專利名稱：單片機控制的攝影全自動調(diào)光調(diào)焦系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對攝影調(diào)光調(diào)焦系統(tǒng)的改進。
已有技術(shù)使用的幾種型號電影經(jīng)緯儀及瑞士生產(chǎn)的K400電影經(jīng)緯儀均有攝影調(diào)光、調(diào)焦系統(tǒng)，攝影調(diào)光系統(tǒng)包括檢測電路、調(diào)制器和選頻放大器、移向器和電壓放大器、限位電路、倒相器和功率放大器、電機、齒輪箱、可變密度盤、手動快門。
調(diào)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)除與上述調(diào)光電路相同的部件外，還包括距離信號檢測電路，調(diào)焦被調(diào)整的對象光楔。攝影調(diào)光和調(diào)焦系統(tǒng)均由各自的電路板來實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的控制。
1、已有的調(diào)光系統(tǒng)已有技術(shù)的調(diào)光檢測電路采用平衡電橋電路，電橋的一臂裝了一支光敏電阻R，用光敏電阻作為調(diào)光系統(tǒng)的檢測元件，用來測量像面照度。為了適應(yīng)各種攝影條件，就需在電橋的另一臂上連接數(shù)種不同按一定比例關(guān)系排列的電阻R3，當改變電橋的R3阻值時，電橋失去平衡，有一直流誤差信號輸出，經(jīng)調(diào)制器和選頻放大中的機械斬波器調(diào)制成方波電壓，送到移相器和電壓放大器的輸入端，移相器和電壓放大器將信號移相和電壓放大后又輸入倒相器和功率放大器驅(qū)動電機，經(jīng)齒輪箱減速后，帶動可變密度盤來實現(xiàn)調(diào)光。它可自動補償曝光量的變化范圍只有可變密度盤變化范圍的25，要增加變化范圍則靠手動開大或開小快門的開口角。
2、已有的調(diào)焦系統(tǒng)已有技術(shù)的調(diào)焦系統(tǒng)除有距離信號檢測電路之外，其他電路與調(diào)光系統(tǒng)一樣，所不同的是由電機經(jīng)齒輪箱減速后，帶動光楔移動。
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)存在的缺點，解決下述問題a)采用光敏電阻作為測量元件帶來的光電轉(zhuǎn)換精度低，動態(tài)特性差，易受壞境溫度影響的問題。
b)已有技術(shù)中電路采用分立元件帶來的電路復(fù)雜，調(diào)整方法麻煩，不穩(wěn)定環(huán)節(jié)多及用交流電機驅(qū)動中性可變密度盤轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)的系統(tǒng)超調(diào)和震蕩現(xiàn)象。
c)由于快門的開口角要由操作人員調(diào)節(jié)大小。每次攝影要查曝光列線表，用照度計測天空背景照度來裝定照度系數(shù)，因而使系統(tǒng)操作復(fù)雜，不穩(wěn)定等因素。
d)可自動補償?shù)钠毓饬孔兓秶鸀?2倍，使得調(diào)光自動調(diào)整范圍窄精度低，不能滿足現(xiàn)代高速攝影系統(tǒng)對調(diào)光系統(tǒng)的要求，現(xiàn)代攝影控制系統(tǒng)的攝影頻率從低速1C/S到高速240C/S的范圍變化。它要求攝影調(diào)光系統(tǒng)的調(diào)光范圍適應(yīng)攝影控制系統(tǒng)的攝影頻率的變化。
e)攝影調(diào)光系統(tǒng)和調(diào)焦系統(tǒng)由兩塊電路板實現(xiàn)控制，可靠性差，消耗成本高。
f)不能進行自動調(diào)焦。
