大面阵数码相机快门驱动机构的设计分析与改进

    1 引 言

    随着科技的不断进步,大面阵数码相机因其与传统数码相机相比具有横向视场大的优点,所以已成为快速获取高精度影像资料的主要手段。

    当大面阵数码相机作为机载的载荷或应用于一些人类无法接近或进入的工作环境中时,相机的控制不能使用传统的手动方式,而必须采用全电控的方式进行操作,且要求体积尽可能小。因此相机的驱动机构也不能沿用传统的手动机构,需要重新设计快门驱动机构,以便在有限的空间内用电动的方式驱动相机完成各种动作。

    快门机构是相机的重要部件,它起到了控制曝光量和控制运动物体成像模糊量的作用。为了保证成像清晰,要求快门在相机摄像过程中具有短的曝光时间,快门机构中的各构件要以较快运动速度来完成快门的开闭动作。因此快门的驱动机构必须运动快速、灵活、无卡滞,以保证快门的正常工作。

    2 快门的工作原理

    快门一般是由金属片或胶质绸布制成的,它的作用是控制镜头通光的时间,使感光片能得到正确曝光,并使静止的和运动中的被摄物均可获得清晰的影像。大面阵数码相机快门要求能够连续工作3000次,因此为了保证相机工作的可靠性,选择Canon机械纵走式焦平面快门作为快门驱动机构的主要部件。Canon快门的实物照片如图1所示。快门的寿命为104次,完全可以满足设计要求。

    纵走式焦平面纵走式焦平面电子钢片快门是利用快门前帘和后帘在焦平面前形成的横向狭缝,并使此狭缝以一定的速度在胶片画幅前纵向通过而使胶片的各点依次曝光的。通过对狭缝宽度和狭缝运动速度的控制,可以实现对照相机底片的曝光时间的控制,从而使底片获得正确的曝光量。

    快门由组合叶片系统和控制系统组成。组合叶片系统由前帘和后帘组成;控制系统由机械控制系统和电路控制系统组成。图2为典型的电子钢片快门组合叶片系统的结构示意图。快门的帘幕是由一系列厚度为0.06~0.10 mm的钢片,以双摆杆机构的形式组合而成的。前帘和后帘分别在前帘杠杆和后帘杠杆的控制下完成展开和叠合的动作。在前、后帘杠杆的转轴位置上设计有快门的主力扭簧,为快门叶片组的运动提供动力。前、后帘杠杆的运动分别受到两个电磁铁的控制[1,2]。

    在上弦过程中,快门完成一系列的准备工作;在快门释放时,运算电路根据光圈的大小值和所测得的被摄物体表面亮度值来确定释放前帘与后帘的时间间隔,并通过延时电路对后帘电磁铁进行控制。