机载航空侦察相机调焦机构设计

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空间相机调焦机构精度检测系统设计

ａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｋｅｙｓｔａｔｅｊｕｄｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ，ｗｈｉｃｈｗａｓｕｓｅｄｔｏ
ＸＵＺｈｉ — ｔａｏ，ＬＯＮＧＫｅ — ｈｕｉ ¨，ＬＩＵＪｉｎ — ｇｕｏ，ＬＶＳｈｉ — ｌｉａｎｇ
（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ．
．
ｍｅｉｒｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｆｏｃｕｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｏｒｋｅｄｓｔａｂｌｙ，ａｎｄｉｔｃｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｆｏｃｕｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａｆｔｅｒｂｅｉｎｇｍｏｄｉｆｉｅｄ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｏｔｈｅｒｃａｍｅｒａｓ

双波段航空相机红外调焦机构的设计

双波段航空相机红外调焦机构的设计现在，随着中国航空航天技术的飞速发展，航空相机在航空摄影中发挥着越来越重要的作用。

为了满足航空摄影任务的要求，红外调焦机构作为相机的关键组成部件之一，正受到广泛的关注和应用。

本文以“双波段航空相机红外调焦机构的设计”为标题，介绍了双波段航空相机红外调焦机构的设计原理、可行性以及设计思路等，以期为航空摄影技术的发展提供技术支撑和支持。

红外调焦机构是航空相机眼位调整和视觉控制的关键技术，它有助于保持视觉模糊度，也有助于实现航空相机的最佳视觉性能。

因此，双波段航空相机红外调焦机构的设计具有重要的实际意义。

针对双波段航空相机红外调焦机构的设计，在前期设计阶段，采用了广泛的设计方法，包括建立一个准确的理论模型，绘制示意图，计算载荷，确定参数，优化设计，最终确定形状及尺寸等。

