基于熱電器件雙向控溫技術的可調精度空間相機調焦機構制造技術

本發(fā)明專利技術涉及一種空間相機熱調焦機構，具體涉及一種基于熱電器件雙向控溫技術的可調精度空間相機調焦機構，包括位移機構、熱電制冷器和反饋控制系統(tǒng)。本發(fā)明專利技術采用基于高可靠性的熱電制冷器器件和結構比較簡單的位移縮放機構，利用熱電制冷器可實現(xiàn)加熱和制冷雙向閉環(huán)溫度控制的特性，結合位移縮放機構，能夠實現(xiàn)以同一套機構滿足不同范圍和不同精度的位移調整，從而以一套調焦機構實現(xiàn)對不同范圍多種精度的調焦需求。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種空間相機熱調焦機構，具體涉及一種基于熱電器件雙向控溫技術的可調精度空間相機調焦機構。
技術介紹
隨著空間技術的發(fā)展,空間光學相機在軍事和民用領域得到了廣泛應用。為獲得高清晰度的圖像，高性能空間相機或空間望遠鏡需要通過調整次鏡、校正鏡或者探測器位置，以補償由于相機各部件尺寸失調造成的成像質量下降，獲得最佳成像質量。調焦機構需要依據(jù)調焦范圍、調焦精度、調焦時間等進行針對性和適應性設計，同時應具備良好的空間環(huán)境適應性及高可靠性。當前空間光學相機大都采用機械式調焦機構,其原理為依靠電機和傳動機構實現(xiàn)位移從而實現(xiàn)相機系統(tǒng)調焦。這類調焦機構往往傳動機構復雜、加工裝配要求高難度大，存在大量運動部件，不利于長壽命高可靠應用，同時還存在調焦范圍受限及調焦精度單一的問題。
技術實現(xiàn)思路
為了解決傳統(tǒng)的機械式調焦機構結構復雜、可靠性差、調節(jié)范圍和調焦精度單一等技術問題，本專利技術提供一種基于熱電器件雙向控溫技術的大范圍可調精度空間相機調焦機構。本專利技術的技術解決方案是：一種基于熱電器件雙向閉環(huán)控溫技術的高可靠性大動態(tài)范圍可調精度空間相機調焦機構，其特殊之處在于：包括位移機構、熱電制冷器和反饋控制系統(tǒng)；所述位移機構包括固定端和移動端，所述移動端連接需要調焦的光學元件；所述位移機構可在溫度變化下產(chǎn)生伸縮變形；所述熱電制冷器包括兩個控溫端面，其中一個控溫端面與位移機構相連，另一個控溫端面連接一個輻射板；所述反饋控制系統(tǒng)包括控制電路、位移傳感器和溫度傳感器；所述位移傳感器用于檢測所述光學元件的位移信息；所述溫度傳感器用于檢測所述位移機構的溫度信息；所述控制電路根據(jù)所述位移信息和溫度信息控制熱電制冷器的輸入電流。上述位移機構的移動端通過位移縮放機構與所述光學元件相連。上述位移縮放機構包括一個傳動導軌；傳動導軌的兩端分別安裝可自由滑動的一號滑塊和二號滑塊；所述位移機構的移動端與一號滑塊鉸接，所述光學元件與二號滑塊鉸接；所述傳動導軌中間設置有固定點，傳動導軌繞固定點轉動。上述位移縮放機構包括一個兩端可自由伸縮的傳動桿；所述傳動桿一端與位移機構的移動端鉸接，傳動桿的另一端與所述光學元件鉸接；所述傳動桿中間設置有固定點，傳動桿繞固定點轉動。上述固定點在傳動桿上的位置可調，從而調節(jié)位移縮放比例，進而調節(jié)位移分辨率和調焦精度。上述輻射板由多個可折疊的面板構成。從而可增大TEC熱電器件的溫度控制范圍，從而可以實現(xiàn)較大的位移控制范圍，進而實現(xiàn)較大的調焦范圍。上述熱電制冷器為多個，每個熱電制冷器的控溫端面在位移機構上均勻設置，提高溫度控制效率。上述溫度傳感器為多個，均布于位移機構上，以便更加準確地檢測位移機構上各部位的溫度信息。還包括包裹于外側的隔熱層。可以防止溫度變化對光學系統(tǒng)或者CCD/CMOS接收器等元件的性能產(chǎn)生影響。