CN104076594B - 一种转镜式微秒级过程时‑空信息完善记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转镜式微秒级过程时‑空信息完善记录仪。该转镜式微秒级过程时‑空信息完善记录仪包括成像系统和支撑系统。所述成像系统包括物镜、快门组合、等待分光装置、两个二次分光装置、与每个二次分光装置对应设置的分幅装置和扫描装置以及分幅扫描转镜装置。由于分幅光路和扫描光路共用同一个物镜，各光路具有相同的空间基准，由于分幅光路和扫描光路有共同的双入口斜入射等待式三面体转镜，而两路光路均通过同一转镜反射成像，使其具有相同的时间基准。通过分幅装置得到二维图像信息，通过扫描装置得到时间连续的一维狭缝内的图像信息。这种同一时间基准、同一空间基准的分幅、扫描同时成像，能够得到微秒级过程的完善信息，获得高的判读准确度和判读精确度。

Description

一种转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪

技术领域

本发明涉及一种转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪。

背景技术

高速成像技术是观测瞬态事件的时间放大技术，能够给出高速变化过程的时-空信息。高速成像技术经历了从高速到甚高速、超高速、极高速，从可见光到远红外、紫外、X射线，从研究宏观物体的运动到研究微观机制的发展过程。

高速成像技术在研究发射、碰撞类瞬变过程；研究爆轰类超快过程和高电压放电类瞬态过程；研究固体中声子和激子的衰变和迁移；研究分子结构动力学、光合作用的原初反应过程中具有重要意义。

随着爆轰、放电、聚变和其它细观、微观高速动力学过程研究水平的提高、得到更多的时空信息、提高判读精度，要求一次实验就能同时得到分幅、扫描记录，要求能够得到较多画幅而且易于抓住目标的等待型记录。早期的分幅扫描同时记录仪采用外光路中的光振幅分光(例如半透半反)，分成两束，一束用于超高速分幅摄影机，另一束用于超高速扫描摄影机，由于采用了两个摄影机，使得整个系统难以做到精确的时间同步和速度一致，造成判读误差。

美国曾经设计过的分幅扫描记录仪包括共用的外光学系统和分光的内光学系统，内光学系统分光形成扫描光束和分幅光束，并且各自分用自己的转镜系统。因此整个记录仪虽然只采用一个摄影机，相对于早期的分幅扫描同时记录仪有所进步，但由于其存在两套转镜系统，这两套转镜系统的系统时间基准不同，仍然难以做到精确的时间同步和速度一致。之后美国研究了共空间基准、共时间基准的记录仪，但是这些记录仪中采用的是空间光束光学系统，空间分辨率低，且系统结构复杂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪，其能够在“等待”模式下实现分幅扫描同时记录，一次实验能同时得到同一时间基准、同一空间基准的分幅图像和扫描图像，空间分辨率高。

本发明通过如下技术方案实现：一种转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪，其包括：

成像系统，所述成像系统包括物镜、快门组合、等待分光装置、两个二次分光装置、与每个二次分光装置对应设置的分幅装置和扫描装置以及分幅扫描转镜装置，物光经过物镜后形成的一次像经所述等待分光装置分为两束一次像光束，每束一次像光束经过对应的所述二次分光装置后分为两束二次像光束，该两束二次像光束分别经过分幅装置和扫描装置形成分幅光束和扫描光束，两束二次像光束对应的分幅光束和扫描光束均经过所述分幅扫描转镜装置后成像在像面上；所述分幅扫描转镜装置包括球罩、设置在球罩内的转镜、驱动转镜旋转的电机、分幅出瞳光阑、中继透镜、扫描像面和分幅像面，每个分幅光束入射至球罩内形成位于所述转镜镜面处的三次像，所述三次像经转镜反射后出射至球罩外并经所述中继透镜后成像在分幅像面上；每个扫描光束入射至球罩内的转镜上经转镜反射后出射至球罩外成像在扫描像面上；

