機(jī)電一體化概論-第4-1章課件

1、第四章 典型的民用機(jī)電一體化產(chǎn)品第一節(jié) 電子照相機(jī) 一、傳統(tǒng)的照相機(jī)結(jié)構(gòu) 單鏡頭反光式照相機(jī)原理示意圖焦距調(diào)整光圈傳統(tǒng)的照相機(jī)是一個(gè)光學(xué)機(jī)械裝置，其主要的部件有： 直接取景式照相機(jī)原理示意圖（1）鏡頭（包括光圈機(jī)構(gòu)）（2）調(diào)焦機(jī)構(gòu)（3）快門機(jī)構(gòu)（4）取景器（5）輸片系統(tǒng)（包括卷片 機(jī)構(gòu)和倒片機(jī)構(gòu)）（6）機(jī)身 其中光圈機(jī)構(gòu)、調(diào)焦機(jī)構(gòu)、快門機(jī)構(gòu)、輸片系統(tǒng)屬于機(jī)械裝置，而鏡頭（其中的光圈機(jī)構(gòu)除外）、取景器基本上屬于光學(xué)系統(tǒng)。 二、照相機(jī)的基本性能要求 若要獲得一張理想的照片，攝影時(shí)必須采用： 正確的曝光量 準(zhǔn)確的焦距調(diào)整 相應(yīng)的光圈大小 正確的曝光量使得照片的影像層次豐富； 準(zhǔn)確的焦距調(diào)整確保照片上

2、的影像清晰； 光圈大小調(diào)節(jié)可以改變攝影的景深范圍，滿足攝影技巧的要求。 因此，照相機(jī)應(yīng)該具備的控制功能為： 曝光量控制（包括光圈控制和快門控制） 焦距控制 光圈控制 顯然，對(duì)于照相機(jī)來說，光圈控制、快門控制和焦距控制是其最基本的性能。 在傳統(tǒng)的光學(xué)機(jī)械式照相機(jī)上： 準(zhǔn)確地調(diào)整焦距和選擇相應(yīng)的光圈大?。ㄊ謩?dòng)方式） 曝光量的確定憑經(jīng)驗(yàn)或借助其它檢測手段 三、自動(dòng)曝光控制技術(shù) 能夠?qū)ζ毓饬繉?shí)施控制的照相機(jī)出現(xiàn)于七十年代。當(dāng)時(shí)，日本的一些廠家開始生產(chǎn)有自動(dòng)曝光（控制）功能的照相機(jī)。 根據(jù)其控制方式方面的差別，可分為： 自動(dòng)光圈（快門先決或快門優(yōu)先）式 自動(dòng)快門（光圈先決或光圈優(yōu)先）式 程序式 1自動(dòng)光

3、圈控制技術(shù) 自動(dòng)光圈式照相機(jī)在使用時(shí)，根據(jù)被攝物的狀況和拍攝目的，先用手動(dòng)方式將快門速度調(diào)好，然后通過測光量和膠片的感光度自動(dòng)控制光圈大小。 由于七十年代的電子技術(shù)和集成電路制造水平還不高，早期的自動(dòng)光圈控制是用表頭控制實(shí)現(xiàn)的。 表頭控制方式的測光元件采用硫化鎘（CdS）光敏電阻，其阻值隨照射光強(qiáng)度增加而減小。由于外界光線強(qiáng)度不同，外電源通過光敏電阻所產(chǎn)生的電流與光線強(qiáng)度成正比。此電流流過一個(gè)靈敏的小型電流表，表針的偏轉(zhuǎn)角度與電流大小成正比，即表針的偏轉(zhuǎn)角度與光線強(qiáng)度成正比。光線，R ，電流 ，表針擺動(dòng)角度光線 ，R ，電流 ，表針擺動(dòng)角度 攝影時(shí)，硫化鎘光敏電阻進(jìn)行測光，電流表的指針R隨光線

4、強(qiáng)度發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 如果被攝物較暗，指針偏轉(zhuǎn)角度就小（偏A端），梯級(jí)定位板與指針相遇時(shí)的位移量較小。 當(dāng)被攝物較亮?xí)r，指針偏轉(zhuǎn)角度較大，梯級(jí)定位板的位移量也較大。 2自動(dòng)快門控制技術(shù) 自動(dòng)快門式照相機(jī)在攝影時(shí)，首先手動(dòng)設(shè)定光圈大小，然后通過測光量和膠片的感光度自動(dòng)控制快門速度。這種自動(dòng)曝光方式的特點(diǎn)是能夠滿足攝影時(shí)對(duì)景深的要求。 自動(dòng)控制快門也被稱為電子快門。電子快門一般是由機(jī)械快門機(jī)構(gòu)和電子延時(shí)器組成?？扉T運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力是機(jī)械彈簧的拉力或扭力，快門的最高速度仍受彈簧動(dòng)力和機(jī)械傳動(dòng)的限制，而電子延時(shí)器只是在低于快門最高速度的范圍以內(nèi)控制曝光時(shí)間長短的作用。 3程序式自動(dòng)曝光技術(shù) 只要攝影者確定了攝影方

5、式，通過程序式自動(dòng)曝光控制就可自動(dòng)優(yōu)先選定光圈大小或快門速度，然后再進(jìn)行自動(dòng)曝光控制。 通常程序式自動(dòng)曝光的攝影方式有： （1）人像方式采用大光圈（小景深）,自動(dòng)快門控制； （2）風(fēng)景方式采用小光圈（大景深），自動(dòng)快門控制； （3）運(yùn)動(dòng)方式采用較高的快門速度，保證得到動(dòng)作停頓的清晰照片，自動(dòng)光圈控制。 四、自動(dòng)調(diào)焦控制技術(shù) 1光電式自動(dòng)調(diào)焦 用于柯尼卡C35AF照相機(jī)的自動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)是一種微型光電式自動(dòng)調(diào)焦組件，其工作原理見下圖。 這種自動(dòng)調(diào)焦方式的缺點(diǎn)主要是： （1）不能對(duì)線條結(jié)構(gòu)重復(fù)而又有一定規(guī)律的景物（如磚墻、鐵絲網(wǎng)等）進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦； （2）自動(dòng)調(diào)焦必須在光線充足的條件下進(jìn)行，如果光線較暗

