一種轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀。該轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀包括成像系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。所述成像系統(tǒng)包括物鏡、快門組合、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鏡裝置。由于分幅光路和掃描光路共用同一個物鏡，各光路具有相同的空間基準，由于分幅光路和掃描光路有共同的雙入口斜入射等待式三面體轉鏡，而兩路光路均通過同一轉鏡反射成像，使其具有相同的時間基準。通過分幅裝置得到二維圖像信息，通過掃描裝置得到時間連續(xù)的一維狹縫內的圖像信息。這種同一時間基準、同一空間基準的分幅、掃描同時成像，能夠得到微秒級過程的完善信息，獲得高的判讀準確度和判讀精確度。
【專利說明】一種轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀。

【背景技術】
[0002]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時-空信息。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。
[0003]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；研究分子結構動力學、光合作用的原初反應過程中具有重要意義。
[0004]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。
[0005]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)和分光的內光學系統(tǒng)，內光學系統(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鏡系統(tǒng)，這兩套轉鏡系統(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)結構復雜。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其能夠在“等待”模式下實現(xiàn)分幅掃描同時記錄，一次實驗能同時得到同一時間基準、同一空間基準的分幅圖像和掃描圖像，空間分辨率高。
[0007]本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn):一種轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其包括:
[0008]成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括物鏡、快門組合、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)過所述分幅掃描轉鏡裝置后成像在像面上；所述分幅掃描轉鏡裝置包括球罩、設置在球罩內的轉鏡、驅動轉鏡旋轉的電機、分幅出瞳光闌、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形成位于所述轉鏡鏡面處的三次像，所述三次像經(jīng)轉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的轉鏡上經(jīng)轉鏡反射后出射至球罩外成像在掃描像面上；
[0009]支撐系統(tǒng)，所述支撐系統(tǒng)用于支撐所述成像系統(tǒng)；和
[0010]電控制系統(tǒng)，所述電控制系統(tǒng)用于控制所述快門組合和所述電機。
[0011]在本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀中，所述等待分光裝置包括分劃板、目鏡、主光闌、斜方棱鏡和分光棱鏡，物光經(jīng)過物鏡后在分劃板處成一次像，一次像依次經(jīng)過目鏡、主光闌、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。
[0012]在本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀中，所述快門組合包括機械快門、快開快門和快關快門，所述機械快門和所述快開快門分別位于所述分劃板的光路上游側和光路下游側，所述快關快門位于目鏡與主光闌之間。