本發(fā)明的調(diào)光調(diào)焦詳細內(nèi)容包括可變密度盤1、像面檢測電路2、開口角檢測電路3、液晶顯示屏4、16位單片機5、2764型程序存儲器6、接口電路7、限位電路8、按鍵管理電路9、步進機功率驅(qū)動模塊10、機械傳動11、步進電機12、步進機功率驅(qū)動模塊13、機械傳動14、步進電機15、距離調(diào)焦檢測電路16、步進機功率驅(qū)動模塊17、機械傳動18、步進電機19、光楔20、開關(guān)電源21、攝影脈沖接收電路22、自動調(diào)焦信號接收電路23、快門24、線路板25、機殼26、控制面板27，倒相電路28，在可變密度盤1的一側(cè)安置像面照度檢測電路2，像面照度檢測電路2的輸出端、快門開口角檢測電路3的輸出端分別接到16位單片機5的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道ACH1和ACH3的輸入端，距離調(diào)焦檢測電路16的輸出端接到16位單片機5模數(shù)轉(zhuǎn)換通道ACH6輸入端，16位單片機5數(shù)據(jù)總線與2764型程序存儲器6、接口電路7、液晶顯示屏4、按鍵管理電路9的數(shù)據(jù)總線相接，16位單片機5的高速輸出口HSO.0、HSO.1、HSO.2分別接倒相電路28的輸入端，倒相電路28的輸出端與步進機功率驅(qū)動模塊10、步進機功率驅(qū)動模塊13、步進機功率驅(qū)動模塊17的CP端相接，步進機功率驅(qū)動模塊10、步進機功率驅(qū)動模塊13、步進機功率驅(qū)動模塊17的輸出端分別與步進電機12、步進電機15、步進電機19的繞組相接，步進電機12、15和19的軸分別與機械傳動11、14和18相連，機械傳動11、14和18的另一端分別與可變密度盤1、快門24、光楔20相接，快門24的另一端與快門開口角檢測電路3的相連，限位電路8的輸出端與16位單片機5的P2.6、P2.7相接，攝影脈沖接收電路22的輸出端接到16位單片機5的高速輸入口HSI.0的輸入端，自動調(diào)焦距離信號接收電路23的輸入端與外部通訊接口連接，自動調(diào)焦距離信號接收電路23的輸出端與16位單片機5的串行口RXD相接。根據(jù)自動調(diào)焦距離信號接收電路23的輸出的數(shù)值，由16位單片機5和2764型程序存儲器6計算出目標到本發(fā)明系統(tǒng)之間的距離并變換成十進制碼，由液晶顯示屏4直觀顯示。在線路板25上放置像面檢測電路2、開口角檢測電路3、16位單片機5、2764型程序存儲器6、接口電路7、限位電路8、按鍵管理電路9、距離調(diào)焦檢測電路16、攝影脈沖接收電路22、自動調(diào)焦距離信號接收電路23，倒相電路28，機殼26內(nèi)放置線路板25、步進機功率驅(qū)動模塊10、13、17和開關(guān)電源21，開關(guān)電源21是本發(fā)明系統(tǒng)的供電電源，液晶顯示屏4和開關(guān)電源21的開關(guān)安放在控制面板27上。
本發(fā)明調(diào)光調(diào)焦系統(tǒng)的工作過程是1、自動調(diào)光系統(tǒng)當天空背景光進入經(jīng)緯儀望遠物鏡光路中時，經(jīng)可變密度盤1照射到光電三極管和運算放大器組成的像面照度檢測電路2進行光電轉(zhuǎn)換，將背景光轉(zhuǎn)換成與背景光成正比的直流電壓量即像面照度值，開口角的檢測電路3輸出又一直流電壓，分別輸入到16位單片機5的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的輸入端ACH1、ACH3。16位單片機5和2764型程序存儲器6發(fā)出指令將輸入的兩個模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后存入內(nèi)部存儲區(qū)。