專利名稱：無原理誤差的轉鏡分幅相機暗箱的制作方法
無原理誤差的轉鏡分幅相機暗箱
技術領域：
本發明涉及超高速攝影技術，更具體地說，涉及一種無原理誤差的轉鏡分 幅相4幾暗箱。
背景4支術
高速攝影儀器是人眼時間分辨能力的延伸，能夠實現瞬態過程中時空信息 的記錄，從而為瞬態過程的分析研究提供有力工具。在研究爆轟、聚變、放電、 高速燃燒、強激光作用物質效應、非穩態渦流、細觀和微觀動力學效應等領域 的超快過程中通常需要微秒和亞微秒時間分辨率的高速攝影儀器。在滿足這種 要求的各類高速攝影儀器中，轉鏡分幅相機具有大畫幅尺寸、多畫幅數、高空
間分辨率、攝影頻率范圍寬等特點，可承擔104~1070 (幅/秒)超高速攝影頻
段中大部分超快過程的研究任務。因此，超高速攝影研究領域的注意點在從轉 鏡型轉向變像管型和固體成像器件型之后，又有重新回到轉鏡分幅相機的趨勢，
這種分幅相機一直是超高速攝影研究的重點(SPIE, 2003， Vol.4948: 330-335; SPIE， 2007, Vol.6279: 62791U-l~62791U-9 )。
現有轉鏡分幅相機暗箱的結構設計均建立在Miller原理之上，如圖1所示， 依照該理論構造的轉鏡分幅相機暗箱通常包括箱體和設置在箱體內的轉鏡4、 中繼透鏡陣列5、記錄像面6。暗箱外的物鏡1捕捉到的一次像^經目鏡2和 場鏡3后形成二次像12，通過調整場鏡3的位置，使得二次像12正好在轉鏡4 附近某確定位置；二次像12經轉鏡4鏡像后得到的鏡像像12', 二次像的鏡像^象 12'透過中繼透鏡陣列5在記錄像面6上形成最終像V。 二次像的鏡像像12'與記 錄像面的最終像13'通過相應的中繼透鏡5'形成光學共軛關系。
為了實現曝光和分幅的功能，在暗箱中設置了光學快門，具體如圖1所示， 在目鏡2和場鏡3之間設置有孔徑光闌Qa,中繼透鏡陣列由多個中繼透鏡5' 陣列而成，每個中繼透鏡5'上設有出瞳光闌Qe，形成出瞳光闌陣列8。設置孔徑光闌Qa經過場鏡3、轉鏡4和透明玻璃球罩12后成像Qa'在出瞳光闌Qe上。 隨著轉鏡4掃描將孔徑光闌的像Qa'依次遍歷各個出瞳光闌Qe時，使得各個出 瞳光闌Qe依次打開，形成光學快門，相應的中繼透鏡5'把鏡像像12'的最終像13' 最終記錄在記錄^f象面6上，同時實現依次曝光和分幅二種功能。
長期以來，人們對中繼透鏡及其出瞳光闌所在曲面和記錄像面進行了深入 的研究，通常使用代替圓的設計理論(SPIE Optical Engineering Press, 1997， Rotating Mirror Streak and Framing Cameras; 光子學才艮，2004, Vol.3 3 ，No.6: 739 742 )來構造這兩個曲面。
由于轉鏡4有一定的半厚r，轉鏡4勻速旋轉掃描時，二次像12在轉鏡4 上的反射點T的位置產生連續變化，使得孔徑光闌Qa的像Qa'的軌跡形成Pascal 蝸線；同樣二次像I2在轉鏡處的鏡像12'經中繼透鏡后的成像V實際的成像位置 的軌跡也是Pascal蝸線。因此，上述基于代替圓的設計理論構造的轉鏡分幅相 機存在多種原理誤差(1)因中繼透鏡陣列所在的曲面為代替圓曲面，而該曲 面與實際成像的pascai蝸線曲面不一致造成像點的離焦誤差，會增加成像模糊
量，降低成像分辨率；(2)在上述光學快門中，由于出瞳光闌陣列的軌跡設計 成代替圓，使得轉鏡勻速轉動時在出瞳光闌陣列所在的曲面上不能實現等速掃 描，由此導致攝影頻率的不均勻性，在大工作角情況下會造成非常大的時基判 讀誤差；(3)當中繼透鏡所在曲面設計成代替圓后，通過中繼透鏡及其出瞳的 主光線與相應的反射光軸不同軸，導致中繼透鏡的成像誤差，會使整機攝影分 辨率下降。
