專利名稱：低功耗雙穩態電子機械快門的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種快門控制裝置，尤其涉及一種低功耗雙穩態電子機械快門。
背景技術：
在全幀轉移型CCD的成像過程及其他相關應用中，電子機械快門可以在可控的時間內阻擋外界光線進入，以使CCD完成電荷轉移或達到其他目的。它的性能影響著成像系統的重量、功耗、成像質量等一系列至關重要的參數。尤其在大面陣全幀轉移型CCD的應用實例當中，由于所需的快門通光孔徑較大，動作時間變長，開關時間精度要求更高，其穩定性和功耗成為此類快門的研發重點。現有技術中，傳統的電子機械快門大多采用電磁鐵控制葉片的方式，這種方式只能做到開啟電控制，快門關閉只能靠彈性裝置如彈簧等實現。正因為如此，快門開啟時為克服彈性裝置形變之初的大的張力，其驅動電路需要提供一個瞬間高電壓使電磁鐵產生瞬時大磁力從而帶動葉片動作，此后還要提供持續的低電壓以保持快門的開啟狀態直至關閉。因此該類電子機械快門的驅動電路比較復雜，高電壓的產生和其對電磁鐵的驅動都會給系統EMC帶來較大的挑戰；同時，在長時間曝光時，電磁鐵保持通電狀態，其發熱產生的功耗也給整個系統造成了很大的壓力；另外，快門葉片打開和關閉時與快門主體產生的機械碰撞會造成一定量的回彈，影響曝光時間的控制精度。
發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、系統穩定、精度高的低功耗雙穩態電子機械快門。本發明的目的 是通過以下技術方案實現的:本發明的低功耗雙穩態電子機械快門，包括可變光闌系統，所述可變光闌系統包括定環、運動環、葉片，還包括雙向一體式電磁鐵，所述雙向一體式電磁鐵包括定子線圈和動子軸，所述定子線圈固定在所述定環上，所述動子軸的外頂端連接一線形齒條，所述運動環上裝有一弧形齒條，所述線形齒條與弧形齒條耦合。由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的低功耗雙穩態電子機械快門，由于包括雙向一體式電磁鐵，雙向一體式電磁鐵包括定子線圈和動子軸，定子線圈固定在定環上，動子軸的外頂端連接一線形齒條，運動環上裝有一弧形齒條，線形齒條與弧形齒條耦合，采用雙向一體式電磁鐵依次帶動線形齒條、弧形齒條，使可調光闌運動環做雙穩態往復轉動，控制葉片的打開和閉合，大大簡化了機械結構和控制策略、提高了耦合效率、快門系統的穩定性、提高了曝光時間控制精度，可適用于大范圍的通光孔徑。
圖1為本發明實施例提供的低功耗雙穩態電子機械快門的結構示意圖；圖2為本發明實施例中曝光控制脈沖、定子線圈控制脈沖、快門開關狀態之間的關系不意圖。
具體實施例方式下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。本發明的低功耗雙穩態電子機械快門，其較佳的具體實施方式
是:包括可變光闌系統，所述可變光闌系統包括定環、運動環、葉片，還包括雙向一體式電磁鐵，所述雙向一體式電磁鐵包括定子線圈和動子軸，所述定子線圈固定在所述定環上，所述動子軸的外頂端連接一線形齒條，所述運動環上裝有一弧形齒條，所述線形齒條與弧形齒條耦合。所述定子線圈通過底座與所述定環固定。所述動子軸的外頂端通過穿心螺釘與所述線形齒條連接。所述運動環通過螺釘與所述弧形齒條固定。本發明的低功耗雙穩態電子機械快門，適用于大范圍通光孔徑，在提高快門穩定性和曝光時間控制精度的同時，降低快門的功耗、簡化控制策略。具體實施例:如圖1所示，定環1、運動環2、葉片3構成一可變光闌系統，其結構在此不詳細描述。轉動運動環2可以帶動葉片3調節通光孔徑的大小。本發明只控制葉片在完全打開和完全關閉這兩個邊界情況間切換，以實現快門功能。
