專利名稱：一種電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)儀器和光電成像領(lǐng)域，尤其涉及一種電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路。
背景技術(shù)：
電動濾光鏡調(diào)光裝置是一種廣泛用于光學(xué)儀器和光電成像領(lǐng)域的調(diào)光設(shè)備，可以修 正電荷耦合圖像傳感器(CCD)的進光。在光學(xué)系統(tǒng)中加入濾光鏡調(diào)光裝置，可以提高物 體與背景的對比度，從而獲得更好的圖像清晰度。 一般的電動濾光鏡調(diào)光裝置主要由調(diào) 光電機、蝸桿滾動軸承、蝸輪、位置二極管、濾光鏡、編碼盤等構(gòu)成，如現(xiàn)有的三線編 碼調(diào)光裝置申請?zhí)枮?00810239212. 7C。圖1為電動濾光鏡調(diào)光裝置編碼盤示意圖，其 中，檔位組數(shù)廣檔位組數(shù)7為電動濾光鏡調(diào)光裝置編碼盤的檔位，共7組檔位。通過控 制調(diào)光電機，蝸桿轉(zhuǎn)動，與蝸輪嚙合，從而帶動蝸輪及編碼盤的轉(zhuǎn)動，調(diào)整電動濾光鏡 調(diào)光裝置到達(dá)不同的檔位?，F(xiàn)有的一種移動濾光片控制方法及系統(tǒng)申請?zhí)枮?200810065623.1，能夠執(zhí)行打開、關(guān)閉移動濾光片或自動切換移動濾光片工作狀態(tài)的命 令，但只能實現(xiàn)打開或關(guān)閉濾光片，無法在不同檔位的濾光鏡之間進行切換。但由于光 學(xué)儀器應(yīng)用場景和外界環(huán)境的變化，例如不同季節(jié)和天氣、太陽高角和景物特征以及 黑夜與白晝的變化，導(dǎo)致入射光的強度和光譜變化很大，為了在CCD上獲得清晰的圖像， 在不同的環(huán)境背景下必須快速、準(zhǔn)確的控制濾光鏡調(diào)光裝置，在不同透過率的濾光鏡間 進行變檔調(diào)光。在某些光學(xué)儀器和光電成像領(lǐng)域中，為了提高圖像的信噪比，還需要并 行控制多個調(diào)光裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電動濾光鏡調(diào)光裝置控制 電路，以滿足現(xiàn)代光學(xué)儀器和光電成像領(lǐng)域快速、準(zhǔn)確控制調(diào)光裝置的要求，并且能夠 準(zhǔn)確實現(xiàn)電動濾光鏡調(diào)光裝置在多個不同的檔位準(zhǔn)確、快速的切換，并根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的 需求并行控制多個調(diào)光裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題要采用的解決方案是 一種電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路，
包括信號接收模塊、信號處理模塊、控制模塊、驅(qū)動分配模塊和信號反饋模塊；信號 接收模塊用于接收用戶控制命令和信號反饋模塊實時反饋的濾光鏡當(dāng)前狀態(tài)信號；信號 處理模塊對信號接收模塊接收到的用戶需控制命令和濾光鏡當(dāng)前狀態(tài)信號，利用消抖濾波法進行數(shù)字濾波處理后，作為控制模塊的輸入；控制模塊通過對用戶控制命令和濾光 鏡當(dāng)前狀態(tài)信號比較判斷，輸出調(diào)光電機控制信號和電機運動方向；驅(qū)動分配模塊根據(jù) 用戶控制命令分配控制信號，調(diào)整多個電動濾光鏡調(diào)光裝置在不同檔位間進行切換；信 號反饋模塊將電動調(diào)光裝置濾光鏡的當(dāng)前檔位實時反饋到信號接收模塊中。