此外，设计过程还考虑到了质量、成本、设计进度以及飞行安全性等因素。

在设计实现中，采用3D计工具建立三维模型，并计算模型的空间坐标，计算结果可以用来评估模型的精度;之后进行分析仿真，选择传动元件，通过单片机完成模型的控制和调节。

为了提高机械结构的稳定性，设计使用了尾梁结构，由四根尾梁和四个联接板构成。

其中，尾梁采用聚酰胺材料制成，耐高温，可以抵抗机载热载荷;联接板为铝材，采用合金热处理技术，抗飞行载荷，确保结构的可靠性能。

此外，红外调焦机构控制系统的应用是双波段航空相机红外调焦机构设计的又一侧重点。

首先，在设计控制系统前，分析双波段红外图像的特点;基于此，采用简单的控制算法，实现智能化调焦控制。

具体来说，控制系统通过采集双波段图像，计算特征参数，根据特征参数与设定好的阈值进行比较，从而实现自动调焦。

此外，系统中还采用了单片机控制器，以实现提高系统的强可靠性能和功能完善性。

本文介绍了双波段航空相机红外调焦机构的设计，该设计采用了许多新的技术，包括高精度的设计建模、有效的结构优化、质量和成本的考虑以及完善的控制系统。

基于传感器的自动调焦系统设计

计实用可靠，调焦速度快，精度高，完全满足高机动性航空摄影侦察的需要。关键词：航空相机；感器；传离焦；自动调焦；光学测试
中图分类号：Ｔ９Ｐ３１文献标识码：Ａ文章编号：１０－７７２１）４０１－３００－８（０１０－１１０９
（ｖｌｒｎｕｉｌｎｉｅｒｎａｅｉｇａｒｎｈＱｎｄｏ２６４，ｈｎ）ＮａａＡｅｏａｔａｇｎｅｉｇＡｃｄｍｙＱｎｄｏＢａｃ，ｉｇａ６０１ＣｉａｃＥ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｅｅｆｃｆｔｅｃａｇｆａｍｏｐｅｉｐｅｓｒｔｍｐｒｔｒｎｂｉｕｈｔｇａｈｃｄｓａｃｎｈｆｔｏｈｈｎｅｏｔｓｈｒｒｓｕｅ，ｅｅａｕｅａｄｏｌｅｐｏｏｒｐｉｉｔｎｅｏｅｃｑ
航空相机由于工作环境条件（气压力、度）化引大温变
起的成像位置变化较大，这样，其他各种提高摄影分辨率的
努力会因成像位置变化所引起的影像分辨率急剧下降而前
功尽弃。此外，由于不同飞行高度不同摄影角度对应的摄影斜距的变化，也会明显导致航空相机成像位置的偏离，因
而，性能航空相机需要有自动调焦系统。目前，空相机高航采用的一种光电自准直调焦方法Ｊ具有通用性好、制，控
ｂｅｎｇｏｆｆｃｆａｒａａｒｕｎｅａｏｏｒｐｓａｌｚｄ．ｅｓｍｐｌｔｑｔｏｉｅｅｔｄｉｉｕｔｏｏｕｓｏｅｌｃｍｅａｄｒｇａｒｌｐｈｔｇａｈｉｎａｙｅＴｈｉｅｍａｈｓｅｕａｉｎｓｐｒｓｎｅｎｉｉｉ

双波段航空相机红外调焦机构的设计

双波段航空相机红外调焦机构的设计摘要空中航空相机调焦机构设计是一项技术性的研究课题，本文旨在设计一种双波段红外光学调焦机构，为航空相机提供高精度的红外摄影能力。

在本文中，我们提出了一种新的双波段红外光学调焦机构的设计方案，该设计方案可实现航空相机高精度的红外摄影能力。

此外，本文也介绍了关键组件、设计方法与评估标准，以及最终实现高精度红外摄影能力的总体设计流程。

一、双波段红外光学调焦器概述1、目标实现对航空相机的高精度红外摄影能力。

2、原理采用双波段红外光学调焦器，实现航空相机的高精度红外摄影能力。

二、关键组件1、镜头选用双波段红外透镜组，质量要求高，确保可以满足要求的调焦质量以及抗蓝色的高品质。

2、光源本调焦机构采用灯管，能够使调焦机构性能达到最优，且又具备可靠性和稳定性。

3、调焦机构采用抗磁性精密电机，实现精确快速的调焦，抗干扰性良好，可保证稳定性和可靠性。

三、设计方法与评估标准1、设计方法采用“系统设计”方法，考虑多种情况进行设计，实现红外调焦机构的可靠性和稳定性。

2、评估标准根据航空相机系统需要，评估调焦机构性能时考虑调焦速度、准确度、可靠性、抗干扰能力等方面。

四、总体设计流程1、了解背景了解现有航空相机系统的性能参数，并确定调焦机构输出要求。

2、设计流程确定调焦机构结构和拓扑，优化出具有可靠性、可靠性的调焦机构的参数；确定关键组件；设计安装及使用操作方法；设计及制作出试验装置；实施性能测试。

3、验证根据评估标准，验证调焦机构的性能。

五、总结本文介绍了一种双波段红外光学调焦机构的设计方案，专为实现航空相机的高精度红外摄影能力而设计。

该设计方案包括调焦关键组件、设计方法与评估标准以及总体设计流程，并通过性能测试进行验证。

后续研究方向主要集中于论证双波段红外光学调焦机构的可靠性、稳定性，以及在实时图像采集与分析等方面的实现。

双波段航空相机红外调焦机构的设计

双波段航空相机红外调焦机构的设计红外调焦机构是目前较为常用的技术之一，它可以解决在变焦全调节象片镜头过程中，红外调焦不准确的问题。

红外调焦技术在普通摄像机中有着极大的应用，而在航空相机中，红外调焦机构更是不可缺少。

基于此，双波段航空相机红外调焦机构的设计成为当前航空相机研究的一项重要内容。

首先，在研究双波段航空相机红外调焦机构的设计之前，我们需要先对红外调焦原理有一定的了解。

红外调焦是使用红外线来调整象片镜头的焦距，以调整图像的清晰度。

红外调焦系统包括红外调焦旋钮、红外光源和红外探测器，这三部分组成了红外调焦装置。

当红外调焦旋钮转动时，红外光源会向象片镜头发射红外线，红外探测器则接收到镜头反射回来的红外线，这些信号会被发送到控制系统，由控制系统根据信号的强弱来控制镜头的焦距。

