一种红外连续变焦光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及探测器技术领域，尤其涉及一种红外连续变焦光学控制系统。
【背景技术】
[0002] 连续变焦光学控制系统是通过多片光学镜片联动实现全程对目标清晰成像，目前 大部分传统的连续变焦系统控制方案是：采用一个直流电机带动调焦补偿镜组进行调焦补 偿，另一个直流电机直接带动视场变倍光学镜片组进行视场的连续变倍，其要求安装视场 变倍光学镜片组的凸轮机构导槽为非线性曲线，因此对凸轮的加工和装配要求非常严格， 而凸轮加工误差很难控制，并在后期很难修正，从而大大降低了红外连续变焦光学系统的 定位精度。
【发明内容】
[0003] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种红外连续变焦光学控制系统，用以解决现 有技术中红外连续变焦光学系统的定位精度低的问题。
[0004] 为解决上述问题，本发明主要是通过以下技术方案实现的：
[0005] 本发明提供了一种红外连续变焦光学控制系统，该系统包括：变焦镜步进组件和 补偿镜步进组件；
[0006] 所述变焦镜步进组件，在微处理器的控制下驱动光机模块内的变焦镜进行线性运 动，以对所述变焦镜进行精确定位；
[0007] 所述补偿镜步进组件，在微处理器的控制下驱动光机模块内的补偿镜进行非线性 运动，以对所述补偿镜进行精确定位。
[0008] 优选地，所述变焦镜步进组件包括变焦镜步进电机、变焦镜导杆和变焦镜组件；
[0009] 所述变焦镜步进电机与所述变焦镜导杆连接，所述变焦镜组件设置在所述变焦镜 导杆上，所述变焦镜步进电机在微处理器的控制下驱动所述变焦镜组件在所述变焦镜导杆 线性运动，所述变焦镜组件带动其上的变焦镜进行线性运动，以对所述变焦镜进行精确定 位。
[0010] 优选地，所述变焦镜步进电机上设有第一输出轴，通过所述第一输出轴控制所述 变焦镜组件在所述变焦镜导杆上线性运动。
[0011] 优选地，所述补偿镜步进组件包括补偿镜步进电机、补偿镜导杆和补偿镜组件；
[0012] 所述补偿镜步进电机与所述补偿镜导杆连接，所述补偿镜组件设置在所述补偿镜 导杆上，所述补偿镜步进电机在微处理器的控制下驱动所述补偿镜组件在所述补偿镜导杆 非线性运动，所述补偿镜组件带动其上的补偿镜进行非线性运动，以对所述补偿镜进行精 确定位。
[0013] 优选地，所述补偿镜步进电机上设有第二输出轴，通过所述第二输出轴控制所述 补偿镜组件在所述补偿镜导杆上非线性运动。
[0014] 优选地，所述微处理器在加速和减速时根据加速公式和减速公式计算得到频 率-步长关系，并触发所述变焦镜步进电机和所述补偿镜步进电机进行运动；
[0015] 所述加速公式为
*，所述减速公式关
其中，f为电机脉冲速度，g为初始脉冲速度，β为加速时的加速度，m为脉冲序列号，a为 所述变焦镜步进电机和所述补偿镜步进电机移动一个微步对应距离，G为最大脉冲速度，γ 为减速时的加速度。
[0016] 优选地，所述线性运动为根据仿真模拟计算得到的变焦镜的运动路线；
[0017] 所述非线性运动为根据仿真模拟计算得到的所述补偿镜的运动路线。
[0018] 优选地，所述微处理器还用于实时将所述变焦镜步进组件、所述补偿镜步进组件 以及所述光机模块的信息反馈给上位机。
[0019] 优选地，所述光机模块内包括第一反射镜和第二反射镜；
[0020] 其中，所述第一反射镜设置在所述光机模块内补偿镜和调焦镜之间，用于将所述 补偿镜和所述调焦镜之间的光路进行90度的反射；
[0021] 所述第二反射镜设置在所述光机模块内的所述调焦镜和所述成像透镜之间，用于 将所述调焦镜与所述成像透镜之间的光路进行90度的反射。
[0022] 本发明有益效果如下：
[0023] 本发明采用两个步进电机分别带动视场变倍光学镜片按照各自的光学要求进行 相应的线性和非线性运动，使得两个光学镜片具有简易的实时可控性和高精度定位性。
[0024] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得 显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、 权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例的一种红外连续变焦光学系统的结构示意图；
[0026] 图2为本发明实施例的步进电机推力与脉冲频率曲线示意图；
[0027]图3为本发明实施例的光机模块的结构示意图；
[0028] 图4为本发明实施例的连续变焦曲线示意图；
[0029] 图5为本发明实施例的红外连续变焦成像示意图；
[0030] 图6为本发明实施例的接口芯片的电路示意图；
[0031] 图7为本发明实施例的微处理器的电路示意图；
[0032] 图8为本发明实施例的步进电机驱动芯片的电路不意图；
