與相機控制器單元連接，將采集得到的主反射鏡溫度反饋給相機控制器單元;相機控制器單元與主反射鏡溫度采集單元和調焦機構單元相連，采集主反射鏡溫度信號和焦面位置信號，處理后得到步進電機控制信號并傳遞給調焦機構單元進行閉環(huán)調焦控制。
[0032]所說的主反射鏡溫度采集單元包括:主反射鏡、外環(huán)加熱器、精確測溫傳感器、多層隔熱組件。外環(huán)加熱器通過膠帶粘貼于多層隔熱組件的內表面，精確測溫傳感器粘貼于主反射鏡背部中央，外環(huán)加熱器根據精確測溫傳感器的溫度對主反射鏡進行閉環(huán)溫度控制，多層隔熱組件的目標是減小主反射鏡和其他組件的熱耦合。所說的相機控制器單元包括相機下位機、步進電機驅動電路、編碼器解碼電路。相機下位機接收主反射鏡溫度信號計算當前主反射鏡溫度下焦面位置，通過編碼器解碼電路讀取調焦編碼器反饋的當前焦面位置信號，進行處理后得到步進電機控制信號并通過步進電機驅動電路傳遞給調焦機構單元。所說的調焦機構單元包括步進電機、雙滑塊連桿機構、調焦編碼器和調焦鏡組件。步進電機接收到下位機的控制信號后進行轉動，通過雙滑塊連桿機構將步進電機的轉動轉化為調焦鏡組件的平動，像面位置由調焦編碼器反饋給下位機。
[0033]工作原理說明:相機主反射鏡在入軌初期由于自身熱容較大，使得溫度變化緩慢，造成相機焦面位置處于實時變化中，通過精確測溫傳感器對主鏡溫度進行實時監(jiān)測，外環(huán)電加熱器對主鏡進行閉環(huán)溫度控制，使得主鏡的溫度最終趨于穩(wěn)定。
[0034]主鏡在不同狀態(tài)下，焦面位置的確定方法如圖4所示，一種用于空間光學相機快速成像的自適應調焦系統(tǒng)的調焦方法:
[0035]第一步:相機下位機讀取主反射鏡溫度值，進行溫度平衡判斷，計算當前主反射鏡溫度下最佳焦面位置并計算最佳焦面位置處對應的編碼器碼值；
[0036]第二步:下位機讀取當前編碼器碼值，并計算當前焦面位置；
[0037]第三步:下位機對兩個焦面位置進行比較，若小于系統(tǒng)允許誤差值，則不進行調焦，若大于系統(tǒng)允許誤差值，則進行自動調焦；
[0038]第四步:由下位機計算步進電機轉動方向和轉動步數(shù)，驅動步進電機轉動；
[0039]第五步:步進電機接收到下位機的控制信號后進行轉動，通過雙滑塊連桿機構將步進電機的轉動轉化為調焦鏡組件的平動，像面位置由調焦編碼器反饋給下位機，實現(xiàn)了閉環(huán)控制；
[0040]第六步:在讀取電機轉動停止后編碼器碼值并換算成焦面位置，再次進行調焦后焦面位置與最佳焦面位置的比較;重復第三步操作，直到調焦后焦面位置與最佳焦面位置誤差小于系統(tǒng)允許值，結束調焦工作。
[0041]以上詳細描述了主鏡在不同狀態(tài)下，焦面位置的確定方法，首先采集當前時刻精確測溫傳感器的數(shù)據，和前一時刻數(shù)據進行比較，可以得到主鏡的溫度變化速率及熱狀態(tài)，如果變化速率小于臨界值，即判定主鏡達到熱平衡狀態(tài)，然后相機下位機根據預先存入的溫度調焦系數(shù)計算出相機的最佳焦面，控制調焦機構完成調焦;如果變化速率不小于臨界值，即判定主鏡未達到熱平衡狀態(tài)，需根據溫度變化速率和當前時刻溫度預估拍照時刻的主鏡溫度，根據此預估溫度即可完成相機拍照時的最佳焦面位置。
[0042]由于本發(fā)明涉及的焦面位置確認方法實施方案簡單，控制邏輯單一，因此本設計具有較高的魯棒性；另一方面焦面位置確定方法兼顧主鏡溫度達到平衡和未平衡兩種狀態(tài)，因此，可以極大的提升相機快速成像的能力。
