一種紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及探測器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外連續(xù)變焦光學(xué)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 連續(xù)變焦光學(xué)控制系統(tǒng)是通過多片光學(xué)鏡片聯(lián)動實現(xiàn)全程對目標(biāo)清晰成像，目前 大部分傳統(tǒng)的連續(xù)變焦系統(tǒng)控制方案是：采用一個直流電機(jī)帶動調(diào)焦補(bǔ)償鏡組進(jìn)行調(diào)焦補(bǔ) 償，另一個直流電機(jī)直接帶動視場變倍光學(xué)鏡片組進(jìn)行視場的連續(xù)變倍，其要求安裝視場 變倍光學(xué)鏡片組的凸輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)槽為非線性曲線，因此對凸輪的加工和裝配要求非常嚴(yán)格， 而凸輪加工誤差很難控制，并在后期很難修正，從而大大降低了紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的 定位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種紅外連續(xù)變焦光學(xué)控制系統(tǒng)，用以解決現(xiàn) 有技術(shù)中紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的定位精度低的問題。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明提供了一種紅外連續(xù)變焦光學(xué)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：變焦鏡步進(jìn)組件和 補(bǔ)償鏡步進(jìn)組件；
[0006] 所述變焦鏡步進(jìn)組件，在微處理器的控制下驅(qū)動光機(jī)模塊內(nèi)的變焦鏡進(jìn)行線性運 動，以對所述變焦鏡進(jìn)行精確定位；
[0007] 所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)組件，在微處理器的控制下驅(qū)動光機(jī)模塊內(nèi)的補(bǔ)償鏡進(jìn)行非線性 運動，以對所述補(bǔ)償鏡進(jìn)行精確定位。
[0008] 優(yōu)選地，所述變焦鏡步進(jìn)組件包括變焦鏡步進(jìn)電機(jī)、變焦鏡導(dǎo)桿和變焦鏡組件；
[0009] 所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)與所述變焦鏡導(dǎo)桿連接，所述變焦鏡組件設(shè)置在所述變焦鏡 導(dǎo)桿上，所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)在微處理器的控制下驅(qū)動所述變焦鏡組件在所述變焦鏡導(dǎo)桿 線性運動，所述變焦鏡組件帶動其上的變焦鏡進(jìn)行線性運動，以對所述變焦鏡進(jìn)行精確定 位。
[0010] 優(yōu)選地，所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)上設(shè)有第一輸出軸，通過所述第一輸出軸控制所述 變焦鏡組件在所述變焦鏡導(dǎo)桿上線性運動。
[0011] 優(yōu)選地，所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)組件包括補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)、補(bǔ)償鏡導(dǎo)桿和補(bǔ)償鏡組件；
[0012] 所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)與所述補(bǔ)償鏡導(dǎo)桿連接，所述補(bǔ)償鏡組件設(shè)置在所述補(bǔ)償鏡 導(dǎo)桿上，所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)在微處理器的控制下驅(qū)動所述補(bǔ)償鏡組件在所述補(bǔ)償鏡導(dǎo)桿 非線性運動，所述補(bǔ)償鏡組件帶動其上的補(bǔ)償鏡進(jìn)行非線性運動，以對所述補(bǔ)償鏡進(jìn)行精 確定位。
[0013] 優(yōu)選地，所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)上設(shè)有第二輸出軸，通過所述第二輸出軸控制所述 補(bǔ)償鏡組件在所述補(bǔ)償鏡導(dǎo)桿上非線性運動。
[0014] 優(yōu)選地，所述微處理器在加速和減速時根據(jù)加速公式和減速公式計算得到頻 率-步長關(guān)系，并觸發(fā)所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)和所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運動；
[0015] 所述加速公式為
*，所述減速公式關(guān)
