为解决电润湿液体透镜调焦系统的单色像差随调焦过程中发生较大改变的问题, 提出利用梯度折射率分布可调的液晶透镜对系统单色像差进行校正的设计方案。在850 nm波长下, 采用液晶透镜对系统在无限远到200 mm间6种典型物距下的单色像进行校正。在系统像差最大的无限远物距下, 边缘视场的点列图几何半径从44.696 μm减小到7.423 μm, 其余视场下的弥散斑均减小到艾里斑以内, 系统单色像差得到了较好的校正。为减少液晶透镜响应时间, 将液晶透镜改为5个1/5盒厚的液晶透镜的叠层组合, 大幅提高了响应速度。研究发现, 此结构同样对系统在不同物距下的单色像差具有良好的校正作用。

在动态跟瞄系统中, 获得大小适中、清晰稳定的目标图像是对目标进行跟踪、瞄准的前提条件。为使调焦系统能够在动态跟瞄系统中平滑、灵活、快速地进行调焦, 系统采用凸轮调焦, 应用 MATLAB软件对凸轮曲线进行优化, 使系统的 MTF曲线在 50 lp时数值全部大于 0.6, 像差基本达到平衡, 成像图像清晰, 可满足实际应用要求。通过伺服电机带动调焦凸轮的结构, 使整体结构满足紧凑、轻量的要求, 调节精度为 ±1.1 μm。最终实现了对动态目标的跟踪、瞄准。

自动调焦方法已被广泛应用到各种光学仪器中。为了解决推扫式高光谱相机自动调焦问题, 提出了一种利用基于四元数小波变换的光谱质量评价函数估计相机焦距的方法。首先将推扫线上单行光谱数据顺序排列成一个二维矩阵, 利用四元数小波变换对光谱像元矩阵进行分解得到低频和高频4个子带。通过对低频和高频的幅值和相位信息构造光谱质量评价函数, 指导相机自动调焦。调焦过程中, 利用自动调焦机构按一定步长旋转镜头, 计算不同离焦状态下的光谱质量指标值, 拟合光谱质量指标值与镜头伸缩量之间的高斯分布函数, 最终估算最佳调焦量。实验表明, 提出的光谱质量评价函数灵敏度高、准确度强。该调焦方法仅利用单行光谱数据进行调焦, 调焦准确。

针对红外热像仪对调焦机构高精度、高可靠性的要求, 本文提出了一种基于模糊控制的步进电机开环调焦控制系统。该系统主要由 TMS320F28069微控制器、TMC260步进电机驱动芯片及外围电路构成。为了实现调焦系统精确定位的需求, 文中陈述了基于模糊控制的步进电机速度控制策略, 给出了系统的硬件电路设计。经过实际测试, 结果表明该系统可以满足实际使用要求。

光电自准直经纬仪是一种集成了光电自准直仪和经纬仪双重功能的精密测量系统, 其光路由目视内调焦望远系统和光电自准直系统两部分组成。首先提出共光路光学系统的设计原理与方法, 优化设计成像清晰的内调焦望远系统和分辨率较高的自准直光学系统。然后对影响成像质量最大的多胶合棱镜进行公差分析和设计, 给出既满足成像要求又兼具经济性的加工公差值。最后对设计的光学系统进行精度测试。测试结果表明, 所设计的光学系统在±20″视场范围内自准直精度达到0.6″, 可以满足设计要求。

对航空相机故障的诊断只能判断到系统级, 而不能诊断出具体出现故障环节, 文中在研究航空相机调焦系统工作原理的基础上, 针对航空相机调焦系统测控流程分析其故障原理, 详细对可能出现故障的具体环节:行程开关、高精度位置传感器、驱动器及电机、RS422通信, 通信请求进行研究, 建立故障诊断系统, 完成对CCD航空相机调焦系统具体环节的故障诊断。

空间环境的恶劣经常导致航天相机的成像平面偏离焦平面产生离焦, 从而影响遥感成像质量。本文针对某航天离轴三反消像散多光谱相机设计了一种调焦系统对成像平面的离焦进行有效补偿。首先, 分析了相机的离轴三反消像散光学系统和CCD焦平面的特点, 确定调焦方式并阐述调焦系统工作原理。然后, 介绍了调焦系统构成以及调焦控制器环境适应性、步进电机力矩选择、调焦传动机构的设计参数和位置编码器, 推导出了调焦精度与调焦机构参数及编码器分辨率的关系, 分析了调焦系统所能达到的调焦精度。最后, 通过调焦系统测试了调焦行程内CCD焦平面直线位置与编码器码值的对应曲线。对闭环控制方式测试数据的计算分析显示, 闭环调焦精度在3σ情况下为±3.11 μm, 满足相机调焦控制精度±10 μm的要求。

文中针对摄影经纬仪光学镜头调焦系统的设计原理,通过统计工程应用上的焦距偏差范围,定量分析了其中的各个影响因素,并给出了焦距偏差对摄影经纬仪测角精度的影响大小及规律。结果表明:调焦带来的焦距偏差会对测量精度造成一定影响,镜头焦距越小,焦距偏差越大,对测角精度的影响就越大。这是经纬仪研制时所必须考虑的一个因素。

调焦系统在各种光学测量及侦察设备中起着十分重要的作用。本文介绍了光学系统自动调焦的方法和图像法调焦的相关评价函数，利用TMS320DM642数字信号处理芯片为平台设计了图像法自动调焦系统。采用TI公司针对其开发的DSP芯片设计了实时多任务系统DSP／BIOS，完成了软件设计。该实时操作系统为实现调焦过程中任务的调度和实时调焦提供了保障。文中还提出了在实现调焦系统过程中需要注意的一些问题及解决方案。本文所设计的系统能在4～5步(大约2S内)找到像面，满足实际应用的需要。