現有技術中按照不同的設計要求，上述的代替圓設計理論又可分為離焦設 計理論、等速設計理論、共軸設計理論，分別對應上述三種缺陷。這些設計理 i侖都只能減少某一方面的原理誤差，只能將某一方面的原理誤差最小化；而且 任何兩種設計理論都不能同時在一個系統中實現，無法避免上述三種缺陷而只 能根據系統的具體要求給出最佳的設計(光子學報，2004， VoL33,No.6: 739 742 )。
發明內容本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中轉鏡分幅相機的暗箱不能 實現等速掃描出瞳光闌陣列，由此導致攝影頻率的不均勻性的缺陷，提供一種 無原理誤差的轉鏡分幅相機的暗箱，能夠使得轉鏡勻速旋轉時能夠在該出瞳陣 列上實現等速掃描，從而保證了攝影頻率的均勻性。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種轉鏡分幅相機的暗 箱，包括箱體和設置在箱體內的轉鏡、中繼透鏡陣列、對應中繼透鏡陣列設置 的出瞳光闌陣列、記錄像面，從所述箱體外部導入的二次像成像在轉鏡處并經 轉鏡鏡像后經過出瞳光闌和中繼透鏡在記錄像面上形成最終像，所述箱體上設 有控制成像光束口徑的孔徑光闌，所述孔徑光闌的像經過轉鏡成在所述出瞳光 闌陣列的出瞳光闌處，所述出瞳光闌陣列中各個出瞳光闌的中心設置在以第一 Pascal蝸線為準線的柱面上。
在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱中，在垂直于轉鏡旋轉軸的平面內以 二次像導入方向為;c軸的平面坐標系中，所述第一 Pascal蝸線的軌跡方程如下
jce =(《e + ;) cos + sin + (;c。 + cos p) ye =+ A) sin— ^ cos+ (y0 + sin p)
其中，(x。， y。)為轉鏡的旋轉中心坐標；(-&， O)為所述孔徑光闌的中
心經過場鏡成像后的像點坐標；(&， ^ )為所述出瞳光闌的中心坐標；"為轉 鏡的半厚；^是轉鏡以垂直x軸方向為初始位置的即時轉角。
在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱中，所述記錄像面設置在以第三 Pascal蝸線為準線的柱面上。
在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱中，在垂直轉鏡旋轉軸的平面內以二 次像進入方向為x軸的平面坐標系中，所述第三Pascal蝸線的軌跡方程如下
X/ =(《/ + "o)cos+ y。 sin+ (X + 2" cos p) 力=(《/ + xo) sin- _v0 cos+ (_y0 + 2/- sin
其中，(x。， y。)為轉鏡的中心坐標；o)為最終像設計點的中心坐 標，所述最終像設計點是在設定沒有轉鏡的情況下根據光學系統選定的設計點； ( ，々)為所述記錄像面中心的坐標；"為轉鏡的半厚；P是轉鏡以垂直x
軸方向為初始位置的即時轉角。在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱中，所述中繼透鏡陣列中每個中繼透
鏡的主點設置在以第二 Pascal蝸線為準線的柱面上。
