航天立体测绘相机调焦机构的改进思考与展望

哈尔滨市第三中学 黑龙江哈尔滨 150000

航空地图摄像机是获取地面信息的重要方式之一。精确的检测和聚焦方法直接影响相机的稳定性。这是恒星长焦和高品质立体相机所需的关键技术之一。由于光学系统航天立体摄像机，振动，冲击和复杂的和可变的温度和压力下在所述轨道的大焦距当卫星发射会改变空气的折射率，折射率的光学系统的透镜。透镜材料的比率，曲率，厚度，电压的变化，膨胀和收缩的所有金属框架的半径导致该目标表面从所述CCD摄像机的焦平面偏离，从而降低了图像的分辨率，并直接影响到该图的精度的事实。因此，设计了一组聚焦机构来补偿CCD目标表面的位移。介绍了焦距调节的操作原理，凸轮调焦机构的组成，调焦机构的传递原理和误差分析。

1 调焦方式的选择

聚焦结构主要由光学系统，聚焦精度和环境条件决定。不同的光学系统具有不同的聚焦方法,即使相同的光学系统在结构和环境上不同，聚焦方法也是不同的,通常的聚焦方法如下。

1.1 镜子运动

镜组的移动类型可分为前组，中组和后组移动，前镜组移动。通过移动镜头光学镜头的前镜头，改变焦距来实现聚焦，通常用于小型流行相机。镜头组或后组移动，焦距随镜头中的组镜头或后组镜头移动而变化，镜头通常用于超级望远镜头。

1.2 焦平面镜的运动

如果光学系统的反向拦截很长，可以在最后一个镜头和图像平面之间添加一个镜子来改变光路以缩短相机的长度。可以通过调整镜子沿镜头背面光轴的位置来实现焦点调节,长焦距相机，具有高聚焦精度。

1.3 焦平面运动

通过移动图像介质（胶片或CCD）的图像表面使其与用于聚焦的光学系统的焦平面重合，它适用于具有小安装空间和短焦距的相机。结合航空航天立体摄像机的光学系统的特性，CCD摄像机（焦平面）的表面沿光轴移动。该方法的优点是相机的光学系统非常稳定。航空航天相机有两个主要的聚焦机制：一个是螺母的焦点，另一个是凸轮的焦点,这两种聚焦方法都有优点和缺点。螺母聚焦方法结构简单，成本低，但摄像机处于工作环境（真空，低温等），容易粘住，抗振性和冲击性差，聚焦方法精度高，结构简单。冷焊后，运动部件（齿轮，凸轮，蜗轮，蜗杆）没有冷焊或堵塞，但凸轮曲线的加工非常困难。由于工作环境的条件和航空立体声相机的精度，我们选择了具有两个凸轮曲线的聚焦模式，并通过凸轮动作将步进电机的旋转运动转换为CCD的线性运动。

2 调焦机构结构设计及分析

2.1 凸轮导向机构设计

凸轮引导机构是致动器，其实现CCD目标的表面在光轴方向上的线性移动并确定聚焦量，这是反映聚焦精度的重要部分。

凸轮由多个精密钢球支撑在固定气缸上。轴承架通过保持件固定，以便通过环修复提供支撑框架和固定缸之间的位置的相对调节，以便在球和固定缸之间提供间隙。小凸轮可以在固定的气缸上自由旋转，并且凸轮机构的轴向位置相对于固定气缸是恒定的。凸轮和齿圈通过特殊螺钉连接在一起。适配器轴通过两个精密轴承连接到凸轮上（轴承在凸轮槽中移动，轴承两侧和凸轮槽之间的间隙为零。这种设计旨在消除正负磁带。该机构还可以克服滚子上的凸轮槽宽度引起的滚子跳跃不规则，安装在轴座上，轴座固定在镜筒上。当旋转齿轮旋转时，凸轮表面和CCD目标旋转，光轴方向的线性运动和围绕光轴方向的旋转运动和光轴方向的旋转受到限制机构的限制，凸轮使图像透镜管的过渡区域沿光轴方向线性移动。轴和轴座，由此，聚焦马达的旋转运动被转换成边缘.CCD目标表面的光轴的直接移动方向。

2.2 聚焦机构的可靠性设计

聚焦机制是相机显示器的关键部件之一。 CCD相机卡的目标表面的偏移由聚焦机构补偿,为了确保相机图像的质量，它不仅需要具有高聚焦精度的聚焦机构，而且还需要足够的强度和刚度。在聚焦机构中，过渡轴和轴座的机械性能相对较弱。结构设计采用冗余设计，即在凸轮上对称设计两个凸轮曲线以形成两个凹槽。双轴和双轴座连接到CCD靶表面的示例性管，这可以提高凸轮机构的强度和刚度，确保聚焦精度，减小CCD阵列表面光轴的方向，并改善其优点,另外光轴的线性运动属于平滑运动[1]。

3 检调焦机构工作原理

航空立体测绘相机检测聚焦机构的控制原理框图如图1所示。

图1 检调焦工作原理框图

控制系统主要由两个电路组成。主循环是闭环控制循环。CCD目标表面的位置由检测器组件检测。位置数据经过数字模拟转换并存储在存储器中。聚焦控制器读取处理存储器中的数据并将其与理想校准值进行比较，然后将比较差（目标散焦量）发送到电源驱动器以控制聚焦电机操作，并调整聚焦电机的输出转矩，机构被传送到凸轮致动器以移动CCD目标表面，使得场景图像清晰地形成在摄像机的焦平面上，次级回路是开环控制回路，并且地面远程控制站通过摄像机根据相机发送的实际图像质量。注入远程命令以调整摄像机，并通过编码器检测CCD目标移动。

4 结语

基于散焦原因的分析和各种聚焦方法的比较，介绍了使用准成像远心光路形式的光学结构的相机聚焦机构。凸轮和导轨一起用于选择凸轮。旋转运动被转换成CCD目标表面的线性运动，并且通过调整图像平面运动来解决散焦问题。