CN110673338B - 一种减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于观瞄技术领域，公开一种减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，包括以下步骤：拟合变焦镜头焦距与步进电机转动步数的相关曲线；以变焦镜头常温下长焦端的光轴中心为基准，通过光学仪器测量变焦镜头在多个温度、多个焦距下对应的光轴跳动量；假设偏移量在相邻温度间和相邻焦距间均为线性变化，计算任意温度和焦距下的偏移量：根据步进电机转动的步数，计算当前位置的焦距值，实时检测变焦镜头所处的温度，将焦距值和温度结合偏移量测定方法，得到偏移量数据，根据偏移量数据调整变焦镜头的电子瞄准标志的位置，减小变焦镜头光轴跳动量。本发明降低了在全温度环境中变焦镜头的光轴跳动量，使变焦镜头可作为瞄准使用。

Description

一种减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法

技术领域

本发明属于观瞄技术领域，具体涉及一种减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法。

背景技术

随着加工手段和技术水平的提高，变焦镜头在各类产品中的使用也越来越普遍，电子瞄准标志发生器也越来越成熟，可以集成到CCD或CMOS驱动板上。但由于光轴跳动量的存在，使得变焦镜头无法在高低温条件下、在全变焦过程都可以瞄准射击。因此，在很多情况下，变焦镜头只能作为观察使用，难以作为瞄准使用。现阶段使用多个镜头来进行视场切换，加大了光电***的体积。随着武器装备的自动化程度越来越高，无人装备(无人战机、无人战车等)是日后的发展趋势，减小高低温下变焦镜头光轴跳动量就变得十分重要。而且现代战争对武器***的要求越来越高：要求变焦镜头在任意焦距条件下可以满足瞄准需求，这就需要让变焦镜头的光轴跳动量趋近于零。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，通过后期补偿的方式，大大降低了在全温度环境中变焦镜头的光轴跳动量，使变焦镜头可以作为瞄准使用。

本发明提供了一种减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，包括以下步骤：

1)拟合变焦镜头焦距与步进电机转动步数的相关曲线：在变焦镜头的焦距范围内取若干点，根据变焦***的高斯理论，计算各点所对应的变倍组和补偿组的机械位置，并换算出步进电机的理论转动步数；通过光学仪器标定变焦镜头焦点的理论位置与实际位置的差值，得到修正后的每个焦点位置的步进电机实际转动步数；根据修正后的数据拟合出变焦镜头焦距与步进电机转动步数的相关曲线；

2)测定各温度条件下电子瞄准标志的偏移量：以变焦镜头常温下长焦端的光轴中心为基准，通过光学仪器测量变焦镜头在多个温度、多个焦距下对应的光轴跳动量，即电子瞄准标志的偏移量；

假设偏移量在相邻温度间和相邻焦距间均为线性变化，根据上述测量的偏移量数据，通过以下方法计算任意温度和焦距下的偏移量：

若计算温度为p、焦距为h的偏移量，与其相邻有测量值的温度为m和n，m＞n；与其相邻有测量值的焦距为i和k，i＞k；即已知温度为m、焦距为i时，x变化量为x_mi，温度为n、焦距为i时，x变化量为x_ni；温度为m、焦距为k时，x变化量为x_mk，温度为n、焦距为k时，x变化量为x_nk；则根据线性变化关系进行如下推算：

温度为p，焦距为i时，x变化量x_pi为：

x_pi＝x_ni+(x_mi-x_ni)÷(m-n)×(p-n) (1)

温度为p，焦距为k时，x变化量x_pk为：

x_pk＝x_nk+(x_mk-x_nk)÷(m-n)×(p-n) (2)

温度为p，焦距为h时，x变化量x_ph为：

x_ph＝x_pk+(x_pi-x_pk)÷(i-k)×(h-k) (3)

整理可得：

x_ph＝[x_nk+(x_mk-x_nk)÷(m-n)×(p-n)]+{[x_ni+(x_mi-x_ni)÷(m-n)×(p-n)]-[x_nk+(x_mk-x_nk)÷(m-n)×(p-n)]}÷(i-k)×(h-k) (4)

同理，温度为p，焦距为h时，y变化量y_ph为：

y_ph＝[y_nk+(y_mk-y_nk)÷(m-n)×(p-n)]+{[y_ni+(y_mi-x_ni)÷(m-n)×(p-n)]-[y_nk+(y_mk-y_nk)÷(m-n)×(p-n)]}÷(i-k)×(h-k) (5)

3)控制电子瞄准标志的移动：根据步进电机转动的步数，结合步骤1)得到的曲线计算当前位置的焦距值，实时检测变焦镜头所处的温度，将焦距值和温度结合步骤2)的偏移量测定方法，得到该温度和焦距值对应的偏移量数据，根据偏移量数据调整变焦镜头的电子瞄准标志的位置，减小变焦镜头的光轴跳动量。

根据本发明，步骤1)中，根据变焦镜头的实际使用情况，在镜头的焦距范围内取若干点，如20mm，40mm，70mm等。采用变焦***的高斯理论计算各焦距所对应的变倍组和补偿组的机械位置，属于本领域的常规方法，在此不作赘述。