其次，在双波段航空相机红外调焦机构的设计中，应把握两个基本原则：一是实现红外调焦系统全自动化，不需要人工调整；二是确保红外调焦性能的稳定可靠。

针对双波段航空相机红外调焦机构的设计，可采用双波段红外调焦系统来实现红外调焦的自动化。

该系统控制分两部分：红外光源控制系统和红外数据系统。

红外光源控制系统负责将红外光源的频率和功率控制到正确的位置，以此来调节象片镜头的焦距；而红外数据系统则用于采集红外信号的数据，以判断调整的位置是否正确以及镜头的调焦状态是否准确。

最后，针对双波段航空相机红外调焦机构的设计过程，需要进行充分的理论分析和计算，以确保系统运行良好。

例如，需要考虑红外光源的强度，以确保象片镜头调整时不会受到外界干扰；还需要考虑红外信号接收敏感度，以便准确控制象片镜头的调焦；还应分析不同波段红外信号的对比关系，以准确调整象片的焦距。

此外，也应对双波段航空相机红外调焦机构的设计进行实际试验，通过测量来检验机器性能。

综上所述，双波段航空相机红外调焦机构的设计是一项复杂的任务，必须具备理论知识和实践经验，以达到准确调整象片镜头焦距的要求。

一种航空画幅遥感相机调焦机构的设计

ｐｓｔｏｆｒｆｃｉｎｍｉｒｒｔｅｔｈｅｏｕｒｂｅｏｉｎｏｅｌｔｒｏｏｓｔｌｔｅｄｆｃｓｐｏｌｍ．ＶｅｉｙｔａｏｕｉｇｍｉｒｒＳａｃｒｃｈｉｅｏｅｒｆｈｔｆｓｎｒｏｃｕａｙｉｔｅｃｎｃｎｉｉｎｏｙａｉｎｉｏｍｅｔｍｅｔｓｎｅａｄｏｄｔｆｄｎｍｃｅｖｒｎｎｅｓｕｉｇｄｍｎ．ｏＫｅｒｓ：ｕｉｇｓｒｃｕｅ；ｏｕｉｇｃｍ；ｌｅｇｉｅｒｉ；ｆｕｉｇａｃｒｃｙｗｏｄｆｓｎｔｕｔｒｆｓｎａｃｏｃｉｕｄａｌｏｓｎｃｕａｙｎｃ
１引言
航空遥感相机是获取地面信息的重要手段之一［引ｈ。遥感相机工作时所处的环境条件（如冲击、Байду номын сангаас振动、压力、温度等）非常复杂，为保证在复杂的环境条件下的成像质量，要求相机不但具有优良的结构性能，而
且应具有良好的环境适应性能，尤其是对温度、压力变化的适应性。由于环境条件的变化，相机的焦面将产生不同程度的偏移，为保证相机在比较复杂的环境条件下的成像质量，需对相机变化的像面加以校正，因
２ＧａｕｔｉｅｓｙｏｅＣｉｅｅＡｃｄｍｙｏｉｎｅＢｉｎ００９Ｃｈｎ）．ｒｄａｅＵｎｖｒｉｆｈｈｎｓａｅｆｅｃｓ，ｅｊｇ１０３，ｉａｔｔｃＳｉＡｂｔａｔＩｅｓｆｒｈａｆｃｓｎｔｕｔｒｈｔｉｔｏｖｅｉｌｆａａｒｅｏｕ．Ａｆｅｓｒｃ：ｔｓｔｏｔｏｕｉｇｓｒｃｕｅｔａｓｏｓｌｅａｒａｒｍｅｃｍｅａＳｄｆｃｓｔｒｃｍｐｒｓｎａｏｇａｆｗｏｕｉｇｓｈｍｅ，ｃｏｓｎｆｔｅｗｈｃｓｆｏｃｒａｎｃｍｅａＵｓｏａｉｏｍｎｅｆｃｓｎｃｅｓｈｏｅｏｅｏｈｍｉｈｉｉｔｅｔｉａｒ．ｔｅｆｃｓｎａａｄｌｅｇｉｅｒｉ，ｔａｓｅｈａｏａｉｇｉｔｈｅｅｔｎｍｉｒｒＳｌｅｍｏｅｎ，ｏｕｉｇｃｍｎｉｕｄａｌｒｎｆｒｔｅｃｍｓｒｔｔｎｎｏｔｅｒｆｃｉｒｏｉｖｍｅｔｎｌｏｎ

