分幅相機

分幅相機是採用分光系統及快光電子技術，整合2台，甚至於8台ICCD相機於一體，實現高速分幅拍攝的一種超高速相機。它的出現實現了分幅功能原理從機械式的轉鏡相機到完全沒有旋轉部件的固定光學分光系統的轉換，從而為提高攝影頻率和良好的畫質奠定了系統基礎，實現了攝影頻率和圖像質量的綜合性能的大幅度提高。

基本介紹

• 中文名：分幅相機

原理

對於分幅相機而言，其實現超高速曝光的核心成像器件是ICCD相機（超快門控），依靠分光系統對光信號進行分配，傳輸到各個ICCD相機單元上，並且採用快光電子控制技術對多台ICCD相機的良好控制與整合，從而實現。

1) ICCD的超快門控（超高速曝光）ICCD相機內的像增強器具備快速選通功能，因而提供了ICCD相機的所謂的門控能力，即光閘功能。當ICCD相機工作時，三個電壓被施加到如下圖所示的像增強器中。通過改變光電陰極和微通道板之間的電壓UC可以實現對像增強器的門控功能。如果光陰極和微通道板之間的電壓UC為負時，從光電陰極飛出的光電子，在電壓作用下加速湧向微通道板，此時快門開啟。如果電壓UC為正時，光電子被電壓束縛在光電陰極上，此時快門關閉。而這種模式被稱為門控，並且電壓UC被稱為選通電壓。ICCD相機也正是由於這種門控模式，才可以抓拍到非常短的曝光時間下（例如3 ns的曝光時間）的瞬態圖像。

圖1ICCD內像增強器的超快門控原理圖

2) 分光系統

利用光學分光系統進行分光的原理主要有兩種：平行光中分光和會聚光中分光，如圖1和圖2．在圖1所示的平行光中分光原理的光路中，物體首先經過主物鏡進行成像，並且該成像面實際上是後面的分光光學系統第一中繼透鏡的前焦平面，這樣進入分光系統後的成像光線變為平行光束，這些平行光束再由分光系統（如分光稜錐、分光平板或分光稜鏡）進行分光而獲得相應的在空間上分開的成像平行光束，最後這些分開的成像平行光束進入不同的成像通道進行成像達到分幅成像目的．由於這種方式是對成像過程中產生的平行光束進行分光，故稱之為平行光束分光原理．目前，高速多幅分幅相機基本採用這種方式進行分幅成像，只不過在採用分光元件上有所不同．幅數較多的一般採用多邊分光稜錐，幅數較少的則採用分光稜鏡。

圖2 平行光束分光原理圖

在圖2所示的會聚光中分光原理的光路中，物體的成像光束在像空間用分光元件直接分光，然後再成像在各個像平面上，遵循幾何光學的成像原理．這種分光原理簡單，其特點是利用了全部的成像光線

束，光能量利用率高，並且各成像光路在光學設計時可以較容易地進行獨立校正，成像質量可以滿足較高的要求，同時光學系統的數值孔徑可以做得較大，具有較多的優勢．這種光學系統的主要限制是鏡頭的焦距，由於在鏡頭後的像空間進行分光，因此要求其像空間的工作距離要比較大，對應的鏡頭焦距也要大。

圖3　會聚光中的分光原理

3) 快光電子控制系統簡介

控制系統主要針對這些關鍵部件的工作流程進行控制，是光電

分幅相機的重要組成部分；不僅必須產生滿足嚴格要求的各種控制信號，如多台CCD相機的同步外觸發、極快的門控型圖像增強器光電陰極的導通與關閉，同時還要滿足圖像數據及CCD相機控制參量的設定等功能要求。結合先進的大規模可程式積體電路的套用，分幅相機獲得了在曝光時間、幅間間隔時間很好的可以獨立進行控制的性能，滿足了目前各種複雜的套用控制要求。圖3是一個典型的三分幅相機的控制流程示意。

圖4 三分幅相機的控制流程圖

相機選型

對分幅相機來說，由於核心成像器件是ICCD相機單元，因此在選型時，首先是要根據波段來選擇MCP及光電陰極的材料。從上圖可以看出，不同的MCP材料所對應的截止波段不同，對於MgF₂材料而言，它對於160nm以上的紫外光都有良好的透過性，而普通的光纖微通道板則在400 nm左右就截止了，紫外波段透過率不佳。

再來就是光電陰極材料的選擇，不同的陰極材料所對應的峰值波長不一致，QE值也不一樣，如下表所示。在對ICCD選型時，要根據套用背景選擇最佳的光電陰極材料。

最後是螢光屏的選擇，目前主要是P43比P46兩種，兩者的差別如下表所示。P46螢光屏主要是體現在快速回響上，用於超高速曝光套用比較適宜；而P43則主要是轉換效率高，用於高靈敏探測的環境更為出色。