所述的控制模塊由寄存器、檔位比較器、最短路徑計算模塊、驅(qū)動控制信號模塊、 超時控制模塊構(gòu)成；信號處理模塊輸入的信號經(jīng)寄存器鎖存，通過檔位比較器來比較用 戶目標(biāo)檔位與調(diào)光裝置的狀態(tài)，比較后的信號利用最短路徑計算模塊確定調(diào)光裝置調(diào)整 的轉(zhuǎn)動方向；驅(qū)動控制信號模塊產(chǎn)生驅(qū)動調(diào)光裝置中電機需要的控制驅(qū)動信號；超時控 制模塊用于系統(tǒng)調(diào)整時間的判斷標(biāo)志。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點-
(1) 本發(fā)明可以實現(xiàn)電動濾光鏡調(diào)光裝置在多個不同檔位組數(shù)間切換控制。
(2) 本發(fā)明由于具有最短路徑計算，在任何情況下都能快速、準(zhǔn)確的控制濾光鏡調(diào) 光裝置，在不同序號的濾光鏡間進行變檔調(diào)光。
(3) 本發(fā)明的電動濾光鏡調(diào)光裝置控制方法由于電機驅(qū)動信號可以調(diào)整，可以實現(xiàn) 對不同類型電機的調(diào)光裝置的控制。
(4) 本發(fā)明可以實現(xiàn)對多個調(diào)光裝置的并行控制，所有控制邏輯均在可編程控制芯 片中完成，便于系統(tǒng)的擴展和升級。


圖1為電動濾光鏡調(diào)光裝置編碼盤示意圖； 圖2為本發(fā)明整體控制框圖； 圖3為本發(fā)明的接收模塊結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明的控制模塊結(jié)構(gòu)圖； 圖5為本發(fā)明的最小路徑計算模塊實現(xiàn)的流程圖； 圖6為本發(fā)明實現(xiàn)多個調(diào)光裝置控制的方式示意圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實施例，對 本發(fā)明進行進一步說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，但并 不限定本發(fā)明。
如圖2所示，本發(fā)明的電動濾光鏡調(diào)光控制電路包括信號接收模塊A，信號處理 模塊B，控制模塊C，驅(qū)動分配模塊D，信號反饋模塊E。用戶輸入控制命令ConData包括用戶要調(diào)整的某個調(diào)光裝置的序號Number和濾光鏡要到的檔位信號IdealPos。其中 調(diào)光裝置序號Number和檔位信號IdealPos為自然數(shù)，Number eM， M為系統(tǒng)要控制的調(diào) 光裝置的序號，IdealPoseN， N為電動濾光鏡調(diào)光裝置編碼盤的檔位組數(shù)。對應(yīng)關(guān)系由 用戶定義，對于三線編碼調(diào)光裝置申請?zhí)枮?00810239212. 7C， N為1 7，在本實施例 中Numb ere (1,2〕 ， Nuraber=2， IdealPos=6。
信號接收模塊A用于接收用戶控制命令ConData和信號反饋模塊E實時反饋的濾光 鏡當(dāng)前狀態(tài)信號CurrentPos。信號接收模塊A內(nèi)部有三個寄存器LatcM、Latch2、Latch3， 如圖3所示，其中Latchl用于鎖存用戶要調(diào)整的調(diào)光裝置序號Number, Latch2用于鎖 存濾光鏡要調(diào)整的檔位信號IdealPos， Latch3用于鎖存濾光鏡當(dāng)前狀態(tài)CurrentPos， CurrentPoseN，調(diào)光裝置在運動過程中，濾光鏡當(dāng)前檔位CurrentPos是隨著調(diào)光電機 的運動在U 7〕區(qū)間變化，在本實施例中沒有調(diào)整調(diào)光裝置之前濾光鏡當(dāng)前檔位 CurrentPos=l。
