微处理器C8051F121通过接口芯片MAX3070ESAD接收上位机 命令和发送状态，C8051F121内部实现电机控制算法计算和电机控制信号的生成。
[0061] 所述的电源模块由电源芯片LMZ14203、电源芯片LT1763-3. 3、滤波器RN112和外 围电阻电容组成。电源芯片LMZ14203将输入的28V电源转化为5V电压，供给微处理器和驱 动芯片。电源芯片LT1763-3. 3将5V电压转化为3. 3V电压，供给微处理器。滤波器RN112 实现对电源滤波，滤除掉电源上的噪声。
[0062] 控制模块汇中的驱动芯片选用的是THB6128,其作用是接收微处理器发送的脉冲 型电机控制信号，并转化为可以驱动步进电机的4路相位岔开的正弦信号，四路信号分别 接入双极性步进电机线上，驱动电机按既定的步骤完成运动。
[0063] 所述的步进电机型号是E21H4AD-05，是混合双极性步进电机，步进精度为 0. 02_，通过导轨及轴承带动光学组件运动实现连续变焦。为了避免电机共振失步及提高 电机定位精度，将步进精度进行了 16微分，同时根据选用步进电机特性设置电机速度和驱 动模式。该电机的特性见图2:
[0064] 考虑到负载和变倍速度的折中，控制步进电机的最大脉冲速度为800步/秒，这就 涉及到步进电机加减速过程，为了防止步进电机在加减速过程中丢步，根据加速度公式可 以推导加过程如下：
[0065]
[0066] 式中：f为电机脉冲速度，g为初始脉冲速度，β为加速度，m为脉冲序列号，a为 电机移动一个微步对应距离，在本方案中a= 0. 00125mm。
[0067] 推导减速过程如下：
[0068]
[0069] 式中：f为电机脉沖速度，G为最大脉沖速度，γ为加速度，m为脉沖序列号，a为 电机移动一个微步对应距离。
[0070] 通过上述公式得到的频率-步长关系，并转换成数组格式存入微处理器的片内 FLASH中，步进电机在加速和减速时调用该参数。
[0071] 本发明的连续变焦光机模块中主要涉及到对变焦镜和补偿镜的联动控制技术，其 中变焦镜和补偿镜在光学系统中的位置见图3,发明中变焦镜和补偿镜的光学上运动曲线 见图4所示。
[0072] 如图4所示变焦镜的轨迹为线性运动（便于匀速控制），补偿镜的轨迹为非线性运 动，Y轴表示光学焦距值的变化量，X轴表示变焦镜片和补偿镜片相对于前端物镜的位置。 设计中把两条运动曲线分成许多离散的点，并一一对应，软件控制程序上将离散点做成数 组存于微处理器的Flash中，电机运动时，调用相应参数。
[0073] 实践证明，采用本发明的系统后，红外连续变焦光学系统具有了实时的可调性，弥 补了机械加工误差和机械结构长时间磨损后产生的误差，具有良好的补偿功能。发明设计 中在电机速度控制方面做了优化算法控制设计，避免了电机的丢步现象，大大提高了电机 运行的平稳性。
[0074] 图5为采用本发明技术的基于中波320X256凝视焦平面红外探测器组件的红外 机芯匹配焦距40mm~360mm的红外连续变焦光学系统成像效果图，在连续变焦过程中可以 清晰成像，其成像结果见图5:
[0075] 如图6所示，接口芯片MAX3070EASD的UART_TX_PT、UART_RX_PT端与微处理器连 接，RX+、RX-、TX+和TX-端直接与上位机连接，实现串口RS422电平转换。
[0076]如图 7 所示，微处理器C8051F121 通过P0. 0 和Ρ0· 1 端口（UART_TX_PT、UART_RX_ PT)与接口芯片连接，对接口芯片接受和发送串口信息。微处理器内部存储连续变焦曲线 数据，在运行过程中按步骤读取曲线数据，经过内部程序运算通过M1_EN、M1_CCW、M1_CLK、 M2_EN、M2_CC和M2_CLK端向连个步进电机驱动芯片发送控制信号，从而驱动步进电机按要 求运动。其中EN是电机使能信号，CCW是电机转向控制信号，CLK是电机转动驱动脉冲。
[0077]如图 8 所示，两个接口芯片THB6128 由M1_EN、M1_CCW、M1_CLK、M2_EN、M2_C(^PM2_ CLK端与微处理连接，接收微处理器电机控制信号。通过M1_0UT1A、M1_0UT1B、M1_0UT2A、 M1_0UT2B、M2_0UT1A、M2_0UT1B、M2_0UT2A和M2_0UT2B端与步进电机连接，驱动芯片经过内 部处理把微处理器电机控制信号变换为可以直接驱动电机的信号
[0078] 如图9所示，电源模块中输入28V电源首先经过RN112和电感滤波，28V电源一部 分直接供给驱动芯片，一部分供给电压转换芯片LMZ14203,LMZ14203将28V电压转化为5V 电压，5V电压供给微处理器、驱动芯片和电压转换芯片LT1763-3. 3。LT1763-3. 3输入的5V 电压转化为微处理器需要的3. 3V。
[0079] 如图10所示，本发明的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，变焦镜步进电机与变焦镜导杆连接，变焦镜组件设置在变焦镜导杆上，变焦镜步进 电机在微处理器的控制下驱动变焦镜组件在变焦镜导杆线性运动，变焦镜组件带动其上的 变焦镜进行线性运动，以对变焦镜进行精确定位。变焦镜步进电机上设有第一输出轴，通过 第一输出轴控制变焦镜组件在变焦镜导杆上线性运动。
[0080] 本发明的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，补偿 镜步进电机与补偿镜导杆连接，补偿镜组件设置在补偿镜导杆上，补偿镜步进电机在微处 理器的控制下驱动补偿镜组件在补偿镜导杆非线性运动，补偿镜组件带动其上的补偿镜进 行非线性运动，以对补偿镜进行精确定位。补偿镜步进电机上设有第二输出轴，通过第二输 出轴控制补偿镜组件在补偿镜导杆上非线性运动。
[0081] 需要说明的是，本发明的补偿镜导杆和变焦镜导杆均分别为两个，以更好的保持 补偿镜和变焦镜的平稳运动，并且本发明实施例的变焦镜组件以及补偿镜组件均分别为1 个，图10中画的两个变焦镜组件以及补偿镜组件是仅示意了组件的可移动的范围。
[0082] 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，从而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。
[0083] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
【主权项】
1. 一种红外连续变焦光学控制系统，其特征在于，包括：变焦镜步进组件和补偿镜步 进组件； 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； 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。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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； 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。3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于， 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。4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的系统，其特征在于，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； 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。5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于， 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。6. 根据权利要求2或4所述的系统，其特征在于， 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； 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。7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 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。8. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 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。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光机模块内包括第一反射镜和第二 反射镜； 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； 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。
【专利摘要】本发明公开了一种红外连续变焦光学控制系统，本发明采用两个步进电机分别带动视场变倍光学镜片和补偿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，从而使得对两个光学镜片的控制具有简易的实时可控性和高精度定位性。
【IPC分类】G02B15/16
【公开号】CN105425373
【申请号】CN201510998894
【发明人】夏寅辉, 崔跃刚, 杨宁宁, 殷金坚, 乔育花, 彭晴晴
【申请人】中国电子科技集团公司第十一研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月28日