專利名稱：光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)的制作方法
光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)
技術領域：
本發(fā)明涉及分幅掃描成像系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種應用于高速成像技 術中光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)。
背景4支術
高速成像技術是觀測瞬態(tài)事件的時間放大技術，能夠給出高速變化過程的 空間-時間信息。高速成像技術經(jīng)歷了從高速到甚高速、超高速、極高速，從
可見光到遠紅外、紫外、x射線，從研究宏觀物體的運動到研究微觀機制的發(fā)
展過程。
高速成像技術在研究發(fā)射、碰撞類瞬變過程；研究爆轟類超快過程和高電 壓放電類瞬態(tài)過程；研究固體中聲子和激子的衰變和遷移；研究分子結(jié)構(gòu)動力 學、光合作用的原初反應過程中具有重要意義。
隨著爆轟、放電、聚變和其它細觀、微觀高速動力學過程研究水平的提高、 得到更多的時空信息、提高判讀精度，要求一次實驗就能同時得到分幅、掃描 記錄，要求能夠得到較多畫幅而且易于抓住目標的等待型記錄。早期的分幅掃 描同時記錄儀采用外光路中的光振幅分光(例如半透半反)，分成兩束， 一束用 于超高速分幅攝影機，另一束用于超高速掃描攝影機，由于采用了兩個攝影機， 使得整個系統(tǒng)難以做到精確的時間同步和速度一致，造成判讀誤差。
美國曾經(jīng)設計過的分幅掃描記錄儀包括共用的外光學系統(tǒng)和分光的內(nèi)光學 系統(tǒng)，內(nèi)光學系統(tǒng)分光形成掃描光束和分幅光束，并且各自分用自己的轉(zhuǎn)鏡系 統(tǒng)。因此整個記錄儀雖然只采用一個攝影機，相對于早期的分幅掃描同時記錄 儀有所進步，但由于其存在兩套轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，這兩套轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)的系統(tǒng)時間基準不 同，仍然難以做到精確的時間同步和速度一致。之后美國研究了共空間基準、 共時間基準的記錄儀，但是這些記錄儀中采用的是空間光束光學系統(tǒng)，空間分 辨率低，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜(Manfred Held. Simultaneously Gained Streak andFraming Records Offer a Great Advantage in the Field of Detonics. Propellants， Explosives, Pyrotechnics, 2001, 26: 148 - 155 )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術中的分幅掃描成像系統(tǒng)中存 在的分幅和掃描的時間基準不一致的缺陷，提供一種具有同一時間基準和空間 基準的光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是構(gòu)造一種光學等待式分幅掃 描同時記錄的平面成^f象系統(tǒng)，包括物鏡、等待分光裝置、兩個二次分光裝置、 與每個二次分光裝置對應設置的分幅裝置和掃描裝置以及分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置，
物光經(jīng)過物鏡后形成的一次像經(jīng)所述等待分光裝置分為兩束一次像光束，每束 一次像光束經(jīng)過對應的所述二次分光裝置后分為兩束二次像光束，該兩束二次 像光束分別經(jīng)過分幅裝置和掃描裝置形成分幅光束和掃描光束，兩束二次^象光 束對應的分幅光束和掃描光束均經(jīng)過所述分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置后成像在像面上； 所述一次像光束、二次像光束以及各個掃描光束和分幅光束均設置在同 一平面 內(nèi)；所述分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置包括球罩、設置在球罩內(nèi)的轉(zhuǎn)鏡、中繼透鏡、掃描 像面和分幅像面，每個分幅光束入射至球罩內(nèi)形成位于所述轉(zhuǎn)4免鏡面處的三次 像，所述三次像經(jīng)轉(zhuǎn)鏡反射后出射至球罩外并經(jīng)所述中繼透鏡后成像在分幅像 面上；每個掃描光束入射至球罩內(nèi)的轉(zhuǎn)鏡上經(jīng)轉(zhuǎn)4t^射后出射至球罩外成像在 掃描像面上。