經(jīng)過鎖存的信號進入信號處理模塊B，它利用消抖濾波法進行數(shù)字濾波，消除由于 傳輸和加工誤差帶來的信號抖動和延時。濾波后的信號FilterNumber (FilterNumber 為用戶要調(diào)整的調(diào)光裝置的序號濾波后的信號，在控制模塊C中沒有作任何處理，只是 提供通路進入了驅(qū)動分配模塊，故圖中沒有表示)、Filterldeal、 FilterPosCurrent 進入控制模塊C，如圖4所示，控制模塊C由寄存器Cll和C12、檔位比較器C2、最短 路徑計算模塊C3、驅(qū)動控制信號模塊C4、超時控制模塊C5構(gòu)成，寄存器C11和C12將 輸入的濾波后的信號Filterldeal和FilterPosCurrent進行鎖存，C2比較器比較 Filterldeal和FilterPosCurrent的關(guān)系，如果不相同，則將比較結(jié)果至最短路徑計算 模塊C3中計算控制運動的最短路徑，確定調(diào)光裝置的運動方向信號Direction;驅(qū)動控 制信號模塊C4產(chǎn)生驅(qū)動調(diào)光裝置中電機需要的控制驅(qū)動信號Pulse,驅(qū)動控制信號的速
度根據(jù)調(diào)光裝置應(yīng)用的電機型號不同而不同，在本實施例中應(yīng)用的步進電機，驅(qū)動信號 Pulse的頻率為50KHz的方波脈沖信號；啟動超時控制模塊C5給出系統(tǒng)控制標(biāo)志Symbol,
即在規(guī)定時間內(nèi)調(diào)光裝置到達(dá)用戶要求的濾光鏡檔位，給出完成標(biāo)志，在規(guī)定時間內(nèi)調(diào) 光裝置未到達(dá)用戶需求檔位時，給出錯誤標(biāo)志。
最短路徑計算模塊C3中計算控制運動的最短路徑的流程如圖5所示 (1)接收用戶要求檔位Filterldeal ，即步驟C311和濾光鏡當(dāng)前檔位 FilterPosCurrent,即步驟C311;
(2)將接收的數(shù)據(jù)進行減法運算，即步驟C32;
6(3) 對減法結(jié)果Error進行絕對值處理，即步驟C33;
(4) 絕對值結(jié)果AbsError與Ceil(N/2)進行比較，其中N為調(diào)光裝置濾光鏡的檔位 組數(shù)，Ceil(N/2)為濾光鏡檔位數(shù)N除以2后向上取整；
(5) 確定調(diào)光裝置的轉(zhuǎn)動方向，對于檔位組數(shù)從l， 2……N按照順時針排布的調(diào)光 裝置，當(dāng)AbsError大于等于Ceil(N/2)，控制方向為逆時針運動，調(diào)光裝置的運動方向 信號Direction-' 0'，表示調(diào)光裝置的控制方向信號為低電平，調(diào)光裝置逆時針運動， 當(dāng)AbsError小于Ceil(N/2)，控制方向為順時針運動，調(diào)光裝置的運動方向信號 Direction^ 1'，表示調(diào)光裝置的控制方向信號為高電平，調(diào)光裝置順時針運動，對 于檔位組數(shù)由大到小按照逆時針排布的調(diào)光裝置，轉(zhuǎn)動方向的確定與順時針排布相反。
對于編碼盤如圖l所示的電動濾光鏡調(diào)光裝置，N=l,2，3……7，如果濾光鏡當(dāng)前處 于1檔，即CurrentPos-l，用戶要求調(diào)整檔位為6檔，即IdealPos = 6，根據(jù)圖4，控 制模塊C中最短路徑計算結(jié)果，轉(zhuǎn)動的方向Direction 0'，控制方向為逆時針方向 運動。
驅(qū)動分配模塊D由一個信號分配器構(gòu)成，根據(jù)調(diào)光裝置的序號將濾光鏡要到的檔位 信號、控制脈沖和控制方向通過信號分配器分配到相應(yīng)的電機驅(qū)動器。驅(qū)動分配模塊D 接收用戶命令Number=l，調(diào)光裝置的運動方向信號Direction^ 0'，用戶要求的濾 光鏡檔位IdealPos = 6，控制驅(qū)動信號Pulse，通過信號分配器將控制信號分配到相應(yīng)的 調(diào)光裝置，同時將調(diào)光裝置反饋的當(dāng)前檔位信號CurrentPos分配到信號接收模塊。