標準曝光量在單片機5內(nèi)存中預(yù)置與標準曝光量(膠片感光度)相對應(yīng)的數(shù)值。標準曝光量由按鍵管理電路9的選擇鍵來選擇的，選擇之后按下確定鍵，由程序查詢判別，并由液晶顯示屏4以16*16漢字型直觀顯示開口角的角度值、感光度的數(shù)值和由程序自動鑒頻的攝影頻率。外部時碼終端輸出的攝影脈沖輸入到攝影脈沖接收電路22的輸入端，攝影脈沖接收電路22的輸出端接到16位單片機5的高速輸入口HSI.0的輸入端，由程序自動鑒別出攝影頻率，16位單片機5將像面照度檢測電路2檢測的像面照度值、由ACH3讀入的內(nèi)存的開口角值和攝影頻率確定的曝光時間由16位單片機5進行計算，計算出采樣曝光量，采樣曝光量再與16位單片機5內(nèi)存的已預(yù)置與標準曝光量相對應(yīng)的數(shù)值比較得出曝光量誤差，16位單片機5根據(jù)此誤差由16位單片機5的高速輸出口HSO.0 HSO.1和2764型程序存儲器6產(chǎn)生頻率可調(diào)的脈沖信號。此脈沖信號接到倒相電路28的輸入端，由倒相電路28的輸出端接到步進機功率驅(qū)動模塊10和步進機功率驅(qū)動模塊13的CP端，當曝光量誤差不等于零時，由2764型程序存儲器6發(fā)出指令，由程序首先控制步進電機12帶動可變密度盤1向減少誤差方向轉(zhuǎn)動，若可變密度盤1轉(zhuǎn)到機械限位位置仍不能使誤差為零，則16位單片機5又發(fā)出程序指令，立即調(diào)節(jié)快門的開口角，同時也帶動開口角檢測電路3的電位計，繼續(xù)向減少誤差方向轉(zhuǎn)動，直到誤差趨近零，系統(tǒng)平衡，步進電機停止。如果16位單片機5的P2.6、P2.7檢測到限位電路8的機械有限位狀態(tài)。則由液晶顯示屏4漢字顯示光強或光弱。外界光不斷變化，調(diào)光也不斷進行。
2、自動調(diào)焦系統(tǒng)距離調(diào)焦檢測電路16經(jīng)16位單片機5的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道ACH6讀入16位單片機5。16位單片機5和2764型程序存儲器6發(fā)出指令將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后與預(yù)置在16位單片機內(nèi)存的數(shù)值(參考電壓)進行比較，得出誤差△U，如果誤差不等于零，16位單片機5根據(jù)此誤差由16位單片機5的高速輸出口HSO.2和2764型程序存儲6產(chǎn)生頻率可調(diào)的脈沖信號。此脈沖信號接到倒相電路28的輸入端，由倒相電路28的輸出端接到步進機功率驅(qū)動模塊17的CP端，由程序控制步進電機19帶動光楔20向減少誤差的方向轉(zhuǎn)動，直到誤差趨近零，系統(tǒng)平衡，步進電機19停止。距離調(diào)焦檢測電路16檢測到的距離信號經(jīng)16位單片機5的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道ACH6讀入16位單片機5內(nèi)部存儲區(qū)后，在16位單片機5中首先將其轉(zhuǎn)換成十進制碼并以24*16的字型送到液晶顯示屏4上，直觀顯示目標到儀器的距離。
16位單片機5的ACH6沒有檢測到距離調(diào)焦檢測電路16輸出的距離信號時。16位單片機5立即查詢串行口RXD，因自動調(diào)焦距離信號接收電路23由微機通訊提供引導(dǎo)信息，采用RS232隔離，由16位單片機5的串行口RXD輸入，16位單片機5根據(jù)輸入的數(shù)值，計算出距離并變換成十進制碼，由液晶顯示屏直觀顯示。
本發(fā)明的積極效果；本發(fā)明的調(diào)光調(diào)焦系統(tǒng)即自動調(diào)整可變密度盤1的位置和自動調(diào)節(jié)快門開口角的大小，又自動移動光楔的位置，所以稱之為全自動調(diào)光調(diào)焦系統(tǒng)。