在本發(fā)明所述光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)中，所述等待 分光裝置包括目鏡、孔徑光闌、斜方棱鏡和分光棱鏡，導入的一次像依次經(jīng)過 目鏡、孔徑光闌、斜方棱鏡和分光棱鏡后分出兩束一次像光束到對應的二次分 光裝置中。
在本發(fā)明所迷光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)中，所述二次 分光裝置包括場鏡和分束棱鏡，導入的一次像光束依次經(jīng)過所述場鏡和分束棱 鏡后分出兩束二次像光束，再分別導入至對應的分幅裝置和掃描裝置中。
在本發(fā)明所述光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)中，所述分幅裝置包括分幅像傾組件、分幅場鏡和分幅投影鏡，導入的二次像成像在所述分 幅像傾組件處并依次經(jīng)分幅場鏡和分幅投影鏡后進入所述分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置 中。
在本發(fā)明所述光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成^象系統(tǒng)中，所述掃描 裝置包括掃描像傾組件、掃描場鏡和掃描投影鏡，導入的二次像成像在所述掃 描像傾組件處并依次經(jīng)掃描場鏡和掃描投影鏡后進入所述分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置 中。
在本發(fā)明所述光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成^象系統(tǒng)中，與同一束 二次像光束對應的所述分幅裝置或所述掃描裝置中設有調(diào)整光程的光程調(diào)節(jié)組件。
實施本發(fā)明所述光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)，具有以下
有益效果通過設置等待分光裝置分出兩束一次像光束，而每束光束與一個二 次分光裝置對應，每個二次分光裝置又將一次像光束分為兩束， 一束進入分幅 裝置產(chǎn)生分幅光路，另一束進入掃描裝置產(chǎn)生掃描光路，分幅光路和掃描光路 進入分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置后分別成像在分幅像面和掃描像面上，由于分幅光路和 掃描光路有共同的物鏡，使得二者具有相同的空間基準，而兩路光路均通過同 一轉(zhuǎn)鏡反射成像，使其具有相同的時間基準，能獲得高的判讀準確度和判讀精 確度；并且具有較高的時間帶寬積(成像頻率x記錄時間)和空間帶寬積(空 間分辨率x畫幅尺寸)。同時,設置一次像光束、二次像光束以及各個掃描光束 和分幅光束均設置在同一平面內(nèi)，整個光路在同一平面內(nèi)，使得系統(tǒng)的整體結(jié) 構(gòu)緊湊、便于設計、加工、裝調(diào)。另外，該光學等待式分幅掃描同時記錄的平 面成像系統(tǒng)具有兩個入口 ，即等待分光裝置將一次^泉分為兩束光束同時入射， 使得整個系統(tǒng)處于"等待，，的工作方式中，在任何時候均能捕捉到物像，以實 現(xiàn)連續(xù)記錄。
該光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)能進一步滿足爆轟、放電、 聚變和其它細觀、微觀高速動力學過程的研究需求，實現(xiàn)超高速分幅掃描的同 時記錄，提供超快過程更多的空間信息和時間信息、提高判讀精度和研究水平。
下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是本發(fā)明所述光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)的系統(tǒng)框
圖2是本發(fā)明所述光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。