[0013]在本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀中，所述機械快門為毫秒級機械快門，所述快開快門為微秒級電涌式金屬箔快開快門，所述快關快門為微秒級爆炸快關快I?。
[0014]在本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀中，所述支撐系統(tǒng)包括升降底座，所述升降底座包括基底、升降柱及驅動升降柱相對于基座升降的搖柄驅動機構，所述搖柄驅動機構包括依次連接的手柄、柄軸、第一錐齒輪、第二錐齒輪及螺桿，所述柄軸通過軸承安裝在所述基座的側部，所述第一錐齒輪的軸線與所述第二錐齒輪的軸線正交，所述第二錐齒輪的旋轉軸固定在所述基底上，所述螺桿與所述升降柱螺紋嚙合。
[0015]在本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀中，所述支撐系統(tǒng)還可以包括云臺，所述云臺包括上半部和下半部，所述上半部樞接在所述下半部上，所述上半部與所述下半部之間設置有俯仰蝸輪蝸桿機構。
[0016]在本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀中，所述二次分光裝置包括場鏡、第一反射鏡和分束棱鏡，導入的一次像光束依次經(jīng)過所述場鏡、第一反射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。
[0017]在本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀中，所述掃描裝置包括掃描像傾組件、掃描場鏡、反射鏡組、掃描光闌、掃描投影鏡和第二反射鏡，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、反射鏡組、掃描光闌、掃描投影鏡和第二反射鏡后進入所述分幅掃描轉鏡裝置中，所述掃描光闌與所述主光闌形成光學共軛關系。
[0018]在本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀中，所述分幅裝置包括分幅像傾組件、分幅場鏡、分幅光闌、第三反射鏡、分幅投影鏡和第四反射鏡，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、分幅光闌、第三反射鏡、分幅投影鏡和第四反射鏡后進入所述分幅掃描轉鏡裝置中，所述分幅光闌與所述主光闌形成光學共軛關系；所述分幅光闌與所述分幅出瞳光闌形成光學共軛關系。
[0019]在本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀中，所述物鏡設有入瞳光闌，所述入瞳光闌與所述主光闌形成光學共軛關系。
[0020]實施本發(fā)明所述轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，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生分幅光路，另一束進入掃描裝置產生掃描光路，分幅光路和掃描光路進入分幅掃描轉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共用同一個物鏡，各光路具有相同的空間基準，由于分幅光路和掃描光路有共同的雙入口斜入射等待式三面體轉鏡，而兩路光路均通過同一轉鏡反射成像，使其具有相同的時間基準。本發(fā)明的這種同一時間基準、同一空間基準的分幅、掃描同時成像方式，能避免單功能分幅裝置和單功能掃描裝置的信息丟失，得到微秒級過程的完善信息，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；并且具有較高的空間帶寬積(空間分辨率X畫幅尺寸)。另外，該轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀具有兩個入口，即等待分光裝置將一次像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。
[0021]該轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀能進一步滿足爆轟、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。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的所述轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀的系統(tǒng)示意性框圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的所述轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀的結構示意圖。
