括所述次镜框架，所述次镜框架包括底板和安装于所述底板的护板，所述底板与所述护板围合成安装腔，所述压电陶瓷位移平台位于所述安装腔内，所述次镜镜体的一端伸入所述安装腔内，所述次镜框架具有与所述安装腔连通的开口，所述次镜镜体的另一端从所述开口伸出。
9.该技术方案的有益效果在于：这样，通过底板和护板可以对压电陶瓷移动平台和次镜伸入安装腔内的一端形成一定防护。
10.可选地，还包括位于所述安装腔内的次镜定位槽体，所述次镜定位槽体的槽口与所述开口的朝向相同，所述次镜定位槽体与所述压电陶瓷位移平台在所述第一方向上固定连接，所述次镜镜体的一端为连接端，所述连接端固定于所述次镜定位槽体内。
11.该技术方案的有益效果在于：这样，一方面压电陶瓷位移平台伸入次镜定位槽体
的一端可以进一步受到次镜定位槽体的保护，另一方面次镜镜体可以通过次镜定位槽体间接的与压电陶瓷位移平台连接，避免电磁陶瓷位移平台与次镜镜体直接连接可能对次镜镜体造成的破坏。
12.可选地，所述次镜定位槽体与所述压电陶瓷位移平台通过螺钉连接，和/或，所述压电陶瓷移动平台与所述次镜框架通过螺钉连接。
13.该技术方案的有益效果在于：这使次镜定位槽体与压电陶瓷位移平台之间的连接不易失效，及使次镜框架与压电陶瓷位移平台之间的连接不易失效。
14.可选地，所述次镜定位槽体采用殷钢制作。
15.该技术方案的有益效果在于：殷钢随温度的变形极小，减小设置次镜定位槽体对调焦精度产生的不利影响。
16.可选地，所述次镜定位槽体内的侧壁与所述连接端粘接。
17.该技术方案的有益效果在于：这样提高了次镜定位槽体与次镜镜体之间的连接强度，增加了次镜定位槽体与次镜镜体连接的可靠性。
18.可选地，在第二方向上所述次镜定位槽体与所述次镜框架之间留有间隙，所述次镜定位槽体与所述次镜框架之间间隙配合。
19.该技术方案的有益效果在于：这样使次镜定位槽体与次镜一同移动时，难以受到次镜框架的阻碍，使相机调焦能够顺利进行。
20.可选地，还包括位移传感器，所述位移传感器用于采集所述次镜镜体在所述第一方向上的位移数值，所述位移传感器为应变片传感器或者电容传感器。
21.该技术方案的有益效果在于：所述位移传感器可以安装在次镜框架上，可以采集压电陶瓷位置平台在第一方向上的变形尺寸，也可以测量次镜定位槽体或次镜镜体本技术在第一方向上的移动距离。
22.可选地，还包括固定于所述次镜框架的多个次镜支撑架，各所述次镜框架在所述次镜镜体的周向上均匀分布，且各所述次镜支撑架在所述次镜镜体的径向上延伸，所述次镜支撑架的远离所述次镜框架的一端用于与次镜筒固定连接。
23.本技术的另一个方面提供一种空间相机，包括次镜筒和本技术所提供的相机调焦装置，所述相机调焦装置固定在所述次镜筒的一端，且所述次镜镜体与所述次镜筒同轴设置。
24.本技术提供的技术方案可以达到以下有益效果：
25.本技术实施例所提供的相机调焦装置及空间相机，采用了本技术实施例所提供的相机调焦装置，在调焦的过程中，交替切换第一电极和第二电极的电极极性，就可以使压电陶瓷位移平台在第一方向上时而变薄时而加厚，例如，当需要在第一方向上使次镜镜体向远离次镜框架的方向上移动时，使第一电极为正电极、第二电极为负电极，增加压电陶瓷位移平台在第一方向上的厚度，实现次镜镜体向远离次镜框架的方向移动；当需要在第一方向上使次镜镜体向靠近次镜框架的方向上移动时，使第一电极为负电极、第二电极为正电极，减小压电陶瓷位移平台在第一方向上的厚度，实现次镜镜体向靠近次镜框架的方向移动；这样，通过设置压电陶瓷位移平台实现了次镜调焦，替代了传统的热控调焦、机构调焦等调焦方式，能耗小，并且，不会像热控调焦方式产生多余的热量，进而减小可能产生的热量影响到镜头的成像质量；同时，采用压电陶瓷位移平台调焦可以达到纳米级的调节精度，
调节精度较高。
26.本技术的附加技术特征及其优点将在下面的描述内容中阐述地更加明显，或通过本技术的具体实践可以了解到。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本技术实施例提供的相机调焦装置的一种实施方式的内部结构示意图；