双波段航空相机红外调焦机构的设计

（ｈｎｃｕｎｔｕｅｏｐｉｓＦｎｃａｉｎｈｓｓＣｉｅｅａｅＣａｇｈｎＩｓｉｔｆｔ，ｉｅＭｅｈｎｃａｄＰｙｉ，ｈｎｓｄｍｙｔＯｃｓｃＡｃ
ｏｃｅｃｓＣａｇｈｎ３０１Ｃｉａｆｉｅ，ｈｎｃｕ１０３，ｈｎｊＳｎ
为Ｏ０６ｍ，满足使用要求仿真分析结果表明，该方法具有可行性。．２ｍ０
关键词：空相机；调焦机构；蜗轮蜗杆；偏心凸轮航中图分类号：Ｔ２４文献标识码：ＡＮ１ＤＯ：１．６／ｉｎ１７—７５００９０Ｉ０９９ｊｓ．２８８．１．．２３．ｓ６２００
ＡｂｔａｔＴｏｃｍｐｎａｅｔｅｄｆｃｓｎｆａ。ａｅｉｌａｅａｉｏｐｉａｅｎｉｏｍｅｔａｓｒｃ：ｏｅｓｔｈｅｏｕｉｇｏｄｕｌｂｎｄａｒａｍｒｎａｃｍｌｔｄｅｖｒｎｎ．ａｃｃｆｃｓｎｅｈｎｓｉｓｇｅ．Ｔｈｅｈｎｓｃｍｐｎａｅｈｅｏｕｉｇｂｓｎｒ — ｅｒａｄｏｕｉｇｍｃａｉｍｓｄｅｉｎｄｅｍｃａｉｍｏｅｓｔｓｔｅｄｆｃｓｎｙｕｉｇａｗｏｍｇａｎａｃｅｔｉａｔｏｖｒｈｏａｉｎｏｈｏｕｉｇｃｍｎｏｔｅｓｒｉｈｉｅｍｏｉｎｏｉｒｒｎｅｃｎｒｃｃｍｏｃｎｅｔｔｅｒｔｔｏｆｔｅｆｃｓｎａｉｔｈｔａｇｔｌｔｏｆａｍｒｏ．ｎＩａｈｄｖｎａｅｆｈｇｒｎｍｉｓｏａｉ，ｔｂｅｏｅａｉｎｏｐｃｔｕｔｒ，ｎｉｉｒｔｏ，ｅｆｔｈｓｔｅａａｔｇｓｏｉｈｔａｓｓｉｎｒｔｏｓａｌｐｒｔｏ，ｃｍａｔｓｒｃｕｅａｔｖｂａｉｎｓｌ－ｌｃｉｇａｄｍｏｕｌｒｚｔｏｏｋｎｎｄａｉａｉｎ．Ｔｈａｃｌｔｏｅｕｔｓｏｈｔｉｓｆｃｓｎｉｒｒｈｓａｄｓｌｃｍｅｔｅｃｌｕａｉｎｒｓｌｈｗｓｔａｔｏｕｉｇｍｒｏａｉｐａｅｎｐｅｉｉｎｏ．０６ｍｎｈｉｌｔｏｅｕｔｓｏｈａｈｅｈｓｆａｉｌ．ｒｃｓｏｆ００２ｍａｄｔｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｈｗｓｔｔｔｅｍｔｏｄｉｅｂｅｓＫｅｗｏｄｓｙｒ：ａｒａａｅａｏｕｉｇｍｅｈｎｉｍ；ｗｏｍ — ｅｒｅｃｎｒｃｔａｅｉｌｍｒ；ｆｃｓｎｃａｓｃｒｇａ；ｃｅｔｉｉｙｃｍ

