一种调光器的制作方法

本发明涉及动态目标模拟器组件领域，具体涉及一种调光器。

背景技术：

可见光动目标模拟器是可见光成像制导导引头性能测试设备，也是可见光成像制导半实物仿真试验系统的重要组成部分。早期的动目标模拟器一般只有50hz或60hz帧频或更高一些达到100hz帧频，随着导引头光学敏感器帧频不断升高，模拟器的帧频也需要相应提高，本模拟器需要实现200hz的帧频，模拟器由于体积的限制不能用大尺寸的成像器件，可用的成像器件帧频最高帧频只有100hz，因此在本模拟器的设计方案中采用2个成像器件交替工作实现200hz的成像帧频要求，因此需要设计调光器件，实现2个光路的快速切换，切换频率应不低于200hz，并且需要长时间稳定运行。

目前能实现光路快速切换的方式主要有快门切换或液晶光阀，快门切换有电子快门和机械快门，电子快门和机械快门一般用于相机成像，电子快门是利用了相机感光器件不通电不工作的原理，在按下相机快门按钮时给感光器件通电一段时间，形成快门效果，不是真正的控制光束通断，所以不适合本系统，机械快门利用机械弹簧或电磁手段控制叶片开闭而控制光束通断，与本系统的需求相同，但是机械快门有寿命限制，模拟器以200hz的切换频率工作一个小时快门就会开闭72万次，无法保证本设备长期稳定运行。液晶光阀是通过控制液晶分子的扭转控制光通断的，速度高，但液晶光阀透过率低，对比度低，不满足动目标模拟器的技术要求。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决机械快门以200hz的切换频率工作时无法保证设备长期稳定运行，并且液晶光阀透过率低，对比度低，不满足动目标模拟器的技术要求的缺陷。

根据本发明的第一方面，提供了一种调光器，包括：调光盘片以及控制机构，所述控制机构用于控制所述调光盘片旋转；所述调光盘片具有第一区域，所述第一区域用于当切入光源光路时通过第一区域表面的反射作用使第一光路工作；并且当切出光源光路时使光源光路错过所述调光盘片而使第二光路工作。

优选地，所述第一区域包括沿旋转轴呈位置对称的两个翼状子区域。

优选地，所述控制机构包括主控单元、驱动电机以及光电开关，所述光电开关能够在所述调光盘片完成一个周期的旋转时输出电平脉冲信号，所述主控单元用于通过所述电平脉冲信号确定驱动电机的电机轴转动频率和驱动电机相对光电开关的相位。

优选地，所述主控单元还用于接收外同步信号，使所述调光盘片的转动频率和相位与所述外同步信号的频率和相位同步。

优选地，当输入帧频值低于预设值时，所述控制机构控制所述调光盘片旋转到能够使第一光路或第二光路工作的位置后，使调光盘片停止转动。

优选地，所述控制机构还包括编码器卡、模拟量卡、数字量卡；所述数字量卡用于接收外同步信号和光电开关反馈信号的脉冲电平；所述模拟量卡用于输出模拟量电压信号，电机驱动器接收到所述模拟量电压信号后能够在预设范围内调速；所述编码器卡用于根据编码器的反馈信号判断当前调光盘片的位置。

优选地，所述调光器用于导引头动目标模拟器。

本发明的有益效果是：

1、当单个成像器件的最高帧频不能满足要求时，本发明能够使2个成像器件交替工作以满足要求；

2、能够接收外部同步信号，使调光盘片的转动频率和相位与外部信号保持一致；不会产生相位漂移现象；

3、为可见光动目标模拟器的高帧频显示提供了一种解决方案；在一个实施例中，最高可满足200hz帧频要求。

4、与机械快门相比，能够保证长时间稳定工作，具有较长使用寿命。

5、可在单一光路下工作，能够兼容低帧频模拟器的要求。

6、相比于现有技术中透过率较低的液晶光阀，本发明的反射率高、透射率高，具有更高的光效利用率。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1(a)为本发明一个实施例的调光器原理示意图；图1(b)为一个调光器的一个实施例的结构图；图1(c)为主控单元的示意图；