a)調(diào)光系統(tǒng)由于像面照度檢測電路采用了光電三極管做檢測元件，它直接接收的是天空背景光，即可直接控制攝影底片上的曝光量，去掉了光測設(shè)備查曝光列線表換算照度系數(shù)的方法，使操作更簡便。解決了以往調(diào)光操作復(fù)雜，易受環(huán)境溫度影響的問題。
b)由于本發(fā)明采用集成電路，用一塊高檔16位80C196KB單片機為控制核心，用一塊電路板實現(xiàn)了既自動控制調(diào)光系統(tǒng)又自動控制調(diào)焦系統(tǒng)的雙重控制方式，這種控制方式提高了系統(tǒng)控制的自動化程度，增強了系統(tǒng)控制功能，減少并簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本，并使控制系統(tǒng)微型化。
c) 由于采用了步進電機作為執(zhí)行元件，因此可精確控制電機的轉(zhuǎn)動量，使控制系統(tǒng)不產(chǎn)生超調(diào)和震蕩，明顯提高了調(diào)光和調(diào)焦的系統(tǒng)調(diào)整精度和控制精度，增強了系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性和可靠性。
d)已有技術(shù)采用可變密度盤調(diào)光只可自動調(diào)整32倍，本發(fā)明由于采用調(diào)節(jié)快門的開口角的結(jié)構(gòu)，使快門的開口角在7.5°～120°的范圍內(nèi)連續(xù)變化，即自動調(diào)光的自動調(diào)整范圍又提高了16倍，則可自動補償?shù)钠毓饬孔兓秶鸀?12倍。這樣寬的調(diào)整范圍，完全滿足了現(xiàn)代攝影控制系統(tǒng)對自動調(diào)光調(diào)焦范圍的要求。
e)由于采用了液晶顯示屏用漢字顯示調(diào)焦的調(diào)整距離，顯示調(diào)光的開口角的角度值、感光度的數(shù)值及攝影脈沖。使調(diào)光和調(diào)焦系統(tǒng)控制更完善，用液晶顯示屏顯示優(yōu)于數(shù)碼管。因為液晶顯示屏不受強光和弱光的限制，特別適合于野外強光下工作的設(shè)備。
f)本發(fā)明自動調(diào)光調(diào)焦的調(diào)整精度用底片密度值的變化量衡量，實測任務(wù)中底片的密度值誤差小于10％，目標清晰。整機接通電源，調(diào)光和調(diào)焦即可自動進行調(diào)整，是全數(shù)字化的自動調(diào)光調(diào)焦系統(tǒng)。


圖1是已有技術(shù)原理框圖圖2是已有技術(shù)檢測電路中的平衡電橋電路圖圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖圖4是本發(fā)明原理框圖圖5是本發(fā)明自動調(diào)光調(diào)焦控制程序流程圖本發(fā)明的實施例可變密度盤1選用光學(xué)玻璃鍍膜制成，透射光隨轉(zhuǎn)角變化。像面照度檢測電路2由一支光電三極管和兩個LM3140運算放大器組成。快門24是一個機械加工成型的兩個葉片。開口角檢測電路3選用上海半導(dǎo)體14廠生產(chǎn)的WX74A-1型電位計，阻值10K±0.5％。液晶顯示屏4選用北京清華篷遠科貿(mào)公司提供的帶背景光及寬溫型，型號MGLS12864T(內(nèi)藏T6963C控制器點陣圖形式)。16位單片機5選用INTEL生產(chǎn)的，型號80C196KB高檔16位單片機。程序存儲器選用美國INTEL公司生產(chǎn)的2764型號。接口電路7選用74HC573型號組成。限位電路8選用微動開關(guān)型號為WWK-2和5.1K電阻組成。按鍵管理電路9由74HC245，74HC00組成。