具體實施方式

如圖1、 2所示，在本發(fā)明所述光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系 統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，包括物鏡0、分出兩束一次像的等待分光裝置20、兩個將 一次像分為掃描光束和分幅光束的二次分光裝置30、將每個二次分光裝置30 產(chǎn)生的掃描光束和分幅光束成像在最終像面上的分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置40。物光經(jīng) 過物鏡0后形成一次像， 一次像經(jīng)過等待分光裝置20后分出兩束一次像光束， 這為后面的分幅掃描提供了兩束入射光束。每束一次像光束經(jīng)過與之對應的二 次分光裝置30后形成兩束二次像光束,這兩束二次像光束中的一束進入分幅裝 置50中并經(jīng)分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置40后成像在分幅像面IF上，而另一束進入掃描 裝置60中并經(jīng)分幅掃描裝置60后成像在掃描像面IS上，這樣一束一次像光束 即可單獨完成分幅掃描的功能。而兩個入射光束，使得整個系統(tǒng)處于"等待，， 的工作方式中，在任何時候均能捕捉到物像，以實現(xiàn)連續(xù)記錄。
等待分光裝置20包括目鏡0K、孔徑光闌P、斜方棱鏡XP和分光棱鏡SPI， 導入的一次像依次經(jīng)過目鏡0K、孔徑光闌P、斜方棱鏡XP和分光棱鏡SPI后分 出兩束一次像光束到對應的二次分光裝置30中。
分幅掃描裝置60包括球罩LS、轉(zhuǎn)鏡RM、中繼透鏡RL、掃描像面IS和分 幅像面IF。其中，轉(zhuǎn)鏡RM設置在球罩內(nèi)。在本優(yōu)選實施例中，球罩LS為一同 心球面，內(nèi)部為真空室，轉(zhuǎn)鏡RM設置在真空室內(nèi)。這樣該球罩能起到負光焦度 的功能，并且由于真空室內(nèi)轉(zhuǎn)鏡RM的阻力大大減小，有利于轉(zhuǎn)鏡RM的旋轉(zhuǎn)， 從而大大減小了空氣擾動對成像質(zhì)量的影響。分幅光束通過入射球罩LSI到達球罩內(nèi)的轉(zhuǎn)鏡RM上，并通過調(diào)整分幅裝置50,使得三次像成像在轉(zhuǎn)鏡RM的鏡 面處，三次像經(jīng)轉(zhuǎn)鏡RM反射后穿過出射球罩LS2由中繼透鏡RL產(chǎn)生四次像， 通過調(diào)整中繼透鏡RL的位置4吏得四次像成像在分幅^象面IF上，/人而在分幅傳_ 面IF上形成最終的分幅像。另外，掃描光束入射至球罩內(nèi)的轉(zhuǎn)鏡RM上，并經(jīng) 轉(zhuǎn)鏡RM反射至掃描像面IS上，在掃描像面IS上形成掃描像。
由于整個平面成像系統(tǒng)中設有將一次像分出兩束的等待分光裝置20,使得 該系統(tǒng)有兩個入口，而在球罩處經(jīng)過同一轉(zhuǎn)鏡RM反射，形成兩個工作扇區(qū)，從 而形成等待型平面成像系統(tǒng)。這種"等待型"的工作方式對^f數(shù)秒和亞^f鼓秒瞬態(tài) 過程的記錄是很重要的，通過光學的方法實現(xiàn)連續(xù)記錄，易于抓住目標，系統(tǒng) 一直處在"等待"工作狀態(tài)，即在等待的任何時候都能曝光。另外，整個光學 系統(tǒng)可以很方便地設置在同一平面內(nèi)，使得各束光束位于同一平面內(nèi)，能提高 成^f象質(zhì)量、方便設計、加工、調(diào)整。
整個光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)可如下設置設置物光 經(jīng)過物鏡0后在分劃板I處成一次像。等待分光裝置20包括目鏡0K、孔徑光 闌P、斜方棱鏡XP和分光棱鏡SP I 。 一次像經(jīng)過目鏡0K、孔徑光闌P、斜方棱 鏡XP以及分光棱鏡SPI后實現(xiàn)分光，將一次像分為兩束一次像光束。這為后 面的分幅掃描形成兩個入射光束。
為了調(diào)整一次像光束的進入二次分光裝置30時方向，可在等待分光裝置20 和二次分光裝置30之間設置反射鏡R1，以調(diào)整一次像光束方向。二次分光裝 置30包括場鏡K和分束棱鏡SPII ，通過設置反射鏡將等待分光裝置20分出的 一束一次像光束導入并經(jīng)過場鏡K形成二次像,分束棱鏡SPII后分出兩束二次 像光束，再分別導入至對應的分幅裝置50和掃描裝置60中。