[0024]圖3是根據(jù)本發(fā)明的所述轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀的成像系統(tǒng)的外形結構示意圖；
[0025]圖4是根據(jù)本發(fā)明的所述轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀的支撐系統(tǒng)的剖面示意圖；
[0026]圖5是圖4中A處放大圖；
[0027]圖6是反射鏡組的結構構成圖；
[0028]圖7是根據(jù)本發(fā)明的所述轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀的支撐系統(tǒng)的云臺的剖面示意圖；
[0029]圖8是沿圖7中線B-B截取的斷面圖。

【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行進一步的說明。
[0031]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。
[0032]本文中，用語“光學共軛關系”是指遵從成像關系，當一束光線被其所在介質空間的某一光學器件的口徑所限制，那么該光束的共軛光束也將被器件的共軛像的口徑所限制。
[0033]本發(fā)明中所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀的分幅成像采用Millier原理設計，掃描成像采用轉鏡掃描成像原理設計。具體而言，如圖1、2所示，在本發(fā)明所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀的優(yōu)選實施例包括物鏡O、快門組合S、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鏡裝置40。物光經(jīng)過物鏡O后在分劃板I處形成一次像，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)分幅掃描轉鏡裝置40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。分幅像面IF和掃描像面IS上放有感光膠片?！暗却钡墓ぷ鞣绞綄ξ⒚牒蛠單⒚胨矐B(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，記錄儀一直處在“等待”工作狀態(tài)，即在等待的任何時候都能曝光。
[0034]對于單功能分幅裝置，其能給出二維圖像信息，但相鄰畫幅之間的時-空信息丟失。對于單功能掃描裝置，其能給出時間連續(xù)的一維狹縫內的圖像信息，但狹縫外的二維圖像信息丟失。本發(fā)明提供的這種同一時間基準、同一空間基準的分幅、掃描同時成像的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，能避免單功能分幅裝置和單功能掃描裝置的信息丟失，得到微秒級過程的完善?目息。
[0035]快門組合S包括機械快門MES、快開快門FOS和快關快門EXS。所述機械快門MES和所述快開快門FOS分別位于所述分劃板I的光路上游側和光路下游側。所述快關快門EXS位于目鏡OK與主光闌P之間。
[0036]在本發(fā)明的一個實施例中，在后述轉鏡RM旋轉1/3周內需即時打開光路進行記錄、記錄完后再即時關閉光路，需要要求快門的開啟和關閉時間盡量短(微秒量級)，以避免重復曝光和防止膠片灰霧。快門組合是轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀的重要組成部分，其直接決定高速攝影質量?？扉T速度是衡量快門質量的主要指標。
[0037]本發(fā)明的實施例中，快門組合S包括機械快門MES、快開快門FOS和快關快門EXS。所述快開快門FOS為微秒級電涌式金屬箔快開快門，所述快關快門EXS為微秒級爆炸快關快門。機械快門MES的速度為毫秒級，其通過脈沖觸發(fā)。其中，作為快開快門FOS的電涌式金屬箔快開快門利用大電流脈沖驅動鋁箔片，使其相斥從而實現(xiàn)通光的作用。快開快門FOS采用預磁場，使開門時間小于28 μ S，可達22 μ s，可避免開拍前的曝光灰霧。作為快關快門EXS的微秒級爆炸快關快門是一塊上下兩側置有高壓電雷管，前后置有防護玻璃、中間有光學爆炸玻璃的爆炸快門?？礻P快門EXS的關門時間小于10 μ S，最小可達5 μ S，可以避免拍攝后的重復曝光。
