Вимоги до аерофотозатворів

Виходячи з особливостей аерофотографування, до аерофотозатворів пред'являються вимоги, згідно з якими вони повинні забезпечувати наступне:

• задану величину і сталість витримки в процесі аерофотознімання і її одночасність для всієї площі аерофотознімка;

• необхідний діапазон витримок, обумовлений умовами аерофотографування, швидкістю і висотою польоту;

• максимальний коефіцієнт корисної дії;

• високу якість оптичного зображення, тобто не знижувати розрізняючої здатності аерознімка і не вносити істотних спотворень при аерофотографуванні;

• високу надійність роботи;

• стабільність характеристик у різних умовах експлуатації.

Шторні аерофотозатвори

Аерофотозатвор, який складається з однієї чи декількох шторок, що рухаються в межах світлового отвору прямолінійно, називається шторним. У таких аерофотозатворів пропущення світлового потоку на світлочутливий матеріал забезпечується через щілину в шторці, розташовану між аерофотооб’єктивом і світлочутливим матеріалом у площині, перпендикулярній головній оптичній осі аерофотооб’єктива (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Шторний аерофотозатвор:

1 – шторка; 2 – аерофотооб'єктив; 3 – аерофотоматеріал; 4 – щілина шторного аерофотозатвора

При експонуванні щілина переміщається щодо нерухомого світлочутливого матеріалу і послідовно експонує всі точки аерофотознімка. У напрямку, перпендикулярному руху, щілина має розмір трохи більший розміру аерофотознімка в цьому ж напрямку. Параметри шторного аерофотозатвора можна визначити в такий спосіб. Якщо вважати, що швидкість V_шт руху шторки постійна і ширина щілини l_щ більше діаметра 2r_о перетину площиною шторки конуса світлових променів:

l_щ > 2r_о ,

то діаграма роботи аерофотозатвора буде мати вигляд фігури BDFE (рис. 4.6). За час відкривання щілина проходить шлях рівний 2r_о, за час повного відкриття – (l_щ – 2r_о), і за час закривання – 2r_о. При постійній швидкості щілини V_шт час відкривання t_відкр, повного відкриття t_n і закривання t_закр визначаються за такими співвідношеннями:

(4.9)

де r_о – радіус перетину площиною шторки конуса світлових променів. З подоби трикутників ABC і ADE (рис. 4.7) випливає, що

(4.10)

де h – відстань між площиною шторки і світлочутливим матеріалом; D_oб – діаметр діючого отвору аерофотооб’єктива; f – фокусна відстань аерофотооб’єктива. Підставивши вирази (4.9) і (4.10) у співвідношення (4.2), після перетворень одержимо формулу для визначення повної витримки

(4.11)

Зі співвідношення (4.11) видно, що при визначеній відстані між площиною шторки і світлочутливим матеріалом фактична витримка аерофотозатвора залежить від швидкості руху V_шт і ширини щілини l_щ, а також від відносного отвору аерофотооб’єктива D_o6 f. Таким чином, при постійних величинах V_шт і l_щ та діафрагмуванні аерофотооб’єктива повна витримка шторного аерофотозатвора міняється. Повна витримка тим сильніше залежить від діафрагми, чим вужча щілина.

Для шторного аерофотозатвора площа BCD діаграми роботи складає половину площі прямокутника BCDG, тобто оптичний ККД фаз відкривання і закривання дорівнює

(4.12)

З урахуванням виразів (4.7), (4.9), (4.11) і (4.12) ККД шторного аерофотозатвора визначається за співвідношенням

(4.13)

Зі співвідношення (4.13) видно, що ККД шторного затвора залежить від ширини щілини l_щ, відстані h від шторки до світлочутливого матеріалу. Зміною відстані h і ширини щілини l_щ можна одержати оптичний ККД до 0,8.

Ефективна витримка в шторних аерофотозатворах залежить тільки від ширини щілини l_щ і швидкості руху щілини V_шт і не залежить від діафрагмування, на відміну від повної витримки. Зі співвідношень (4.5) і (4.13) можна одержати

(4.14)

Неодночасність експонування різних точок аерофотознімка і переміщення аерофотоапарата відносно об'єктів, що фотографуються, є причиною появи геометричних спотворень зображення на аерофотознімку. Розглянемо випадок, коли напрямок руху щілини протилежний напрямку польоту літального апарата (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Характер спотворень, які вносить шторний затвор

Нехай у деякий момент часу t₁ аерофотоапарат займає положення I відносно об'єкта АС, що фотографується. На світлочутливому матеріалі проектується його зображення у вигляді відрізка ас. Через щілину, яка переміщується зі швидкістю V_шт, експонується спочатку точка а в момент часу t₁, а потім у момент часу t₂ експонується точка с₁ через проміжок часу Δt = t₂ - t₁. Точка c₁ є зображенням точки С в момент часу t₂. Величина відрізка сс₁ характеризує лінійне спотворення δ, тобто

(4.15)

де V_из – швидкість руху оптичного зображення в площині світлочутливого матеріалу, м/с; Δt=t₂ - t₁ – різниця в часі експонування точок а і с; δ вимірюється у м.

Швидкість руху зображення V_из у площині світлочутливого матеріалу знаходиться з виразу

(4.16)

де V_п – шляхова швидкість польоту літального апарата; f – фокусна відстань об'єктива; Н – висота аерофотографування.

Величина Δt визначається відстанню, яку проходить щілина за час експонування всього об'єкта АС, тобто відстанню l_шт і швидкістю V_шт руху шторки:

(4.17)

З подоби трикутників sc₁a і sde знаходимо

(4.18)

де l₁ = ас₁ – лінійна величина зображення в напрямку експонування щілиною, м.

Якщо зображення об'єкта розташоване в межах усього аерофотознімка, те замість l₁ у вираз (4.18) підставляється величина l, причому l ≈ l₁, де l – сторона аерофотознімка в напрямку руху шторки. З виразів (4.15) – (4.18) одержимо

(4.19)

де δ, l, h, f – у м; V_п і V_шт – у м/с.

Зі співвідношення (4.19) видно, що геометричні спотворення на аерофотознімках прямо пропорційні швидкості польоту V_п літального апарата і обернено пропорційні швидкості руху щілини V_шт. Подібні спотворення будуть відсутні, якщо в аерофотоапараті передбачена компенсація зрушення зображення. Для зменшення спотворення в аерофотоапаратах без компенсації зрушення зображення передбачають рух шторок уздовж короткої сторони аерофотознімка.

До достоїнств шторних аерофотозатворів відносяться:

• порівняльна простота конструкції;

• можливість одержання малих витримок у досить широкому діапазоні Д_t ≥ 8.

Недоліки шторних аерофотозатворов полягають у наступному:

• вони вносять лінійні і кутові спотворення у фотографічне зображення;

• витримка змінюється по полю аерофотознімка;

• фактична витримка й оптичний ККД змінюються при діафрагмуванні аерофотооб’єктива.

Шторні аерофотозатвори застосовуються в денних кадрових аерофотоапаратах АФА-39, АФА-БА й інших. На рис. 4.9 показана кінематична схема шторного аерофотозатвора аерофотоапарата АФА-39.

Рис. 4.9. Кінематична схема шторного аерофотозатвора аерофотоапарата АФА-39:

1 – рукоятка переводу витримок; 2 – зубчасте колесо; 3 – валик; 4 – валик заводний;

5 – зубчасте колесо; 6 – трубка; 7, 8, 9 – зубчасті колеса; 10 – муфта торцева; 11 – зубчасте колесо; 12 – собачка; 13 – храповик; 14 – пружина; 15 – валик; 16 – вісь