支撑系统，所述支撑系统用于支撑所述成像系统；和

电控制系统，所述电控制系统用于控制所述快门组合和所述电机。

在本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪中，所述等待分光装置包括分划板、目镜、主光阑、斜方棱镜和分光棱镜，物光经过物镜后在分划板处成一次像，一次像依次经过目镜、主光阑、斜方棱镜和分光棱镜后分出两束一次像光束到对应的二次分光装置中。

在本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪中，所述快门组合包括机械快门、快开快门和快关快门，所述机械快门和所述快开快门分别位于所述分划板的光路上游侧和光路下游侧，所述快关快门位于目镜与主光阑之间。

在本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪中，所述机械快门为毫秒级机械快门，所述快开快门为微秒级电涌式金属箔快开快门，所述快关快门为微秒级爆炸快关快门。

在本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪中，所述支撑系统包括升降底座，所述升降底座包括基底、升降柱及驱动升降柱相对于基座升降的摇柄驱动机构，所述摇柄驱动机构包括依次连接的手柄、柄轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮及螺杆，所述柄轴通过轴承安装在所述基座的侧部，所述第一锥齿轮的轴线与所述第二锥齿轮的轴线正交，所述第二锥齿轮的旋转轴固定在所述基底上，所述螺杆与所述升降柱螺纹啮合。

在本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪中，所述支撑系统还可以包括云台，所述云台包括上半部和下半部，所述上半部枢接在所述下半部上，所述上半部与所述下半部之间设置有俯仰蜗轮蜗杆机构。

在本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪中，所述二次分光装置包括场镜、第一反射镜和分束棱镜，导入的一次像光束依次经过所述场镜、第一反射镜和分束棱镜后分出两束二次像光束，再分别导入至对应的分幅装置和扫描装置中。

在本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪中，所述扫描装置包括扫描像倾组件、扫描场镜、反射镜组、扫描光阑、扫描投影镜和第二反射镜，导入的二次像成像在所述扫描像倾组件处并依次经扫描场镜、反射镜组、扫描光阑、扫描投影镜和第二反射镜后进入所述分幅扫描转镜装置中，所述扫描光阑与所述主光阑形成光学共轭关系。

在本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪中，所述分幅装置包括分幅像倾组件、分幅场镜、分幅光阑、第三反射镜、分幅投影镜和第四反射镜，导入的二次像成像在所述分幅像倾组件处并依次经分幅场镜、分幅光阑、第三反射镜、分幅投影镜和第四反射镜后进入所述分幅扫描转镜装置中，所述分幅光阑与所述主光阑形成光学共轭关系；所述分幅光阑与所述分幅出瞳光阑形成光学共轭关系。

在本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪中，所述物镜设有入瞳光阑，所述入瞳光阑与所述主光阑形成光学共轭关系。

实施本发明所述转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪，具有以下有益效果：通过设置等待分光装置分出两束一次像光束，而每束光束与一个二次分光装置对应，每个二次分光装置又将一次像光束分为两束，一束进入分幅装置产生分幅光路，另一束进入扫描装置产生扫描光路，分幅光路和扫描光路进入分幅扫描转镜装置后分别成像在分幅像面和扫描像面上，由于分幅光路和扫描光路共用同一个物镜，各光路具有相同的空间基准，由于分幅光路和扫描光路有共同的双入口斜入射等待式三面体转镜，而两路光路均通过同一转镜反射成像，使其具有相同的时间基准。本发明的这种同一时间基准、同一空间基准的分幅、扫描同时成像方式，能避免单功能分幅装置和单功能扫描装置的信息丢失，得到微秒级过程的完善信息，从而能够获得较高的空间信息和时间信息，获得高的判读准确度和判读精确度；并且具有较高的空间带宽积(空间分辨率×画幅尺寸)。另外，该转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪具有两个入口，即等待分光装置将一次像分为两束光束同时入射，使得整个系统处于“等待”的工作方式中，在任何时候均能捕捉到物像，以实现连续记录。

该转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪能进一步满足爆轰、放电、聚变和其它细观、微观高速动力学过程的研究需求，实现超高速分幅扫描的同时记录，提供超快过程更多的空间信息和时间信息、提高判读精度和研究水平。