本发明中，采用常规的光学仪器对镜头焦点的位置进行标定，以及对变焦镜头的光轴跳动量进行测定。优选地，所述光学仪器包括平行光管。

根据本发明，步骤2)中，所述多个温度是在变焦镜头的使用温度范围内均匀选取的多个温度值。

为了保证偏移量的计算精度，优选地，所述多个温度的数量大于等于10。

本发明中，所述多个焦距是在变焦镜头的焦距范围内均匀选取的多个焦距值。

为了保证偏移量的计算精度，优选地，所述多个焦距的数量大于等于5。

优选地，电子瞄准标志的移动通过控制***进行调节，控制***根据步骤1)得到的曲线、步骤2)测量的偏移量数据及未测量偏移量的计算方法以及变焦镜头的实时温度和步进电机转动步数，得到电子瞄准标志的偏移量，进而调节电子瞄准标志的移动。将本发明提供的各种参数及方法输至控制***中，实现控制***的调节功能，对于各种参数及方法的输入方式本领域技术人员根据需要均可实现，属于常规技术手段。

优选地，变焦镜头的实时温度通过加装在变焦镜头上的温度传感器进行测定，并将温度信号传输至控制***。

本发明中未加以限定的工艺参数均选用本领域的常规方式进行。

采用本发明的方法可实现变焦镜头的电子瞄准标志的位置调整，确保电子分划的中心同产品常温下长焦位置的光轴中心保持一致，减小变焦镜头的光轴跳动量，使变焦镜头的光轴跳动量趋近于零，变焦镜头在任意温度、焦距条件下均可以满足瞄准需求。

附图说明

图1：本发明减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

该实施例是以焦距范围为10mm-90mm的9倍变焦镜头为例对本发明进行说明，相比于其它型号变焦镜头，其采用了一种全新的光轴跳动量减小方式。

根据变焦***的高斯理论，计算变焦镜头焦点的机械位置，并换算出步进电机的理论转动步数；通过平行光管标定20mm，30mm，40mm，50mm，60mm，70mm，80mm时，各焦距下变焦镜头的实际转动步数，具体数据如表1所示，根据得到的数据，可以得到镜头转数b和焦距a的变化曲线，变化曲线为

b＝{-0.0011[(a-13.417)/1.5833]^2+0.625[(a-13.417)/1.5833]+9.31}/30。

表1

焦距(mm)	理论转数	实际转数
			20	57	58
30	83	84
			40	104	106
50	123	125
			60	137	139
70	145	146
			80	152	163

以20℃时镜头处于90mm焦距位置处，视场中心为基准，通过测定镜头在焦距为10mm，30mm，50mm，70mm，90mm时，在温度为-40℃，-30℃，-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃时变焦镜头的电子瞄准标志的移动量，并将这些数值以长焦端常温(20℃)为0，确定其它各温度段的偏差，上述各焦距、各温度对应的偏移量如表2。

表2

假设偏移量在相邻温度间和相邻焦距间均为线性变化，根据上述测量的偏移量数据，通过以下方法计算任意温度和焦距下的偏移量：

若计算温度为p、焦距为h的偏移量，与其相邻有测量值的温度为m和n，m＞n；与其相邻有测量值的焦距为i和k，i＞k；即已知温度为m、焦距为i时，x变化量为x_mi，温度为n、焦距为i时，x变化量为x_ni；温度为m、焦距为k时，x变化量为x_mk，温度为n、焦距为k时，x变化量为x_nk；则根据线性变化关系进行如下推算：

温度为p，焦距为i时，x变化量x_pi为：

x_pi＝x_ni-(x_mi-x_ni)÷(m-n)×(p-n) (1)

温度为p，焦距为k时，x变化量x_pk为：

x_pk＝x_nk+(x_mk-x_nk)÷(m-n)×(p-n) (2)

温度为p，焦距为h时，x变化量x_ph为：

x_ph＝x_pk+(x_pi-x_pk)÷(i-k)×(h-k) (3)

整理可得：

x_ph＝[x_nk+(x_mk-x_nk)÷(m-n)×(p-n)]+{[x_ni+(x_mi-x_ni)÷(m-n)×(p-n)]-[x_nk+(x_mk-x_nk)÷(m-n)×(p-n)]}÷(i-k)×(h-k) (4)

同理，温度为p，焦距为h时，y变化量y_ph为：

y_ph＝[y_nk+(y_mk-y_nk)÷(m-n)×(p-n)]+{[y_ni+(y_mi-xni)÷(m-n)×(p-n)]-[y_nk+(y_mk-y_nk)÷(m-n)×(p-n)]}÷(i-k)×(h-k) (5)

以求-32℃时20mm焦距处的x偏移量x_ph为例，-30℃时30mm焦距处x偏移量x_mk＝4，-30℃时10mm焦距处x偏移量x_mi＝4，-40℃时30mm焦距处x偏移量x_nk＝5，-40℃时10mm焦距处x偏移量x_ni＝5，由(4)式可得，

x_ph＝[5+(4-5)÷(-30-(-40))×(-32-(-40))]+{[5+(4-5)÷(-30-(-40))×(-32-(-40))]-[5+(4-5)÷(-30-(-40))×(-32-(-40))]}÷(30-10)×(20-10)＝4.2≈4