29.图2为本技术实施例提供的相机调焦装置的一种实施方式的立体结构示意图；
30.图3为本技术实施例提供的空间相机的一种实施方式的立体结构示意图；
31.图4为本技术实施例提供的压电陶瓷位移平台的原理示意图。
32.附图标记：
33.01-次镜支撑架；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
02-压电陶瓷位移平台；
34.03-底板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
04-护板；
35.05-次镜定位槽体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
06-次镜框架；
36.07-次镜镜体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
08-次镜筒；
37.09-间隙。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
39.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
41.如图1至图3所示，本技术的一个方面提供一种相机调焦装置，包括次镜框架06、次镜镜体07和压电陶瓷位移平台02，在第一方向上所述次镜框架06、所述压电陶瓷位移平台02和所述次镜镜体07依次固定连接，在所述第一方向上所述压电陶瓷位移平台02的一端用于连接第一电极，所述压电陶瓷位移平台02的另一端用于连接第二电极，所述第一电极和所述第二电极极性相反，所述第一方向为所述次镜镜体07的轴向。
42.如图4所示，本技术实施例中，压电陶瓷位移平台02采用的压电陶瓷的原理是，对向这种压电陶瓷施加一个方向压力，该压电陶瓷同时还会受到在某些其他上方向的一些拉力，导致它的在施加压力的两端会产生极性相反的电荷，进而通过外接回路而变成了电流。同时，压电效应是可逆流的，例如，在压电陶瓷片上加一个交变的电场，陶瓷片就会时而变薄时而加厚。
43.本技术实施例所提供的相机调焦装置，在调焦的过程中，交替切换第一电极和第二电极的电极极性，就可以使压电陶瓷位移平台02在第一方向上时而变薄时而加厚，例如，当需要在第一方向上使次镜镜体07向远离次镜框架06的方向上移动时，使第一电极为正电极、第二电极为负电极，增加压电陶瓷位移平台02在第一方向上的厚度，实现次镜镜体07向远离次镜框架06的方向移动；当需要在第一方向上使次镜镜体07向靠近次镜框架06的方向上移动时，使第一电极为负电极、第二电极为正电极，减小压电陶瓷位移平台02在第一方向上的厚度，实现次镜镜体07向靠近次镜框架06的方向移动；这样，通过设置压电陶瓷位移平台02实现了次镜调焦，替代了传统的热控调焦、机构调焦等调焦方式，能耗小，并且，不会像热控调焦方式产生多余的热量，进而减小可能产生的热量影响到镜头的成像质量；同时，采用压电陶瓷位移平台02调焦可以达到纳米级的调节精度，调节精度较高。
44.可选地，本技术实施例所提供的相机调焦装置，还包括所述次镜框架06，所述次镜框架06包括底板03和安装于所述底板03的护板04，所述底板03与所述护板04围合成安装腔，所述压电陶瓷位移平台02位于所述安装腔内，所述次镜镜体07的一端伸入所述安装腔内，所述次镜框架06具有与所述安装腔连通的开口，所述次镜镜体07的另一端从所述开口伸出。这样，通过底板03和护板04可以对压电陶瓷移动平台和次镜伸入安装腔内的一端形成一定防护。
45.可选地，本技术实施例所提供的相机调焦装置，还包括位于所述安装腔内的次镜定位槽体05，所述次镜定位槽体05的槽口与所述开口的朝向相同，所述次镜定位槽体05与所述压电陶瓷位移平台02在所述第一方向上固定连接，所述次镜镜体07的一端为连接端，所述连接端固定于所述次镜定位槽体05内。这样，一方面压电陶瓷位移平台02伸入次镜定位槽体05的一端可以进一步受到次镜定位槽体05的保护，另一方面次镜镜体07可以通过次镜定位槽体05间接的与压电陶瓷位移平台02连接，避免电磁陶瓷位移平台与次镜镜体07直接连接可能对次镜镜体07造成的破坏。