其中，f為電機(jī)脈沖速度，g為初始脈沖速度，β為加速時的加速度，m為脈沖序列號，a為 所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)和所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)移動一個微步對應(yīng)距離，G為最大脈沖速度，γ 為減速時的加速度。
[0016] 優(yōu)選地，所述線性運動為根據(jù)仿真模擬計算得到的變焦鏡的運動路線；
[0017] 所述非線性運動為根據(jù)仿真模擬計算得到的所述補(bǔ)償鏡的運動路線。
[0018] 優(yōu)選地，所述微處理器還用于實時將所述變焦鏡步進(jìn)組件、所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)組件 以及所述光機(jī)模塊的信息反饋給上位機(jī)。
[0019] 優(yōu)選地，所述光機(jī)模塊內(nèi)包括第一反射鏡和第二反射鏡；
[0020] 其中，所述第一反射鏡設(shè)置在所述光機(jī)模塊內(nèi)補(bǔ)償鏡和調(diào)焦鏡之間，用于將所述 補(bǔ)償鏡和所述調(diào)焦鏡之間的光路進(jìn)行90度的反射；
[0021] 所述第二反射鏡設(shè)置在所述光機(jī)模塊內(nèi)的所述調(diào)焦鏡和所述成像透鏡之間，用于 將所述調(diào)焦鏡與所述成像透鏡之間的光路進(jìn)行90度的反射。
[0022] 本發(fā)明有益效果如下：
[0023] 本發(fā)明采用兩個步進(jìn)電機(jī)分別帶動視場變倍光學(xué)鏡片按照各自的光學(xué)要求進(jìn)行 相應(yīng)的線性和非線性運動，使得兩個光學(xué)鏡片具有簡易的實時可控性和高精度定位性。
[0024] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且部分的從說明書中變得 顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、 權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例的一種紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明實施例的步進(jìn)電機(jī)推力與脈沖頻率曲線示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例的光機(jī)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖4為本發(fā)明實施例的連續(xù)變焦曲線示意圖；
[0029] 圖5為本發(fā)明實施例的紅外連續(xù)變焦成像示意圖；
[0030] 圖6為本發(fā)明實施例的接口芯片的電路示意圖；
[0031] 圖7為本發(fā)明實施例的微處理器的電路示意圖；
[0032] 圖8為本發(fā)明實施例的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片的電路不意圖；
[0033]圖9為本發(fā)明實施例的電源模塊的電路示意圖；
[0034]圖10為本發(fā)明實施例的變焦鏡步進(jìn)組件和補(bǔ)償鏡步進(jìn)組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并 與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。為了清楚和簡化目的，當(dāng)其可能使本發(fā)明 的主題模糊不清時，將省略本文所描述的器件中已知功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)具體說明。
[0036] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的定位精度低的問題，本發(fā)明提供了一 種紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，以下結(jié)合附圖以及幾個實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0037] 本發(fā)明實施例提供的一種紅外連續(xù)變焦光學(xué)控制系統(tǒng)，參見圖1，該系統(tǒng)包括：變 焦鏡步進(jìn)組件和補(bǔ)償鏡步進(jìn)組件；
[0038] 所述變焦鏡步進(jìn)組件，在微處理器的控制下驅(qū)動光機(jī)模塊內(nèi)的變焦鏡進(jìn)行線性運 動，以對所述變焦鏡進(jìn)行精確定位；
[0039] 所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)組件，在微處理器的控制下驅(qū)動光機(jī)模塊內(nèi)的補(bǔ)償鏡進(jìn)行非線性 運動，以對所述補(bǔ)償鏡進(jìn)行精確定位。
[0040] 本發(fā)明采用變焦鏡步進(jìn)組件和補(bǔ)償鏡步進(jìn)組件分別帶動視場變倍光學(xué)鏡片按照 各自的光學(xué)要求進(jìn)行相應(yīng)的線性和非線性運動，使得兩個光學(xué)鏡片具有簡易的實時可控性 和高精度定位性。
[0041] 本發(fā)明實施例所述變焦鏡步進(jìn)組件包括變焦鏡步進(jìn)電機(jī)、變焦鏡導(dǎo)桿和變焦鏡組 件；