步進機三個功率驅(qū)動模塊10、13、17用北京工貿(mào)公司生產(chǎn)型號為μP-3BF04。三個步進電機12、15、19采用常州電訊電機廠生產(chǎn)的45BF005型號步進電機。機械傳動11、14、18由齒輪和聯(lián)軸節(jié)組成，采用本所產(chǎn)品。距離調(diào)焦檢測電路16采用上海半導(dǎo)體14廠生產(chǎn)的WX74A-1型電位計，阻值39K±0.5％和運算放大器型號3140組成。光楔20是我所生產(chǎn)的光學(xué)玻璃產(chǎn)品。攝影脈沖接收電路22采用型號4N25組成。自動調(diào)焦距離信號接收電路23采用型號為MAX202E，線路板25由河北黃驊大麻沽線路板廠生產(chǎn)。開關(guān)電源21采用±12V，+5V，+24V朝陽電源廠的產(chǎn)品。機殼26和控制面板27自制。倒相電路28由74HC14組成。機械傳動11、步進電機12、、機械傳動14、步進電機15、機械傳動18、步進電機19、光楔20、快門24和外部機械系統(tǒng)相連。
權(quán)利要求1.一種單片機控制的攝影全自動調(diào)光調(diào)焦系統(tǒng)，包括可變密度盤1、像面檢測電路2、開口角檢測電路3、限位電路8、機械傳動11、14和18、步進電機12、15和19、開關(guān)電源21、快門24、線路板25、機殼26、控制面板27，倒相電路28，其特征在于像面照度檢測電路2、快門開口角檢測電路3的輸出端分別接到16位單片機5的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道ACH1和ACH3的輸入端，距離調(diào)焦檢測電路16的輸出端接到16位單片機5模數(shù)轉(zhuǎn)換通道ACH6輸入端，16位單片機5數(shù)據(jù)總線與2764型程序存儲器6、接口電路7、液晶顯示屏4、按鍵管理電路9的數(shù)據(jù)總線相接，16位單片機5的高速輸出口HSO.0、HSO.1、HSO.2分別經(jīng)倒相電路28與步進機功率驅(qū)動模塊10、步進機功率驅(qū)動模塊13、步進機功率驅(qū)動模塊17的CP端相接，步進機功率驅(qū)動模塊10、步進機功率驅(qū)動模塊13、步進機功率驅(qū)動模塊17的輸出端分別與步進電機12、步進電機15、步進電機19的繞組相接，步進電機19的軸與機械傳動18相連，機械傳動18另一端與光楔20相接，限位電路8的輸出端與16位單片機5的P2.6、P2.7相接，攝影脈沖接收電路22的輸出端接到16位單片機5的高速輸入口HSI.0的輸入端，自動調(diào)焦距離信號接收電路23的輸入端與外部通訊接口連接，自動調(diào)焦距離信號接收電路23的輸出端與16位單片機5的串行口RXD相接。
專利摘要本實用新型涉及對攝影調(diào)光調(diào)焦系統(tǒng)的改進。它包括密度盤、像面和開口角檢測、液晶屏、單片機、存儲器、接口、按鍵管理、驅(qū)動模塊、機械傳動、步進電機、調(diào)焦檢測、光楔、電源、攝影脈沖接收、自動調(diào)焦接收、快門、倒相。本實用新型用一片單片機實現(xiàn)自動調(diào)整密度盤和移動光楔的位置,又自動調(diào)節(jié)快門開口角。直接控制攝影底片上的曝光量和分辨率,無超調(diào)和震蕩。自動調(diào)光自動調(diào)整范圍提高了16倍。特別適合于野外強光下工作的設(shè)備。
文檔編號G03B7/081GK2397516SQ9924798
公開日2000年9月20日 申請日期1999年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月1日
發(fā)明者于惠珠 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械研究所