[0033]图9为本发明实施例的电源模块的电路示意图；
[0034]图10为本发明实施例的变焦镜步进组件和补偿镜步进组件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并 与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明 的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。
[0036] 为了解决现有技术红外连续变焦光学系统的定位精度低的问题，本发明提供了一 种红外连续变焦光学系统，以下结合附图以及几个实施例，对本发明进行进一步详细说明。 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0037] 本发明实施例提供的一种红外连续变焦光学控制系统，参见图1，该系统包括：变 焦镜步进组件和补偿镜步进组件；
[0038] 所述变焦镜步进组件，在微处理器的控制下驱动光机模块内的变焦镜进行线性运 动，以对所述变焦镜进行精确定位；
[0039] 所述补偿镜步进组件，在微处理器的控制下驱动光机模块内的补偿镜进行非线性 运动，以对所述补偿镜进行精确定位。
[0040] 本发明采用变焦镜步进组件和补偿镜步进组件分别带动视场变倍光学镜片按照 各自的光学要求进行相应的线性和非线性运动，使得两个光学镜片具有简易的实时可控性 和高精度定位性。
[0041] 本发明实施例所述变焦镜步进组件包括变焦镜步进电机、变焦镜导杆和变焦镜组 件；
[0042] 所述变焦镜步进电机与所述变焦镜导杆连接，所述变焦镜组件设置在所述变焦镜 导杆上，所述变焦镜步进电机在微处理器的控制下驱动所述变焦镜组件在所述变焦镜导杆 线性运动，所述变焦镜组件带动其上的变焦镜进行线性运动，以对所述变焦镜进行精确定 位。
[0043] 本发明通过变焦镜步进组件实现对变焦镜的精确控制。
[0044] 具体实施时，本发明实施例所述变焦镜步进电机上设有第一输出轴，通过所述第 一输出轴控制所述变焦镜组件在所述变焦镜导杆上线性运动。
[0045] 本发明实施例所述补偿镜步进组件包括补偿镜步进电机、补偿镜导杆和补偿镜组 件；
[0046] 所述补偿镜步进电机与所述补偿镜导杆连接，所述补偿镜组件设置在所述补偿镜 导杆上，所述补偿镜步进电机在微处理器的控制下驱动所述补偿镜组件在所述补偿镜导杆 非线性运动，所述补偿镜组件带动其上的补偿镜进行非线性运动，以对所述补偿镜进行精 确定位。
[0047] 具体实施时，本发明实施例所述补偿镜步进电机上设有第二输出轴，通过所述第 二输出轴控制所述补偿镜组件在所述补偿镜导杆上非线性运动。
[0048] 具体实施时，本发明实施例的所述微处理器在加速和减速时根据加速公式和减速 公式计算得到频率-步长关系，并触发所述变焦镜步进电机和所述补偿镜步进电机进行运 动；
[0049] 所述加速公式为
所述减速公式为
其中，f为电机脉冲速度，g为初始脉冲速度，β为加速时 的加速度，m为脉冲序列号，a为所述变焦镜步进电机和所述补偿镜步进电机移动一个微步 对应距离，G为最大脉冲速度，γ为减速时的加速度。
[0050] 本发明实施例所述线性运动为根据仿真模拟计算得到的变焦镜的运动路线；所述 非线性运动为根据仿真模拟计算得到的所述补偿镜的运动路线。
[0051] 本发明实施例所述微处理器还用于实时将所述变焦镜步进组件、所述补偿镜步进 组件以及所述光机模块的信息反馈给上位机。
[0052] 本发明实施例所述光机模块内包括第一反射镜和第二反射镜；
[0053] 其中，所述第一反射镜设置在所述光机模块内补偿镜和调焦镜之间，用于将所述 补偿镜和所述调焦镜之间的光路进行90度的反射；
[0054] 所述第二反射镜设置在所述光机模块内的所述调焦镜和所述成像透镜之间，用于 将所述调焦镜与所述成像透镜之间的光路进行90度的反射。
[0055] 为了更好的对本发明所述的系统进行解释，下面将结合图1-10对本发明所述的 系统进行说明：
[0056]图1为本发明实施例的一种红外连续变焦光学系统的结构示意图，如图1所示，该 系统具体包括：
[0057] 电子学控制模块主要由微处理器、电源、电机驱动器和电机组成。
[0058] 微处理器模块通过接口芯片接受上位机发送的命令，并将状态反馈给上位机。微 处理器接受命令后向电机驱动芯片发送脉冲信号，驱动芯片通过将微处理发送的信号处理 后发送给步进电机，以控制步进电机转速和转向。
[0059] 连续变焦光机模块由四个光学镜片和传动结构部件组成，通过控制其中的变焦镜 片和补偿镜片的联动实现视场连续变倍，此模块中的变焦镜和补偿镜的联动是通过轴承和 导轨与两个步进电机连接。
[0060] 电子学控制模块中微处理器模块由C8051F121芯片和外围电阻、电容组成。接口 芯片选用的是MAX3070ESAD。