CN103454832A - 单层往复式帘幕以及单层往复式焦平面多快门装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照相机、航空摄影、遥感等技术领域，具体涉及一种单层往复式帘幕以及应用该单层往复式帘幕的单层往复式焦平面多快门装置。该单层往复式帘幕包括单层帘幕，所述单层帘幕上开设有多个狭缝；该单层往复式焦平面多快门装置包括多个探测器以及上述单层往复式帘幕，每个所述狭缝对应一个所述探测器。本发明实施例所提供的单层往复式焦平面多快门装置，利用上述开设有多个狭缝的单层往复式帘幕，从而可以通过多个快门狭缝进行多个探测器同步曝光并保证较高的同步精度；同时，该单层往复式焦平面多快门装置具有结构简单、易于实现等优点。

Description

单层往复式帘幕以及单层往复式焦平面多快门装置

技术领域

本发明涉及照相机、航空摄影、遥感等技术领域，具体涉及一种单层往复式帘幕以及应用该单层往复式帘幕的单层往复式焦平面多快门装置。

背景技术

快门是一种用于控制感光元件或胶片曝光时间的装置。快门的类型有多种，例如，根据快门设置的位置，快门一般分为中心快门（即镜间快门）和焦平面快门（即帘幕快门）。焦平面快门有纵向行走的（纵走式）快门和横向行走的（横走式）快门。一般情况下纵走式焦平面快门采用钢片式结构，而横走式焦平面快门采用帘幕结构。

在数码单反相机中基本上都用电子控制纵走式平面帘幕快门，纵走式焦平面快门由多片平行的钢片构成。由于纵走式焦平面快门对于钢片材料要求高，且控制结构复杂，易出现钢片错位、运行寿命短等问题。因此，纵走式焦平面快门一般只适用于单个快门情况，无法在同一结构中设置多个快门。

现有技术中的很多横走式焦平面快门，多是采用周向双层帘幕结构，在下层帘幕上有一个窄狭缝，在上层帘幕上有一个宽狭缝，运行时，快门帘幕连续绕着驱动轮转动，当窄狭缝通过焦平面时，宽的狭缝也正好通过（但方向与狭缝相反）光学系统的后面，于是光线就没有阻碍地投射到焦平面上。周向双层帘幕快门多用于连续周期曝光，窄狭缝和宽狭缝的位置以及帘幕的长度需要根据需求精确设置，否则易出现曝光位置错误、遮光等问题。周向双层帘幕快门一般也只适用于单个快门，若用于多个快门，其窄狭缝、宽狭缝的位置极易冲突，易造成多重曝光问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于针对现有焦平面快门技术中不适用于多个快门、结构复杂以及控制难度大等缺点，提供一种结构简单、易于实现的单层往复式焦平面多快门装置。

（二）技术方案

本发明技术方案如下：

一种单层往复式帘幕，包括单层帘幕，所述单层帘幕上开设有多个狭缝。

优选的，所述多个狭缝横向排布、纵向排布或者阵列排布。

优选的，所述狭缝的数量为2个、3个或者4个。

本发明还提供了一种应用上述任意一种单层往复式帘幕的单层往复式焦平面多快门装置：

一种单层往复式焦平面多快门装置，包括多个探测器以及上述任意一种单层往复式帘幕，每个所述狭缝对应一个所述探测器。

优选的，任意两个狭缝中心之间的距离与这两个狭缝对应的两个探测器的探测区域中心之间的距离之差小于0.5mm。

优选的，还包括快门框架以及分别固定在所述快门框架两端的第一驱动单元和第二驱动单元，所述单层往复式帘幕的两端分别连接至所述第一驱动单元和第二驱动单元。

优选的，所述第一驱动单元包括依次连接的第一驱动器、第一电机、第一齿轮组以及第一转轴，所述第一转轴与单层往复式帘幕的一端连接；

所述第二驱动单元包括依次连接的第二驱动器、第二电机、第二齿轮组以及第二转轴，所述第二转轴与单层往复式帘幕的另一端连接。

优选的，还包括用于控制所述第一电机以及第二电机工作状态的控制板。

优选的，还包括固定在所述快门框架上、对应所述检测器位置设置的轴辊，所述轴辊用于保持所述探测器探测区域对应的单层往复式帘幕平面张紧。

优选的，用于调整所述单层往复式帘幕平面张紧程度的张紧轮。

（三）有益效果

本发明实施例所提供的单层往复式帘幕，开设有多个狭缝；本发明实施例所提供的单层往复式焦平面多快门装置，利用上述开设有多个狭缝的单层往复式帘幕，从而可以通过多个快门狭缝进行多个探测器同步曝光并保证较高的同步精度；同时，该单层往复式焦平面多快门装置具有结构简单、易于实现等优点。

