CN109782413A - 一种调焦装置的标定方法及调焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电成像技术领域，提供了一种调焦装置的标定方法及调焦装置，包括：控制偏心轮机构带动调焦镜组沿指定导轨运动，确定偏心轮机构运动的中间位置C；以中间位置C为基准，控制偏心轮机构继续运动至多个采样位置；记录每个采样位置处数显表的读数S_i和测得的电位计电压值V_i，根据多个采样位置处的(S_i，V_i)以及拟合函数S＝a*sin(bV+c)计算参数a、b、c的值，确定电压量V与S的函数关系，完成标定过程。通过直接对调焦镜组位移进行测量和预标定，将机构的反馈由电位计端转移至焦面位置输出端，消除偏心轮加工误差和电位计的非线性特性对调焦镜组运动精度的影响，保证采用类似调焦机构的航空相机能以更高的调焦精度完成成像功能。

Description

一种调焦装置的标定方法及调焦装置

技术领域

本发明涉及光电成像技术领域，尤其涉及一种调焦装置的标定方法及调焦装置。

背景技术

航空相机在成像过程中，受温度、气压、成像距离等因素影响，容易造成离焦现象，从而导致图像模糊或变形。因此，为保证成像质量，需对相机进行调焦。航空相机的调焦一般采用凸轮或偏心轮驱动焦平面移动的方法来实现。通常采用这种方法进行调焦时，调焦机构采用步进电机进行驱动，但步进电机的驱动无法实现调焦的闭环控制，从而会导致调焦结果不尽如人意；并且步进电机驱动时一般以电位计直接作为反馈结果来估算调焦的结果，这样将无法控制调焦机构上电位计后端其他因素对调焦精度的影响，比如受偏心轮机构加工精度影响，导致实际偏心轮曲线与设计值存在差异，且作为焦面位置反馈的电位计存在非线性，这些因素都会影响对调焦精度造成影响。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种调焦装置的标定方法及调焦装置，以解决现有技术中现有调焦方法对航空相机焦距进行调节时，影响因素较多，调节精度不高的问题。

本发明的目的可通过以下技术措施来实现：

本发明实施例第一方面提供了一种调焦装置的标定方法，所述标定方法包括：

控制偏心轮机构带动调焦镜组沿指定导轨运动，确定所述偏心轮机构运动的中间位置C；

以所述中间位置C为基准位置，控制所述偏心轮机构继续运动至多个采样位置；

记录每个采样位置处所述数显表的读数S_i和测得的电位计电压值V_i，所述电压值为所述偏心轮机构转动过程中不同位置对应的电压值；

根据多个采样位置处的(S_i，V_i)以及拟合函数S＝a*sin(bV+c)计算参数a、b、c的值，以确定电压量V与调焦镜组位置S之间的函数关系，完成标定过程。

可选地，在本申请提供的另一实施例中所述确定所述偏心轮机构运动的中间位置C，包括：

记录所述调焦镜组运动到所述偏心轮行程两端极限位置时数显表的测量值A和B，其中，所述数显表用于测定所述调焦镜组的相对位置；

根据所述测量值A和B确定所述偏心轮机构行程的中间位置C，C＝(A+B)/2。

可选地，在本申请提供的另一实施例中在所述控制所述偏心轮机构继续运动至多个采样位置之前包括：调节所述数显表的测量值为0。

可选地，在本申请提供的另一实施例中在所述根据更多个采样位置处的(S_i，V_i)以及拟合函数S＝a*sin(bV+c)确定电压量V与S之间的函数关系之后包括：

将所述函数关系输入控制程序，以调焦位移量作为参考输入，根据拟合结果曲线计算的实际调焦镜组位置作为反馈，对调焦镜组实现闭环控制。

可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述多个采样位置之间的间隔相同。

可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述指定导轨两端之间的距离为5mm。

本发明实施例第二方面提供了一种调焦装置，所述调焦装置通过上述任一项所述的调焦装置的标定方法进行标定，包括：

设置有电位计的偏心轮机构、指定导轨、数显表以及调焦镜组；

所述调焦镜组设置在所述指定导轨上，可沿所述指定导轨运动；

所述偏心轮机构用于带动所述调焦镜组在所述指定导轨上运动，所述电位计用于测量所述偏心轮机构运动过程中不同位置对应的电压值；

所述数显表与所述偏心轮机构和所述调焦镜组的连接件相连接，用于测量所述调焦镜组的相对位置。

可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述调焦装置还包括数显表支撑板及数显表基座。

可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述指定导轨的长度为5mm。

可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述调焦镜组在所述导轨上运动时，

记录所述调焦镜组运动到所述偏心轮行程两端极限位置时数显表的测量值A和B，其中，所述数显表用于测定所述调焦镜组的相对位置；

根据所述测量值A和B确定所述偏心轮机构行程的中间位置C，C＝(A+B)/2。

与现有技术相比，本发明中涉及的预标定方法，通过直接对调焦镜组位移进行测量和预标定，将机构的反馈由电位计端转移至焦面位置输出端，能够消除偏心轮加工误差和电位计的非线性特性对调焦镜组运动精度的影响，保证采用类似调焦机构的航空相机能以更高的调焦精度完成成像功能。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的调焦装置的标定方法的实现流程示意图；