分幅裝置50包括分幅像傾組件FE、分幅場鏡FK和分幅投影鏡FL。分幅像 傾組件FE可對像面進行預傾斜，補償斜入射情況下像面的傾斜，使最終像面的 成像曲面是柱面，以保證成像質(zhì)量、便于記錄膠片的平整。調(diào)整分幅像傾組件FE 的位置，使得導入的二次像成像在分幅像傾組件FE處，再依次經(jīng)分幅場鏡FK 和分幅投影鏡FL后形成三次像進入分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置40中。還可在分幅裝置50內(nèi)設置反射鏡R3，以調(diào)整二次像光束的導入方向，以合理設置分幅裝置50中 的各元件〗吏得整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為緊湊。
掃描裝置60包括掃描像傾組件SE、掃描場鏡SK和掃描投影鏡SL。掃描像 傾組件SE可對像面進行預傾斜，補償斜入射情況下像面的傾斜，使最終像面的 成像曲面是柱面，以保證成像質(zhì)量、便于記錄膠片的平整。調(diào)整掃描像傾組件SE 的位置，使得導入的二次像成像在掃描像傾組件SE處，再依次經(jīng)掃描場鏡SK 和掃描投影鏡SL后進入所述分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置40中。同樣也可在掃描裝置60 中設置反射鏡用來調(diào)整二次像光束的導入方向，以合理設置掃描裝置60中的各 元件使得整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為緊湊。另外，為了使得掃描光路和分幅光路在空 間布局上協(xié)調(diào)，可在掃描裝置或分幅裝置中設置光程調(diào)節(jié)組件。具體地，可設 置光程調(diào)節(jié)組件為在掃描裝置60中設置的反射鏡組R，該反射鏡組R可由反射 鏡組成，也可由反射棱鏡組組成，以調(diào)節(jié)光程。
整個光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)工作時，物光經(jīng)過物鏡O 一次成像在分劃板I處，經(jīng)過目鏡OK和孔徑光闌P，再由斜方棱鏡XP進行調(diào) 整，再由分光棱鏡SPI分出兩束一次像光束。其中，每束一次像光束再經(jīng)過各 自的場鏡K形成二次像，并通過分束棱鏡SPII實現(xiàn)二次分光，形成分幅光束和 掃描光束。二次像分別成像在分幅裝置50中的分幅像傾組件FE處和掃描裝置60 中的掃描像傾組件SE處。在分幅光束中，分幅像傾組件FE處的二次像經(jīng)過分 幅場鏡FK、分幅投影鏡FL和入射球罩LSI后在轉(zhuǎn)鏡RM的鏡面處形成三次像， 即中間像成像在轉(zhuǎn)鏡RM的鏡面附近；之后三次像再次經(jīng)過出射球罩LS后經(jīng)過 中繼透鏡RL在分幅像面IF上形成四次像。轉(zhuǎn)鏡RM旋轉(zhuǎn)時，使得不同時刻的物 光能在分幅像面IF上依次曝光，形成一系列的最終像。在掃描光束中，掃描像 傾組件SE處的二次像經(jīng)過掃描場鏡SK、反射鏡組R、掃描投影鏡SL、入射球 罩LS1、轉(zhuǎn)鏡RM和出射球罩LS2，成狹縫像于掃描像面IS上。轉(zhuǎn)鏡RM旋轉(zhuǎn)時 在掃描像面IS上狹縫像掃描依次曝光形成條紋記錄。
另外，從控制光束口徑的孔徑光闌P來說，對分幅光束而言孔徑光闌P 經(jīng)過斜方棱鏡XP以及分光棱鏡SP I 、場鏡K、分束棱鏡SPII 、分幅像傾組件FE和分幅場鏡FK后成像在分幅光闌P/處，然后經(jīng)過分幅才更影鏡FL、入射球罩LS1、 轉(zhuǎn)鏡RM、出射球罩LS2后成像在中繼透鏡RL前面的分幅出瞳光闌P2f處；轉(zhuǎn)鏡RM 旋轉(zhuǎn)時分幅光闌Pf的像在分幅出瞳光闌P2f陣列曲面處依次掃描，形成光學快門， 起到控制曝光和分幅的作用。對掃描光束而言孔徑光闌P經(jīng)過斜方棱鏡XP 以及分光棱鏡SP I 、場鏡K、分束棱鏡SPII 、掃描像傾組件SE和掃描場鏡SK 后成像在掃描光闌P/處。