航天立體測繪相機調焦機構的改進思考與展望

哈爾濱市第三中學 黑龍江哈爾濱 150000

航空地圖攝像機是獲取地面信息的重要方式之一。精確的檢測和聚焦方法直接影響相機的穩定性。這是恒星長焦和高品質立體相機所需的關鍵技術之一。由于光學系統航天立體攝像機，振動，沖擊和復雜的和可變的溫度和壓力下在所述軌道的大焦距當衛星發射會改變空氣的折射率，折射率的光學系統的透鏡。透鏡材料的比率，曲率，厚度，電壓的變化，膨脹和收縮的所有金屬框架的半徑導致該目標表面從所述CCD攝像機的焦平面偏離，從而降低了圖像的分辨率，并直接影響到該圖的精度的事實。因此，設計了一組聚焦機構來補償CCD目標表面的位移。介紹了焦距調節的操作原理，凸輪調焦機構的組成，調焦機構的傳遞原理和誤差分析。

1 調焦方式的選擇

聚焦結構主要由光學系統，聚焦精度和環境條件決定。不同的光學系統具有不同的聚焦方法,即使相同的光學系統在結構和環境上不同，聚焦方法也是不同的,通常的聚焦方法如下。

1.1 鏡子運動

鏡組的移動類型可分為前組，中組和后組移動，前鏡組移動。通過移動鏡頭光學鏡頭的前鏡頭，改變焦距來實現聚焦，通常用于小型流行相機。鏡頭組或后組移動，焦距隨鏡頭中的組鏡頭或后組鏡頭移動而變化，鏡頭通常用于超級望遠鏡頭。

1.2 焦平面鏡的運動

如果光學系統的反向攔截很長，可以在最后一個鏡頭和圖像平面之間添加一個鏡子來改變光路以縮短相機的長度。可以通過調整鏡子沿鏡頭背面光軸的位置來實現焦點調節,長焦距相機，具有高聚焦精度。

1.3 焦平面運動

通過移動圖像介質（膠片或CCD）的圖像表面使其與用于聚焦的光學系統的焦平面重合，它適用于具有小安裝空間和短焦距的相機。結合航空航天立體攝像機的光學系統的特性，CCD攝像機（焦平面）的表面沿光軸移動。該方法的優點是相機的光學系統非常穩定。航空航天相機有兩個主要的聚焦機制：一個是螺母的焦點，另一個是凸輪的焦點,這兩種聚焦方法都有優點和缺點。螺母聚焦方法結構簡單，成本低，但攝像機處于工作環境（真空，低溫等），容易粘住，抗振性和沖擊性差，聚焦方法精度高，結構簡單。冷焊后，運動部件（齒輪，凸輪，蝸輪，蝸桿）沒有冷焊或堵塞，但凸輪曲線的加工非常困難。由于工作環境的條件和航空立體聲相機的精度，我們選擇了具有兩個凸輪曲線的聚焦模式，并通過凸輪動作將步進電機的旋轉運動轉換為CCD的線性運動。

2 調焦機構結構設計及分析

2.1 凸輪導向機構設計

凸輪引導機構是致動器，其實現CCD目標的表面在光軸方向上的線性移動并確定聚焦量，這是反映聚焦精度的重要部分。

凸輪由多個精密鋼球支撐在固定氣缸上。軸承架通過保持件固定，以便通過環修復提供支撐框架和固定缸之間的位置的相對調節，以便在球和固定缸之間提供間隙。小凸輪可以在固定的氣缸上自由旋轉，并且凸輪機構的軸向位置相對于固定氣缸是恒定的。凸輪和齒圈通過特殊螺釘連接在一起。適配器軸通過兩個精密軸承連接到凸輪上（軸承在凸輪槽中移動，軸承兩側和凸輪槽之間的間隙為零。這種設計旨在消除正負磁帶。該機構還可以克服滾子上的凸輪槽寬度引起的滾子跳躍不規則，安裝在軸座上，軸座固定在鏡筒上。當旋轉齒輪旋轉時，凸輪表面和CCD目標旋轉，光軸方向的線性運動和圍繞光軸方向的旋轉運動和光軸方向的旋轉受到限制機構的限制，凸輪使圖像透鏡管的過渡區域沿光軸方向線性移動。軸和軸座，由此，聚焦馬達的旋轉運動被轉換成邊緣.CCD目標表面的光軸的直接移動方向。

2.2 聚焦機構的可靠性設計

聚焦機制是相機顯示器的關鍵部件之一。 CCD相機卡的目標表面的偏移由聚焦機構補償,為了確保相機圖像的質量，它不僅需要具有高聚焦精度的聚焦機構，而且還需要足夠的強度和剛度。在聚焦機構中，過渡軸和軸座的機械性能相對較弱。結構設計采用冗余設計，即在凸輪上對稱設計兩個凸輪曲線以形成兩個凹槽。雙軸和雙軸座連接到CCD靶表面的示例性管，這可以提高凸輪機構的強度和剛度，確保聚焦精度，減小CCD陣列表面光軸的方向，并改善其優點,另外光軸的線性運動屬于平滑運動[1]。

3 檢調焦機構工作原理

航空立體測繪相機檢測聚焦機構的控制原理框圖如圖1所示。

圖1 檢調焦工作原理框圖

控制系統主要由兩個電路組成。主循環是閉環控制循環。CCD目標表面的位置由檢測器組件檢測。位置數據經過數字模擬轉換并存儲在存儲器中。聚焦控制器讀取處理存儲器中的數據并將其與理想校準值進行比較，然后將比較差（目標散焦量）發送到電源驅動器以控制聚焦電機操作，并調整聚焦電機的輸出轉矩，機構被傳送到凸輪致動器以移動CCD目標表面，使得場景圖像清晰地形成在攝像機的焦平面上，次級回路是開環控制回路，并且地面遠程控制站通過攝像機根據相機發送的實際圖像質量。注入遠程命令以調整攝像機，并通過編碼器檢測CCD目標移動。

4 結語

基于散焦原因的分析和各種聚焦方法的比較，介紹了使用準成像遠心光路形式的光學結構的相機聚焦機構。凸輪和導軌一起用于選擇凸輪。旋轉運動被轉換成CCD目標表面的線性運動，并且通過調整圖像平面運動來解決散焦問題。