FJZ-1000型超高速转镜分幅相机及其应用

    1 引 言

    高速摄影仪器中,超高速转镜分幅相机的摄影频率主要集中在104~106幅/s段,在研究各种快速流逝过程时,应用极广泛,是最主要的测试手段之一。诸如火花放电、爆炸、激光及等离子体诊断等[1]。超高速转镜分幅相机的摄影频率的高端与高速变像管相机衔接,摄影频率仅次于变像管相机。因转镜式分幅相机在成像质量、摄影频率不均匀性以及画幅总数等方面的优势,使其使用经久不衰。

    FJZ-1000型超高速分幅相机最高摄影频率1×107幅/s,是目前我国在用转镜式相机中具有最高技术性能的设备。过去,该相机的四排图像只有中间两排可用,故摄影频率除该两排间达到1×107幅/s以外,其余均只能达到3.33@106幅/s。

    本文中,阐述了使相机全面达到1×107幅/s摄影频率技术指标所需做的光学工作,经完善这些光学工作后,该相机己在爆轰试验中获得了高质量的试验结果。

    2 相机技术性能指标

    摄影频率:2×106~1×107幅/s;

    总画幅数:160幅;

    画幅尺寸:7.5 mm×10 mm;

    静态目视分辨率:22 mm-1;

    动态摄影分辨率:15 mm-1;

    等效相对孔径(对底片):1/28.6;

    主物镜焦距:1 000 mm,300 mm;

    工作方式:同步。

    3 光学更新

    为实现孔径光阑与入瞳之间的良好匹配,并尽可能减小入瞳(主物镜通光口径)的尺寸,在主物镜和第一转像物镜之间的视场光阑处,设置适当光焦度的场镜[2]。显然,场镜不会影响整个系统的光焦度,对光学系统最终成像的质量影响也可忽略,但它为光阑共轭、减小光学系统外形尺寸的要求创造了灵活的设计条件。图1是孔径光阑与主物镜通光口径共轭的光学系统图。为达到光阑共轭和减小主物镜通光口径限制的目的,除了孔径光阑的位置要合适外,场镜最佳焦距fc0的计算,应按式(1)进行。

fc0= (b+aB)/(1-(b+aB/dc)) (1)

B= ac/a (2)

    式中:B是孔径光阑经第一转像物镜的放大率;dc是主物镜(fc=1 000 mm)在常用物距10 m时的像距。

    经过上述光学更新后,所有的画幅均可完整成像,相机更新前后在底片上的成像情况如图2所示。每幅图像的有效曝光时间te直接由共轭光阑宽度W和转镜扫描速度确定

    式中:R为排透镜环的半径;n为转镜转速。当n=5 000 r/s,te=0.1Ls。即相机时间分辨率为10^-7s。

    4 控制系统[3]