[发明专利]一种折返式超远焦距多档变焦卡式镜头系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种折返式超远焦距多档变焦卡式镜头系统和控制方法，包括变焦运动控制机构、补偿运动控制机构、光圈运动控制机构、反射镜切换机构、滤光片切换机构、温度测量组件和综合控制单元；综合控制单元获取焦距档位和温度测量组件的温度值，根据系统调整参数表控制变焦运动控制机构和补偿运动控制机构进行同步协同运动，控制光圈运动控制机构进行主从协同运动，控制反射镜切换机构、滤光片切换机构进行独立运动，实现光学器件位置的快速调整，使光学系统清晰成像。本发明的系统和控制方法，解决了折返式超远焦卡氏镜头运动的适配性、运动干涉，保证折返式超远焦卡氏镜头换档时快速清晰成像。

技术领域

本发明涉及镜头的运动控制技术领域，尤其涉及一种折返式超远焦距多档变焦卡式镜头系统及控制方法。

背景技术

为了观测更远的距离，光学镜头的尺寸越来越大，重量也越来越重。当镜头焦距超过米级后，会导致镜头的镜片数越来越多，尺寸越来越大，由于镜片的透过率限制，使得目标辐射信号到达成像靶面时越来越弱，无法对超远目标进行成像，同时设备体积变大也与设备的小型化是背道而驰的，同时加工生产成本也会显几何数量的增加，严重妨碍折返式超远焦卡氏镜头的推广和应用。为了节省光学镜头的安装空间，同时兼顾作用距离、性价比及清晰成像要求，公司开发了多档折返式超长焦距卡氏镜头，最长焦距大于3米，虽然焦距变长很多，但镜片数量增加有限，保证了镜片组的透过率，总安装长度尺寸小于360mm，从而保证折返式超远焦卡氏镜头能安装于大型光学设备的指向器中。折返式超远焦卡氏镜头虽然方便设计更大更远的镜头，能有效控制体积和生产成本，但运动控制比较复杂，装配精度要求较高，普通镜头只需要调节调焦补偿镜片组就可以清晰成像，而折返式超远焦卡氏镜头要同时调节变焦与补偿两组镜片组，导致很难精确调节成像的位置，完成对目标快速清晰成像，因此实际中应用较少。

折返式超远焦卡氏镜头设计成分档成像方式，可以按需要设定多外档位，目前产品设计成四档，最小焦距500mm，最大可以超过3000mm以上。主要包括以下五种运动：变焦运动部分，补偿运动部分，光圈运动部分，反射镜切换运动部分和滤光片切换运动部分。在每一个分档位置，为了保证清晰的成像，变焦运动的精确位置与补偿运动的精确位置具有位置相关性，而且由于尺寸严格控制，使得部分位置的运动会因为先后运动、运动速度产生干涉，必须严格遵守设定的位置－速度曲线，才能正常工作。因此需要为该类镜头开发相关的运动控制算法，保证镜头的安全工作。

由于机械加工误差和装配误差，热应力等，折返式超远焦卡氏镜头分档位置成像相对位置要求较严，每台设备都需要根据理论值在线设置分档成像点的位置，该位置主要与三个运动相关，变焦运动、补偿运动和光圈运动。其中变焦运动与补偿运动具有严格的位置相关性，只有这两个运动位置在指定的位置精度内，才能保证镜头清晰成像。而变焦运动与光圈运动具有主从关系，在不同的变焦位置，光圈的大小需要根据变焦运动作跟随动控制，同时光圈运动还与目标光强有关系，当光强超过指定值后，光圈运动还需要增加修正值，采用随动方式，自动调节通光量的值。由于折返式超远焦卡氏镜头焦距较大，对于热应力影响非常明显，当温度变化较大时，随着镜头热应力的变化，部分镜片的位置会作微小的变化，导致成像的清晰度下降，此时需要对变焦的位置作正反的修正，同时补偿运动的位置也要作相应的修正，该部分的修正值通过在线设置，当设备处于该环境温度下时，由于环境温度变化具有连续性，因此按5度分段，设置环境温度变化的边界值，超过温度变化值后，运动算法会自动根据当前的温度，调整修正变焦与补偿运动，实时调整相关的位置，保证镜头的成像清晰度。

由于折返式超远焦卡氏镜头各个运动相关性较严格，如果超出设定的范围，很难得到清晰的图像，因此，折返式超远焦卡氏镜头实际应用较少。

发明内容

本发明主要目的在于提出一种保证折返式超远焦卡氏镜头分档位置清晰成像的系统及控制方法，解决了折返式超远焦卡氏镜头运动的适配性、运动干涉，保证折返式超远焦卡氏镜头换档时快速清晰成像。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种折返式超远焦距多档变焦卡式镜头系统，包括：