附图说明

图1是本发明的所述转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪的系统示意性框图；

图2是本发明的所述转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪的结构示意图。

图3是根据本发明的所述转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪的成像系统的外形结构示意图；

图4是根据本发明的所述转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪的支撑系统的剖面示意图；

图5是图4中A处放大图；

图6是反射镜组的结构构成图；

图7是根据本发明的所述转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪的支撑系统的云台的剖面示意图；

图8是沿图7中线B-B截取的断面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

本文中，用语“光学共轭关系”是指遵从成像关系，当一束光线被其所在介质空间的某一光学器件的口径所限制，那么该光束的共轭光束也将被器件的共轭像的口径所限制。

本发明中所述的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪的分幅成像采用Millier原理设计，扫描成像采用转镜扫描成像原理设计。具体而言，如图1、2所示，在本发明所述的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪的优选实施例包括物镜O、快门组合S、分出两束一次像的等待分光装置20、两个将一次像分为扫描光束和分幅光束的二次分光装置30、将每个二次分光装置30产生的扫描光束和分幅光束成像在最终像面上的分幅扫描转镜装置40。物光经过物镜O后在分划板I处形成一次像，一次像经过等待分光装置20后分出两束一次像光束，这为后面的分幅扫描提供了两束入射光束。每束一次像光束经过与之对应的二次分光装置30后形成两束二次像光束，这两束二次像光束中的一束进入分幅装置50中并经分幅扫描转镜装置40后成像在分幅像面IF上，而另一束进入扫描装置60中并经分幅扫描转镜装置40后成像在扫描像面IS上，这样一束一次像光束即可单独完成分幅扫描的功能。而两个入射光束，使得整个系统处于“等待”的工作方式中，在任何时候均能捕捉到物像，以实现连续记录。分幅像面IF和扫描像面IS上放有感光胶片。“等待”的工作方式对微秒和亚微秒瞬态过程的记录是很重要的：通过光学的方法实现连续记录，易于抓住目标，记录仪一直处在“等待”工作状态，即在等待的任何时候都能曝光。

对于单功能分幅装置，其能给出二维图像信息，但相邻画幅之间的时-空信息丢失。对于单功能扫描装置，其能给出时间连续的一维狭缝内的图像信息，但狭缝外的二维图像信息丢失。本发明提供的这种同一时间基准、同一空间基准的分幅、扫描同时成像的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪，能避免单功能分幅装置和单功能扫描装置的信息丢失，得到微秒级过程的完善信息。

快门组合S包括机械快门MES、快开快门FOS和快关快门EXS。所述机械快门MES和所述快开快门FOS分别位于所述分划板I的光路上游侧和光路下游侧。所述快关快门EXS位于目镜OK与主光阑P之间。

在本发明的一个实施例中，在后述转镜RM旋转1/3周内需即时打开光路进行记录、记录完后再即时关闭光路，需要要求快门的开启和关闭时间尽量短(微秒量级)，以避免重复曝光和防止胶片灰雾。快门组合是转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪的重要组成部分，其直接决定高速摄影质量。快门速度是衡量快门质量的主要指标。

本发明的实施例中，快门组合S包括机械快门MES、快开快门FOS和快关快门EXS。所述快开快门FOS为微秒级电涌式金属箔快开快门，所述快关快门EXS为微秒级爆炸快关快门。机械快门MES的速度为毫秒级，其通过脉冲触发。其中，作为快开快门FOS的电涌式金属箔快开快门利用大电流脉冲驱动铝箔片，使其相斥从而实现通光的作用。快开快门FOS采用预磁场，使开门时间小于28μs，可达22μs，可避免开拍前的曝光灰雾。作为快关快门EXS的微秒级爆炸快关快门是一块上下两侧置有高压电雷管，前后置有防护玻璃、中间有光学爆炸玻璃的爆炸快门。快关快门EXS的关门时间小于10μs，最小可达5μs，可以避免拍摄后的重复曝光。