信號反饋模E實時接收用戶調(diào)整的調(diào)光裝置的濾光鏡當(dāng)前檔位信號，并將其反饋到 信號接收模塊進行信號處理后，在控制模塊內(nèi)進行檔位比較。信號反饋模塊E將調(diào)光裝 置目前濾光鏡的檔位CurrentPos反饋到信號輸入模塊A。當(dāng)控制模塊C判斷到當(dāng)前檔位 與用戶要求檔位相符時，即CurrentPos- IdealPos = 6時，停止調(diào)光裝置的運動。對于 光學(xué)儀器或光電成像領(lǐng)域需要并行控制多個電動濾光鏡調(diào)光裝置時，只要根據(jù)需求構(gòu)造 多個圖2所示的控制通道，就能實現(xiàn)同一系統(tǒng)對多個調(diào)光裝置的并行控制，如圖6所示， 當(dāng)用戶在原來控制2個調(diào)光裝置的基礎(chǔ)上需要控制3個調(diào)光裝置時，只要在原有電路的 基礎(chǔ)上再增加一個處理通道就可滿足用戶需求。
本發(fā)明在xilinx公司xc95288xl —片可編程邏輯器件中實現(xiàn)了對2個具有7組檔位 數(shù)調(diào)光裝置的控制，在系統(tǒng)中如果需要控制更多的調(diào)光裝置時，只需要增加多個控制通 道即可。
信號處理模塊B由3個數(shù)字濾波器構(gòu)成，通過消除抖動法對用戶要調(diào)整的調(diào)光裝置
7的序號，濾光鏡要到達(dá)的檔位和信號反饋模塊輸入的調(diào)光裝置當(dāng)前檔位狀態(tài)信號進行濾 波處理。
本發(fā)明可以根據(jù)用戶需求實現(xiàn)對具有多個檔位濾光鏡、多個調(diào)光裝置的靈活控制， 解決了傳統(tǒng)調(diào)光裝置手工控制或只能在兩個檔位進行切換的問題，易于擴展升級，為光 學(xué)儀器和光電成像領(lǐng)域中的光路匹配提供了新途徑。 -
本發(fā)明由用戶設(shè)定調(diào)光裝置的狀態(tài)和參數(shù)，解決了光電儀器調(diào)光裝置的自動控制， 靈活實現(xiàn)了電動濾光鏡調(diào)光裝置在多個檔位之間切換，并能實現(xiàn)對多個調(diào)光裝置的并行 控制，工作性能穩(wěn)定，易于擴展升級，滿足了現(xiàn)代光學(xué)儀器的自動化要求。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用以限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1、一種電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路，其特征在于包括信號接收模塊、信號處理模塊、控制模塊、驅(qū)動分配模塊和信號反饋模塊；信號接收模塊包括用于接收用戶控制命令和信號反饋模塊實時反饋的濾光鏡當(dāng)前狀態(tài)信號；信號處理模塊對信號接收模塊接收到的用戶需控制命令和濾光鏡當(dāng)前狀態(tài)信號，利用消抖濾波法進行數(shù)字濾波處理后，作為控制模塊的輸入；控制模塊通過對用戶控制命令和濾光鏡當(dāng)前狀態(tài)信號比較判斷，輸出調(diào)光電機控制信號和電機運動方向；驅(qū)動分配模塊根據(jù)用戶控制命令分配控制信號，調(diào)整多個電動濾光鏡調(diào)光裝置在不同檔位間進行切換；信號反饋模塊將電動調(diào)光裝置濾光鏡的當(dāng)前檔位實時反饋到信號接收模塊中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路，其特征在于所述的控 制模塊由寄存器、檔位比較器、最短路徑計算模塊、驅(qū)動控制信號模塊、超時控制模 塊構(gòu)成；信號處理模塊輸入的信號經(jīng)寄存器鎖存，通過檔位比較器來比較用戶目標(biāo)檔 位與調(diào)光裝置的狀態(tài)，比較后的信號利用最短路徑計算模塊確定調(diào)光裝置調(diào)整的轉(zhuǎn)動 方向；驅(qū)動控制信號模塊產(chǎn)生驅(qū)動調(diào)光裝置中電機需要的控制驅(qū)動信號；超時控制模 塊用于系統(tǒng)調(diào)整時間的判斷標(biāo)志。