在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱中，在垂直轉鏡旋轉軸的平面內以二
次像進入方向為;c軸的平面坐標系中，所述中繼透4竟主點軌跡所在第二 Pascal
蝸線的軌跡方程如下
xH = (gH + ;c。) cos 2p + y。 sin 2p + (x0 + 2r cos >^ x。) sin 2P—^。cos 2P + (少。+ 2r sin
其中，(x。， a )為轉鏡的中心坐標；(-&， 0)為中繼透鏡設計點的坐標， 所述中繼透鏡設計點是滿足在設定沒有轉鏡的情況下二次像直接經過中繼透鏡 后聚焦成像在最終像設計點時所確定中繼透鏡的主點位置；& )為所述
中繼透鏡主點的坐標；"為轉鏡的半厚；w是轉鏡以垂直x軸方向為初始位置的 即時轉角。
在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱中，在所述轉鏡旋轉時，二次像經過 轉鏡上的反射點反射至中繼透鏡陣列中的一個中繼透鏡上，設置每個中繼透鏡 的光軸通過與其對應的反射點。
在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱中，所述箱體內設有排鏡架，所述排 鏡架上對應所述中繼透鏡陣列中的每個中繼透鏡設有一個滑槽，所述中繼透鏡 在對應的滑槽內沿該中繼透鏡光軸方向可滑動孩B周。
在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱中，所述出瞳光闌陣列開設在出瞳光 闌片上，所述出瞳光闌片固定在排鏡架的內側表面上。
在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱中，所述轉鏡設置在真空透明玻璃球 罩內，所述真空透明玻璃球罩設置在所述箱體內
所述轉鏡設置在真空透明玻璃球罩內，所述真空透明玻璃球罩設置在所述 箱體內。
實施本發明的轉鏡分幅相機的暗箱，具有以下有益效果通過設置轉鏡分 幅相機的暗箱包括箱體，在箱體內設置轉鏡、中繼透鏡陣列、對應中繼透鏡陣 列設置的出瞳光闌陣列、記錄像面，從外部經物鏡、目鏡和場鏡等鏡頭組導入 的二次像經過轉鏡鏡像后再經過中繼透鏡陣列，最終成像在記錄像面上；在箱體上設置有孔徑光闌，用于控制成像光束的口徑；設置孔徑光闌與出瞳光闌光 學共軛，使得孔徑光闌的像和出瞳光闌共同形成光學快門，在記錄像面上實現 曝光和分幅的功能。由于轉鏡存在一定的厚度，在轉鏡勻速旋轉掃描時，入射 光線的方向不變，使得入射光線在轉鏡上的反射點連續變化，這使得孔徑光闌 在出瞳光闌處的共軛像點的軌跡為Pascal蝸線，通過將出瞳光闌陣列中各個出 瞳光闌的中心設置在以第一 Pascal蝸線為準線的柱面上，佳:得每個出瞳光闌均 位于共軛像點上，進而使得出瞳光闌陣列所在的曲面與實際的共軛像點軌跡重 合，從而在轉鏡勻速旋轉時能夠實現對出瞳光闌陣列的等速掃描，保證了攝影 頻率的均勻性，提高了攝影機的判讀時間精度。尤其在大工作角情況下可減小 時基判讀誤差。
更進一步地將記錄像面設置在以第三Pascal蝸線為準線的柱面上，使得最 終的成像能夠準確落到記錄像面上，從而避免了像點離焦的原理誤差，從而提 高了攝影機的分辨率。
更進一步地將中繼透鏡陣列中每個中繼透鏡的主點設置在以第二 Pascal蝸 線為準線的柱面上，避免了現有技術中因中繼透鏡陣列用代替圓替代而存在的 像點離焦的問題，使得像點能夠準確地聚焦在記錄像面上，從而進一步提高了 攝像時的分辨率。另外，在所述轉鏡旋轉時，二次像經過轉鏡上的反射點反射 至中繼透鏡陣列中的每一個中繼透鏡上，設置每個中繼透鏡的光軸通過與其對 應的反射點，使得每個中繼透鏡的光軸和與其對應的反射光線的主光線重合， 避免了現有技術中的不同軸造成的成像誤差，從而進一步提高了攝像時的分辨 率。