图2(a)为本发明一个实施例的调光盘片以及第一区域的结构示意图；

图2(b)为本发明一个实施例中第一区域切入光源光路的示意图；图2(c)为本发明一个实施例中第一区域切出光源光路的示意图；

图3(a)为调光器的另一个实施例的结构图；图3(b)为图3(a)沿另一角度观察的结构图；

图4为当主控单元为控制计算机时的一种实施例的控制原理图。

附图标记说明：

1-调光盘片12-挡片

2-电机联轴器3-电机支架

4-驱动电机5-光电开关

6-控制系统7-光源系统

71-光源光路81-透射光路

82-反射光路9-合束镜

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明旨在提供一种能够使动目标模拟器的帧频与高帧频光学敏感器相适配的设备，考虑到成像器件的大小和最高帧频限制，本发明选择使用调光器来达到发明目的，即通过一种能够使两种光路交替工作的调光器来满足高帧频的要求。

本发明提供一种调光器，调光盘片以及控制机构，其中控制机构用于控制调光盘片旋转；调光盘片具有第一区域，第一区域用于当切入光源光路时通过第一区域表面的反射作用使第一光路工作；并且当切出光源光路时使光源光路错过调光盘片而使第二光路工作。

一个实施例的原理示意图如图1(a)～图1(c)所示，调光盘片的结构示意图如图2(a)～图2(c)所示。可以看出调光盘片1在旋转时会周期性地存在切入光路和切出光路两种状态，由于调光盘片1具有一定的反射率，切入光路时光源通过调光盘片1进行反射，从而使反射光路82工作，透射光路81不工作；当切出光路时，光源光路71与调光盘片1相互错过，使透射光路81工作，反射光路82不工作。反射光路82和透射光路81通过合束镜9进行合束，这样即可在两种光路交替工作的情况下实现高帧频成像。反射光路82和透射光路81属于为了便于区分而设置的名称，经过调光盘片1反射作用的为反射光路82，未经过反射作用的为透射光路81，两种光路包含光学元件不必然有差别。图1(c)中，控制系统与调光器其他部件为电连接，故在图中未示出机械连接关系；控制系统可以为控制计算机，其与调光器的具体控制连接关系的一个实施例如图4所示。

从图2示出的实施例中可以看出调光盘片的第一区域11包括沿旋转中心彼此对称的两个翼状子区域。图2(b)为第一区域切入光源光路71时的示意图，其中虚线圆圈表示光源光路形成的通光面积，当任意一个翼状子区域11切入光源光路71时，反射光路82工作；图2(c)为第一区域切出光源光路71时的示意图，切出光源光路71时，透射光路81工作。由于调光盘片1旋转一周时调光盘片1两次切入光源光路且两次切出光源光路，因此当调光盘片1旋转频率设置为50hz即可以实现200hz成像帧频。需要说明的是，“彼此对称”指的是大体位置对称，并不需要形状也完全对称，因为不论翼状子区域的形状如何，实际使用中起作用的主要是与通光面积相对应的那部分区域。

根据图2提供的实施例可知，调光盘片能够起到切换光路作用主要是源于盘片上存在着一部分区域，能够在旋转到一定角度范围时切入到光源光路，并且利用该区域的高表面反射率使光路反射进入反射光路，并且在当这一区域切出光源光路时，(在光源系统不发生改变的情况下)使光源光路与调光盘片相互错过而进入透射光路。因此本领域的技术人员能够知晓调光盘片还可以设置成其他的形状，例如第一区域可以包含更多的翼状子区域，翼状子区域的形状也可以有多种选择，只要满足其尺寸能够与通光面积相匹配即可。

图3示出了一种控制机构的实施例，控制机构包括主控单元6、驱动电机4以及光电开关5，光电开关5能够在所述调光盘片1完成一个周期的旋转时输出电平脉冲信号，主控单元6用于通过电平脉冲信号确定驱动电机4的电机轴转动频率和驱动电机相对光电开关的相位。在图1(b)示出的实施例中，可以在调光盘片上设置挡片12来使光电开关识别调光盘片是否完成一个周期的旋转，即当调光盘片旋转到特定位置时，挡片刚好遮挡光电开关，即识别为完成了一个周期旋转。