本專利技術的優(yōu)點在于：(1)本專利技術采用基于高可靠性的熱電制冷器(TEC，Thermo-electriccooler)器件和結構比較簡單的位移縮放機構，利用熱電制冷器可實現(xiàn)加熱和制冷雙向閉環(huán)溫度控制的特性，結合位移縮放機構，能夠實現(xiàn)以同一套機構滿足不同范圍和不同精度的位移調整，從而以一套調焦機構實現(xiàn)對不同范圍多種精度的調焦需求。由于減少了傳統(tǒng)機械式調焦機構中的電機、蝸輪蝸桿、移動平臺等復雜部件，因此提高了系統(tǒng)的可靠性，由于熱電制冷器可實現(xiàn)較大的溫度范圍控制，并結合位移縮放機構可實現(xiàn)大范圍多種精度的位移調節(jié)，提高了系統(tǒng)的動態(tài)調節(jié)范圍，并實現(xiàn)了多種調焦精度的控制需求。(2)本專利技術利用TEC閉環(huán)控溫系統(tǒng)，實現(xiàn)初級位移的精密控制和調節(jié)；然后通過位移縮放機構實現(xiàn)二級位移的精密控制和調節(jié)。從而實現(xiàn)裝配制造簡單、高可靠性、高精度、大范圍多種精度調節(jié)的調焦需求。附圖說明圖1為本專利技術實施例一結構示意圖；圖2為本專利技術實施例二結構示意圖；圖3為本專利技術實施例三結構示意圖。具體實施方式本專利技術提供一種基于TEC器件的位移調整機構，主要解決了常規(guī)調焦機構運動部件眾多、系統(tǒng)復雜、加工裝配難度大、低可靠性、機構設計復雜及靈活性較差、調焦范圍和調焦精度單一等問題。由于不需要復雜的機械調焦運動部件，可以大幅度降低生產(chǎn)、加工和裝配的難度，可靠性高。下面結合具體實施例對本專利技術的技術方案進行詳細說明。實施例一參見圖1，本實施例的調焦機構主要包括位移機構1、熱電制冷器2和反饋控制系統(tǒng)3；位移機構1包括固定端11和移動端12，移動端12連接需要調焦的光學元件4；當位移機構1在溫度變化下產(chǎn)生伸縮變形時，移動端12便帶動光學元件4水平伸縮，進而達到調焦的目的。其中，位移機構可以選用熱膨脹系數(shù)大的固體材料制成，例如鋁、銅、鐵等金屬材料或者碳纖維、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等非金屬材料。位移機構的形狀可以是桿狀或者管狀。熱電制冷器2包括兩個控溫端面，其中一個控溫端面與位移機構1相連(粘接或者通過其他導熱材料連接)，另一個控溫端面連接一個輻射板5。熱電制冷器可以是一個或者多個。當熱電制冷器為多個時，每個熱電制冷器的控溫端面在位移機構上均勻設置，提高溫度控制效率。反饋控制系統(tǒng)3包括控制電路31、位移傳感器32和溫度傳感器33；位移傳感器32用于檢測光學元件4的位移信息；溫度傳感器33用于檢測位移機構1的溫度信息。溫度傳感器可以是一個或者多個，均布于位移機構上，以便更加準確地檢測位移機構上各部位的溫度信息。控制電路31根據(jù)接收到的位移信息和溫度信息控制熱電制冷器2的輸入電流，可以采用現(xiàn)有的反饋控制電路。調焦機構的外側包裹有隔熱層6，隔熱層由多層隔熱材料或者泡沫隔熱材料構成，可以防止溫度變化對光學系統(tǒng)或者CCD/CMOS接收器等元件的性能產(chǎn)生影響。輻射板5由多個可折疊的面板構成，可以根據(jù)需要對其進行不同程度的折疊或者展開，調整其吸熱/散熱面積，控制吸熱/散熱速率。在具體的工作過程中，熱電制冷器2在通入電流后，可從位移機構1吸熱或者向其放熱。位移機構1受熱便膨脹伸長，受冷則收縮變短。