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路，其特征在于所述的最 短路徑計算模塊確定調(diào)光裝置調(diào)整轉(zhuǎn)動方向的實現(xiàn)過程如下(1) 接收用戶要求檔位和濾光鏡當(dāng)前檔位；(2) 將接收的數(shù)據(jù)進行減法運算；(3) 對減法結(jié)果進行絕對值處理；(4) 將絕對值處理結(jié)果AbsError與Ceil(N/2)進行比較，其中N為調(diào)光裝置濾光 鏡的檔位組數(shù)，Ceil(N/2)為N除以2后向上取整；(5) 確定調(diào)光裝置的轉(zhuǎn)動方向?qū)τ跈n位組數(shù)從1， 2……N按照順時針排布的調(diào) 光裝置，當(dāng)AbsError大于等于Ceil(N/2)，控制方向為逆時針運動，調(diào)光裝置的運動 方向信號Direction 0，，當(dāng)AbsError小于Ceil (N/2)，控制方向為順時針運動， 調(diào)光裝置的運動方向信號Direction 1';對于檔位組數(shù)由大到小按照逆時針排布 的調(diào)光裝置，轉(zhuǎn)動方向的確定與順時針排布相反。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路，其特征在于所述的信 號接收模塊內(nèi)部有三個寄存器，其中一個寄存器用于鎖存用戶要調(diào)整的調(diào)光裝置序號，另一個寄存器用于鎖存濾光鏡要調(diào)整的檔位信號，再一個寄存器用于鎖存信號反饋模 塊輸出鎖存的濾光鏡當(dāng)前狀態(tài)，經(jīng)過鎖存的信號進入信號處理模塊，利用消抖濾波法 進行數(shù)字濾波，消除由于傳輸和加工誤差帶來的信號抖動和延時。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路，其特征在于所述的驅(qū) 動分配模塊根據(jù)用戶控制命令分配控制信號，調(diào)整多個電動濾光鏡調(diào)光裝置在不同檔 位間進行切換的過程如下(1) 接收用戶要調(diào)整的調(diào)光裝置序號、濾光鏡要調(diào)整的檔位信號、控制脈沖和控 制方向；(2) 根據(jù)調(diào)光裝置的序號將濾光鏡要到的檔位信號、控制脈沖和控制方向通過信 號分配器分配到相應(yīng)的電機驅(qū)動器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路，其特征在于所述的電 路可以并行控制多個具有不同檔位的電動濾光鏡調(diào)光裝置，便于系統(tǒng)的擴展升級，并 可以適應(yīng)多種類型調(diào)光電機。
全文摘要
一種電動濾光鏡調(diào)光裝置控制電路是在可編程邏輯器件中進行信號處理和邏輯控制完成對電動濾光鏡調(diào)光裝置的準(zhǔn)確控制。所述方法包括以下模塊信號接收模塊A，信號處理模塊B，控制模塊C，驅(qū)動分配模塊D，信號反饋模塊E。本發(fā)明解決了光電儀器調(diào)光裝置的自動控制，靈活實現(xiàn)了電動濾光鏡調(diào)光裝置檔位切換，工作性能穩(wěn)定，易于擴展升級，滿足了現(xiàn)代光學(xué)儀器的自動化要求。
文檔編號G02B5/20GK101581943SQ200910085899
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者任紹恒, 睿 周, 周璐春, 梅 李, 李恩德, 王彩霞, 王春鴻, 奎 黃 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所