[0043]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種用于空間光學相機快速成像的自適應調焦系統(tǒng)，其特征在于，包括:主反射鏡溫度采集單元、相機控制器單元、調焦機構單元;相機控制器單元與主反射鏡溫度采集單元和調焦機構單元相連;其中: 主反射鏡溫度采集單元可將采集得到的主反射鏡溫度反饋給相機控制器單元； 相機控制器單元用于采集主反射鏡溫度信號和焦面位置信號，處理后得到步進電機控制信號并傳遞給調焦機構單元進行閉環(huán)調焦控制。2.根據權利要求1所述的自適應調焦系統(tǒng)，其特征在于，所述主反射鏡溫度采集單元包括:主反射鏡、外環(huán)加熱器、精確測溫傳感器、多層隔熱組件； 外環(huán)加熱器通過膠帶粘貼于多層隔熱組件的內表面;精確測溫傳感器粘貼于主反射鏡背部中央;外環(huán)加熱器根據精確測溫傳感器的溫度對主反射鏡進行閉環(huán)溫度控制，多層隔熱組件的目標是減小主反射鏡和其他組件的熱耦合。3.根據權利要求1所述的自適應調焦系統(tǒng)，其特征在于，所述相機控制器單元包括:相機下位機、步進電機驅動電路、編碼器解碼電路； 相機下位機接收主反射鏡溫度信號計算當前主反射鏡溫度下焦面位置，通過編碼器解碼電路讀取調焦編碼器反饋的當前焦面位置信號，進行處理后得到步進電機控制信號并通過步進電機驅動電路傳遞給調焦機構單元。4.根據權利要求1所述的自適應調焦系統(tǒng)，其特征在于，所述調焦機構單元包括步進電機、雙滑塊連桿機構、調焦編碼器和調焦鏡組件;步進電機接收到下位機的控制信號后進行轉動，通過雙滑塊連桿機構將步進電機的轉動轉化為調焦鏡組件的平動，像面位置由調焦編碼器反饋給下位機。5.權利要求1所述的自適應調焦系統(tǒng)的調焦方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:相機下位機讀取主反射鏡溫度值，進行溫度平衡判斷，計算當前主反射鏡溫度下最佳焦面位置并計算最佳焦面位置處對應的編碼器碼值； 第二步:下位機讀取當前編碼器碼值，并計算當前焦面位置； 第三步:下位機對兩個焦面位置進行比較，若小于系統(tǒng)允許誤差值，則不進行調焦，若大于系統(tǒng)允許誤差值，則進行自動調焦； 第四步:由下位機計算步進電機轉動方向和轉動步數(shù)，驅動步進電機轉動； 第五步:步進電機接收到下位機的控制信號后進行轉動，通過雙滑塊連桿機構將步進電機的轉動轉化為調焦鏡組件的平動，像面位置由調焦編碼器反饋給下位機，實現(xiàn)了閉環(huán)控制； 第六步:在讀取電機轉動停止后編碼器碼值并換算成焦面位置，再次進行調焦后焦面位置與最佳焦面位置的比較;重復第三步操作，直到調焦后焦面位置與最佳焦面位置誤差小于系統(tǒng)允許值，結束調焦工作。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于空間光學相機快速成像的自適應調焦系統(tǒng)及調焦方法，該自適應調焦系統(tǒng)包括：主反射鏡溫度采集單元、相機控制器單元、調焦機構單元；相機控制器單元與主反射鏡溫度采集單元和調焦機構單元相連。本發(fā)明解決了同軸三反碳纖維空間光學相機光學系統(tǒng)對溫度變化造成離焦的判斷，省去了下傳數(shù)據再人為判斷離焦、計算離焦量、上注調焦指令等過程，實現(xiàn)了相機光學系統(tǒng)焦面與相機溫度的實時閉環(huán)調整，確保了決空間光學相機入軌后在溫度不平衡條件下的快速高質量成像問題，為我國空間光學衛(wèi)星快速成像的發(fā)展提供了技術支持。
【IPC分類】G03B13/36, G02B7/28
【公開號】CN105629629
【申請?zhí)枴緾N201510974418
【發(fā)明人】金光, 張雷, 賈學志, 孔林
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月23日