专利名称：一种全帧转移型ccd机械快门的时间特性检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电测量技术领域，尤其涉及一种全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置。
背景技术：
目前，在相机上控制曝光时间的措施是快门，包括传统的机械快门和新型的电子快门。CCD相机是否需要安装机械快门主要由CCD芯片的类型决定，目前大多数的商用消费级数码相机都是采用的行间转移型CCD，由于其帧转移速率很快，感光电荷可以很快地转移到遮光区域，一般不用机械快门。而对于大面阵的无遮光区域的全帧转移型CCD来说，它只有光敏区和读出寄存器，光敏区完成光积分后，光电荷包直接垂直转移到水平读出寄存器。 由于不存在光电荷的存储过程，所以图像的水平读出不能与光积分同步进行，为了在读出光荷时遮蔽已经捕捉到的图像，防止产生拖尾现象，全帧转移型CCD相机都需要外加机械快门来遮蔽入射光。而在现有技术方案中，全帧转移型CCD多光谱遥感相机曝光过程中，需要机械快门与电子快门相互配合，这就要求对机械快门的时间特性有一个精确的定量分析。现有技术方案对机械快门时间检测都是采用高速相机对快门的动作控制全过程进行了拍摄，将一个发光二极管、机械快门、高速相机置于同一水平高度，然后用快门关闭控制信号点亮发光二极管，直到快门完全关闭。但上述技术方案只能测量出快门的动作时间，而无法测量快门的延时时间，对时间特性的测量精度也不高，测量成本昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置，该检测装置不仅能够快速的测量快门的动作时间，而且能正确的测出快门的曝光时间，测量精度
高，结构简单。本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置，所述时间特性检测装置包括平行光源、机械快门、聚焦镜头、光电二极管、信号调理电路和示波器，其中所述平行光源、机械快门、聚焦镜头和光电二极管设置在同一水平高度；所述平行光源发射出的平行光照射在所述机械快门的孔径上，通过该孔径的平行光在所述聚焦透镜的作用下发生聚焦，照射在所述光电二极管的感光面上；所述光电二极管发生光电转换，并将光电转换后的电流输入到所述信号调理电路；所述信号调理电路输出的电压通过所述示波器读取，其中该输出的电压与亮度成正比；根据所述示波器读取出的电压信号变化，获得机械快门的时间特性。所述机械快门的时间特性，具体包括机械快门的动作时间，延时时间和曝光时间。所述平行光源的发光面积大于所述机械快门的孔径。所述时间特性检测装置还包括快门控制器，该快门控制器输出外部触发信号控制所述机械快门的开闭。所述聚焦镜头的焦距长短可调，且所述聚焦镜头的平面比所述机械快门的直径大。所述示波器的采样频率在10MHZ以上，实时采集和保存电压信号，并在时间轴上放大或缩小。由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述时间特性检测装置包括平行光源、 机械快门、聚焦镜头、光电二极管、信号调理电路和示波器，其中所述平行光源、机械快门、 聚焦镜头和光电二极管设置在同一水平高度；所述平行光源发射出的平行光照射在所述机械快门的孔径上，通过该孔径的平行光在所述聚焦透镜的作用下发生聚焦，照射在所述光电二极管的感光面上；所述光电二极管发生光电转换，并将光电转换后的电流输入到所述信号调理电路；所述信号调理电路输出的电压通过所述示波器读取，其中该输出的电压与亮度成正比；根据所述示波器读取出的电压信号变化，获得机械快门的时间特性。该检测装置不仅能够快速的测量快门的动作时间，而且能正确的测出快门的曝光时间，测量精度高， 结构简单。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本发明实施例所提供的时间特性检测装置的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的光电二级管的信号调理放大电路的示意图；图3为本发明实施例中测量快门动作时间的结果示意图；图4为本发明实施例中测量快门延时时间的结果示意图。
具体实施例方式下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供的时间特性检测装置的结构示意图，图1中包括1.平行光源，2.机械快门，3.聚焦镜头，4.光电二极管，5.信号调理电路，6.示波器，7.快门控制器，其中平行光源1、机械快门2、聚焦镜头3和光电二极管4设置在同一水平高度；平行光源1发射出的平行光照射在所述机械快门2的孔径上，通过该孔径的平行光在所述聚焦透镜3的作用下发生聚焦，照射在所述光电二极管4的感光面上。在具体实现过程中，所述平行光源的发光面积大于所述机械快门的孔径，这样有比较高的稳定度，平行光源不能使用白炽灯泡等光源取代；聚焦镜头的焦距长短可调，同时聚焦透镜平面应该比机械快门的直径大，以便使通过机械快门的平行光都能够照射在聚焦透镜的接受面上。光电二极管4发生光电转换，并将光电转换后的电流输入到所述信号调理电路5 ；信号调理电路5再输出的电压，并通过所述示波器6读取出来，这里，该信号调理电路5输出的电压与亮度成正比；再根据示波器6所读取出的电压信号变化，就可以获得机械快门的时间特性。这里，机械快门的时间特性可以为快门的动作时间，延时时间和曝光时间等；示波器的采样频率在10MHZ以上，可以实时采集和保存电压信号，可以在时间轴上放大缩小。另外，上述的时间特性检测装置还可包括快门控制器7，该快门控制器7输出外部触发信号控制所述机械快门2的开闭。