[发明专利]一种多探测器光学系统联动调焦机构及其调焦方法

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种多负载调焦机构，尤其涉及一种多探测器光学系统联动调焦机构及其调焦方法。

背景技术

随着变焦距光学系统技术的突破，为了使光学观测系统、摄影系统实现更为清晰的成像，越来越多的舰载、地基、天基经纬仪和各类天文观测系统，以及电影、电视摄影系统都已经采用了变焦距光学系统来替代传统的定焦系统。光学系统成像时，由物像公式可知，像距会随着物距的变化而变化；尤其是变焦距光学系统，在整个光学测量过程中存在更为明显的像面移动问题，所以需要调焦机构补偿像面移动的距离；在实际应用中由于环境变化引起的像面移动对整个光学系统成像质量的影响也是很大的，同样需要调焦机构补偿像面距离。

目前国内外针对这种像面移动采用的补偿方式为控制透镜组或探测器移动来补偿。像面移动量获取则有多种方式，如：设计时对系统添加变量仿真获取、直接通过计算获取、通过对探测器上图像识别获取、光电自准法获取等等。这些方法获得的像面位置精度与光学系统自身参数有关，调焦精度受到系统自身参数的限制。

光学系统的调焦精度通常会受到自身装调精度、控制精度、以及焦深等的影响。装调精度、控制精度受到当前技术水平约束难以在短时间内获得提高，焦深对调焦精度的影响受到光学系统自身参数的约束。由焦深公式d'=2λ(F^#)²可知，对于单个光学系统来说，波长、焦距、口径都是确定的，所以想要通过改变焦深提高调焦精度也是难以见效的。

随着技术的发展，现在对光学系统的要求也越来越高，除了光学系统变焦距的要求外，多功能、轻量化也是目前光学系统的主流发展方向。为了实现系统的多功能化，通常在一个大型光学系统中设置着多个光学分系统；为了实现轻量化，应尽量减少整个系统的零件和元件。虽然目前光学系统中的各个分系统可以共用部分结构（如箱体，主、次镜），但在调焦机构上均采用各自工作方式，而这种工作方式会增加操作人员数量和系统复杂度。

发明内容

为了解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提供了一种多探测器光学系统联动调焦机构及调焦方法，该机构具有操控简单、调焦高精度、轻巧方便等特点，能够大大减少人力、物力的浪费。

本发明的技术解决方案是：一种多探测器光学系统联动调焦机构，其特征在于：所述调焦机构包括中焦光学分系统1、长焦光学分系统2、短焦光学分系统3、探测器4、物面距离计算单元5、反馈电路6、位置控制单元7、位置测量单元8、调焦单元9、探测器移动模块10；所述探测器是三个，分别与中焦光学分系统1、长焦光学分系统2、短焦光学分系统3相连接；物面距离计算单元5与反馈电路6相连接；物面距离计算单元5与中焦光学分系统1、长焦光学分系统2、短焦光学分系统3连接；反馈电路6用于反馈探测器4、物面距离计算单元5、控制单元7的计算量和控制量；位置控制单元7有两个，分别与中焦光学分系统1、短焦光学分系统3连接；位置测量单元8与长焦光学分系统2连接；调焦单元9与长焦光学分系统连接；探测器移动模块10带动探测器4移动。

上述长焦光学分系统采用主动式调焦，中焦光学分系统1、短焦光学分系统3采用反馈式被动调焦，反馈信息来自长焦光学分系统调焦量。

上述探测器4设置在导轨上并可沿导轨移动，所述探测器4与导轨之间设置负载平台。

探测器所在的导轨上设置位移传感器，位移传感器与物面距离计算单元5连接。

计算单元包括多个子单元，子单元与光学系统的其它分系统一一对应，就是说除了长焦光学分系统外，其他分系统都具有自己的计算单元，长焦分系统仅仅获取物面距离，并通过反馈系统同时反馈给各个计算单元，这些计算单元独立计算出对应分系统的调焦量反馈给自己的控制系统进行调焦，光学分系统分别计算调焦量，通过反馈电路向对应的分系统反馈调焦量。

上述中焦光学分系统焦距f₁=1000mm，口径2a₁=250mm，F数为4；长焦光学分系统焦距f₂=2000mm，口径2a₂=360mm，F数为5.6；短焦光学分系统焦距f₃=400mm，口径2a₃=200mm，F数为2；探测器4像元尺寸为14μm×14μm。

一种多探测器光学系统联动调焦方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）长焦光学分系统首先对物面成像，获取图像信息；通过人工调焦实现长焦光学分系统准确调焦；

2）通过长焦光学分系统探测器移动量和长焦光学分系统参数获得物面距离；