图2示出了本发明实施例提供的调焦装置示意图；

图3示出了本发明实施例提供的调焦装置的控制原理图；

图4示出了本发明实施例提供的调焦装置标定采样点与拟合结果的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

如图1所示，本申请提供的调焦装置的标定方法实现过程包括：

步骤S11，控制偏心轮机构带动调焦镜组沿指定导轨运动，确定所述偏心轮机构运动的中间位置C。

本申请提供的标定方法应用于如图2所示的调焦装置中，在进行标定时由高速直流电机驱动偏心轮机构带动调焦镜组实现往复平移运动，安装数显表头支撑板，由数显表测量调焦镜组的相对位置，对电机施加电压驱动偏心轮运动，实时监测数显表显示值，从而确定所述偏心轮机构运动的中间位置C。进一步地，调焦机构的偏心轮的行程优选为5mm。

下面对图2所示的调焦装置进行说明：所述调焦装置通过上述任一项所述的调焦装置的标定方法进行标定，包括：

设置有电位计的偏心轮机构、指定导轨、数显表以及调焦镜组；

所述调焦镜组设置在所述指定导轨上，可沿所述指定导轨运动；

所述偏心轮机构用于带动所述调焦镜组在所述指定导轨上运动，所述电位计用于测量所述偏心轮机构运动过程中的电压值；

所述数显表与所述偏心轮机构和所述调焦镜组的连接件相连接，用于测量所述调焦镜组的相对位置。所述调焦装置还包括数显表支撑板及数显表基座。

可选地，所述确定所述偏心轮机构运动的中间位置C，包括：

记录所述调焦镜组运动到所述偏心轮行程两端极限位置时数显表的测量值A和B，其中，所述数显表用于测定所述调焦镜组的相对位置；

根据所述测量值A和B确定所述偏心轮机构行程的中间位置C，C＝(A+B)/2。

本申请中确定调焦镜组行程两端极限位置，分别记为A和B，以及在位置A和B处时数显表的读数，根据所述测量值A和B确定所述偏心轮机构行程的中间位置C，

例如，调焦镜组所在的装置中，偏心轮运行经过的导轨长度为5mm，调焦镜组移动至偏心轮行程两端时数显表的读数分别为A＝1.557mm，B＝-3.416mm，则根据上述计算公式可计算得C＝-0.9295mm；

步骤S12，以所述中间位置C为基准位置，控制所述偏心轮机构继续运动至多个采样位置。

步骤S13，记录每个采样位置处所述数显表的读数S_i和测得的电位计电压值V_i，所述电压值为所述偏心轮机构转动过程中不同位置对应的电压值。

具体地，以上述中间位置C为基准位置，控制调焦镜组继续做往复运动，实时监测数显表显示值，根据精度需求，驱动电机转动使调焦镜组运动至C位置，并调整数显表的测量值为0。然后继续控制偏心轮机构运动以带动调焦镜组继续运动经过多个预先设置好的采样位置。由电位计反馈偏心轮机构转动过程中的电压，对调焦镜组位置采用闭环控制方式，在偏心轮行程中设置多个均匀采样位置，驱动电机转动至相应的采样位置，记录数显表显示值S_i和电位计电压值V_i。其中，所述多个采样位置之间的间隔相同。

例如：由电位计反馈偏心轮机构转动过程中的电压，电位计反馈电压范围为0V～15V，对调焦镜组位置采用闭环控制方式，在偏心轮行程中设置共计49个均匀采样位置，间隔位移量大约0.1mm，驱动电机转动至相应的采样位置，记录数显表显示值S和电位计电压值V，采样数据表见表1。其中闭环控制的原理如图3所示。