研究航空相机自动调焦系统的设计

徐梁（中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所洛阳４７１０００）
摘要：航空相机是一种专门安装在航空器上对地面上的事物进行投影扫射的光学摄影器材工具。航空相机自动调焦系统的设计需要考虑多种
多样自然环境，包括大气压力，风力、空气阻力，自然温度号多种自然气候的影响，所以说，航空相机自动调焦系统的设计是一项专业，充满高技
术含量的研究和开发工作。
关键词：航空相机自动调焦系统设计
中图分类号：Ｖ２４５．号：ｌ６７４ — ０９８ｘ（２０１４）０１（ａ）一ｏ０２卜０ｌ
杂中中显现动作的流利性和顺成性。自动变焦的过程应考虑到自然界方方面面因素的影响，自动变焦受外界因素影响最重的就是大气厚度以及阳光的照射度。大气的厚度严重影响自动变焦的拍摄角度和拍摄质感，要想拍出更加有质感清晰度的画面，需要加上红外线强大的拍摄工具，将红外线与自动变焦的镜头做到双重和的对焦效果，保障红外线与自动变焦的同步性和及时性，使自动变焦与红外线形成完整的统一效果。在自动变焦回应主机台的过程中，应加强主体
对焦度是一个相机最基本的功能，如果不能做到正确的对焦，拍摄任何画面都无从谈起。这对于航空相机的要求更为重１航空相机的发展历史要，航空相机拍摄时对角度主要受大气压航空相机被称为是一种安装在航空器力的影响，大气压力受大气温度的直接影上的光学摄影仪器。１９１４年７月２８日，历史上响。对角度要考虑到司机运行飞机时的熟第一次世界大战爆发，英国皇军为了得到有练程度，要考虑到大气压力、风力等等。如关德国军队更多军情信息，耗费大量的人力果飞机在遇到强气流时遇到颠簸就会造成物力进行航空事业的研究，利用高科技的对焦度的严重虚光，这将直接导致画面成摄影技术通过航空飞机进行俯拍以此来取形力度的模糊。另外一个影响对角度的就得德国军情信息。在此后的战争中，英国军是相机本身的设置问题，操作者在进行航人再次加大了在航空相机方面的研究。从空飞机设置时，应以全局的眼光进行把控，此，航空相机的自动变焦系统也在发生着一根据航空相机的相关条例规定，认真核对定的研究和改革。相机设置的每一步，在相机的设置问题上，要严格把控相机的熟练性和操作性，确定相机拍摄的自由流通进行。确定航空燃料２航空相机的安装程序在航空燃油的选择时，要注重航空相机的安装程序需要遵循一定的的准时准点，航空燃料的选择，把航空燃料的选择作为前后顺序，零件的正反面要看清楚，包括相首要的任务。在选择燃料时，一定要通过专机英制螺丝、相机的主镜头和次镜头等零确保燃料无任何杂乱脂质，件的先后顺序。如果不小心就会造成相机业机器的检测，如此才能确保航空飞机的顺利飞行和拍的成像力度，更严重的还会导致相机反馈给总体来说，影响对角度的因素是多种多主机台的信息错误。相机的安装程序大致摄。样的，如何找到一种更好的方式阿狸防止如此，安装者需要确保相机电源的足够充是航空相机工足，电源对相机来说是最起码的保障。而后对角度的变化以及不对称，作者必须严格执行的任务和而研究学习的工作需要交换机的相互对接，使相机支架与螺丝的位置保持一定的统一性，然后就目标。是相机镜头的保护，在相机的镜头上一定要涂上大量的消毒药水，保障相机的湿润程度，确保拍摄到的画面清晰。为相机的安装加上强有力的红外线支持，因为航空相机距离地面的距离太远，中间还需要考虑诸多不确定的外界自然因素。所以说，安装红外线仪器支持是非常有必要的。在红外线的选择上，一定要侦测红外线的最远穿射力度和最近穿射力度，这样才能使红外线与相机的拍摄形成统一的拍摄角度，做到时间上的统一和地点上的统一。最后对于防护罩的选择非常重要，防护罩最大的作用就是保护相机的镜头不被破坏，因为在外界自然空间中，大量的飞乌对于相机而言是非常危险的。所以说防护罩的选择必须谨慎和认真，保证防护罩有足够的坚固性，有保护相机镜头的专业抗压力。以此来保证航空相机拍摄的顺利进行。另外航空相机的拍摄一定要提前注意天气情况的变化，如果不注意天气情况，不仅不能够按时的完成拍摄任务，严重的还会危及到航空司机的安全。所以说，航空相机安装的程序尤