更進一步地，可在箱體內設置排鏡架，將中繼透鏡陣列中的每個中繼透鏡 均設置在排鏡架的滑槽內，使得整個暗箱的結構更為緊湊。同時設置中繼透鏡 在對應的滑槽內沿朝向所述轉鏡上與該中繼透鏡對應反射點的方向上可滑動， 使得中繼透鏡在其光軸的方向上可微量調節，從而可以很方便的將每個中繼透 鏡的主點調節至以第二Pascal蝸線為準線的同一柱面上，方便整個箱體的安裝 調試。另外，還可在箱體內設置兩排排鏡架，將排鏡架對稱設置在轉鏡兩側(也 可不對稱設置)，在箱體內形成了兩組光學系統、兩個攝影記錄區域，從而實現等待型攝影記錄。所謂等待型攝影記錄是指兩個攝影區域能夠連續交替進行攝 影記錄， 一直在等待著記錄，而對被攝影目標的觸發時間始點要求不高，同時 也能夠獲得更多的畫幅數。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
圖l是轉鏡分幅相機的暗箱的原理示意圖2是本發明所述轉鏡分幅相機的暗箱的原理結構示意圖3是圖2的I部放大圖。
具體實施方式
如圖l所示，基于Miller理論構造的轉鏡分幅相機的暗箱通常包括箱體7 和設置在箱體7內的轉鏡4、中繼透鏡陣列5和記錄像面6，中繼透鏡陣列5 由多個中繼透鏡5'陣列而成，每個中繼透鏡5'上設有出瞳光闌Qe,各個出瞳 光闌Qe形成出瞳光闌陣列8。暗箱外的鏡頭組捕捉到的像經過暗箱入口處設置 的孔徑光闌Qa進入到箱體7內，鏡頭組可包括用于形成一次像的物鏡1和形 成二次像12的目鏡2和場鏡3,孔徑光闌Qa用來控制成像光束的口徑。
在垂直轉鏡旋轉中心的平面內以二次像12導入的方向為JC軸建立平面坐標 系。其中轉鏡4的旋轉中心0的坐標為(x。， a)，轉鏡4的內切圓半徑即為 轉鏡的半厚r ;以轉鏡4的一個反射面與;c軸垂直時的位置為轉鏡4的初始位 置，當轉鏡4勻速旋轉一定時間后，該反射面轉過一定的旋轉角度^。物鏡l 捕捉到的一次像I,經目鏡2和場鏡3后形成二次像12， 二次像12經轉鏡4鏡像 后形成二次像的鏡像12',該鏡像12'透過出瞳光闌Qe和相應的中繼透鏡5'后在 記錄像面6上形成最終<象13'。根據轉鏡分幅相機原理，轉鏡分幅相機設計中必 須遵循以下二點(1)孔徑光闌Qa經場鏡3、轉鏡4和球罩12后所成的像Qa '與出瞳光闌Qe重合；(2)成像在轉鏡4鏡面附近的二次像的鏡像12'和成像 在記錄像面的最終像13'通過相應的中繼透鏡成光學共軛關系。隨著轉鏡4旋轉， 孔徑光闌的像Qa'依次遍歷出瞳光闌陣列中的各個出瞳光闌Qe，使得各個出瞳光闌Qe依次打開，從而由對應的中繼透鏡5'對鏡像12'產生最終像13'并被記 錄在i己錄^f象面6上。
在本發明所述的轉鏡分幅相機的暗箱的優選實施例中，同樣包括上述結構， 不同之處在于引入了三個柱面，分別為記錄像面6、中繼透鏡陣列中各個中繼 透4竟主點所在柱面P5、出瞳光闌中心點所在柱面P8，將這三個柱面均i殳置為 以Pascal蝸線為準線的柱面。
在本優選實施例中，沿;c軸的入射光線L經過物鏡1、目鏡2和場鏡3后 在轉鏡4鏡面的反射點T(s，0)處反射形成主反射光L '。根據反射定律，該轉鏡 分幅相機的鏡面變換方程為
;c':一(;c一Xo)cos2p — (y-少o)sin2p + (;Co + 2rcos伊) (丄)
