CN103345264A - 双视场光学镜头的切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双视场光学镜头的切换控制方法，属于控制技术领域。该方法是由置有切换控制软件包的控制器实现的，当控制器上电后，根据切换指令进入相应的控制流程周期，当霍尔开关器件检测到高电平信号时，控制器控制变焦镜向靠近切换位置的方向移动，当霍尔开关器件检测到低电平信号时，控制器控制变焦镜向远离切换位置的方向移动。本发明在切换初期，控制器控制变焦镜持续向靠近切换位置的方向移动，随后变焦镜将在切换位置附近微动，保证变焦镜时刻处于受控状态，具备实时抵御外界扰动的能力，具有控制精度高、控制方法简单、易于实现等优点。

Description

双视场光学镜头的切换控制方法

技术领域

本发明属于控制技术领域，主要涉及一种双视场光学镜头的切换控制方法，尤其涉及一种带有沿光轴移动变焦镜的双视场光学镜头的抗扰动切换控制方法。

背景技术

双视场光学镜头在侦察、跟踪一体化光电系统中得到广泛应用，其中大视场光学镜头用于对战场环境的大范围侦察、探测，一旦发现敏感目标，小视场光学镜头将被快速切换至光路，用于机动目标的稳瞄、跟踪，为精确打击武器提供目标指示。

带有沿光轴移动变焦镜的双视场光学镜头，其变焦镜沿轴向移动到短焦位置时，会在成像器件上成大视场清晰像；移动到长焦位置时，会在成像器件上成小视场清晰像，该类型的双视场光学镜头由于外形结构小、控制方便，在紧凑型光电系统中得到越来越多的应用。

为了实现大小两个视场的切换控制，目前采用的多数方法是将两个位置检测器件分别安装在短焦位置和长焦位置处，控制器接收切换指令，驱动电机带动变焦镜沿轴向运动，位置检测器件检测变焦镜是否到达所要切换位置，并将检测信号反馈给控制器以控制电机停止转动，实现双视场的切换。这种切换方式虽然简单，但是当双视场光学镜头处于摇摆、震动等复杂工作环境时，变焦镜常常会偏移原来的切换位置，造成光电传感器的成像模糊，从而会降低侦察、跟踪任务的执行效率，甚至导致任务失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的缺陷，提供一种双视场光学镜头的切换控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的切换控制方法是由置有切换控制软件包的控制器实现的，当控制器上电后，执行以下操作步骤：

第一步：寄存器初始化，调用默认的切换指令；

第二步：判断是否有新的切换指令，如果为真，更新切换指令，如果为假，保持切换指令不变；

第三步：判断切换指令：

3.1如果切换指令为大视场指令，再判断大视场霍尔开关器件是否检测到低电平有效信号，如果为假，向电机发送变焦镜前移指令，如果为真，向电机发送变焦镜后移指令；

3.2如果切换指令为小视场指令，再判断小视场霍尔开关器件是否检测到低电平有效信号，如果为假，向电机发送变焦镜后移指令，如果为真，向电机发送变焦镜前移指令；

第四步：判断是否有关机指令，如果没有关机指令，返回第二步，如果有关机指令，结束控制程序。

本发明的有益技术效果体现在以下几个方面。

(一)本发明根据切换指令进入相应的控制流程周期，在切换初期，变焦镜距离所要切换位置较远，霍尔开关器件在连续多个控制周期会检测到高电平信号，控制器控制变焦镜持续向靠近切换位置的方向移动；到达所要切换的位置后，霍尔开关器件检测到低电平信号，控制器控制变焦镜向远离切换位置的方向移动；而在随后的控制周期中，霍尔开关器件检测到高电平信号时，控制器控制变焦镜又向靠近切换位置的方向移动，霍尔开关器件检测到低电平信号时，控制器控制变焦镜再向远离切换位置的方向移动，在这种控制模式下，变焦镜始终在切换位置附近微动，探测目标的成像几乎在理想焦面上，使得人眼观测的成像一直清晰。

(二)本发明通过周期性检测相应霍尔开关器件的不同信号，控制变焦镜的移动方向，保证变焦镜时刻处于受控状态，即使处于摇摆、震动等复杂工作环境下，变焦镜也不会超出微动范围，实现抵御外界扰动的作用，具有控制精度高、控制方法简单、易于实现等优点。