[0038]等待分光裝置20包括分劃板1、目鏡0Κ、主光闌P、斜方棱鏡XP和分光棱鏡SPI，物光經(jīng)過物鏡O后在分劃板I處形成一次像，導入的一次像依次經(jīng)過目鏡0Κ、主光闌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。其中，分劃板I設置在機械快門MES與快開快門FOS之間。
[0039]所述二次分光裝置包括場鏡K、第一反射鏡Rl和分束棱鏡SPII,導入的一次像光束依次經(jīng)過場鏡K、第一反射鏡Rl和分束棱鏡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。
[0040]所述掃描裝置60包括掃描像傾組件SE、掃描場鏡SK、反射鏡組R、掃描光闌、掃描投影鏡SL和第二反射鏡R2，導入的二次像成像在所述掃描像傾組件SE處并依次經(jīng)掃描場鏡SK、反射鏡組R、掃描光闌P:掃描投影鏡SL和第二反射鏡R2進入所述分幅掃描轉鏡裝置40中。其中，反射鏡組R由四個反射鏡構成。如圖6所示，反射鏡組R包括反射鏡一101、反射鏡二 102、反射鏡三103及反射鏡四104。其中，來自掃描場鏡K的光束入射至反射鏡一 101,經(jīng)反射鏡一 101將橫向傳播光束轉變?yōu)榭v向傳播光束,該縱向傳播光束入射至反射鏡二 102,經(jīng)反射鏡二 102將該縱向傳播光束再轉變?yōu)闄M向傳播光束,然后該橫向傳播光束入射至反射鏡三103，經(jīng)反射鏡三103將橫向傳播光束再轉變?yōu)榭v向傳播光束，然后，該縱向傳播光束入射至反射鏡四104，經(jīng)反射鏡四104將該縱向傳播光束再轉變?yōu)闄M向傳播光束，最后該橫向傳播光束進入掃描光闌L通過四個反射鏡，可以適當?shù)匾哉{節(jié)掃描光路的光程，使掃描光路的光程與分幅光路的光程相互匹配，同時盡量保證成像系統(tǒng)的橫向結構緊湊。
[0041]所述掃描光闌If與所述主光闌P形成光學共軛關系。所述主光闌P經(jīng)斜方棱鏡XP、分光棱鏡SP1、場鏡K、第一反射鏡R1、分束棱鏡SPI1、掃描像傾組件SE、掃描場鏡SK、反射鏡組R成像于掃描光闌P1'
[0042]所述分幅裝置包括分幅像傾組件FE、分幅場鏡FK、分幅光闌If、第三反射鏡R3、分幅投影鏡FL和第四反射鏡R4，導入的二次像成像在所述分幅像傾組件FE處并依次經(jīng)分幅場鏡FK、分幅光闌If、第三反射鏡R3、分幅投影鏡FL和第四反射鏡R4后進入所述分幅掃描轉鏡裝置40中。第三反射鏡R3和第四反射鏡R4的設置，可以使成像系統(tǒng)的橫向結構更加緊湊。
[0043]所述分幅光闌If與所述主光闌P形成光學共軛關系；所述分幅光闌If與后述分幅出瞳光闌形成光學共軛關系。所述主光闌P經(jīng)斜方棱鏡XP、分光棱鏡SP1、場鏡K、第一反射鏡R1、分束棱鏡SPI1、分幅像傾組件FE和分幅場鏡FK成像于分幅光闌if。
[0044]分幅掃描轉鏡裝置40包括球罩、轉鏡RM、驅動轉鏡RM高速旋轉的電機(未示出)、
分幅出瞳光闌、中繼透鏡RL、掃描像面IS和分幅像面IF。其中，轉鏡RM設置在球罩內。
在本優(yōu)選實施例中，球罩為一同心透光球面，內部為真空室，轉鏡RM設置在真空室內。本實施例中，球罩包括球罩LSl和球罩LS2，球罩LSl與球罩LS2密封接合。當然，球罩的這種結構同樣適用于本發(fā)明的其他實施例。這樣，該球罩能起到負光焦度的功能，并且由于真空室內轉鏡RM的阻力大大減小，有利于轉鏡RM的旋轉，從而大大減小了空氣擾動對成像質量的影響。分幅光束通過球罩到達球罩內的轉鏡RM上，并通過調整分幅投影鏡FL，使得三次像成像在轉鏡RM的鏡面處，三次像經(jīng)轉鏡RM反射后穿過球罩由中繼透鏡RL產生四次像，通過調整中繼透鏡RL的位置使得四次像成像在分幅像面IF上，從而在分幅像面IF上形成最終的分幅像。另外，掃描光束入射至球罩內的轉鏡RM上，并經(jīng)轉鏡RM反射至掃描像面IS上，在掃描像面IS上形成掃描像。
[0045]所述分幅光闌If與分幅出瞳光闌形成光學共軛關系。所述分幅光闌If經(jīng)第三反射鏡R3、分幅投影鏡FL、第四反射鏡R4和轉鏡RM成像于分幅出瞳光闌Hl ?
[0046]在本發(fā)明的實施例中，由于整個記錄儀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)。
