一種軸向變倍光學(xué)系統(tǒng)的變倍控制裝置和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軸向變倍光學(xué)系統(tǒng)的變倍控制裝置和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前可變倍調(diào)節(jié)的光學(xué)系統(tǒng)主要有三種變倍方式，分別是旋轉(zhuǎn)變倍式、徑向切換式、軸向變倍式。其中軸向變倍式是將變倍透鏡組沿光學(xué)系統(tǒng)的光路方向進行移動，在原光學(xué)視場的基礎(chǔ)上形成一個新的光學(xué)視場。軸向變倍式相比與其他兩種方式的紅外系統(tǒng)具有體積小、重量輕等優(yōu)點，目前光學(xué)系統(tǒng)中采用的變倍方式基本上全為軸向變倍式。但是傳統(tǒng)的視場切換全程采用PID進行速度與位置的控制，變倍鏡一般情況下由電機驅(qū)動，電機帶動變倍鏡進行軸向移動，控制模塊控制連接電機驅(qū)動模塊，控制模塊中設(shè)置有PID控制的軟件程序，通過PID軟件程序控制電機驅(qū)動模塊，電機驅(qū)動模塊驅(qū)動電機進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)變倍鏡的軸向移動。該方式雖然定位精度可以滿足光學(xué)系統(tǒng)的高精度要求，但在行程較長的軸向變倍機構(gòu)中，切換時間較長，在變倍行程較長的光學(xué)系統(tǒng)中其缺點更加明顯，這嚴重制約了軸向變倍紅外系統(tǒng)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種軸向變倍光學(xué)系統(tǒng)的變倍控制裝置和控制方法，用以解決傳統(tǒng)的變倍控制方法調(diào)節(jié)時間較長的問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種軸向變倍光學(xué)系統(tǒng)的變倍控制裝置，包括控制模塊，控制模塊用于驅(qū)動控制變倍光學(xué)元件在光軸上移動，光軸上還設(shè)有若干個到位開關(guān)，所述控制模塊采樣連接所述到位開關(guān)；各到位開關(guān)與光學(xué)系統(tǒng)的各視場對應(yīng)，設(shè)于設(shè)定位置處:用于在所述變倍光學(xué)元件向?qū)?yīng)的視場位置移動過程中，觸發(fā)對應(yīng)的到位開關(guān)。
[0005]所述控制模塊包括PID控制單元，當(dāng)變倍光學(xué)元件軸向移動到對應(yīng)視場對應(yīng)的到位開關(guān)處時，PID控制單元控制所述變倍光學(xué)元件在光軸上移動，以實現(xiàn)對變倍光學(xué)元件的精調(diào)Ο
[0006]所述變倍光學(xué)元件設(shè)置在一個滾珠絲杠上，利用所述滾珠絲杠進行軸向移動。
[0007]所述變倍光學(xué)元件為變倍鏡和/或補償鏡。
[0008]所述控制裝置還包括電機驅(qū)動模塊，所述控制模塊通過所述電機驅(qū)動模塊驅(qū)動控制所述變倍光學(xué)元件在光軸上移動。
[0009]—種專用于上述軸向變倍光學(xué)系統(tǒng)的變倍控制裝置的軸向變倍光學(xué)系統(tǒng)的變倍控制方法，所述控制方法為分段控制方式:第一段直接驅(qū)動變倍光學(xué)元件進行軸向移動，當(dāng)變倍光學(xué)元件到達對應(yīng)視場對應(yīng)的到位開關(guān)處時，啟動第二段控制，所述第二段控制為對所述變倍光學(xué)元件進行小范圍的位置精調(diào)。
[0010]采用三環(huán)PID控制方式對所述變倍光學(xué)元件進行所述小范圍的位置精調(diào)。
[0011]在確定所述變倍光學(xué)元件的位置之后，控制模塊控制鎖定所述變倍光學(xué)元件。