_y' = -(x — x0) sin+ (_y _ _y0) cos 2p ++ 2a* sin
其中物點的坐標為(x,y),物點經轉鏡4鏡面反射的共軛像點的坐標為 (;c'， /)。在轉鏡勻速旋轉時，對應不同的時刻，反射點T的坐標不同，同 時轉鏡的即時轉角p也不同，如圖所示不同時刻的入射光線"和L2經轉鏡反 射后形成不同方向的兩束主反射光L /和L2'，穿過出瞳光闌陣列中的不同出瞳 光闌后再經中繼透鏡陣列中的不同中繼透鏡聚焦成像在記錄像面上，因此共軛 像點的坐標是連續變化的高次曲線。在本優選實施例中，由于入射光線L始終 沿;c軸入射且轉鏡的反射面為平面，轉鏡有一定的厚度，因而共軛像點的軌跡 實際應為Pascal蝸線。
將出瞳光闌陣列中各個出瞳光闌Qe的中心設置在以第一 Pascal蝸線為準 線的柱面上，即將出睹光闌中心點所在柱面P8設置為第一 Pascal蝸線為準線 的柱面，使得孔徑光闌Qa在任意時刻均能和其對應的出瞳光闌Qe形成光學共 軛。
如圖2、 3所示，基于轉鏡分幅相機原理，在轉鏡的即時轉角為p時，需要 設置出瞳光闌Qe與孔徑光闌Qa經過場鏡、轉鏡和球罩形成光學共軛關系，即 出瞳光闌Qe應該設置在此時孔徑光闌的像Qa'的位置。雖然入射光線L始終 從同一方向入射，但由于轉鏡4在不斷旋轉致使孔徑光闌的像Qa'連續掃描 的。如圖2所示，(-《e, 0)，為出瞳光闌的中心經轉鏡鏡像前的像點坐標，即為孔徑光闌Qa的中心經過場鏡所成的像點坐標，可根據由物鏡、目鏡、場鏡
等組成的光學系統的參數以及孔徑光闌在光學系統中的位置參數計算獲得該像
點坐標。將該像點坐標代入式(l)中，即可獲得第一 Pascal蝸線的軌跡方程
xe =(《e + jc0)cos2p + y。 sin2p + (x0 + 2r cos(" ye =+ ) sin 2P — ^ cos 2p + Oo + 2r sin
轉鏡旋轉所導致的出瞳中心掃描速度為^生，其中？=《+乂。若轉鏡旋
轉角度范圍為( Po， ％ )，取平均速度7 = (^ —p。)一J^Wp 并替4、即時速度V,
則可由「=生求得等速掃描下出瞳光闌的中心點的坐標QeO),用Qe(伊)替代
式(2)中的Qe，即可確定等速掃描的出瞳光闌片的曲面，即按照上述軌跡方 程確定出瞳光闌的中心點所在柱面，從而實現轉鏡的等速掃描，保證了4聶影頻 率的均勻性，提高了攝影機的判讀時間精度；尤其在大工作角情況下可減小時 基判讀誤差。
如圖2、 3所示，在本優選實施例中，將記錄像面6設置為以第三Pascal 蝸線為準線的柱面上。為了計算方便，在垂直轉鏡4旋轉中心的平面內以二次 像l2進入方向為jc軸的平面坐標系中，在1軸上設定最終像設計點13，該最終像 設計點13是在沒有轉鏡的情況下根據光學系統選定的設計點，即在沒有轉鏡的 情況下，二次像12直接經過設置在jc軸上的中繼透鏡后聚焦成像的像點位置，
該位置可根據光學系統中的各參數計算獲得該像點位置的范圍；具體可結合箱 體的結構尺寸和中繼透鏡的放大率等因素選定一個設計值，從而確定該最終像 設計點的坐標值(-《,，0);將該坐標代入式(l)中即可獲得第三Pascal蝸線
的4九跡方禾呈為
JCy 二(^+Xo)cos2^7 + j);oSin29) + (;j[:o+2rcos(p) ( 3 )
々=(《/ + x0) sin 2n0 cos+ (_y0 + sin p)