附图说明

图1是本发明实施例一中单层往复式帘幕的结构示意图；

图2是本发明实施例二中单层往复式帘幕的结构示意图；

图3是本发明实施例三中单层往复式帘幕的结构示意图；

图4是本发明实施例四中单层往复式帘幕的结构示意图；

图5是本发明实施例五中单层往复式焦平面多快门装置的结构示意图；

图6是图五中所示单层往复式焦平面多快门装置的工作流程示意图。

图中，1：第一电机；2：第一齿轮组；3：第一转轴；4：第二电机；5：第二齿轮；6：第二齿轮组；7：快门框架；8：轴辊；9：张紧轮；10：光电开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所提供的单层往复式焦平面多快门装置采用单层往复式帘幕，在单层帘幕的不同位置设置狭缝，从而实现多个探测器同时曝光，且曝光时间可灵活调节，同时，可以精确控制多探测器曝光的同步精度。该单层往复式焦平面多快门装置可以用于视场拼接相机或多光谱相机中，由于同时使多个探测器同步曝光，从而可以获取不同视场或不同光谱波段的图像。根据拼接或波段数的不同，单层往复式焦平面多快门装置可实现多种快门组合设计，比如横向双快门、纵向双快门、纵横三快门、纵横四快门等多种形式。由于多个快门的实现只是在单层帘幕的不同位置设置快门狭缝，与快门整体机械及控制结构的关系不大，因此，下面首先通过实施例一至实施例四对本发明所提供的单层往复式帘幕加以详细说明，最后通过实施例五对本发明所提供的单层往复式焦平面多快门装置加以详细说明。

实施例一

本实施例中提供了一种横向双快门单层往复式帘幕，如图1中所示，该单层往复式帘幕的运动方向为横向方向，其包括单层帘幕，并且在帘幕运动方向上的不同位置设置两个快门狭缝，相应的，应用该单层往复式帘幕的单层往复式焦平面多快门装置的两个探测器也需要沿着帘幕运动方向布置，且对应于狭缝位置。

实施例二

本实施例中提供了一种纵向双快门单层往复式帘幕，如图2中所示，该单层往复式帘幕的运动方向为横向方向，其包括单层帘幕，并且在与帘幕运动方向垂直的方向上的不同位置设置两个快门狭缝，相应的，应用该单层往复式帘幕的单层往复式焦平面多快门装置的两个探测器也需要沿着与帘幕运动方向垂直的方向布置，且对应于狭缝位置。

实施实例一和实施实例二之间的区别主要是由探测器在相机结构中的位置不同造成的，并无本质上的不同。这两种类型的单层往复式帘幕多用于双镜头相机视场拼接，分别实现横向和纵向的视场扩展。

实施例三

本实施例中提供了一种纵横三快门单层往复式帘幕，如图3中所示，该单层往复式帘幕的运动方向为横向方向，其包括单层帘幕，在单层帘幕的不同位置设置有三个快门狭缝，其中第一狭缝和第二狭缝纵向排列，第三狭缝处于横向方向上并且纵向位置处于上述两个纵向排列的狭缝之间；相应的，应用该单层往复式帘幕的单层往复式焦平面多快门装置的三个探测器需要对应于狭缝位置设置。此外，若三个狭缝在纵向方向上纵向排布即位于纵向方向的同一直线上，对应地，应用该单层往复式帘幕的单层往复式焦平面多快门装置的三个探测器在纵向方向上也是纵向排布即位于纵向方向的同一直线上，则本实施例可用于纵向视场的多重扩展；若三个狭缝均不在纵向方向上纵向排布即不在纵向方向的同一直线上，则本实施例可用于三波段多光谱相机。

实施例四

本实施例中提供了一种纵横四快门单层往复式帘幕，如图4所示，该单层往复式帘幕的运动方向为横向方向，其包括单层帘幕，在单层帘幕的不同位置设置有四个快门狭缝，其中第一狭缝和第二狭缝纵向排列，第三狭缝和第四狭缝也是纵向排列，但与第一狭缝和第二狭缝在横向方向上处于不同位置，第一狭缝和第三狭缝横向排列，第二狭缝和第四狭缝横向排列；由于四个狭缝在纵向方向上有纵向排布，在横向方向上有横向排布，对应地，应用该单层往复式帘幕的单层往复式焦平面多快门装置的四个探测器在纵向方向上有纵向排布，在横向方向上有横向排布，则本实施例可用于纵横视场的多重扩展。此外，若四个狭缝既无纵向排布，也无横向排布，则本实施例可用于四波段多光谱相机。