[0012]本發(fā)明提供的變倍控制方法采樣分段式控制方式，第一段利用到位開關(guān)感應(yīng)，實現(xiàn)長行程的快速運動，第二段進行小范圍的位置精調(diào)，這種方式較傳統(tǒng)的全程采用PID控制的方式，由于在第一段采用直接驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，快速移動光學(xué)元件，所以該方式占用的時間較短，切換時間較短，并且在第二段采用精調(diào)的方式，定位精度也得到很大的保障。所以，該控制方式不但能夠?qū)崿F(xiàn)快速調(diào)節(jié)，節(jié)約時間，而且還具有較高的控制和定位精度。
【附圖說明】
[0013]圖1是變倍控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2是變倍控制裝置的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0016]如圖1所示，軸向變倍紅外系統(tǒng)的變倍控制裝置包括控制模塊，總線通訊模塊和電機驅(qū)動模塊。該光學(xué)系統(tǒng)中有通過軸向移動來進行變倍調(diào)節(jié)的光學(xué)元件，電機驅(qū)動模塊控制連接用于控制該光學(xué)元件軸向移動的電機，電機驅(qū)動模塊完成驅(qū)動電機運行的任務(wù)，控制模塊完成控制流程執(zhí)行和計算等任務(wù)，并通過總線通訊模塊向電機驅(qū)動模塊發(fā)送相應(yīng)的控制指令，該控制模塊還具有狀態(tài)的發(fā)送與接收的作用。
[0017]該變倍控制裝置還包括若干個設(shè)置在光軸上的到位開關(guān)，控制模塊采樣連接所有的到位開關(guān)。到位開關(guān)與該光學(xué)系統(tǒng)的視場一一對應(yīng)，也就是說，該光學(xué)系統(tǒng)具有幾個視場，到位開關(guān)就有幾個，比如:如果該光學(xué)系統(tǒng)具有大中小三個視場，那么，到位開關(guān)為3個。本實施例以該光學(xué)系統(tǒng)具有三個視場為例。
[0018]另外，如果變倍光學(xué)系統(tǒng)中只有一個變倍鏡的話，那么，在控制該變倍鏡軸向移動時需要三個到位開關(guān)。但是，在一般情況下，光學(xué)系統(tǒng)中的用于變倍調(diào)節(jié)的光學(xué)元件為變倍鏡和補償鏡，變倍時需要同時軸向移動變倍鏡和補償鏡，那么，變倍鏡需要三個到位開關(guān)，補償鏡也相應(yīng)需要三個到位開關(guān)，即，該光學(xué)系統(tǒng)就需要六個到位開關(guān)。
[0019]所以，光學(xué)系統(tǒng)中的通過軸向移動實現(xiàn)變倍控制的光學(xué)元件的個數(shù)乘以3就是所需的到位開關(guān)的個數(shù)。本實施例以同時設(shè)置有變倍鏡和補償鏡的光學(xué)系統(tǒng)為例。相應(yīng)地，變倍鏡需要一個電機軸向控制，補償鏡也需要一個電機軸向控制。
[0020]變倍鏡和補償鏡設(shè)置在一個滾珠絲杠上，兩個電機分別驅(qū)動變倍鏡和補償鏡在滾珠絲杠上能夠沿著光軸方向進行相對或者相向運動，以實現(xiàn)變倍。
[0021]各到位開關(guān)設(shè)于設(shè)定位置處，用于在變倍鏡和補償鏡向?qū)?yīng)的視場位置移動過程中，觸發(fā)對應(yīng)的到位開關(guān)。
[0022]以下對于到位開關(guān)的設(shè)置進行具體說明:
[0023]對于變倍鏡，三個視場對應(yīng)有三個到位開關(guān):大視場對應(yīng)一個到位開關(guān)，中視場對應(yīng)一個到位開關(guān)，小視場對應(yīng)一個到位開關(guān)。例如:在中視場下，變倍鏡在光學(xué)系統(tǒng)中會有一個固定位置，變倍鏡在該固定位置處時該光學(xué)系統(tǒng)為中視場，并且，在變倍鏡軸向移動到該固定位置的路徑上的某一個點上設(shè)置對應(yīng)的到位開關(guān)，該某一個點與該固定位置之間有一定的距離，這一距離可以根據(jù)具體情況進行設(shè)置。在中視場調(diào)節(jié)下，變倍鏡在軸向移動到該固定位置的過程中，在該某一個點上會觸發(fā)對應(yīng)的到位開關(guān)。對于大視場和小視場中的到位開關(guān)的設(shè)置與上述原理相同。
[0024]對于補償鏡，三個到位開關(guān)的設(shè)置方式與變倍鏡的相同。
[0025]所以，不管是變倍鏡還是補償鏡，也不管三個視場中的哪一個視