其中，(A， & )為轉鏡4的中心坐標；(-^， O)為最終像設計點的坐標 值；(jc,，々)為在暗箱中實際設置的所述記錄像面6的坐標；"為轉鏡的半厚;^是轉鏡以垂直x軸方向為初始位置的即時轉角。通過將記錄像面6設置在以 第三Pascal蝸線為準線的柱面上，使得最終的成像13'能夠準確落到記錄像面6 上，從而避免了像點離焦的原理誤差，從而提高了攝影機的分辨率。
如圖2、 3所示，二次像I2經過轉鏡上的反射點t反射至中繼透鏡陣列中 的一個中繼透鏡5 '上。在轉鏡4旋轉時，反射點t在轉鏡上的位置不斷變化， 對應的反射角也在連續變化，使得不同時刻，反射光線l'只通過中繼透鏡陣列 中的一個中繼透鏡5'。在本優選實施例中，優選設置每個中繼透鏡5'的光軸通 過與其對應的反射點t，使得每個中繼透鏡5'的光軸和與其對應的反射光線的 主光線l'重合，避免了現有技術中的成像誤差，從而進一步提高了攝像時的分 辨率。
如圖2所示，在本優選實施例中，將中繼透鏡陣列中每個中繼透鏡5'的主 點H設置在以第二 Pascal蝸線為準線的柱面上，即中繼透鏡主點所在平面P5 為以第二 Pascal蝸線為準線的柱面上。為了計算方便，在垂直轉鏡4旋轉中心 的平面內以二次像12進入方向為x軸的平面坐標系中，在;c軸上設定中繼透鏡 設計點H',該中繼透鏡設計點H'是在沒有轉鏡的情況下根據光學系統確定的設 計點；即在沒有轉鏡的情況下，二次像12直接經過設置在中繼透鏡設計點的中 繼透鏡后成像，并為了滿足能夠聚焦成像在最終像設計點13處而確定的中繼透 鏡設計點。可根據光學系統中的各參數以及選定的最終像設計點坐標計算獲得 該中繼透鏡設計點H'的坐標(-《fl， 0),將該點坐標代入式(1)中可獲得第二
Pascal蝸線的軌跡方程
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，(&， & )為在暗箱中實際設置的中繼透鏡主點H的坐標，(x。， A)為轉鏡的中心坐標；"為轉鏡的半厚；^是轉鏡以垂直;c軸方向為初始位置 的即時轉角。通過將中繼透鏡陣列中每個中繼透鏡的主點H設置在以第二 Pascal蝸線為準線的柱面上，使得二次像的鏡像12'能夠準確地被中繼透鏡5 ' 聚焦在記錄像面6上，從而進一步提高了攝像時的分辨率。
圖2、 3為本發明所述轉鏡分幅相機的暗箱的結構示意圖，為了方便裝調，還可在箱體7內設置排鏡架9用于將上述中繼透鏡陣列中的每個中繼透鏡固定 在箱體7內。具體的，根據要求可在排鏡架9上對應每個中繼透鏡設置滑槽10， 使得中繼透鏡5'在滑槽10內滑動，滑槽10的方向設置為朝向轉鏡4上與該中 繼透鏡5'對應的反射點T，即使得滑槽10的方向與對應的反射光線主光線L' 重合，以保證中繼透鏡5'在該滑槽10內滑動調節時中繼透鏡的主光軸與主光線 L'重合。在排鏡架9中對應每個滑槽IO還設有緊固裝置或緊固件用來將調節好 位置的中繼透鏡5'固定在排鏡架9上。在排鏡架的內側表面P9 (即排鏡架9朝 向轉鏡一側的表面)設有出瞳光闌片11，出瞳光闌陣列8開設在該出瞳光闌片 11上，將該排鏡架的內側表面P9設置為以第一Pascal蝸線為準線的柱面，將 出瞳光闌片11粘貼在該內側表面P9上，從而保證出瞳光闌片ll上的出瞳光闌 陣列5設置在以第一 Pascal蝸線為準線的柱面，進而保證轉鏡能夠實現等速掃 描。
在排鏡架9的內側還設有透明玻璃球罩12，將轉鏡4設置在透明玻璃球罩 12內；將透明玻璃球罩12內設置為真空，使得轉鏡4在透明玻璃球罩12內旋 轉時風阻大大減少，從而減少了轉鏡旋轉時的阻力和對成像質量的影響；透明 玻璃球罩同時起到長焦距負透鏡的作用。
