[发明专利]自适应调焦光学系统及调焦方法

说明书

技术领域

本发明涉及机电领域，尤其涉及一种用于微小卫星的自适应调焦光学系统及调焦方法。

背景技术

现代光学微小卫星具有重量轻、体积小、功耗小等特点，逐步广泛应用于遥感、空间科学试验、深空探测等方面，对未来航天领域的发展起到了重要的作用。但是，光学卫星在发射过程中可能会因振动导致星载光学系统出现离焦现象。光学系统离焦是影响成像质量的重要因素, 为了获得理想的卫星图像, 卫星发射后必须重新检查光学系统的焦面位置, 必要时对光学系统进行在轨调焦。

现有技术提出了多种手动调焦光学机构，但这些调焦机构属于地面手动调焦光学系统，需要人工操作，无法实现卫星在轨航天的自适应调焦。传统的光学卫星多采用电机驱动、气缸驱动、液压驱动等传统的机械调焦机构，调焦精度不高，而且导致光学系统体积和重量都较大，使得卫星成本较高，同时也无法满足现代光学微小卫星重量轻、体积小、功耗小的任务要求，而且无法在星上实现自适应调焦。中国专利201310258010.0提出了一种应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置，比传统的机械调焦装置精度高、重量轻，但是该机构活动导轨较多，并且缺少调焦量程放大机构，在大口径的光学系统上仍然存在体积和重量较大的问题，不具备应用于微小卫星的自适应调焦能力。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中调焦机构调焦精度不高，无法满足现代光学微小卫星重量轻、体积小、功耗小的任务要求，不具备应用于微小卫星的自适应调焦能力的问题，提供一种自适应调焦机构，采用压电陶瓷驱动，重量轻、体积小、调焦精度高。

为实现上述目的，本发明提供了一种自适应调焦机构，包括镜筒支撑模块、锁紧模块以及压电陶瓷驱动模块；所述镜筒支撑模块与一光学主体机构的镜筒之间设有直线导槽，用于约束所述镜筒沿光轴方向移动；所述锁紧模块采用挠性结构，用于对所述镜筒进行解锁和锁定操作；所述压电陶瓷驱动模块包括压电陶瓷驱动器、滑动连杆组件以及末端操纵器，所述压电陶瓷驱动器和滑动连杆组件安装在所述镜筒支撑模块上，所述末端操纵器通过刚性推杆连接到所述镜筒，所述压电陶瓷驱动器通过接收外部控制信号来调节所述滑动连杆组件的运动状态，从而带动所述末端操纵器滑动，调节所述镜筒位置实现自适应调焦。

本发明的另一目的在于，针对现有技术中调焦机构调焦精度不高，无法满足现代光学微小卫星重量轻、体积小、功耗小的任务要求，不具备应用于微小卫星的自适应调焦能力的问题，提供一种自适应调焦光学系统，采用计算机图像处理技术与精密机械智能控制技术，能够很好地实现星载光学系统的自适应调焦，具有智能性强、调焦精度高、范围大，调焦机构自重小、体积小，可应用于微小卫星，能够促使微小卫星在光学系统离焦后进行自适应调焦，获得理想的卫星图像。

为实现上述目的，本发明提供了一种自适应调焦光学系统，包括光学主体机构、电控箱以及本发明所述的自适应调焦机构；所述光学主体机构由镜筒和光学镜片组件构成，用于获取目标的光学图像信息，其中所述光学镜片组件安装在所述镜筒内部；所述电控箱包括依次相连的探测器、图像处理器以及控制器，用于实现调焦控制，其中，所述探测器安装在所述电控箱与所述光学主体机构的接口处，用于通过所述光学镜片组件获取目标的光学图像信息，并生成数字图像信息发送给所述图像处理器；所述图像处理器用于根据所述数字图像信息生成离焦判据信息，并发送相应控制指令到所述控制器；所述控制器与所述自适应调焦机构相连，用于在接收到所述控制指令后，发送相应的控制信号至所述自适应调焦机构；所述自适应调焦机构的镜筒支撑模块与所述光学主体机构的镜筒之间设有直线导槽，所述压电陶瓷驱动模块通过刚性推杆连接到所述镜筒，所述自适应调焦机构根据接收到的控制信号调节所述镜筒位置实现自适应调焦。

为实现上述目的，本发明还提供了一种自适应调焦方法，采用本发明所述的自适应调焦光学系统，包括如下步骤：（1）探测器通过光学主体机构获取图像信息并传送至图像处理器；（2）图像处理器对所述图像信息进行图像处理生成离焦判据信息并传送相应控制指令至控制器；（3）控制器根据所述控制指令产生相应控制信号并发送至自适应调焦机构中； （4）自适应调焦机构根据接收到的控制信号调节光学主体机构的镜筒的位置实现自适应调焦。