根据步进电机转动的步数，结合镜头转数和焦距的变化曲线计算当前位置的焦距值，在变焦镜头上加装温度传感器，实时检测变焦镜头所处的温度，并将温度信号发送到变焦镜头的电子瞄准标志发生器中(控制***)，将焦距值和温度结合偏移量的测定方法，得到该温度和焦距值对应的偏移量数据，根据偏移量数据调整变焦镜头的电子瞄准标志的位置，减小变焦镜头的光轴跳动量。

例如，当***处于-40℃，步进电机转动步数达到58步时，根据之前整理的数据库，将瞄准标志移动至(x：+5，y：-6)的位置，这是瞄准标志的位置处于0位，保证了产品的瞄准精度。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)拟合变焦镜头焦距与步进电机转动步数的相关曲线：在变焦镜头的焦距范围内取若干点，根据变焦***的高斯理论，计算各点所对应的变倍组和补偿组的机械位置，并换算出步进电机的理论转动步数；通过光学仪器标定变焦镜头焦点的理论位置与实际位置的差值，得到修正后的每个焦点位置的步进电机实际转动步数；根据修正后的数据拟合出变焦镜头焦距与步进电机转动步数的相关曲线；

2)测定各温度条件下电子瞄准标志的偏移量：以变焦镜头常温下长焦端的光轴中心为基准，通过光学仪器测量变焦镜头在多个温度、多个焦距下对应的光轴跳动量，即电子瞄准标志的偏移量；

假设偏移量在相邻温度间和相邻焦距间均为线性变化，根据上述测量的偏移量数据，通过以下方法计算任意温度和焦距下的偏移量：

若计算温度为p、焦距为h的偏移量，与其相邻有测量值的温度为m和n，m＞n；与其相邻有测量值的焦距为i和k，i＞k；即已知温度为m、焦距为i时，x变化量为x_mi，温度为n、焦距为i时，x变化量为x_ni；温度为m、焦距为k时，x变化量为x_mk，温度为n、焦距为k时，x变化量为x_nk；则根据线性变化关系进行如下推算：

温度为p，焦距为i时，x变化量x_pi为：

x_pi＝x_ni+(x_mi-x_ni)÷(m-n)×(p-n) (1)

温度为p，焦距为k时，x变化量x_pk为：

x_pk＝x_nk+(x_mk-x_nk)÷(m-n)×(p-n) (2)

温度为p，焦距为h时，x变化量x_ph为：

x_ph＝x_pk+(x_pi-x_pk)÷(i-k)×(h-k) (3)

整理可得：

x_ph＝[x_nk+(x_mk-x_nk)÷(m-n)×(p-n)]+{[x_ni+(x_mi-x_ni)÷(m-n)×(p-n)]-[x_nk+(x_mk-x_nk)÷(m-n)×(p-n)]}÷(i-k)×(h-k) (4)

同理，温度为p，焦距为h时，y变化量y_ph为：

y_ph＝[y_nk+(y_mk-y_nk)÷(m-n)×(p-n)]+{[y_ni+(y_mi-x_ni)÷(m-n)×(p-n)]-[y_nk+(y_mk-y_nk)÷(m-n)×(p-n)]}÷(i-k)×(h-k) (5)

3)控制电子瞄准标志的移动：根据步进电机转动的步数，结合步骤1)得到的曲线计算当前位置的焦距值，实时检测变焦镜头所处的温度，将焦距值和温度结合步骤2)的偏移量测定方法，得到该温度和焦距值对应的偏移量数据，根据偏移量数据调整变焦镜头的电子瞄准标志的位置，减小变焦镜头的光轴跳动量。

2.根据权利要求1所述的减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，其特征在于：所述光学仪器包括平行光管。

3.根据权利要求1所述的减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，其特征在于：步骤2)中，所述多个温度是在变焦镜头的使用温度范围内均匀选取的多个温度值。

4.根据权利要求3所述的减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，其特征在于：所述多个温度的数量大于等于10。

5.根据权利要求1所述的减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，其特征在于：所述多个焦距是在变焦镜头的焦距范围内均匀选取的多个焦距值。

6.根据权利要求5所述的减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，其特征在于：所述多个焦距的数量大于等于5。

7.根据权利要求1所述的减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，其特征在于：电子瞄准标志的移动通过控制***进行调节，控制***根据步骤1)得到的曲线、步骤2)测量的偏移量数据及未测量偏移量的计算方法以及变焦镜头的实时温度和步进电机转动步数，得到电子瞄准标志的偏移量，进而调节电子瞄准标志的移动。

8.根据权利要求1或7所述的减小高低温下变焦镜头光轴跳动量的方法，其特征在于：变焦镜头的实时温度通过加装在变焦镜头上的温度传感器进行测定，并将温度信号传输至控制***。

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