随着电子信息技术的不断发展,在光学领域中通过电动控制实现镜头连续变焦功能与电动控制技术领域的关系越来越密切,这种由光学领域和电动控制领域的结合方式已经成为一个重要的研究方向。电动控制变焦技术的发展,拓宽了图像和视频捕获设备在光学领域的应用范围,使清晰的图像和视频的获取方式更加方便,获取到的图像质量更高。电动控制变焦与传统的手动对焦两者在对焦方式上有很大的区别,最明显的区别为在调焦过程中,操作人员不再与光学系统的相关机械结构发生实际接触。电动控制变焦也有很多优点,例如简化变焦控制过程,减少手动操作带来的误差。在电动控制变焦过程中,操作人员观察相机成像元件接收的入射光所显示的图像,通过观察输出图像,调节相关按钮,再经过数字信号处理器(Digital Signal Process,DSP)或单片机等电子芯片对电机进行控制,最终改变光学系统焦距的过程。在光学测量、图像和视频采集等方面,其准确性要高于裸眼,最终所显示的图像更加精准、清晰,并且变焦过程更加迅速。电动控制变焦系统具有高速模拟数字转换、数字信号分析和电机精密控制模块,这些模块的使用让变焦过程更加精准且快速。传统的手动对焦则是操作人员通过肉眼观察并慢慢手动调整的过程,除了主观判断造成的不精确外,在速度上也无法与电动控制变焦相提并论。在现有的电动控制变焦光学系统中,其变焦方式采用机械法,在凸轮轴上刻画出镜片组的位移曲线,通过转动凸轮轴来使镜片组发生位移,从而改变系统焦距。当光学系统的尺寸较大时,凸轮轴的重量与尺寸也会非常大,很少有合适的电机能够在保证精度的情况下驱动凸轮轴转动。除此之外,凸轮轴上的位移曲线对加工的精度要求非常高,这严重提高了凸轮的加工成本。与此相反,采用电机直接驱动的变焦的方式则更加方便快捷,加工时间和加工成本也会降低。本文分析了不同材料对电机电刷性能的影响。当电刷材料的耐磨性较小时,会提高电刷导电率,但会降低电刷的使用寿命。当材料的刚性较大时,又会增加电刷之间的接触电阻。因此选择一款耐磨性与刚性适中的电刷材料至关重要。与此同时我们根据电机的特点和变焦控制原理,设计了一种连续变焦控制光学设备,其中包含整体设计方案、控制系统硬件设计、控制系统软件设计和机械结构设计。最后在利用数字信号处理器的基础上,我们设计出了全新的具有不同模块功能的电机控制系统。将电机控制系统应用于光学结构中。最终,实现了光学系统的电动控制变焦功能。主要研究内容如下:1.研究了不同的电刷材料导电性、耐磨性、化学稳定性等不同的性质,最终发现电刷的耐磨性越大、材料的导电性越弱;电刷的耐磨性越小,电机的使用寿命越短。2.根据变焦光学系统成像原理,利用光学设计软件模拟了调焦镜片组和补偿镜片组的位移曲线,提出了通过电机控制来实现镜头变焦的功能设计思路,利用电机代替凸轮轴结构,这样光学系统就不再受到凸轮轴加工难度的限制,其加工成本也会降低。3.采用型号为TMS320F28335数字信号处理器控制系统,在增加变焦控制系统的接口数量的基础上,与上一代相比还能使性能提高两倍。除此之外还设计了新的无刷直流电机驱动电路。最终通过电机带动镜片组来模拟焦距-位移曲线运动的方式,替换传统的凸轮轴机械结构,实现了控制系统简化。