微秒可调高速机械快门的制作方法

专利名称：微秒可调高速机械快门的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种机械快门装置，特别涉及一种微秒量级的可调无衰减快门技术。主要用于全息照相中的各种瞬态和快速过程的时间控制。
背景技术：
在普通摄影技术中，快门的速度最高达到1毫秒量级，而在高速摄影、全息照相技术中，要求光开关的时间从毫秒一直到微秒量级。尽管在激光调Q技术中有类似的技术，如开关时间达毫微秒的电-光效应开关、饱和染料吸收体开关、旋转反光镜开关和斩波器等，但这些开关仅仅适用于某些特定的领域，不但技术难度大、有衰减，而且开关时间无法自由调节，不能满足脉冲全息摄影中的时间控制要求。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、适应性强的微秒可调高速机械快门。
本实用新型构思的核心是一对由马达带动的有不同转速的飞轮组成的装置。两个飞轮的旋转方向相同(如图1所示)，两轮并排且略有前后地固定在轮座上，轮子的一部分相互交迭，轮子的外缘部分各开有一个通光窗口。如附图1所示。图中垂直于纸面方向为光线前进方向。
当两个轮子上的通光窗口同时转到轮轴连线的中间位置上达到重合时，光线从两个窗口通过，通光的时间由两个轮子的转速决定；调整两个轮子的转速之差，便可调节两个通光窗口重合的时间间隔。
在光束通过高速飞轮到达感光面的光路方向上另置一普通快门，利用这个快门可以控制只让一个光脉冲到达感光面上，从而进行瞬态过程的全息拍摄。
本实用新型的具体技术解决方案如下在一轮座上水平地安装由两个马达分别驱动的两个轮轴，两个轮轴分别带动有前后错位排列的飞轮(1)和飞轮(2)，飞轮(1)和飞轮(2)的边缘部分各开有一通光窗口(3)和窗口(4)，其后的光路上还置有一挡光屏(5)和一个普通机械快门(6)。
所述窗口(3)和窗口(4)的狭缝宽为3mm，狭缝中心处的飞轮平均半径r＝200mm，且两轮的转速满足如下关系f1f2=1+1n]]>(n为正整数)(1)
图1为本实用新型微秒可调高速机械快门原理图；图2为本实用新型微秒可调高速机械快门实验原理俯视图。
具体实施方式
请参阅图1和图2，由图可见，上述本实用新型的微秒级可调高速机械快门装置包括马达驱动的高速飞轮1和飞轮2，上面各开有两个通光窗口3和4，后面置有一挡光屏5和一个普通机械快门6。
接通两个飞轮的马达电源，当马达达到预定转速并稳定运转后，按动普通快门6，于是，光线7通过飞轮1、飞轮2和挡光屏5上的窗口到达感光屏8上，完成一次全息摄影的曝光，如图2所示。
本实用新型装置的工作原理如下设飞轮1的转速为f1(转/秒)，飞轮2的转速为f2(转/秒)。
如果两个飞轮的转速满足上述(1)式即f1f2=1+1n]]>(n为正整数)那么，飞轮1和飞轮2在两轮轴连线上的中间位置第一次重合以后，再次重合所经过的时间为T＝nT1(2)从上式可知，只要适当选择T1和T2的值，即可控制窗口3和窗口4重合的间隔时间。由此便将连续激光“斩断”为周期为T，持续时间为t的“脉冲”激光。
设飞轮上的窗口为宽度d的矩形狭缝，狭缝处的飞轮平均半径r，两飞轮的转动频率为f1和f2，则两狭缝相遇处的速度为v1＝2πrf1和v2＝2πrf2，由于两窗口在转到两个飞轮轮轴中心连线的中间位置时，它们的线速度方向相反，于是飞轮狭缝的打开时间为t=dv1+v2=d2πr(f1+f2)--(3)]]>飞轮上的两个窗口在第一次重合以后，经过周期为nT1秒后会再次重合。为了控制下一次的光脉冲不再到达感光板，在飞轮与感光板之间的光路上加一个普通快门。普通快门的打开时间为毫秒，控制飞轮的通光脉冲周期T大于1毫秒，能保证在普通快门开启时只有一个脉冲通过。
当飞轮的窗口转到其它位置时，为了挡住这些额外的光线到达曝光区域，在飞轮的后面另放置一挡光屏5，挡光屏5的大小可任意改变，以曝光面能被完全挡住为准，屏上开有一面积与飞轮窗口相同的窗口，窗口位置开在飞轮窗口重迭处的前面。
本实用新型一个实施例的飞轮上的窗口狭缝宽3毫米，即d＝3mm，狭缝中心处的飞轮平均半径r＝200mm，飞轮转速f1＝525转/秒，f2＝500转/秒，由(3)式可知高速快门的通光时间为t=d2πr(f1+f2)=2.33×10-6(s)]]>可见达到了微秒量级。由于两轮之间的转速还满足(1)式给出的关系f1f2=1+1n,]]>将f1与f2的值代入可得n＝20。
将n的值代入(2)式，可得窗口两次重合之间的间隔为T=nT1=20×1525≈0.038(s)]]>显然，T＞＞1ms，满足普通快门的时间间隔要求。
利用本实用新型的微秒级可调高速机械快门进行全息摄影，大大降低了对周围环境的要求，还可用于一些快速演变过程或瞬间过程的全息拍摄，如纤维组织的断裂瞬间，植物表皮气孔的开启和闭合，空气中的雾滴分布状况，汽轮锅炉中的燃烧状态的探测等等。
权利要求1.一种微秒可调高速机械快门，其特征在于其构成包括在一轮座上水平地安装由两个马达分别驱动的两个轮轴，两轮轴分别设有前后错位排列的飞轮(1)和飞轮(2)，旋转方向相同；该飞轮(1)和飞轮(2)的边缘部分各开有一通光窗口(3)和窗口(4)，其后的光路上还置有一挡光屏(5)和一个普通机械快门(6)。
2.利要求1所述的微秒可调高速机械快门，其特征在于所述窗口(3)和窗口(4)的狭缝宽为3mm，狭缝处的飞轮平均半径r＝200mm，且两轮的转速满足如下关系f1f2=1+1n]]>(n为正整数)
专利摘要一种微秒可调高速机械快门，其特点在于其构成包括在一轮座上水平地安装由两个马达分别驱动的两个轮轴，两轮轴分别设有前后错位排列的两飞轮，两飞轮的旋转方向相同；该两飞轮的边缘部分各开有一通光窗口，其后的光路上还置有一挡光屏和一个普通机械快门。本实用新型具有结构简单、成本低和适应性强的特点。
文档编号G03H1/04GK2634509SQ0322912
公开日2004年8月18日 申请日期2003年2月28日 优先权日2003年2月28日
发明者高鸿奕, 谢红兰, 陈建文, 熊诗圣, 李儒新, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所