在對該暗箱進行裝調時，先將記錄像面6、排鏡架9按照要求以轉鏡的旋 轉中心O為基準加工出來，并將出瞳光闌片11固定在排鏡架的內側表面P9; 再將裝有轉鏡4的真空透明玻璃球罩12設置在箱體7內；記錄像面6在箱體7 內，使得記錄像面6在以第三Pascal蝸線為準線的柱面上；調節場鏡3以使二 次像12成在所設計的轉鏡鏡面附近；再將排鏡架9安裝到箱體7內的記錄像面 6和轉鏡4之間，以轉鏡的旋轉中心0為基準加工排鏡架的內側表面P9使得 設有出瞳光闌陣列的出瞳光闌片11在以第一Pascal蝸線為準線的柱面P8上； 再將各個中繼透鏡5'放入至排鏡架9中對應的滑槽10內形成中繼透鏡陣列5， 并調整每個中繼透鏡5'在滑槽10內的位置，使得中繼透鏡的主點H在以第二 Pascal蝸線為準線的柱面P5上，這時中間像12經轉鏡、球罩和中繼透鏡成像13 '在記錄像面6上，再將所有的中繼透鏡5'固定在排鏡架9上；再將整個箱體7 加蓋密封即可完成整個轉鏡分幅相機暗箱的裝調。在上述實施例中，還可在箱體內設置兩排排鏡架，將排鏡架對稱設置在轉 鏡兩側(也可不對稱設置)，在箱體內形成了兩組光學系統、兩個攝影記錄區域， 從而實現等待型攝影記錄，所謂等待型攝影記錄是指兩個攝影區域能夠連續交 替進行攝影記錄， 一直在等待著記錄，而對被攝影目標的觸發時間始點要求不 高，同時也能夠獲得更多的畫幅數。
在上述實施例中，在小相對孔徑情況下，按上述的中繼透鏡共軸成像曲面
方程，在靠近中繼透鏡主面位置加工定位中繼透鏡陣列的Pascal曲面；在大相 對孔徑情況下，可將每個中繼透鏡做成一個小組件，設置中繼透鏡的光軸在朝 向與該中繼透鏡對應反射點的方向上的位置可調，這樣就可通過各中繼透鏡組 件對記錄像面和二次像的對焦成像來調整每個中繼透鏡組件的安裝位置。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細， 但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域 的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和 改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附 權利要求為準。
權利要求
1、一種轉鏡分幅相機的暗箱，包括箱體和設置在箱體內的轉鏡、中繼透鏡陣列、對應中繼透鏡陣列設置的出瞳光闌陣列、記錄像面，從所述箱體外部導入的二次像成像在轉鏡處并經轉鏡鏡像后經過出瞳光闌和中繼透鏡在記錄像面上形成最終像，其特征在于，所述箱體上設有控制成像光束口徑的孔徑光闌，所述孔徑光闌的像經過轉鏡成在所述出瞳光闌陣列的出瞳光闌處，所述出瞳光闌陣列中各個出瞳光闌的中心設置在以第一Pascal蝸線為準線的柱面上。
2、 根據權利要求1所述轉鏡分幅相機的暗箱，其特征在于，在垂直于轉鏡 旋轉軸的平面內以二次像導入方向為x軸的平面坐標系中，所述第一 Pascal蝸 線的軌跡方程如下xe =(《e + ;c。) cos + _y0 sin + (jc0 + 2r cos 凡=+ a) sin 2p — cos 2p + O0 + 2r sin其中，(x。， y。)為轉鏡的旋轉中心坐標；(-O)為所述孔徑光闌的中 心經過場鏡成像后的像點坐標；(a， x )為所述出瞳光闌的中心坐標；r為轉鏡的半厚；P是轉鏡以垂直x軸方向為初始位置的即時轉角。
3、 根據權利要求1所述轉鏡分幅相機的暗箱，其特征在于，所述記錄像面 設置在以第三Pascal蝸線為準線的柱面上。