46.可选地，所述次镜定位槽体05与所述压电陶瓷位移平台02通过螺钉连接，和/或，所述压电陶瓷移动平台与所述次镜框架06通过螺钉连接。这使次镜定位槽体05与压电陶瓷位移平台02之间的连接不易失效，及使次镜框架06与压电陶瓷位移平台02之间的连接不易失效。
47.可选地，所述次镜定位槽体05采用殷钢制作。殷钢随温度的变形极小，减小设置次镜定位槽体05对调焦精度产生的不利影响。
48.可选地，所述次镜定位槽体05内的侧壁与所述连接端粘接。这样提高了次镜定位槽体05与次镜镜体07之间的连接强度，增加了次镜定位槽体05与次镜镜体07连接的可靠性。
49.可选地，在第二方向上所述次镜定位槽体05与所述次镜框架06之间留有间隙09，所述次镜定位槽体05与所述次镜框架06之间间隙配合。这样使次镜定位槽体05与次镜一同
移动时，难以受到次镜框架06的阻碍，使相机调焦能够顺利进行。
50.可选地，本技术实施例所提供的相机调焦装置，还包括位移传感器，所述位移传感器用于采集所述次镜镜体07在所述第一方向上的位移数值，所述位移传感器为应变片传感器或者电容传感器。所述位移传感器可以安装在次镜框架06上，可以采集压电陶瓷位置平台在第一方向上的变形尺寸，也可以测量次镜定位槽体05或次镜镜体07本技术在第一方向上的移动距离。
51.可选地，本技术实施例所提供的的相机调焦装置，还包括固定于所述次镜框架06的多个次镜支撑架01，各所述次镜框架06在所述次镜镜体07的周向上均匀分布，且各所述次镜支撑架01在所述次镜镜体07的径向上延伸，所述次镜支撑架01的远离所述次镜框架06的一端用于与次镜筒08固定连接。
52.本技术的另一个方面提供一种空间相机，包括次镜筒08和本技术实施例所提供的相机调焦装置，所述相机调焦装置固定在所述次镜筒08的一端，且所述次镜镜体07与所述次镜筒08同轴设置。
53.本技术实施例所提供的空间相机，采用了本技术实施例所提供的相机调焦装置，在调焦的过程中，交替切换第一电极和第二电极的电极极性，就可以使压电陶瓷位移平台02在第一方向上时而变薄时而加厚，例如，当需要在第一方向上使次镜镜体07向远离次镜框架06的方向上移动时，使第一电极为正电极、第二电极为负电极，增加压电陶瓷位移平台02在第一方向上的厚度，实现次镜镜体07向远离次镜框架06的方向移动；当需要在第一方向上使次镜镜体07向靠近次镜框架06的方向上移动时，使第一电极为负电极、第二电极为正电极，减小压电陶瓷位移平台02在第一方向上的厚度，实现次镜镜体07向靠近次镜框架06的方向移动；这样，通过设置压电陶瓷位移平台02实现了次镜调焦，替代了传统的热控调焦、机构调焦等调焦方式，能耗小，并且，不会像热控调焦方式产生多余的热量，进而减小可能产生的热量影响到镜头的成像质量；同时，采用压电陶瓷位移平台02调焦可以达到纳米级的调节精度，调节精度较高。
54.为了更好的说明本技术所提供的相机调焦装置及空间相机，本技术还提供一种相机调焦装置及空间相机的应用实例，在该应用实例中，次镜定位槽体还称为次镜定位腔体，次镜支撑架还称为次镜支撑杆，所述应用实例如下：
55.热控调焦方式虽然有很多优点，但是也存在着一些客观缺点：
56.1)热控调焦需要长期加热，热量会传导到次镜，而次镜对变形非常敏感，附加的热载荷可能会引起次镜的变形从而影响成像质量；
57.2)热控调焦功耗相对较大，需要长期；
58.为了解决上述问题，开发了一种适用于空间相机的压电陶瓷调焦装置。
59.压电陶瓷的原理是对这种陶瓷片施加压力还有存在一些拉力，导致它的两端会产生极性相反的一种电荷就是这样通过回路而变成了电流。还有压电效应是可逆流的，比如是在压电陶瓷片上多加一个交变的电场，陶瓷片就会时而变薄时而加厚。
60.本发明申请解决的问题是：通过压电陶瓷单轴位移平台来调节相机轴向的位移，进而实现空间相机次镜调节焦距的功能。