(三)本发明采用非接触式位置检测器件和直流电机即可实现双视场光学镜头的大小视场切换，具有控制电路简单、成本低的优点。

附图说明

图1是双视场光学镜头的组成示意图。

图2是图1双视场光学镜头的大视场光学系统图。

图3是图1双视场光学镜头的小视场光学系统图。

图4是图1中控制电路板的控制原理框图。

图5是本发明切换控制方法的工作流程图。

图6是大视场向小视场切换时变焦镜的运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详述。

本发明提供的双视场光学镜头的切换控制方法的优选实施例是针对图1所示的双视场光学镜头，该双视场光学镜头包括镜筒1、套筒2、前组透镜3、变焦镜4、后组透镜5、传动齿轮6、电机7、位置反馈器件即磁钢8、大视场位置检测器件即大视场霍尔开关器件9、小视场位置检测器件即小视场霍尔开关器件10、控制电路11组成。当变焦镜4向前组透镜3移动到清晰成像位置时，在双视场光学镜头的焦面处成清晰的大视场图像(参见图2)；当变焦镜4向后组透镜5移动到清晰成像位置时，在双视场光学镜头的焦面处成清晰的小视场图像(参见图3)。所述镜筒1是静止的双视场光学镜头的主镜筒，其上开有直线导向槽，前组透镜3和后组透镜5固定安装在镜筒1内部，变焦镜4在主镜筒前后移动；所述套筒2同轴套在镜筒1的外部并能相对镜筒1旋转，套筒2上开有曲线槽和齿轮槽；传动齿轮6与套筒2齿轮槽啮合，并在电机7驱动下带动套筒2旋转；变焦镜4的夹具上有一推杆，该推杆穿过镜筒1的直线导向槽和套筒2的曲线槽，当电机7通过齿轮6带动套筒2转动时，套筒2通过变焦镜4上的推杆将运动传递给变焦镜4，由于镜筒1的直线导向槽限制了变焦镜4的旋转运动，变焦镜4在镜筒1内沿着直线导向槽作往复直线运动，从而实现大视场和小视场切换。

镜筒1直线导向槽的起始位置与双视场光学镜头的大视场、小视场时变焦镜的前后位置一致；套筒2曲线槽沿柱面展开是一条斜直线槽，当套筒2旋转时，套筒2的曲线槽带着推杆在镜筒1的直线导向槽内前后移动。

变焦镜向前组透镜3移动成清晰的大视场图像的同时，大视场霍尔开关器件9也刚检测到镶嵌在推杆内磁钢S极反馈的低电平信号；变焦镜向后组透镜5移动，成清晰的小视场图像的同时，小视场霍尔开关器件10也刚检测到镶嵌在推杆内磁钢S极反馈的低电平信号。

本发明采用非接触式位置检测器件，虽然本实施例是针对采用磁钢、霍尔开关器件来提供变焦镜的位置信号，当然也可以采用其他非接触式的位置检测器件来提供位置信号，比如采用光电开关器件提供位置信号，只需将图1中的磁钢8换成挡块，大视场霍尔开关器件9和小视场霍尔开关器件10换成光电开关器件。

双视场光学镜头的控制电路板的原理如图4所示，控制电路板上集成有控制器、大视场反馈信号隔离电路、小视场反馈信号隔离电路、PWM信号隔离电路、功率驱动电路。当控制器接收到切换指令时，根据实时检测的从反馈信号隔离电路接收大、小视场霍尔开关器件的脉冲信号，判断电机的旋转方向，产生一个控制信号，经过PWM信号隔离电路和功率驱动电路驱动电机旋转，实现双视场光学镜头的切换控制；大视场反馈信号隔离电路实现采集大视场霍尔开关器件反馈信号的隔离、整形；小视场反馈信号隔离电路实现采集小视场霍尔开关器件反馈信号的隔离、整形；PWM信号隔离电路对控制器输出的PWM信号的强弱电隔离和放大；功率驱动电路将PWM控制信号进行功率放大，驱动电机的运动。