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳 細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變 形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以 所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1、一種光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)，其特征在于，包括物鏡、等待分光裝置、兩個二次分光裝置、與每個二次分光裝置對應設置的分幅裝置和掃描裝置以及分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置，物光經(jīng)過物鏡后形成的一次像經(jīng)所述等待分光裝置分為兩束一次像光束，每束一次像光束經(jīng)過對應的所述二次分光裝置后分為兩束二次像光束，該兩束二次像光束分別經(jīng)過分幅裝置和掃描裝置形成分幅光束和掃描光束，兩束二次像光束對應的分幅光束和掃描光束均經(jīng)過所述分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置后成像在像面上；所述一次像光束、二次像光束以及各個掃描光束和分幅光束均設置在同一平面內(nèi)；所述分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置包括球罩、設置在球罩內(nèi)的轉(zhuǎn)鏡、中繼透鏡、掃描像面和分幅像面，每個分幅光束入射至球罩內(nèi)形成位于所述轉(zhuǎn)鏡鏡面處的三次像，所述三次像經(jīng)轉(zhuǎn)鏡反射后出射至球罩外并經(jīng)所述中繼透鏡后成像在分幅像面上；每個掃描光束入射至球罩內(nèi)的轉(zhuǎn)鏡上經(jīng)轉(zhuǎn)鏡反射后出射至球罩外成像在掃描像面上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述等待分光裝置 包括目鏡、孔徑光闌、斜方棱鏡和分光棱鏡，導入的一次像依次經(jīng)過目鏡、孔 徑光闌、斜方棱鏡和分光棱鏡后分出兩束一次像光束到對應的二次分光裝置中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述二次分光裝置 包括場鏡和分束棱鏡，導入的一次像光束依次經(jīng)過所述場鏡和分束棱鏡后分出 兩束二次像光束，再分別導入至對應的分幅裝置和掃描裝置中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述分幅裝置包括 分幅像傾組件、分幅場鏡和分幅投影鏡，導入的二次^像成像在所述分幅像傾組 件處并依次經(jīng)分幅場鏡和分幅投影鏡后進入所述分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的平面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描裝置包括 掃描像傾組件、掃描場鏡和掃描投影鏡，導入的二次像成像在所述掃描像傾組 件處并依次經(jīng)掃描場鏡和掃描投影鏡后ii^所述分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置中。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面成像系統(tǒng)，其特征在于，與同一束二次像光束對應的所述分幅裝置或所述掃描裝置中設有調(diào)整光程的光程調(diào)節(jié)組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學等待式分幅掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)，包括物鏡、等待分光裝置、兩個二次分光裝置、與每個二次分光裝置對應設置的分幅裝置和掃描裝置以及分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置，通過設置等待分光裝置和二次分光裝置實現(xiàn)兩次分光，分光后產(chǎn)生分幅光路和掃描光路均進入分幅掃描轉(zhuǎn)鏡裝置，并分別成像在分幅像面和掃描像面上；由于分幅光路和掃描光路有共同的物鏡，使得二者具有相同的空間基準，而兩路光路均通過同一轉(zhuǎn)鏡反射成像，使其具有相同的時間基準，從而能夠獲得較高的空間信息和時間信息，獲得高的判讀準確度和判讀精確度。
文檔編號G03B39/00GK101666970SQ20091019060
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者彬 惠, 李景鎮(zhèn), 陸小微 申請人:深圳大學