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1、第31卷第2期2012年4月飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)JournalofSpacecraftTT&CTechnoIogyV01．31No．2ADr．2012新型高精度變焦距系統(tǒng)設(shè)計(jì)”白翔(北京跟蹤與通信技術(shù)研究所·北京·lo0094)摘要：簡(jiǎn)要介紹了傳統(tǒng)凸輪結(jié)構(gòu)變焦距系統(tǒng)的原理、組成及存在的問題，并針對(duì)傳統(tǒng)凸輪結(jié)構(gòu)變焦距系統(tǒng)存在的主要問題．提出了一種新型高精度變焦距系統(tǒng)，用直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)替代凸輪機(jī)構(gòu)控制變倍組和補(bǔ)償組在直線導(dǎo)軌上線性或非線性精確移動(dòng)，用直線光柵尺替代電位計(jì)，完成焦距值實(shí)時(shí)輸出，并對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。該系統(tǒng)比傳統(tǒng)凸
2、輪結(jié)構(gòu)變焦距系統(tǒng)光軸晃動(dòng)減少90％，定位精度提高80％。關(guān)鍵詞：變焦距系統(tǒng)；光軸晃動(dòng)；實(shí)時(shí)焦距輸出值；靶場(chǎng)光測(cè)設(shè)備中圖分類號(hào)：V556．5：TH74文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：167d一5620(2012)oz一。ozl一04DesignofaHighPrecisionOpti己alZoOmSystemBAIXiang(BcjlngInstltuteofTracklngandTelecommunicationsTechnology，Beijing100094jAbstract：Th8principlea11dc。mposit
3、i。noftraditionalframeopticaIzoomsystemsaswellastheirexistingproblemsareintr。duced．Tosolvethec“ticalproblems，ahlghpreclsi。n。ptica】zoomsystemisdesignedbyreplacingthecamsystemcontrolledzoomwithastepmotorandbyreplacingpotcntiomctcroutputtedfocaldlstancewithagratingru
4、l—er．Comparedwithtraditionalframeopticalzoomsystems，opticalaXlsditherlsreducedby90％andalignmentac—curacyincreascsby80％．Keywords：0ptlcalZoonlSystem；0pticalAxjsDitlle。；AcLive0utputFocalLength；OpticalMeasurementEquip—mentfDrRangesO引言隨著靶場(chǎng)試驗(yàn)任務(wù)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，對(duì)光測(cè)設(shè)備的要求也在不斷提高，要求
5、設(shè)備對(duì)目標(biāo)能由近及遠(yuǎn)或由遠(yuǎn)及近地連續(xù)觀測(cè)，既能對(duì)目標(biāo)做大區(qū)域小倍率的概貌觀察．又能做小區(qū)域大倍率的細(xì)節(jié)觀察。只有連續(xù)變焦距系統(tǒng)可以保證當(dāng)目標(biāo)尺寸及距離發(fā)生變化時(shí)目標(biāo)仍能成一定大小的像，所以近年來研制的光測(cè)設(shè)備多采用變焦距系統(tǒng)?，F(xiàn)在靶場(chǎng)使用的變焦距系統(tǒng)主要問題是測(cè)角精度不高，不能滿足高精度測(cè)量要求，所以只能作為景象記錄設(shè)備。如果能解決變焦距系統(tǒng)測(cè)角精度不高的問題，那么設(shè)備既可以記錄景象，也可以測(cè)量角度，其未來發(fā)展空間會(huì)更廣闊。1變焦距系統(tǒng)的原理及組成變焦距系統(tǒng)的原理是利用多個(gè)透鏡組的移動(dòng)來改變系統(tǒng)焦距。在系統(tǒng)焦距變動(dòng)過程中
6、，像面位置會(huì)隨焦距的變化前后移動(dòng)，但接收靶面是固定的。所以，要在靶面上清晰成像，就必須通過移動(dòng)其他透鏡組對(duì)像面位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。變焦距系統(tǒng)是由前固定組、變倍組、補(bǔ)償組和后固定組4部分組成．如圖1口1所示。前固定組的作用是校正色差和二級(jí)光譜；變倍組在變焦過程中一般作線性運(yùn)動(dòng)，作用是改變系統(tǒng)焦距；補(bǔ)償組在變焦過程中一般作非線性運(yùn)動(dòng)．作用是補(bǔ)償像面移動(dòng)，使系統(tǒng)能清晰成像；后固定組的作用是縮短總艮和補(bǔ)償像差。2傳統(tǒng)凸輪結(jié)構(gòu)變焦距系統(tǒng)介紹2．1傳統(tǒng)凸輪結(jié)構(gòu)變焦距系統(tǒng)的工作原理傳統(tǒng)凸輪結(jié)構(gòu)變焦距系統(tǒng)是通過凸輪機(jī)構(gòu)控制變倍組和補(bǔ)償鏡組移動(dòng)
7、，實(shí)現(xiàn)焦距連續(xù)變化和像面位置調(diào)節(jié)。凸輪機(jī)構(gòu)主要由帶齒輪的凸輪、軸承環(huán)、————^一*收稿日期：20lI一0802；修回日期：2011—12—13作者簡(jiǎn)介：白翔(1978一)，男，碩士．工程師，主要從事靶場(chǎng)光學(xué)測(cè)控設(shè)備的研究；Emall．bxIan966@sina．com飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)第31卷位置前固定組變倍組補(bǔ)償組后崮定組長(zhǎng)焦距位置圖1變焦距系統(tǒng)Fig．10pticalzo姍system導(dǎo)軌、導(dǎo)釘、導(dǎo)環(huán)等組成，如圖2[23所示。凸輪圓周上開有2條空間曲線導(dǎo)槽，2條空間曲線是通過變焦方程計(jì)算得到的，l條為變倍組移動(dòng)使用，1
8、條為補(bǔ)償組移動(dòng)使用，如圖3[3]所示。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)使凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸輪通過2條空間導(dǎo)槽帶動(dòng)固定在變倍組和補(bǔ)償組上的2個(gè)導(dǎo)釘沿導(dǎo)槽曲線運(yùn)動(dòng)，再通過2條水平導(dǎo)軌的導(dǎo)向作用，將凸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為變倍組、補(bǔ)償組沿光軸方向按預(yù)定的關(guān)系平行移動(dòng)。主(a)橫切面圖(b)縱切面圖圖2凸輪機(jī)構(gòu)圖Fig．2Camsystem：(a)ho