通過改變輸入電流的方向可以使熱電制冷器的控溫端面吸熱或者放熱，改變輸入電流的大小則可以調整控溫端面的吸熱或放熱功率。因此可以根據(jù)需要對光學元件4的移動方向和移動幅度進行自由調控，靈活方便且可靠性高。實施例二參見圖2，在實施例一的基礎上，本實施例增加了位移縮放機構，位移機構的移動端通過位移縮放機構7與光學元件4相連。位移縮放機構7包括一個傳動導軌71；傳動導軌71的兩端分別安裝可自由滑動的一號滑塊72和二號滑塊73；位移機構的移動端12與一號滑塊72鉸接，光學元件4與二號滑塊73鉸接；傳動導軌71中間設置有固定點74，傳動導軌繞固定點74轉動。當移動端12在熱電制冷器2的作用下伸長或縮短時，帶動一號滑塊72產(chǎn)生水平位移，此時傳動桿71繞固定點76轉動，使一號滑塊72和二號滑塊73在傳動導軌71上滑動，進而帶動光學元件4產(chǎn)生水平位移，達到調焦目的。傳動桿71上可以設置多個縮放檔位，通過將固定點74設置在不同的縮放檔位上便可以得到不同比例的縮放系數(shù)，進而可以實現(xiàn)不同調焦精度的調節(jié)和控制。實施例三參見圖3，本實施例與實施例二的不同之處在于，位移縮放機構8由一個兩端可自由伸縮的傳動桿81構成；傳動桿81一端與位移機構的移動端12鉸接，傳動桿81的另一端與光學元件4鉸接；傳動桿81中間設置固定點82，傳動本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于熱電器件雙向控溫技術的可調精度空間相機調焦機構，其特征在于：包括位移機構、熱電制冷器和反饋控制系統(tǒng)；所述位移機構包括固定端和移動端，所述移動端連接需要調焦的光學元件；所述位移機構可在溫度變化下產(chǎn)生伸縮變形；所述熱電制冷器包括兩個控溫端面，其中一個控溫端面與位移機構相連，另一個控溫端面連接一個輻射板；所述反饋控制系統(tǒng)包括控制電路、位移傳感器和溫度傳感器；所述位移傳感器用于檢測所述光學元件的位移信息；所述溫度傳感器用于檢測所述位移機構的溫度信息；所述控制電路根據(jù)所述位移信息和溫度信息控制熱電制冷器的輸入電流。

【技術特征摘要】
1.一種基于熱電器件雙向控溫技術的可調精度空間相機調焦機構，其特征在于：包括位移機構、熱電制冷器和反饋控制系統(tǒng)；所述位移機構包括固定端和移動端，所述移動端連接需要調焦的光學元件；所述位移機構可在溫度變化下產(chǎn)生伸縮變形；所述熱電制冷器包括兩個控溫端面，其中一個控溫端面與位移機構相連，另一個控溫端面連接一個輻射板；所述反饋控制系統(tǒng)包括控制電路、位移傳感器和溫度傳感器；所述位移傳感器用于檢測所述光學元件的位移信息；所述溫度傳感器用于檢測所述位移機構的溫度信息；所述控制電路根據(jù)所述位移信息和溫度信息控制熱電制冷器的輸入電流。2.根據(jù)權利要求1所述的基于熱電器件雙向控溫技術的可調精度空間相機調焦機構，其特征在于：所述位移機構的移動端通過位移縮放機構與所述光學元件相連。3.根據(jù)權利要求2所述的基于熱電器件雙向控溫技術的可調精度空間相機調焦機構，其特征在于：所述位移縮放機構包括一個傳動導軌；傳動導軌的兩端分別安裝可自由滑動的一號滑塊和二號滑塊；所述位移機構的移動端與一號滑塊鉸接，所述光學元件與二號滑塊鉸接；所述傳動導軌中間設置有...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：楊文剛，樊學武，秦德金，王英豪，王晨潔，上官愛紅，王煒，李創(chuàng)，汶德勝，
申請(專利權)人：中國科學院西安光學精密機械研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61