除上述实施例外，单层往复式帘幕狭缝的数量还可以为其他数量，例如5个、6个、9个等等，多个狭缝可以为横向排布、纵向排布、阵列排布或者不规则排布等等，本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下，可将本发明技术方案用于上述情形，这都属于本发明保护的范围。

实施例五

本实施例中提供了一种单层往复式焦平面多快门装置，该单层往复式焦平面多快门装置包括多个探测器以及实施例一至实施例四中提供的任意一种单层往复式帘幕，单层往复式帘幕上的每个狭缝对应一个探测器。除此在外，本实施例中的单层往复式焦平面多快门装置还可以包括快门框架以及分别固定在快门框架两端的第一驱动单元和第二驱动单元，单层往复式帘幕的两端分别固定连接至第一驱动单元和第二驱动单元，其中，快门框架作为快门的主体结构，第一驱动单元以及第二驱动单元用于驱动单层往复式帘幕往复运动。

进一步的，本实施例中还提供了一种上述第一驱动单元以及第二驱动单元的具体实现方式。如图5中所示，本实施例中的第一驱动单元包括第一驱动器、第一电机1、第一齿轮组2以及第一转轴3，第一驱动器与第一电机1连接，第一电机1通过第一齿轮组2与第一转轴3连接，并与第一转轴3一同固定在快门框架7上，第一转轴3与单层往复式帘幕的一端固定连接；第二驱动单元包括第二驱动器、第二电机4、第二齿轮组5以及第二转轴6，第二驱动器与第二电机4连接，第二电机4通过第二齿轮组5与第二转轴6连接，第二转轴6与单层往复式帘幕的另一端固定连接；第一电机1以及第二电机4还与控制板连接，控制板用于控制第一电机1以及第二电机4工作状态。除此之外，在快门框架7上还安装有若干个轴辊8、张紧轮9以及光电开光等；例如，本实施例中三个轴辊8对应检测器的位置设置，用于保持探测器探测区域对应的单层往复式帘幕平面张紧，而通过调节四个张紧轮9的位置，则可以调节单层往复式帘幕的平面张紧程度。光电开关10处于第一转轴3和张紧轮9以及第二转轴6和张紧轮9之间，而第一驱动器、第二驱动器以及控制板则安装于快门框架7之外的空间。

下面结合工作原理及工作流程对本实施例中所提供的单层往复式焦平面多快门装置进行更详细的说明。

单层往复式焦平面多快门装置的基本工作原理是通过第一电机的旋转带动单层往复式帘幕以及单层往复式帘幕上的多个狭缝，在焦平面的探测器的表面上方匀速运动，从一端移动到另一端，运动过程中外部光线分别依次通过位于不同位置的狭缝照射到对应的探测器上进行曝光，完成曝光后，单层往复式帘幕通过第二电机的旋转带动返回到初始位置，等待下一次曝光。

整个工作流程分为5个过程，如图6中所示，示意图中以单层往复式焦平面双快门装置为例。

（1）初始状态

如图6中a部分所示，单层往复式帘幕位于初始位置，在接收到控制板的快门启动脉冲后，由第一电机旋转带动单层往复式帘幕和两个狭缝向右运动；此过程为狭缝运动加速过程。

（2）开始曝光

如图6中b部分所示，两个狭缝均运动至开始曝光位置，并发送曝光脉冲给探测器，接着两个狭缝持续从探测器左端向右端运动。此过程为狭缝匀速运动过程。

（3）停止曝光

如图6中c部分所示，狭缝运动至停止曝光位置，并发送停止曝光脉冲给探测器。

（4）停止状态

如图6中d部分所示，狭缝从探测器右端运动至停止位置，此过程为狭缝减速运动过程。

（5）回复初始状态

如图6中e部分所示，狭缝在停止位置等待所设定的时间后，由第二电机旋转带动单层往复式帘幕和狭缝返回至初始位置。此过程中不发送曝光脉冲给探测器。

关于本实施例所提供的单层往复式焦平面多快门装置的相关技术参数计算如下：

曝光时间计算

若狭缝宽度为d，帘幕运动速度为v，曝光时间为t，则三者关系为：

t=d/v

若与电机转速n相关联，则：

$v=\frac{2\mathrm{\π}\·n}{60}\·r$

其中r为转轴半径；

因此可以得到曝光时间与狭缝宽度、电机转速、转轴半径的关系：

$t=\frac{60d}{2\mathrm{\π}\·n\·r}$

从上式可以知道，在狭缝宽度与转轴半径确定的情况下（快门结构确定后，这两个参数是不能修改的），可以通过调节电机转速实现曝光时间的调节。

多快门同步精度计算

由于多个快门是设置在同一个帘幕上，在某一时刻的运动速度是一致的，不存在时间差或同步误差。造成多快门同步误差的原因在于帘幕上任意两个曝光狭缝的中心间距D1与这两个狭缝对应的探测器探测区域的中心间距D2之间存在差值ΔD，除以曝光时的单层往复式帘幕运动速度，可以得到多快门的同步误差Δt，即：