表1

步骤S14，根据更个采样位置处的(S_i，V_i)以及拟合函数S＝a*sin(bV+c)计算参数a、b、c的值，以确定电压量V与S之间的函数关系，完成标定过程。

该步骤中选定S，V的拟合函数，然后可根据上表中测得的数据计算所选择的拟合函数中的参数值，然后计算出S，V的关系式。

进一步地，采用Matlab软件的cftool曲线拟合工具，选取拟合函数形式为S＝a×sin(bV+c)，拟合电压量V与调焦镜组平移量S之间的函数关系，其中电压量V作为横坐标，调焦镜组位置S作为纵坐标，记录拟合结果的系数值a，b，c；拟合结果为a＝2.443，b＝0.4786，c＝3.884，曲线形式为S＝2.443×sin(0.4786V+3.884)，拟合结果曲线见图4。

在所述根据多个采样位置处的(S_i，V_i)以及拟合函数S＝a*sin(bV+c)确定电压量V与S之间的函数关系之后包括：

将所述函数关系输入控制程序，以调焦位移量作为参考输入，根据拟合结果曲线计算的实际调焦镜组位置作为反馈，对调焦镜组实现闭环控制。

将函数拟合结果S＝2.443×sin(0.4786V+3.884)写入控制程序，以调焦位移量S_ref作为参考输入，根据拟合结果曲线计算的实际调焦镜组位置S作为反馈，对调焦镜组实现闭环控制，驱动调焦镜组运动至行程不同位置，对标定结果实现的调焦精度进行验证确认，验证确认结果见表2。

表2

验证结果表明，采用本发明的调焦机构相对位置预标定方法能够有效消除偏心轮加工误差和电位计的非线性特性等不利因素对调焦精度的影响，实现焦面位置的高精度闭环控制。

本发明中涉及的预标定方法，通过直接对调焦镜组位移进行测量和预标定，将机构的反馈由电位计端转移至焦面位置输出端，能够消除偏心轮加工误差和电位计的非线性特性对调焦镜组运动精度的影响，保证采用类似调焦机构的航空相机能以更高的调焦精度完成成像功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调焦装置的标定方法，其特征在于，所述标定方法包括：

控制偏心轮机构带动调焦镜组沿指定导轨运动，确定所述偏心轮机构运动的中间位置C；

以所述中间位置C为基准位置，控制所述偏心轮机构继续运动至多个采样位置；

记录每个采样位置处所述数显表的读数S_i和测得的电位计电压值V_i，所述电压值为所述偏心轮机构转动过程中不同位置对应的电压值；

根据多个采样位置处的(S_i，V_i)以及拟合函数S＝a*sin(bV+c)计算参数a、b、c的值，以确定电压量V与调焦镜组位置S之间的函数关系，完成标定过程。

2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述确定所述偏心轮机构运动的中间位置C，包括：

记录所述调焦镜组运动到所述偏心轮行程两端极限位置时数显表的测量值A和B，其中，所述数显表用于测定所述调焦镜组的相对位置；

根据所述测量值A和B确定所述偏心轮机构行程的中间位置C，C＝(A+B)/2。

3.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，在所述控制所述偏心轮机构继续运动至多个采样位置之前包括：调节所述数显表的测量值为0。

4.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，在所述根据更多个采样位置处的(S_i，V_i)以及拟合函数S＝a*sin(bV+c)确定电压量V与调焦镜组位置S之间的函数关系之后包括：

将所述函数关系输入控制程序，以调焦位移量作为参考输入，根据拟合结果曲线计算的实际调焦镜组位置作为反馈，对调焦镜组实现闭环控制。

5.如权利要求3或4所述的标定方法，其特征在于，所述多个采样位置之间的间隔相同。

6.如权利要求2所述的标定方法，其特征在于，所述指定导轨两端之间的距离为5mm。

7.一种调焦装置，其特征在于，所述调焦装置通过上述权利要求1-6任一项所述的标定方法进行标定，包括：

设置有电位计的偏心轮机构、指定导轨、数显表以及调焦镜组；

所述调焦镜组设置在所述指定导轨上，可沿所述指定导轨运动；

所述偏心轮机构用于带动所述调焦镜组在所述指定导轨上运动，所述电位计用于测量所述偏心轮机构运动过程中的电压值；

所述数显表与所述偏心轮机构和所述调焦镜组的连接件相连接，用于测量所述调焦镜组的相对位置。

8.如权利要求7所述的调焦装置，其特征在于，所述调焦装置还包括数显表支撑板及数显表基座。

9.如权利要求7所述的调焦装置，其特征在于，所述指定导轨的长度为5mm。

10.如权利要求7所述的调焦装置，其特征在于，所述调焦镜组在所述导轨上运动时，

记录所述调焦镜组运动到所述偏心轮行程两端极限位置时数显表的测量值A和B，其中，所述数显表用于测定所述调焦镜组的相对位置；

根据所述测量值A和B确定所述偏心轮机构行程的中间位置C，C＝(A+B)/2。