4、 根據權利要求3所述轉鏡分幅相機的暗箱，其特征在于，在垂直轉鏡旋轉軸的平面內以二次^象進入方向為x軸的平面坐標系中，所述第三Pascal蝸線的軌跡方禾呈如下=(《,+ x0) cos 2p + _y0 sin 2p + (x0 + 2r cos x。) sin- _y0 cos 2p + (_y0 + 2r sin其中，(;c。， y。)為轉鏡的中心坐標；(-《,，0)為最終#/沒計點的中心坐標，所述最終像設計點是在設定沒有轉鏡的情況下根據光學系統選定的設計點；(X,,々)為所述記錄像面中心的坐標；r為轉鏡的半厚；^是轉鏡以垂直;c軸方向為初始位置的即時轉角。
5、 根據權利要求1至4中任一項所述轉鏡分幅相機的暗箱，其特征在于，所述中繼透鏡陣列中每個中繼透鏡的主點設置在以第二 Pascal蝸線為準線的柱 面上。
6、 根據權利要求5所述轉鏡分幅相機的暗箱，其特征在于，在垂直轉鏡旋轉軸的平面內以二次像進入方向為JC軸的平面坐標系中，所述中繼透鏡主點軌跡所在第二 Pascal蝸線的軌跡方程如下x// =(《ff + x0) cos + _y0 sin + (x0 + cos >W =+ x0) sin- _y0 cos+ (_y0 + 2r sin其中，(x。， _y。)為轉鏡的中心坐標；(-&， 0)為中繼透鏡設計點的坐標， 所述中繼透鏡設計點是滿足在設定沒有轉鏡的情況下二次像直接經過中繼透鏡 后聚焦成像在最終像設計點時所確定中繼透鏡的主點位置；(&, &)為所述 中繼透鏡主點的坐標；"為轉鏡的半厚；P是轉鏡以垂直x軸方向為初始位置的 即時轉角。
7、 根據權利要求5所述轉鏡分幅相機的暗箱，其特征在于，在所述轉鏡旋 轉時，二次像經過轉鏡上的反射點反射至中繼透鏡陣列中的一個中繼透鏡上, 設置每個中繼透鏡的光軸通過與其對應的反射點。
8、 根據權利要求5所述轉鏡分幅相機的暗箱，其特征在于，所述箱體內設 有排鏡架，所述排鏡架上對應所述中繼透鏡陣列中的每個中繼透鏡設有一個滑 槽，所述中繼透鏡在對應的滑槽內沿該中繼透鏡光軸方向可滑動微調。
9、 根據權利要求7所述轉鏡分幅相機的暗箱，其特征在于，所述出瞳光闌 陣列開設在出瞳光闌片上，所述出瞳光闌片固定在排鏡架的內側表面上。
10、 根據權利要求1所述轉鏡分幅相機的暗箱，其特征在于，所述轉鏡設 置在真空透明玻璃球罩內，所述真空透明玻璃球罩設置在所述箱體內。
全文摘要
本發明涉及一種轉鏡分幅相機的暗箱，包括箱體和設置在箱體內的轉鏡、中繼透鏡陣列、出瞳光闌陣列、記錄像面，從箱體外部導入的二次像I<sub>2</sub>成像在轉鏡處并經轉鏡鏡像后經過出瞳光闌和中繼透鏡在記錄像面上形成最終像；箱體上設置的孔徑光闌的像經過轉鏡成在出瞳光闌處，各個出瞳光闌的中心設置在以第一Pascal蝸線為準線的柱面上。通過將各個出瞳光闌的中心設置在以第一Pascal蝸線為準線的柱面上，從而實現對出瞳光闌陣列的等速掃描，保證了攝影頻率的均勻性。本發明還進一步地揭露了將中繼透鏡陣列中每個中繼透鏡的主點和記錄像面分別設置在以第二、三Pascal蝸線為準線的柱面上的技術方案，消除了現有技術中的原理誤差，提高了攝影機的分辨率。
文檔編號G03B39/00GK101620370SQ200910108599
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月6日 優先權日2009年7月6日
發明者吳慶陽, 李景鎮, 龔向東 申請人:深圳大學