航天遥感CCD相机检焦控制系统设计

航天遥感CCD相机检焦控制系统设计随着航天遥感技术的迅速发展，基于卫星平台的光学遥感相机对地观测成像是获取地面信息的主要途径之一，航天CCD相机作为一种重要的获取地面信息手段，能够获取直观、清晰的遥感图像信息，在航天遥感技术中起着举足轻重的作用[1，2]。

航天相机离焦是影响相机成像质量的重要因素。

航天相机在运载发射过程中会受到冲击、过载、振动、空气压力变化，相机在空间轨道运行中，受到太阳周期辐照而导致环境温度变化，这些因素都可能影响相机光学材料、机结构材料，而导致光机结构产生微变化和光学镜头组件曲率半径变形、反射镜镜面变形，从而导致相机焦距发生变化，成像平面偏离CCD焦平面位置产生离焦现象[3-5]，影响相机系统MTF和成像质量。

为使在上述的环境条件下，保证相机的成像质量，实时获得最佳分辨率图像，就必须对离焦进行补偿。

本文针对某型航天遥感CCD相机的设计的调焦机构，为检测出调焦机构的运动精度，设计了一种基于单片机80C32E检焦系统，以检测出相机调焦机构实际运动精度。

此检焦系统具有简单实用、成本低、可靠性高、精确性和快速性好等特点。

二、检焦系统方案设计针对检焦系统功能需求和接口需求，在充分分析相机调焦机构的组成和机械结构配合，提出本文的检焦控制系统方案。

相机的检焦控制系统构成：相机上位计算机、与上位机通讯接口电路部分、检焦系统控制器80C32E、检测系统电源电路变换及控制器外围电路、步进电机控制驱动电路、步进电机、调焦传动机构及CCD焦平面部件、CCD焦平面位置编码器组成。