且该快门控制器7同时有很好的外部接口，方便示波器6的测量。具体实现过程中，上述装置的具体工作过程为首先，快门控制信号7控制机械快门2的闭合，当机械快门2开启时，平行光源1发射出来的平行光源通过机械快门2，透过机械快门孔径的平行光经过聚焦透镜3聚焦，变成一个光电二极管4感光面大小的光斑。再调节光电二极管4的垂直高度，使得光斑能够完全照射在光电二极管4的感光面上，这里光斑的亮度与机械快门2的开启比例成正比，而光电二极管4经过信号调理电路 5输出的电压与光斑的亮度成正比，因此，通过检测信号调理电路5输出电压的变化情况， 就可以获得机械快门2的开闭状态，具体是通过示波器6来读取电压信号变化，从而获得机械快门的时间特性。以具体的实例来说，上述信号调理电路5的工作电路示意图如图2所示，图2中 信号调理电路5(MAX4077)的两级系统结构使用户能够在输出缓冲器前包含一个低通滤波器。通过将增益分为两级，来自前置放大器的信号可被滤波，并且通过输出缓冲放大器将滤波后的半满度信号恢复到满度信号。从反向输入端看进去的源电阻大约为IOOkQ，以将输入偏置电流的影响减至最小，但是这个电流非常小并且由于应用中电阻不匹配造成的误差相当小。上述电路的输入是光电二极管4，经过信号调理电路5的处理后得到输出。上述光电二极管4在反向偏置条件下工作，当光照时，半导体吸收光，在耗尽层或离耗尽层一个扩散长度内产生电子-空穴对，最后被电场分开。当载流子漂移通过耗尽层时，在外部电路中形成光电流，从而实现光电转换。以具体的实例来进行说明在该实例中，所使用的机械快门是单叶片式机械快门， 由旋转电磁铁、底座和叶片组成，当电磁铁通电时，旋转电磁铁开始转动，带动叶片将光孔关闭，复位弹簧储存弹性势能；当电磁铁断电时，叶片在弹簧的作用下，迅速运动，将光孔打开，等待下一次的曝光。然后通过上述实施例所描述的过程对该机械快门的时间特性进行检测，最终得到该机械快门的快门动作时间的结果示意图如图3所示，图3中、到、为信号调理电路的输出电压从OV变化到最大值，也就是机械快门的开启动作时间；、到、为信号调理电路输出最大电压的保持时间，对应为机械快门的曝光时间；t2到t3为信号调理电路输出电压从最大值变到0V，对应为机械快门的关闭动作时间。并进一步得到机械快门的快门延时时间的结果示意图如图4所示，图4中1为机械快门的控制信号；2为信号调理电路的输出电压信号。其中，时间、为机械快门的快门开启时的动作延时时间，时间t2是机械快门的快门关闭时的动作延时时间。综上所述，本发明实施例所述的时间特性检测装置不仅能够快速的测量快门的动作时间，而且能正确的测出快门的曝光时间，测量精度高，结构简单。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置，其特征在于，所述时间特性检测装置包括平行光源、机械快门、聚焦镜头、光电二极管、信号调理电路和示波器，其中所述平行光源、机械快门、聚焦镜头和光电二极管设置在同一水平高度； 所述平行光源发射出的平行光照射在所述机械快门的孔径上，通过该孔径的平行光在所述聚焦透镜的作用下发生聚焦，照射在所述光电二极管的感光面上；所述光电二极管发生光电转换，并将光电转换后的电流输入到所述信号调理电路； 所述信号调理电路输出的电压通过所述示波器读取，其中该输出的电压与亮度成正比；根据所述示波器读取出的电压信号变化，获得机械快门的时间特性。
2.如权利要求1所述的全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置，其特征在于，所述机械快门的时间特性，具体包括机械快门的动作时间，延时时间和曝光时间。
3.如权利要求1所述的全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置，其特征在于， 所述平行光源的发光面积大于所述机械快门的孔径。
4.如权利要求1所述的全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置，其特征在于，所述时间特性检测装置还包括快门控制器，该快门控制器输出外部触发信号控制所述机械快门的开闭。
5.如权利要求1所述的全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置，其特征在于， 所述聚焦镜头的焦距长短可调，且所述聚焦镜头的平面比所述机械快门的直径大。
6.如权利要求1所述的全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置，其特征在于， 所述示波器的采样频率在10MHZ以上，实时采集和保存电压信号，并在时间轴上放大或缩小。
全文摘要
本发明公开了一种全帧转移型CCD机械快门的时间特性检测装置，包括平行光源、机械快门、聚焦镜头、光电二极管、信号调理电路和示波器，其中所述平行光源、机械快门、聚焦镜头和光电二极管设置在同一水平高度；所述平行光源发射出的平行光照射在所述机械快门的孔径上，通过该孔径的平行光在所述聚焦透镜的作用下发生聚焦，照射在所述光电二极管的感光面上；所述光电二极管将光电转换后的电流输入到所述信号调理电路；所述信号调理电路输出的电压通过所述示波器读取；根据所述示波器读取出的电压信号变化，获得机械快门的时间特性。该检测装置不仅能够快速的测量快门的动作时间，而且能正确的测出快门的曝光时间，测量精度高，结构简单。
文档编号G03B43/02GK102508407SQ20111034523
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者彭丁国, 杨旺林, 苏丽娟, 袁艳, 赵妍妍 申请人:北京航空航天大学