定子線圈4和動子軸5構成雙向一體式電磁鐵,當給其定子線圈4通正向電流時，其動子軸5向其延長線方向運動直至限位位置，并且此時即使給定子線圈4斷電，動子軸5也會穩定保持在原位置，直至給定子線圈4通反向電流；當給定子線圈4通反向電流時，動子軸5反方向縮回到延伸前位置，并且即使給定子線圈4斷電，動子軸5也會穩定保持在限位位置，直至給定子線圈4通正向電流。由此雙向一體式電磁鐵實現了雙穩狀態，并且在控制過程中只需在狀態改變起始時刻給定子線圈4提供足夠時間長度的正確方向電流，以實現其狀態轉換，其余時刻均可不供電。定子線圈4通過底座8固定在定環I上，動子軸5外頂端通過穿心螺釘9連接一線形齒條6，線形齒條6跟隨動子軸5做雙穩態線移動，運動環2上通過螺釘10裝有一弧形齒條7，線形齒條6與弧形齒條7耦合，使弧形齒條7帶動運動環2做雙穩態轉動，達到雙穩態完全打開和關閉通光孔徑的快門作用。忽略電路延時，曝光控制脈沖、定子線圈4控制脈沖、快門開關狀態之間的關系如圖2所示:圖2中T為曝光控制脈沖的周期，Texpi, Texp2為每個周期不同的曝光時間，忽略電路的微小固定延時，從圖中可以看到每當曝光控制脈沖上升沿來到時，控制器給定子線圈4一個時長為Ttjpw的正向脈沖電壓，該電壓經過定子線圈4電磁遲滯和機械延遲Tdel。后完全打開；當曝光控制脈沖下降沿來到時，曝光結束，控制器給定子線圈4 一個時長為Tdw的反向脈沖電壓，該電壓經過定子線圈4電磁遲滯和機械延遲Tdel。后完全關閉。由于實施例中只用到一個電磁鐵，因此理論上其打開和關閉過程中所需的正、反向脈沖寬度是相等的，即Topw=Tclw,并且打開延遲和關閉延遲也相等，即Tdel()=Tdel。。通過圖2可以很容易得到結論，葉片完全開啟到完全關閉時間與曝光控制脈沖給出的曝光時間相等，即實際快門通光時間與輸入的曝光時間值之間關系固定，這提高了快門曝光時間控制精度。而實際中，由于采用的機械機構簡單，力的耦合效率高，摩擦力小，在很大程度上降低了其對上述結論的影響，因此提高了快門穩定性。另外從圖2可以看出，定子線圈4控制脈沖的寬度和占整個曝光周期的比例很小，因此該方案的平均功耗也很小。本發明技術方案帶來的有益效果:本發明技術方案通過采用雙向一體式電磁鐵帶動線形齒條做雙穩態往復線移動，線形齒條耦合帶動固定于可調光闌運動環之上的弧形齒條，使可調光闌運動環做雙穩態往復轉動，控制葉片的打開和閉合，從而克服由于復雜機械結構造成的大摩擦力及剛性連接或杠桿傳動造成的扭力損失，大大簡化了機械結構和控制策略；采用齒條耦合將電磁鐵線移動轉換為可調光闌轉動的方式大大減小摩擦力的同時提高了耦合效率；取消彈性部件并通過雙穩態約束運動部件，減小了快門葉片的回彈率。本發明所提出方法的優點在于可適用于大范圍的通光孔徑，在各種通光孔徑條件下保持快門系統的穩定性，提高曝光時間控制精度，同時降低快門功耗和控制器復雜程度。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域 的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種低功耗雙穩態電子機械快門，包括可變光闌系統，所述可變光闌系統包括定環、運動環、葉片，其特征在于，還包括雙向一體式電磁鐵，所述雙向一體式電磁鐵包括定子線圈和動子軸，所述定子線圈固定在所述定環上，所述動子軸的外頂端連接一線形齒條，所述運動環上裝有一弧形齒條，所述線形齒條與弧形齒條耦合。
2.根據權利要求1所述的低功耗雙穩態電子機械快門，其特征在于，所述定子線圈通過底座與所述定環固定。
3.根據權利要求1所述的低功耗雙穩態電子機械快門，其特征在于，所述動子軸的外頂端通過穿心螺釘與所述線形齒條連接。
4.根據權利要求1所述的低功耗雙穩態電子機械快門，其特征在于，所述運動環通過螺釘與所述弧形齒條固 定。
全文摘要
本發明公開了一種低功耗雙穩態電子機械快門，包括可變光闌系統，所述可變光闌系統包括定環、運動環、葉片，還包括雙向一體式電磁鐵，雙向一體式電磁鐵包括定子線圈和動子軸，定子線圈固定在定環上，動子軸的外頂端連接一線形齒條，運動環上裝有一弧形齒條，線形齒條與弧形齒條耦合，采用雙向一體式電磁鐵依次帶動線形齒條、弧形齒條，使可調光闌運動環做雙穩態往復轉動，控制葉片的打開和閉合，大大簡化了機械結構和控制策略、提高了耦合效率、快門系統的穩定性、提高了曝光時間控制精度，可適用于大范圍的通光孔徑。
文檔編號G03B9/22GK103246126SQ20131018480
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月17日 優先權日2013年5月17日
發明者趙寶瑋, 相里斌, 黃旻, 呂群波, 劉玖 申請人:北京國科虹譜光電技術有限公司