其中用于位置检测的位置编码器部分包括码盘及光电转换电路、粗码精码放大电路、整形、锁存、A/D转换。

三、检焦系统控制器电路设计在确保技术要求的前提下，尽量使结构紧凑，用件少、体积小、重量轻、可靠性高、控制器最小系统。

此检焦系统选用单片机80C32E 芯片为主控制器芯片，检焦电路控制器及其外围电路包括时钟电路、复位电路、工作模式控制开关等。

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第27卷第12期 Vol.27 No.12
差值 4″ 3″ 3″ 3″ 1″ 4″ 1″ 1″ 2″ 0″ 4″ 2″ 3″ 2″ 5″ 5″ 2″ 1″ 4″ 1″
6结论
本文对航空相机引起离焦的因素进行了分析，
并提出了相应的解决方法。设计了一套高精度的调焦机构，该调焦机构传动误差不大于 0.015 mm，运动精度不大于 10″。满足设计、使用要求。
文献标识码： A
DOI： 10.3788/OMEI 20102712.0073
Design of Auto-focusing Gear on Airborne Reconnaissance Camera
DONG Bin， TIAN Hai-ying， ZHENG Li-na， XU Yong-sen (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China )
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Dec. 2010
光机电信息
OME Information
机械位置（㎜）
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
静态精度
2
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
动态精度
表1 振动验后直线运动机构精度检测数据
水平读数
差值
机械位置（㎜）
4 调焦机构误差分析
调焦机构的误差主要包括调焦机构的误差和调焦反射镜的位置精度误差[5]。其中，调焦机构误差主要是指齿轮副传动的空回和直线导轨的传动误差。采用最大误差法进行分析，齿轮副传动的空回不大于 0.01 mm，直线导轨的传动误差＜0.002 mm。
由调焦机构的结构特点可知，调焦反射镜须与光轴成 45°，若发生偏离，则将使调焦时的实际像面偏离理想像面一定角度，从而使像面处产生不同程度的离焦现象，直接影响到相机的成像质量。调焦反射镜位置偏差简图如图 3 所示。
1引言
航空相机所处的工作环境条件 (如冲击、振动、
压力、温度等) 非常复杂，相机的成像质量除了受光学系统形式制约外，还受大气、杂光、温度等诸多因素的影响[1]。在影响像质的诸多因素中，环境条件
73
Dec. 2010
光机电信息
OME Information
1″
-0.5
4′54″
1″
-1
4′56″
2″
-1.5
4′59″
3″
-2
4′51″
8″
-2.5
9″
俯仰读数 4′56″ 5′00″ 4′57″ 5′00″ 4′57″ 4′56″ 4′59″ 5′00″ 5′01″ 5′03″ 5′03″ 5′01″ 4′59″ 5′02″ 5′00″ 4′55″ 5′00″ 5′02″ 5′03″ 4′59″ 5′00″ 7″
以获取清晰的图像[2]。
3 调焦机构设计
航空相机常用的调焦方法主要有镜头移动式、像面移动式、反射镜移动式等，具体的调焦结构也多种多样。
该机的光学结构如图 1 所示。该相机镜头体积、重量比较大，不便于采用镜头移动式的方法实现调焦；而像面移动式结构较为复杂，精度要求相对较高，不适合采用。因此，在光学系统的后截距处增设一个与光轴成 45°的反射镜，通过沿光轴方向移动反射镜，调整相机的后截
பைடு நூலகம்
和温度发生改变，使相机镜头焦距改变，引起焦面
的移动。此外，随着飞行高度的变化，物距是不断
变化的，因而使像距发生改变。相机镜头焦距和相
机照相距离的改变都会导致像距的改变，使像面产
生变化。为了保证获得清晰可靠的图像，需要对相
机进行调焦补偿。所谓调焦就是指沿光轴方向改变
物面 (或镜头) 的位置, 使物像关系满足高斯公式，
参考文献