[0047]分幅像傾組件(分幅光楔)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(即:分幅像面IF和掃描像面IS為巴斯加斡旋柱面)，以保證成像質量、便于記錄膠片的平整。調整分幅像傾組件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、分幅光闌If、第三反射鏡R3、分幅投影鏡FL和第四反射鏡R4后形成三次像進入分幅掃描轉鏡裝置40中。第三反射鏡R3、第四反射鏡R4可以調整二次像光束的導入方向，以合理設置分幅裝置50中的各元件使得整個系統(tǒng)的橫向結構更為緊湊。
[0048]掃描像傾組件(掃描光楔)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，以保證成像質量、便于記錄膠片的平整。調整掃描像傾組件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、反射鏡組R、掃描光闌Pf、掃描投影鏡SL和第二反射鏡R2后進入所述分幅掃描轉鏡裝置40中。第二反射鏡R2用來調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)的結構更為緊湊。
[0049]另外，反射鏡組R可由反射鏡組成，也可由反射棱鏡組組成，以調節(jié)光程，使得掃描光路光程與分幅光路光程匹配。
[0050]整個轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀工作時，機械快門MES、快開快門FOS打開，物光經(jīng)過物鏡O 一次成像在分劃板I處，經(jīng)過目鏡0K、快關快門EXS和主光闌P，再由斜方棱鏡XP進行調整，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、第一反射鏡Rl，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、分幅光闌If、第三反射鏡R3、分幅投影鏡FL、第四反射鏡R4、和球罩LS后在轉鏡RM的鏡面處形成三次像，即中間像成像在轉鏡RM的鏡面附近；之后三次像再次經(jīng)過球罩LS后經(jīng)過分幅出瞳光闌中繼透鏡RL在分幅像面IF上形成四次像。轉鏡RM旋轉時，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、掃描光闌P18、掃描投影鏡SL、第二反射鏡R2、球罩LS和轉鏡RM，成狹縫像于掃描像面IS上。轉鏡RM旋轉時在掃描像面IS上狹縫像掃描依次曝光形成條紋記錄。
[0051]另外,從控制光束口徑的主光闌P來說,對分幅光束而言:主光闌P經(jīng)過斜方棱鏡XP以及分光棱鏡SP 1、場鏡K、第一反射鏡R1、分束棱鏡SP I1、分幅像傾組件FE和分幅場鏡FK后成像在分幅光闌If處，然后經(jīng)過第三反射鏡R3、分幅投影鏡FL、第四反射鏡R4、球罩LS、轉鏡RM后成像在中繼透鏡RL前面的分幅出瞳光闌1^處；轉鏡RM旋轉時分幅光闌K
的像在分幅出瞳光闌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:主光闌P經(jīng)過斜方棱鏡XP、分光棱鏡SP 1、場鏡K、第一反射鏡R1、分束棱鏡SP I1、掃描像傾組件SE、掃描場鏡SK、反射鏡組后成像在掃描光闌P〗處。
[0052]本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述物鏡O設有入瞳光闌Pd，所述入瞳光闌Ptl與所述主光闌P形成光學共軛關系。入瞳光闌Ptl可以進一步減少雜散光，盡可能減少像面的灰霧，降低鬼像(ghostimage)的形成概率。
[0053]在本發(fā)明的具體應用例中，通過設置物鏡O的框架形成入瞳光闌匕。所述主光闌P經(jīng)目鏡OK成像于入瞳光闌P。。入瞳光闌P。相當于成像系統(tǒng)100的窗戶，可以防止雜散光進入成像系統(tǒng)。由此，可以提高記錄儀的判讀準確度和判讀精確度。
[0054]圖3顯示了成像系統(tǒng)100的外形結構。分幅掃描轉鏡裝置40的外形為圓形暗箱。物鏡O設置在成像系統(tǒng)100的前方，驅動轉鏡RM高速旋轉的電機安裝在與物鏡O相對的一側。
[0055]如圖4及圖5所示，所述支撐系統(tǒng)200包括升降底座70。所述升降底座70包括基底81、升降柱82及驅動升降柱82相對于基座81升降的搖柄驅動機構80。升降底座70安裝有多個腳輪88。
[0056]其中，如圖5所示，所述搖柄驅動機構80包括依次連接的手柄83、柄軸84、第一錐齒輪85、第二錐齒輪8 6及螺桿87。手柄83與柄軸84固接。所述柄軸84通過軸承安裝在所述基座81的側壁上。第一錐齒輪85與第二錐齒輪86嚙合。且所述第一錐齒輪85的軸線與所述第二錐齒輪86的軸線正交。所述第二錐齒輪86的旋轉軸的底部通過多個螺栓固定在所述基底81的底部上。另一方面，所述螺桿87與所述升降柱82的螺紋孔螺紋嚙合。