6、，調(diào)焦精度明顯下降。 2超聲波式自動(dòng)調(diào)焦 這種自動(dòng)調(diào)焦方式主要用在美國寶麗來（Polaroid）公司生產(chǎn)的一次成像照相機(jī)上。 在這種照相機(jī)上裝有聲納測距系統(tǒng)，工作時(shí)主動(dòng)發(fā)射超聲波，再根據(jù)回波的延時(shí)來測定被攝物到照相機(jī)的距離。 主動(dòng)式超聲波自動(dòng)調(diào)焦方式在黑暗環(huán)境下也不會(huì)失靈，因此這種照相機(jī)可以在夜間用閃光燈拍攝出清晰的照片。 這種自動(dòng)調(diào)焦方式的缺點(diǎn)是：玻璃和雨水等會(huì)反射超聲波，因此在透過玻璃、雨水?dāng)z影時(shí)，調(diào)焦效果較差。 3紅外線（主動(dòng)）自動(dòng)調(diào)焦 近年來，在自動(dòng)調(diào)焦的照相機(jī)中，大多裝備了紅外線自動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)。這類照相機(jī)通過紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，然后由光電元件接收被攝物反射回來的光束，測量被攝物到照相

7、機(jī)的距離。 較多的紅外線自動(dòng)調(diào)焦照相機(jī)采用電荷耦合器件CCD（Charge Couple Device）傳感器作為光電元件，其原理如下圖所示。 通過照相機(jī)的紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，經(jīng)鏡片聚焦后射向前方。由于被攝物到照相機(jī)的距離不同，反射到CCD上的紅外線照射位置不同。根據(jù)反射回來的紅外線光點(diǎn)在CCD上的位置，確定被攝物與照相機(jī)之間的距離。固態(tài)圖像傳感器 固態(tài)圖像傳感器的功能是把傳感器受光面的光像分解成許多像元，并將它們轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后順序地輸送出去。 大部分固態(tài)圖像傳感器的核心部分是 CCD（Charge Couple Device，電荷耦合器），其原理如下圖所示。 CCD作為讀出移位寄存

8、器，順序地將電信號(hào)在輸出端串行輸出。 根據(jù)光敏二極管的排列方式，CCD可分為：線陣 CCD 和面陣CCD。 線陣 CCD 已能達(dá)到 4096 像素； 面陣 CCD 已能達(dá)到 1G 像素。 由于光敏二極管排列整齊、尺寸和位置精確，每個(gè)光敏二極管的光電荷量不僅含有光照度的信息，而且還含有位置信息。 固態(tài)圖像傳感器具有小型、輕便、響應(yīng)快、靈敏度高、穩(wěn)定性好和壽命高等優(yōu)點(diǎn)，并且以光為媒介進(jìn)行非接觸測量，可以達(dá)到危險(xiǎn)地點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。其主要用途為： （1）物位、尺寸、形狀、表面質(zhì)量、表面溫度等； （2）作為光學(xué)信息處理的輸入環(huán)節(jié)，例如電視攝像、傳真、掃描儀、數(shù)字化的復(fù)印機(jī)等。 五、傻瓜照相機(jī) 對(duì)于

9、生活照片，一般人只要求畫面清晰，曝光正確。此外，大多數(shù)業(yè)余攝影者要求照相機(jī)的結(jié)構(gòu)越簡單越好，操作越簡便越好，價(jià)錢越低越好。 因此，隨著自動(dòng)曝光技術(shù)、自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，照相機(jī)生產(chǎn)廠家根據(jù)市場的需要，生產(chǎn)出一種使用簡便、價(jià)格低廉、室內(nèi)外拍攝均可的照相機(jī)，俗稱傻瓜照相機(jī)。 這類照相機(jī)有一些共同的特點(diǎn)： （1）小型化 （2）操作簡便 （3）內(nèi)藏閃光燈 （4）適于抓拍和快拍 （5）價(jià)格低廉 （6）可靠性高，故障率低 傻瓜照相機(jī)雖然幾乎不用攝影者進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制就可完成拍攝，但傻瓜照相機(jī)不屬于真正意義上的自動(dòng)照相機(jī)，它們一般只采用了自動(dòng)光圈控制技術(shù)。超焦距調(diào)焦方式 六、數(shù)碼照相機(jī) 數(shù)碼照相機(jī)也被稱為數(shù)字式照相機(jī)。數(shù)碼照相機(jī)在測光方式、曝光方式和對(duì)焦方式的控制技術(shù)方面與普通照相機(jī)基本相同，但在影像的記錄方式上截然不同。 數(shù)碼照相機(jī)采用CCD器件代替膠卷，把影像的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，存入存儲(chǔ)器（主要為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器）。 數(shù)碼照相機(jī)一般都帶有液晶顯示，在攝像時(shí)可作為取景器，在攝像后及時(shí)觀看攝取的影像，有選擇地存儲(chǔ)影像。 數(shù)碼照相機(jī)上有與計(jì)算機(jī)的接口（USB接口），可把存儲(chǔ)的影像信息輸入到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行影像顯示、編輯、修改、存儲(chǔ)和打印輸出，還可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸照片。 有些數(shù)碼照相機(jī)還有視頻輸