不难看出，控制器是实现本发明切换控制方法的核心，控制器中置有切换定位控制软件包，当控制电路板上电后，控制器中的控制软件包将按照图5所示的工作流程，执行以下操作步骤：

第一步：执行初始化操作。控制器寄存器的初始化，包括接收切换指令寄存器初始化、PWM信号输出寄存器初始化，大视场霍尔开关器件反馈信号检测寄存器初始化，小视场霍尔开关器件反馈信号检测寄存器初始化，调用默认的切换指令。

本实施例的默认切换指令为大视场切换指令。

第二步：判断是否有新的切换指令，如果为真，更新切换指令，如果为假，保持切换指令不变。

第三步：判断切换指令：

3.1如果是大视场指令，再判断大视场霍尔开关器件是否有低电平有效信号，如果为假，向电机发送变焦镜前移指令，如果为真，向电机发送变焦镜后移指令。

上述变焦镜前移指令是指使变焦镜4向前组透镜3移动的指令，变焦镜后移指令是指使变焦镜4向后组透镜5移动的指令，。

3.2如果是小视场指令，再判断小视场霍尔开关器件是否有低电平有效信号，如果为假，向电机发送变焦镜后移指令，如果为真，向电机发送变焦镜前移指令。

第四步：判断是否有关机指令，如果没有关机指令，返回第二步，如果有关机指令，结束控制程序。

双视场光学镜头由大视场切换到小视场的切换过程如图6所示，变焦镜及磁钢处于位置A时光学镜头为大视场，变焦镜及磁钢处于位置B时光学镜头为小视场，假定位置A和位置B的距离为80mm，假定变焦镜移动速度v为100mm/s,假定控制周期T为0.01ms，计算得到每个控制周期内变焦镜移动距离s=v×T=0.001mm，假定变焦镜及磁钢处于位置A时即大视场位置时，控制器接收到小视场切换指令，小视场霍尔开关器件每个控制周期0.01ms检测一次信号，前80000个控制周期，小视场霍尔开关器件将一直输出高电平，控制器向电机发送变焦镜后移指令，变焦镜将持续后移，到第80001个控制周期时，变焦镜移动了80.000mm到位置B，小视场霍尔开关器件输出低电平有效信号，控制器向电机发送变焦镜前移指令，第80002个控制周期，变焦镜前移到79.999mm位置C处，小视场霍尔开关器件输出高电平有效信号，控制器又向电机发送变焦镜后移指令，第80003个控制周期，变焦镜又后移到80.000mm位置B处,随后的每个控制周期，控制器将根据小视场霍尔开关器件不同电平的输出信号，控制变焦镜前后移动，使得变焦镜始终在0.001mm范围内微动。

当变焦镜移动速度v为100mm/s,控制周期T为0.1ms时，变焦镜的微动范围为0.01mm；当变焦镜移动速度v为100mm/s,控制周期T为1ms时，变焦镜的微动范围为0.1mm；在实际应用中，根据变焦镜的最大允许微动范围确定控制周期，一般而言小于0.1mm的轴向移动量不会影响目标的成像质量，人眼识别的图像始终为清晰像。

由此可以看出，本发明变焦镜的微动范围与变焦镜的移动速度和控制程序的控制周期相关：变焦镜的移动速度v越小，微动范围越小，变焦周期T越短，微动范围越小。

Claims (1)

1.一种双视场光学镜头的切换控制方法，该方法是由置有切换控制软件包的控制器实现的，其特征在于：当控制器上电后，执行以下操作步骤：

第一步：寄存器初始化，调用默认的切换指令；

第二步：判断是否有新的切换指令，如果为真，更新切换指令，如果为假，保持切换指令不变；

第三步：判断切换指令：

3.1如果切换指令为大视场指令，再判断大视场霍尔开关器件是否检测到低电平有效信号，如果为假，向电机发送变焦镜前移指令，如果为真，向电机发送变焦镜后移指令；

3.2如果切换指令为小视场指令，再判断小视场霍尔开关器件是否检测到低电平有效信号，如果为假，向电机发送变焦镜后移指令，如果为真，向电机发送变焦镜前移指令；

第四步：判断是否有关机指令，如果没有关机指令，返回第二步，如果有关机指令，结束控制程序。

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