[0057]由此，通過手動搖動手柄83,將動力經(jīng)柄軸84、第一錐齒輪85、第二錐齒輪86傳遞至螺桿87，使得升降柱82相對于基座81上下運動。錐齒輪傳動具有高負荷承載力、傳動平穩(wěn)可靠、傳動比大的特點。由此，可以精確地調整成像系統(tǒng)100的高度，進一步提高記錄儀的判讀準確度和判讀精確度。本實施例中，升降底座70的標稱高度為1330mm±50mm。
[0058]另外，本實施例中，在升降底座70上設置有云臺。云臺具有水平、俯仰調節(jié)功能。如圖7及圖8所示，本實施例中，所述支撐系統(tǒng)200的云臺90包括上半部94和下半部96。所述上半部94通過樞軸97樞接在所述下半部96上。所述上半部94與所述下半部96之間設置有俯仰蝸輪蝸桿機構91。詳細地說，俯仰蝸輪蝸桿機構91包括俯仰蝸輪93和俯仰蝸桿92。俯仰蝸桿92設置在所述下半部96上。俯仰蝸輪93設置在所述上半部94上。俯仰蝸輪93和俯仰蝸桿92嚙合。俯仰蝸桿92的自由端設有旋鈕95。通過轉動旋鈕95，驅動俯仰蝸桿92，進而驅動俯仰蝸輪93，促使上半部94相對于所述下半部96俯仰動作。所述支撐系統(tǒng)200的云臺90采用俯仰蝸輪蝸桿機構91，具有傳動平穩(wěn)、噪音小、傳動精度高的優(yōu)點。由此，可以利用云臺調整記錄儀的俯仰的角度，進一步提高記錄儀的判讀準確度和判讀精確度。
[0059]在本實施例中，在所述支撐系統(tǒng)200上安裝有用于快開快門FOS的電源400，如圖5及圖7所示。電控制系統(tǒng)300自成系統(tǒng)，通過電線電纜與快門組合、目標、照明光源、電機等相連。該電控制系統(tǒng)300包括同步精測延時控制單元、電機驅動單元和快門控制單元。在本發(fā)明的一些實施例中，該電控制系統(tǒng)300采用工控機的形式。所述同步精測延時控制單元用以測量所述轉鏡的轉速和延時觸發(fā)快門控制單元。所述電機驅動單元用以控制所述電機。所述快門控制單元用以控制所述快門組合。
[0060]在本發(fā)明的一個具體實施例中，電機驅動單元啟動電機驅動電源，控制電機增速運轉。當同步精測延時控制單元測到轉鏡的轉速達到預定的打開快門的值時，輸出打開快門的信號，并觸發(fā)快門控制單元，打開快開快門F0S，快開快門FOS打開后返回一個信號給同步精測延時控制單元。當同步精測延時控制單元測到轉鏡的轉速在預定的轉速范圍內時，允許觸發(fā)延時電路，延時信號觸發(fā)高壓脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖，觸發(fā)目標、照明光源，引爆作為快關快門EXS的微秒級爆炸快關快門。拍攝完畢后，電機驅動單元切斷電機電源。
[0061]其中，電機優(yōu)選為高速直流電機，例如成都電機廠專門研制的3X104rpm、功率
1.5KW的高速電機；包頭永磁電機廠專門研制的3X 104rpm、2KW的高速電機基；包頭市永磁電機研究所研制4?4.5X 104rpm、3KW稀土永磁無刷直流電動機及控制器，以滿足轉鏡的轉速能達到50X 104rpm的要求。
[0062]本發(fā)明提供的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀具有記錄頻率高、像質優(yōu)良、畫幅大、畫幅數(shù)多和可實現(xiàn)光學等待等優(yōu)點。本發(fā)明的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀已成功應用在SSF超快過程分幅掃描同時成像記錄儀研制中。經(jīng)測試、使用和鑒定，該記錄儀的分幅攝影性能:經(jīng)濟攝影頻率為3X 104fps?1.2X 106fps,最高可達2X106fps，攝影頻率實現(xiàn)連續(xù)可調，畫幅尺寸16X 20mm2，有效畫幅數(shù)82幅，動態(tài)成像時間方向本征分辨率大于401p/mm,動態(tài)成像空間方向本征分辨率大于601p/_ ;該記錄儀的掃描攝影性能:經(jīng)濟掃描速度0.244?9.77mm/ μ s,最大掃描速度16.3mm/ μ s,實用時間分辨率8ns (縫寬0.065mm)，對底片等效相對孔徑F/10，記錄尺寸24 X 653mm2。