[0042] 所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)與所述變焦鏡導(dǎo)桿連接，所述變焦鏡組件設(shè)置在所述變焦鏡 導(dǎo)桿上，所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)在微處理器的控制下驅(qū)動所述變焦鏡組件在所述變焦鏡導(dǎo)桿 線性運動，所述變焦鏡組件帶動其上的變焦鏡進(jìn)行線性運動，以對所述變焦鏡進(jìn)行精確定 位。
[0043] 本發(fā)明通過變焦鏡步進(jìn)組件實現(xiàn)對變焦鏡的精確控制。
[0044] 具體實施時，本發(fā)明實施例所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)上設(shè)有第一輸出軸，通過所述第 一輸出軸控制所述變焦鏡組件在所述變焦鏡導(dǎo)桿上線性運動。
[0045] 本發(fā)明實施例所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)組件包括補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)、補(bǔ)償鏡導(dǎo)桿和補(bǔ)償鏡組 件；
[0046] 所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)與所述補(bǔ)償鏡導(dǎo)桿連接，所述補(bǔ)償鏡組件設(shè)置在所述補(bǔ)償鏡 導(dǎo)桿上，所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)在微處理器的控制下驅(qū)動所述補(bǔ)償鏡組件在所述補(bǔ)償鏡導(dǎo)桿 非線性運動，所述補(bǔ)償鏡組件帶動其上的補(bǔ)償鏡進(jìn)行非線性運動，以對所述補(bǔ)償鏡進(jìn)行精 確定位。
[0047] 具體實施時，本發(fā)明實施例所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)上設(shè)有第二輸出軸，通過所述第 二輸出軸控制所述補(bǔ)償鏡組件在所述補(bǔ)償鏡導(dǎo)桿上非線性運動。
[0048] 具體實施時，本發(fā)明實施例的所述微處理器在加速和減速時根據(jù)加速公式和減速 公式計算得到頻率-步長關(guān)系，并觸發(fā)所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)和所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運 動；
[0049] 所述加速公式為
所述減速公式為
其中，f為電機(jī)脈沖速度，g為初始脈沖速度，β為加速時 的加速度，m為脈沖序列號，a為所述變焦鏡步進(jìn)電機(jī)和所述補(bǔ)償鏡步進(jìn)電機(jī)移動一個微步 對應(yīng)距離，G為最大脈沖速度，γ為減速時的加速度。
[0050] 本發(fā)明實施例所述線性運動為根據(jù)仿真模擬計算得到的變焦鏡的運動路線；所述 非線性運動為根據(jù)仿真模擬計算得到的所述補(bǔ)償鏡的運動路線。
[0051] 本發(fā)明實施例所述微處理器還用于實時將所述變焦鏡步進(jìn)組件、所述補(bǔ)償鏡步進(jìn) 組件以及所述光機(jī)模塊的信息反饋給上位機(jī)。
[0052] 本發(fā)明實施例所述光機(jī)模塊內(nèi)包括第一反射鏡和第二反射鏡；
[0053] 其中，所述第一反射鏡設(shè)置在所述光機(jī)模塊內(nèi)補(bǔ)償鏡和調(diào)焦鏡之間，用于將所述 補(bǔ)償鏡和所述調(diào)焦鏡之間的光路進(jìn)行90度的反射；
[0054] 所述第二反射鏡設(shè)置在所述光機(jī)模塊內(nèi)的所述調(diào)焦鏡和所述成像透鏡之間，用于 將所述調(diào)焦鏡與所述成像透鏡之間的光路進(jìn)行90度的反射。
[0055] 為了更好的對本發(fā)明所述的系統(tǒng)進(jìn)行解釋，下面將結(jié)合圖1-10對本發(fā)明所述的 系統(tǒng)進(jìn)行說明：
[0056]圖1為本發(fā)明實施例的一種紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該 系統(tǒng)具體包括：
[0057] 電子學(xué)控制模塊主要由微處理器、電源、電機(jī)驅(qū)動器和電機(jī)組成。
[0058] 微處理器模塊通過接口芯片接受上位機(jī)發(fā)送的命令，并將狀態(tài)反饋給上位機(jī)。微 處理器接受命令后向電機(jī)驅(qū)動芯片發(fā)送脈沖信號，驅(qū)動芯片通過將微處理發(fā)送的信號處理 后發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)，以控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
[0059] 連續(xù)變焦光機(jī)模塊由四個光學(xué)鏡片和傳動結(jié)構(gòu)部件組成，通過控制其中的變焦鏡 片和補(bǔ)償鏡片的聯(lián)動實現(xiàn)視場連續(xù)變倍，此模塊中的變焦鏡和補(bǔ)償鏡的聯(lián)動是通過軸承和 導(dǎo)軌與兩個步進(jìn)電機(jī)連接。
[0060] 電子學(xué)控制模塊中微處理器模塊由C8051F121芯片和外圍電阻、電容組成。接口 芯片選用的是MAX3070ESAD。