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  • 單簾正交組合式焦平面快門的設計與性能測試

  • 內容出處:http://www.nasitewood.com/時間2013-12-11 11:09作者admin瀏覽次數
摘要:針對焦面空間尺寸小,兩個CCD成像面由于棱鏡拼接而成正交垂直分布的航空相機設計了一種焦面簾幕式快門。 該快門采用齒形帶作為快門簾幕,齒形帶上開合適寬度的長條形孔作為曝光簾縫,通過改變簾縫運動速度調整曝光時 間。采用兩個快門簾幕正交布置、同步驅動的方法實現了兩片面陣CCD同時曝光。通過編碼器反饋,控制快門驅動電 機轉速,使CCD曝光時快門簾保持穩速,從而保證CCD曝光均勻性。實際測試顯示,快門曝光可實現1/300~1/1 000 s 連續可調,CCD曝光均勻性優于10%。另外,通過更換快門簾,改變曝光簾縫寬度,可進一步拓寬曝光時間調節范圍。 實驗結果表明,此種快門能夠滿足面陣CCD航空相機的成像要求。
 
關鍵詞:航空相機;焦面簾幕式快門;曝光均勻性;曝光時間
 
i引言
 
航空偵察是軍事偵察的重要組成部分,航空 偵察的關鍵在于大面陣CCD相機的發展?扉T 作為面陣CCD相機的關鍵部件也隨著相機的發 展而不斷發展?扉T形式多種多樣,按工作原理 分有純機械快門、機械電子快門和電子快門;按快 門簾形式分有焦面簾幕式快門和焦面鋼片式快 門[1-3]。
 
焦面簾幕式快門常見的形式是采用上、下兩 個簾,兩個簾開口部分相互錯開一個位置形成曝 光狹縫,簾幕材料為超薄鋼帶或涂膠黑布。比較 有代表性的焦面簾幕式快門有美國Recon/opti-cal公司60年代研制的應用在KS-87相機上的焦 面簾幕式快門;美國Recon/optical公司80年代 研制的應用在KS-147相機上的新型焦面簾幕式 快門[4—5]?扉T簾的運動速度恒定,一次拍照結束 后,快門輥軸反卷,使快門簾回到初始位置等待下 一次拍照?扉T通過改變上、下兩個簾的相互位 置關系改變狹縫大小,進而調整曝光時間。這種 快門在結構上比較復雜,占用空間尺寸較大。
 
焦面鋼片式快門也是采用上、下兩個簾的結 構形式,每個簾由一組鋼片構成,通過鋼片的展 開、收縮實現快門上、下兩個簾的運動,比較有代 表性的有日本Nikon公司90年代研制的應用在 尼康相機上的焦面鋼片式快門;瑞士 Heerbrugg 公司2008年研制的應用在Leica RCD105數字相 機上的焦面鋼片式快門[6 7]?扉T簾由電磁驅動, 快門一個簾打開后開始曝光,另一個簾關閉時結 束曝光,通過每個簾啟動的時間差改變簾縫寬度, 從而改變曝光時間。此種快門結構緊湊,外形尺 寸較小,比較適用于焦面空間尺寸較小的相機。
 
目前,國外焦面簾幕式快門的發展已趨于成 熟,而國內快門發展比較落后,現階段還沒有較成 熟的高性能焦面簾幕式快門。本文研究的快門針
對某型透射式光學系統的面陣相機,采用兩個面 陣CCD棱鏡拼接,面陣CCD探測器焦面與棱鏡 面僅為20 mm,且要求兩個面陣CCD前的曝光狹 縫精確同步。針對相機的上述特點,提出了一種 結構簡單,外形尺寸較小的焦面簾幕式快門,并通 過實驗測試其性能。本快門具有如下特點:其一, 快門采用單簾周向運動形式,狹縫寬度固定,通過 改變簾幕運動速度調整曝光時間;其二,對應兩個 面陣CCD探測器位置關系,采用主、副快門的組 合結構,主、副快門簾采用相互正交垂直布置,通 過DSP控制一個電機同時驅動,保證兩個簾同步 運動精度。
 
2 焦面簾幕式快門的結構及原理
 
2.1焦面簾幕式快門原理
 
本文提出的焦面簾幕式快門采用一個簾的形 式,快門簾為環形,周向均布有寬度相等的3個狹 縫,單向運動。相機照相時,每拍照一幅圖片快門 簾轉三分之一周停在一個位置,等待下一次拍照。 由于快門簾為環形,因此快門簾只需向一個方向 運動,無需返回即可連續拍照,結構示意圖如圖3 所示。在曝光時,快門簾的運動速度恒定,快門曝 光時間的大小通過調整快門簾運動速度來實現
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