[0063]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀包括: 成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括物鏡、快門組合、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)過所述分幅掃描轉鏡裝置后成像在像面上；所述分幅掃描轉鏡裝置包括球罩、設置在球罩內的轉鏡、驅動轉鏡旋轉的電機、分幅出瞳光闌、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形成位于所述轉鏡鏡面處的三次像，所述三次像經(jīng)轉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的轉鏡上經(jīng)轉鏡反射后出射至球罩外成像在掃描像面上； 支撐系統(tǒng)，所述支撐系統(tǒng)用于支撐所述成像系統(tǒng)，和 電控制系統(tǒng)，所述電控制系統(tǒng)用于控制所述快門組合和所述電機。
2.根據(jù)權利要求1所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述等待分光裝置包括分劃板、目鏡、主光闌、斜方棱鏡和分光棱鏡，物光經(jīng)過物鏡后在分劃板處成一次像，一次像依次經(jīng)過目鏡、主光闌、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)權利要求2所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述快門組合包 括機械快門、快開快門和快關快門，所述機械快門和所述快開快門分別位于所述分劃板的光路上游側和光路下游側，所述快關快門位于目鏡與主光闌之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述機械快門為毫秒級機械快門，所述快開快門為微秒級電涌式金屬箔快開快門，所述快關快門為微秒級爆炸快關快門。
5.根據(jù)權利要求1所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述支撐系統(tǒng)包括升降底座，所述升降底座包括基底、升降柱及驅動升降柱相對于基座升降的搖柄驅動機構， 所述搖柄驅動機構包括依次連接的手柄、柄軸、第一錐齒輪、第二錐齒輪及螺桿，所述柄軸通過軸承安裝在所述基座的側部，所述第一錐齒輪的軸線與所述第二錐齒輪的軸線正交，所述第二錐齒輪的旋轉軸固定在所述基底上，所述螺桿與所述升降柱螺紋嚙合。
6.根據(jù)權利要求1所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述支撐系統(tǒng)還包括云臺，所述云臺包括上半部和下半部，所述上半部樞接在所述下半部上，所述上半部與所述下半部之間設置有俯仰蝸輪蝸桿機構。
7.根據(jù)權利要求2所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述二次分光裝置包括場鏡、第一反射鏡和分束棱鏡，導入的一次像光束依次經(jīng)過所述場鏡、第一反射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。
8.根據(jù)權利要求2所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述掃描裝置包括掃描像傾組件、掃描場鏡、反射鏡組、掃描光闌、掃描投影鏡和第二反射鏡，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、反射鏡組、掃描光闌、掃描投影鏡和第二反射鏡后進入所述分幅掃描轉鏡裝置中， 所述掃描光闌與所述主光闌形成光學共軛關系。
9.根據(jù)權利要求2所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述分幅裝置包括分幅像傾組件、分幅場鏡、分幅光闌、第三反射鏡、分幅投影鏡和第四反射鏡，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、分幅光闌、第三反射鏡、分幅投影鏡和第四反射鏡后進入所述分幅掃描轉鏡裝置中， 所述分幅光闌與所述主光闌形成光學共軛關系；所述分幅光闌與所述分幅出瞳光闌形成光學共軛關系。
10.根據(jù)權利要求1所述的轉鏡式微秒級過程時-空信息完善記錄儀，其特征在于，所述物鏡設有入瞳光闌，所述入瞳光闌與所述主光闌形成光學共軛關系。
【文檔編號】G03B39/00GK104076594SQ201410299732
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權日:2014年6月27日
【發(fā)明者】李景鎮(zhèn), 孫鳳山, 劉寧文, 肖川, 龔向東, 黃虹賓, 魏順根, 肖正飛, 王淑巖, 田建華, 惠彬, 吳慶陽, 劉春平, 艾月霞, 陸小微, 蔡懿, 陳紅藝 申請人:深圳大學