光电开关能够在被调光盘片被遮挡时输出电平脉冲信号，主控单元用于通过电平脉冲信号确定驱动电机的电机轴转动频率和驱动电机相对光电开关的相位。

主控单元还用于接收外同步信号，使调光盘片的转动频率和相位与外同步信号的频率和相位同步。这是为了能够在外同步信号作用下调节帧频，避免产生相位漂移现象。

在一个实施例中，主控单元可以检测所需要达到的帧频值，当输入帧频值低于预设值时，控制机构控制调光盘片旋转到能够使第一光路或第二光路工作的位置后，使调光盘片停止转动。例如，当成像器件的帧频为50hz，并且需要达到的帧频值小于50hz时，则可以让调光器旋转到使第一光路或者第二光路其中一个工作的位置即可，不需要再使调光器旋转。这样可以使调光器在低帧频工作需求时能够延长工作寿命。

控制机构还可以包括用于采集信号的编码器卡、模拟量卡、数字量卡，如图4所示，控制计算机用于完成主控单元的功能，数字量卡用于接收外同步信号和光电开关反馈信号的脉冲电平；模拟量卡用于输出模拟量电压信号，电机驱动器接收到模拟量电压信号后能够在预设范围内调速；编码器卡用于根据编码器的反馈信号判断当前调光盘片的位置。

本发明的调光器尤其适用于改进导引头动目标模拟器，由于尺寸较小，工作过程中不需占用很大空间，因此有利于导引头的小型化，当导引头或模拟器存在体积限制时，本发明能够满足小型化、高帧频的需求。

<实施例1>

本实施例的调光器结构如图1所示，由调光盘片1、电机联轴器2、伺服电机3、光电开关4、电机支架5和控制系统6组成。调光盘片1采用图2(a)所示的结构，根据通光面积设计调光盘片的尺寸，调光盘片采用金刚石车床进行精密加工，具有高面型精度和高反射率，当调光盘片1切入光路时反射光路82工作，当调光盘片1切出光路时透射光路81工作。调光盘片1通过电机联轴器2与伺服电机3连接，电机旋转一周可以使反射光路82和透射光路81分别工作2次，所以调光盘片1旋转频率设置为50hz即可以实现200hz帧频，采用伺服电机3驱动旋转频率50hz对应转速3000转/分，该转速在伺服电机3额定转速范围内，可以长时间工作。光电开关4采用u型槽结构，调光盘上安装挡片12，每旋转1周可以遮挡并触发一次光电开关，输出一个电平脉冲信号，通过光电开关4可以检测到电机轴的转动频率和相对光电开关的相位。控制系统6接收外同步信号，在外同步信号的控制下驱动电机转动。本实施例通过设计合理的调光方式并对调光盘片进行驱动控制，使调光盘片的转动频率和相位与外同步信号的频率和相位同步。

本实施例可以使动目标模拟器满足最高200hz帧频要求；在外同步信号作用下调节帧频，同步精度高，不会产生相位漂移现象；可以自动适应外同步信号，兼容低帧频模拟器要求；采用电机旋转驱动调光，可以长时间稳定运行。

<实施例2>

本实施例在实施例1的硬件基础上进一步包括在控制计算机的pci总线上安装数字量i/o卡、模拟量da卡和编码器卡，用于实现对控制信号的采样和输出：其中数字量i/o卡接收外同步信号和光电开关反馈信号的脉冲电平，模拟量da卡可以输出-10v～+10v的模拟量电压信号，电机驱动器接收模拟量电压信号驱动电机在-3500转/分～+3500转/分范围内调速，留有一定的调速余量可以避免因输入信号的频率抖动而导致同步不上；伺服电机本身配有编码器，编码器卡检测编码器反馈可以得到当前调光片位置信息，在低帧频时一个成像器件即可满足要求，因此可以控制调光盘固定工作在某一侧光路，延长调光器的使用寿命。

本实施例的控制计算机作为控制的核心，设计相应的同步驱动控制软件，通过采集到的外同步信号和光电开关输出信号的上升沿时刻计算频率和相位，采用pid控制算法实现频率和相位的调节，使光电开关输出信号与外同步信号的频率和相位同步，对于光电开关安装偏差引起的相位偏差，可以在软件中设置相位偏移量参数进行消除，从而精确控制反射光路和透射光路的工作时刻。本实施例在动目标模拟器上进行应用满足技术指标帧频200hz的要求。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。