$\mathrm{\Δt}=\frac{60\mathrm{\ΔD}}{2\mathrm{\π}\·n\·r}=\frac{60(D1-D2)}{2\mathrm{\π}\·n\·r}$

在一般的光机装调条件下，ΔD小于0.5mm是比较容易实现的，在曝光时间为1ms的情况下，多个快门的同步精度可达到0.5ms，即达到毫秒量级，相比普通的多个独立快门间的同步精度为几十或几百毫秒量级提高了很多。

综上所示，本发明实施例所提供的单层往复式焦平面多快门装置具有以下优点：

1）单层往复式帘幕

采用单层往复式帘幕，无需周向循环，可有效减少快门所占空间，且适用于探测器与帘幕轴向间距较小的情况。由于是往复式运动，对于两次拍摄时间间隔和拍摄位置的要求不高，在两次拍摄间隔内，快门恢复至初始位置即可；而周向循环快门的循环时间和帘幕长度有严格的对应关系，在保持一定的快门速度情况下，循环时间改变，则帘幕长度必须随之改变。

2）可实现多个探测器曝光

在帘幕的不同位置设置狭缝，可基于一套快门装置实现多个探测器曝光。在每个探测器对应帘幕位置的一端开设狭缝，由电机带动帘幕及狭缝沿着探测器方向移动，实现多个探测器的曝光。

3）曝光时间可灵活调节

曝光时间由狭缝宽度和帘幕速度决定，对设计好的快门成品而言，狭缝的宽度已经确定，可供调节的参数为帘幕速度，帘幕速度由电机的旋转速度决定，调节电机转速即可调节帘幕速度。例如，本快门装置可以采用直流无刷电机，通过控制板灵活设置电机转速，获得不同的帘幕速度，进而实现不同的曝光时间。

4）可精确控制多探测器曝光的同步精度

由于多个曝光狭缝是开设在同一帘幕上，而帘幕是由电机控制移动而实现曝光，狭缝移动通过探测器时即开始曝光。则多探测器曝光的同步的影响因素仅取决于狭缝的间距与探测器间距的差别，若换算成时间的话，还与帘幕移动的速度有关。而这两个间距差和帘幕速度是精确可控的。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种单层往复式帘幕，包括单层帘幕，其特征在于，所述单层帘幕上开设有多个狭缝。

2.根据权利要求1所述的单层往复式帘幕，其特征在于，所述多个狭缝横向排布、纵向排布或者阵列排布。

3.根据权利要求1或2所述的单层往复式帘幕，其特征在于，所述狭缝的数量为2个、3个或者4个。

4.一种单层往复式焦平面多快门装置，其特征在于，包括多个探测器以及根据权利要求1-3任意一项所述的单层往复式帘幕，每个所述狭缝对应一个所述探测器。

5.根据权利要求4所述的单层往复式帘幕，其特征在于，任意两个狭缝中心之间的距离与这两个狭缝对应的两个探测器的探测区域中心之间的距离之差小于0.5mm。

6.根据权利要求4或5所述的单层往复式帘幕，其特征在于，还包括快门框架以及分别固定在所述快门框架两端的第一驱动单元和第二驱动单元，所述单层往复式帘幕的两端分别连接至所述第一驱动单元和第二驱动单元。

7.根据权利要求6所述的单层往复式帘幕，其特征在于，所述第一驱动单元包括依次连接的第一驱动器、第一电机、第一齿轮组以及第一转轴，所述第一转轴与单层往复式帘幕的一端连接；

所述第二驱动单元包括依次连接的第二驱动器、第二电机、第二齿轮组以及第二转轴，所述第二转轴与单层往复式帘幕的另一端连接。

8.根据权利要求7所述的单层往复式帘幕，其特征在于，还包括用于控制所述第一电机以及第二电机工作状态的控制板。

9.根据权利要求7或8所述的单层往复式帘幕，其特征在于，还包括固定在所述快门框架上、对应所述检测器位置设置的轴辊，所述轴辊用于保持所述探测器探测区域对应的单层往复式帘幕平面张紧。

10.根据权利要求9所述的单层往复式帘幕，其特征在于，用于调整所述单层往复式帘幕平面张紧程度的张紧轮。

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