61.本发明的相机轴向位移量在0～300μm，定位精度最小可以做到3nm，可以选择采用应变片传感器或者电容传感器测量来确保应用精度。
62.调焦装置安装说明：
63.1)次镜镜体通过空间相机专用的胶粘接到次镜定位腔体内，次镜定位腔体的材料为殷钢；
64.2)次镜定位腔体通过螺钉固定到压电陶瓷位移平台上；
65.3)压电陶瓷位移平台通过螺钉固定到次镜框架上，次镜框架材料为殷钢；
66.4)次镜框架通过三根次镜支撑杆固定到空间相机的次镜筒上，次镜支撑杆材料推荐选用重量轻强度刚度好的碳纤维材料。
67.本发明的主要技术效果：
68.1)该调焦装置相对于其他方式(热控调焦、机构调焦等)调焦精度高，可以达到纳米级的调节精度；
69.2)该压电陶瓷调焦装置的能耗小，不会像热控调焦方式产生多余的热量，甚至是影响到镜头的成像质量。
70.通过压电陶瓷的压电效应原理实现空间相机的次镜调焦，调焦的位移精度高，位移范围能够覆盖调焦需求。
71.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.相机调焦装置，其特征在于，包括次镜框架、次镜镜体和压电陶瓷位移平台，在第一方向上所述次镜框架、所述压电陶瓷位移平台和所述次镜镜体依次固定连接，在所述第一方向上所述压电陶瓷位移平台的一端用于连接第一电极，所述压电陶瓷位移平台的另一端用于连接第二电极，所述第一电极和所述第二电极极性相反，所述第一方向为所述次镜镜体的轴向。2.根据权利要求1所述的相机调焦装置，其特征在于，还包括所述次镜框架，所述次镜框架包括底板和安装于所述底板的护板，所述底板与所述护板围合成安装腔，所述压电陶瓷位移平台位于所述安装腔内，所述次镜镜体的一端伸入所述安装腔内，所述次镜框架具有与所述安装腔连通的开口，所述次镜镜体的另一端从所述开口伸出。3.根据权利要求2所述的相机调焦装置，其特征在于，还包括位于所述安装腔内的次镜定位槽体，所述次镜定位槽体的槽口与所述开口的朝向相同，所述次镜定位槽体与所述压电陶瓷位移平台在所述第一方向上固定连接，所述次镜镜体的一端为连接端，所述连接端固定于所述次镜定位槽体内。4.根据权利要求3所述的相机调焦装置，其特征在于，所述次镜定位槽体与所述压电陶瓷位移平台通过螺钉连接，和/或，所述压电陶瓷移动平台与所述次镜框架通过螺钉连接。5.根据权利要求3所述的相机调焦装置，其特征在于，所述次镜定位槽体采用殷钢制作。6.根据权利要求3所述的相机调焦装置，其特征在于，所述次镜定位槽体内的侧壁与所述连接端粘接。7.根据权利要求3所述的相机调焦装置，其特征在于，在第二方向上所述次镜定位槽体与所述次镜框架之间留有间隙，所述次镜定位槽体与所述次镜框架之间间隙配合。8.根据权利要求1-7中任意一项所述的相机调焦装置，其特征在于，还包括位移传感器，所述位移传感器用于采集所述次镜镜体在所述第一方向上的位移数值，所述位移传感器为应变片传感器或者电容传感器。9.根据权利要求1-7中任意一项所述的相机调焦装置，其特征在于，还包括固定于所述次镜框架的多个次镜支撑架，各所述次镜框架在所述次镜镜体的周向上均匀分布，且各所述次镜支撑架在所述次镜镜体的径向上延伸，所述次镜支撑架的远离所述次镜框架的一端用于与次镜筒固定连接。10.空间相机，其特征在于，包括次镜筒和如权利要求1-9中任意一项所述的相机调焦装置，所述相机调焦装置固定在所述次镜筒的一端，且所述次镜镜体与所述次镜筒同轴设置。

技术总结

本申请涉及航空航天技术领域，具体而言，涉及一种相机调焦装置及空间相机，包括次镜框架、次镜镜体和压电陶瓷位移平台，在第一方向上所述次镜框架、所述压电陶瓷位移平台和所述次镜镜体依次固定连接，在所述第一方向上所述压电陶瓷位移平台的一端用于连接第一电极，所述压电陶瓷位移平台的另一端用于连接第二电极，所述第一电极和所述第二电极极性相反，所述第一方向为所述次镜镜体的轴向。本申请的目的在于针对背景技术中所涉及的至少一种技术问题，提供一种相机调焦装置及空间相机。提供一种相机调焦装置及空间相机。提供一种相机调焦装置及空间相机。