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  • 单帘正交组合式焦平面快门的设计与性能测试

  • 内容出处:http://www.lymenlian.com/时间2013-12-11 11:09作者admin浏览次数
摘要:针对焦面空间尺寸小,两个CCD成像面由于棱镜拼接而成正交垂直分布的航空相机设计了一种焦面帘幕式快门。 该快门采用齿形带作为快门帘幕,齿形带上开合适宽度的长条形孔作为曝光帘缝,通过改变帘缝运动速度调整曝光时 间。采用两个快门帘幕正交布置、同步驱动的方法实现了两片面阵CCD同时曝光。通过编码器反馈,控制快门驱动电 机转速,使CCD曝光时快门帘保持稳速,从而保证CCD曝光均匀性。实际测试显示,快门曝光可实现1/300~1/1 000 s 连续可调,CCD曝光均匀性优于10%。另外,通过更换快门帘,改变曝光帘缝宽度,可进一步拓宽曝光时间调节范围。 实验结果表明,此种快门能够满足面阵CCD航空相机的成像要求。
 
关键词:航空相机;焦面帘幕式快门;曝光均匀性;曝光时间
 
i引言
 
航空侦察是军事侦察的重要组成部分,航空 侦察的关键在于大面阵CCD相机的发展。快门 作为面阵CCD相机的关键部件也随着相机的发 展而不断发展。快门形式多种多样,按工作原理 分有纯机械快门、机械电子快门和电子快门;按快 门帘形式分有焦面帘幕式快门和焦面钢片式快 门[1-3]。
 
焦面帘幕式快门常见的形式是采用上、下两 个帘,两个帘开口部分相互错开一个位置形成曝 光狭缝,帘幕材料为超薄钢带或涂胶黑布。比较 有代表性的焦面帘幕式快门有美国Recon/opti-cal公司60年代研制的应用在KS-87相机上的焦 面帘幕式快门;美国Recon/optical公司80年代 研制的应用在KS-147相机上的新型焦面帘幕式 快门[4—5]。快门帘的运动速度恒定,一次拍照结束 后,快门辊轴反卷,使快门帘回到初始位置等待下 一次拍照。快门通过改变上、下两个帘的相互位 置关系改变狭缝大小,进而调整曝光时间。这种 快门在结构上比较复杂,占用空间尺寸较大。
 
焦面钢片式快门也是采用上、下两个帘的结 构形式,每个帘由一组钢片构成,通过钢片的展 开、收缩实现快门上、下两个帘的运动,比较有代 表性的有日本Nikon公司90年代研制的应用在 尼康相机上的焦面钢片式快门;瑞士 Heerbrugg 公司2008年研制的应用在Leica RCD105数字相 机上的焦面钢片式快门[6 7]。快门帘由电磁驱动, 快门一个帘打开后开始曝光,另一个帘关闭时结 束曝光,通过每个帘启动的时间差改变帘缝宽度, 从而改变曝光时间。此种快门结构紧凑,外形尺 寸较小,比较适用于焦面空间尺寸较小的相机。
 
目前,国外焦面帘幕式快门的发展已趋于成 熟,而国内快门发展比较落后,现阶段还没有较成 熟的高性能焦面帘幕式快门。本文研究的快门针
对某型透射式光学系统的面阵相机,采用两个面 阵CCD棱镜拼接,面阵CCD探测器焦面与棱镜 面仅为20 mm,且要求两个面阵CCD前的曝光狭 缝精确同步。针对相机的上述特点,提出了一种 结构简单,外形尺寸较小的焦面帘幕式快门,并通 过实验测试其性能。本快门具有如下特点:其一, 快门采用单帘周向运动形式,狭缝宽度固定,通过 改变帘幕运动速度调整曝光时间;其二,对应两个 面阵CCD探测器位置关系,采用主、副快门的组 合结构,主、副快门帘采用相互正交垂直布置,通 过DSP控制一个电机同时驱动,保证两个帘同步 运动精度。
 
2 焦面帘幕式快门的结构及原理
 
2.1焦面帘幕式快门原理
 
本文提出的焦面帘幕式快门采用一个帘的形 式,快门帘为环形,周向均布有宽度相等的3个狭 缝,单向运动。相机照相时,每拍照一幅图片快门 帘转三分之一周停在一个位置,等待下一次拍照。 由于快门帘为环形,因此快门帘只需向一个方向 运动,无需返回即可连续拍照,结构示意图如图3 所示。在曝光时,快门帘的运动速度恒定,快门曝 光时间的大小通过调整快门帘运动速度来实现
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