[1] 修吉宏，翟林培. 影响航空图像质量的主要因素分析[J]. 红外， 2005， 8(8)： 10-16. [2] Lareau A G. Flight demonstration of the CA-261 step frame camera[J]. SPIE， 1997， 3128： 17-28. [3] 惠守文. 长焦距斜视实时航空相机离焦补偿[J]. 光学精密工程， 2003， 11(2)： 162-165. [4] 丁亚林, 田海英, 王家骐. 空间遥感相机调焦机构设计[J]. 光学精密工程， 2001, 9(1): 35-38. [5] 张洪文. 空间相机调焦技术研究[D]. 长春: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所硕士学位论文, 2003. [6] 林为才. 王晶．一种新型调焦机构的设计［J］．长春理工大学学报， 2007， 30(4)： 46-48. [7] 毛英泰. 误差理论与精度分析［M］．北京：国防工业出版社， 1982： 147-151.
调焦机构采用步进电机作为驱动，以多圈绝对
式编码器为检测元件，以精密凸轮作为传动元件，
利用精密直线导轨将旋转运动转换为直线运动。调
焦机构方案如图 2 所示。
直线导轨
调焦凸轮反射镜支架调焦反射镜
图 2 调焦机构设计方案图
第27卷第12期 Vol.27 No.12
本调焦机构具有如下优点: （1）能够同时对大气压力、温度变化和照相距离变化引起的离焦量进行补偿，补偿精度高；（2）精密滚动直线导轨运动摩擦阻力较小, 行走和定位精度及重复定位精度较高。
L
光机电信息
OME Information
5 试验与测试
调焦机构处在重力场、相机内部温度环境场共同作用的环境中，还要承受一定的随机振动。因此，要求调焦机构具有很强的环境适应能力，具有结构稳定性[6]。
为了验证调焦机构的设计是否合理，能否满足使用要求，对调焦机构进行了振动实验。根据载机环境条件要求，随机振动加速度功率谱密度的均方根值为 9.18 g。
74
Dec. 2010
镜头部分
第27卷第12期 Vol.27 No.12
焦面位置
调焦反射镜图 1 相机光学结构示意图
距，改变光学焦面的位置，实现调焦[3]。
相机允许的离焦误差是相机的半倍焦深（简称
半焦深），在半焦深范围内，像质不改变，若离焦超出半焦深，会使光学成像质量显著变坏[4]。半焦深的
4′55″
-
-2.5
4′57″
2″
-2
4′59″
2″
-1.5
4′55″
4″
-1
4′56″
1″
-0.5
4′55″
1″
0
4′52″
3″
0.5
4′56″
4″
1
5′00″
6″
1.5
4′54″
6″
2
4′50″
4″
2.5
4′54″
4″
2
4′55″
1″
1.5
4′55″
0″
1
4′54″
1″
0.5
4′52″
2″
0
4′53″
计算公式如下：
δ= △z ＝2F2λ
(2)
2
式中， △z 为焦深； δ 为半倍焦深； F 为镜头相对孔径
的倒数，即 F 数；
光学系统的 F 数为 8，允许的半焦深为 0.09 mm。
综合考虑温度、气压以及零位误差、热控误差、非
线性误差等因素的影响，调焦机构的设计精度选择
应优于 0.02 mm。
作者简介：董斌（1980-），男, 汉族, 吉林长春人，硕士，助理研究员， 2009年于中科院长春光机所获得硕士学位，主要从事航空遥感器的研制。 E-mail： dwz_863@
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Dec. 2010
照相距离的变化使相机像点产生变化，是造成相机
离焦的主要因素。
由几何光学成像关系可知，对于焦距一定的物
镜，物、像之间存在共轭关系，即满足高斯公式：
1 +1 =1
(1)
l l′ f
式中， f 为镜头焦距， l 为地物到镜头前主面距离， l′
是镜头后主面到像面的距离。
相机在工作时，随着工作高度变化，大气压力
第27卷第12期 Vol.27 No.12
文章编号：1007-1180(2010)12-0073-04
光机电信息
OME Information
机载航空侦察相机调焦机构设计
董斌，田海英，郑丽娜，许永森
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033）
摘要：本文针对一种机载和航空侦察相机，研究了导致航空相机焦面偏离的各种原因，指出温度、大气压
驱动反射镜座沿水平方向往复运动，观察平行光管中的读数在一个行程中的最大和最小值，两者的差值即是机构在一次行程中的行走精度的动态数值。多次测量，并取平均值，作为机构行走精度的动态数值[7]。
检测数据如表 1 所示。由表 1 可知，调焦机构在水平和俯仰两个方向上的静态运动精度分别为 8″和 6″，动态运动精度分别为 9″和 7″，均满足使用要求。
在振动实验后，对整个机构进行了通电测试，导轨运动平稳，机构可正常工作。精度检测示意图如图 4 所示。