光学镜头中的驱动技术研究

    1 前 言

    随着市场经济的活跃，对光学镜头的需求越来越多，功能也越来越复杂。如从定焦到具有两档、多档变焦，甚至到具有连续变焦的功能。为实现这些功能，在镜头结构上需要有可靠的驱动技术来实现。目前应用比较成熟且广泛的驱动技术仍然是以传统旋转电机为主动件的凸轮、丝杠等机构。但随着电机技术日新月异的发展，新型电机不断涌现，如直线电机和超声波电机（UltrasonicMotor，USM），使光学镜头驱动技术也有了新的发展。

    2 驱动机构分析

    镜头结构中驱动机构担负着给移动镜组传递动能的功能，使之能从一个位置准确到达另一位置。驱动机构主要由电机和执行机构组成，电机提供给移动镜组动能，执行机构负责转换运动形式和传递动能。移动镜组主要运动形式为往复直线运动，因此传递到移动镜组上的应为直线运动机械能。电机输出的运动形式有两种：一是旋转运动；二是直线运动。假如电机输出的运动形式为旋转运动则需要相应机构将旋转运动转化为直线运动，假如电机输出的为直线运动则不需要任何转换机构直接将动能传递到移动镜组上。动能传递过程见图 1。

    由此可见，电机输出运动形式的不同在很大程度上影响执行机构具体的实现方式。目前在镜头驱动技术中，已经成熟的驱动机构是采用了传统旋转微电机（如瑞士的 FAULHABER、MAXON，日本的 SAYAMA）的凸轮机构或者螺旋传动机构。

    直线电机和 USM技术的发展给驱动技术带来了新的际遇。直线电机输出为直线运动，USM输出为旋转运动，但其机理与传统的旋转电机完全不同。目前在国内使用直线电机的相对比较少；而 USM驱动机构则多见于国外一些著名的制造商如 Canon、Nikon 等制造的镜头中。下面将以传统的驱动技术--凸轮机构和螺旋传动为主分析驱动机构特点以及组成，并对采用新型电机的驱动技术进行探讨。

    2.1 凸轮机构

    使用凸轮机构可将旋转运动转换为直线运动。在有调焦、变焦功能或者连续变焦的镜头中经常使用到凸轮。

    凸轮种类多种多样，按照凸轮形状分为盘型凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮三类[1]。在镜头运动机构中，主要采用圆柱型凸轮。凸轮圆周上开有空间曲线槽。通过这样的曲线轨迹实现确定的轨迹。凸轮上可以有一组槽或者两组槽，两组槽主要用在连续变焦镜头中，两组槽按照光学性能曲线加工，使变倍组移动时，补偿组做相应移动以做补偿用，每组槽可以有 1条或者多条（一般不多于 3 条）槽。圆柱凸轮如图 2 所示。