等待分光装置20包括分划板I、目镜OK、主光阑P、斜方棱镜XP和分光棱镜SPI，物光经过物镜O后在分划板I处形成一次像，导入的一次像依次经过目镜OK、主光阑P、斜方棱镜XP和分光棱镜SPI后分出两束一次像光束到对应的二次分光装置30中。其中，分划板I设置在机械快门MES与快开快门FOS之间。

所述二次分光装置包括场镜K、第一反射镜R1和分束棱镜SPII，导入的一次像光束依次经过场镜K、第一反射镜R1和分束棱镜SPII后分出两束二次像光束，再分别导入至对应的分幅装置50和扫描装置60中。

所述扫描装置60包括扫描像倾组件SE、扫描场镜SK、反射镜组R、扫描光阑扫描投影镜SL和第二反射镜R2，导入的二次像成像在所述扫描像倾组件SE处并依次经扫描场镜SK、反射镜组R、扫描光阑扫描投影镜SL和第二反射镜R2进入所述分幅扫描转镜装置40中。其中，反射镜组R由四个反射镜构成。如图6所示，反射镜组R包括反射镜一101、反射镜二102、反射镜三103及反射镜四104。其中，来自扫描场镜K的光束入射至反射镜一101，经反射镜一101将横向传播光束转变为纵向传播光束，该纵向传播光束入射至反射镜二102，经反射镜二102将该纵向传播光束再转变为横向传播光束，然后该横向传播光束入射至反射镜三103，经反射镜三103将横向传播光束再转变为纵向传播光束，然后，该纵向传播光束入射至反射镜四104，经反射镜四104将该纵向传播光束再转变为横向传播光束，最后该横向传播光束进入扫描光阑通过四个反射镜，可以适当地以调节扫描光路的光程，使扫描光路的光程与分幅光路的光程相互匹配，同时尽量保证成像系统的横向结构紧凑。

所述扫描光阑与所述主光阑P形成光学共轭关系。所述主光阑P经斜方棱镜XP、分光棱镜SPI、场镜K、第一反射镜R1、分束棱镜SPII、扫描像倾组件SE、扫描场镜SK、反射镜组R成像于扫描光阑

所述分幅装置包括分幅像倾组件FE、分幅场镜FK、分幅光阑第三反射镜R3、分幅投影镜FL和第四反射镜R4，导入的二次像成像在所述分幅像倾组件FE处并依次经分幅场镜FK、分幅光阑第三反射镜R3、分幅投影镜FL和第四反射镜R4后进入所述分幅扫描转镜装置40中。第三反射镜R3和第四反射镜R4的设置，可以使成像系统的横向结构更加紧凑。

所述分幅光阑与所述主光阑P形成光学共轭关系；所述分幅光阑与后述分幅出瞳光阑形成光学共轭关系。所述主光阑P经斜方棱镜XP、分光棱镜SPI、场镜K、第一反射镜R1、分束棱镜SPII、分幅像倾组件FE和分幅场镜FK成像于分幅光阑

分幅扫描转镜装置40包括球罩、转镜RM、驱动转镜RM高速旋转的电机(未示出)、分幅出瞳光阑中继透镜RL、扫描像面IS和分幅像面IF。其中，转镜RM设置在球罩内。在本优选实施例中，球罩为一同心透光球面，内部为真空室，转镜RM设置在真空室内。本实施例中，球罩包括球罩LS1和球罩LS2，球罩LS1与球罩LS2密封接合。当然，球罩的这种结构同样适用于本发明的其他实施例。这样，该球罩能起到负光焦度的功能，并且由于真空室内转镜RM的阻力大大减小，有利于转镜RM的旋转，从而大大减小了空气扰动对成像质量的影响。分幅光束通过球罩到达球罩内的转镜RM上，并通过调整分幅投影镜FL，使得三次像成像在转镜RM的镜面处，三次像经转镜RM反射后穿过球罩由中继透镜RL产生四次像，通过调整中继透镜RL的位置使得四次像成像在分幅像面IF上，从而在分幅像面IF上形成最终的分幅像。另外，扫描光束入射至球罩内的转镜RM上，并经转镜RM反射至扫描像面IS上，在扫描像面IS上形成扫描像。

所述分幅光阑与分幅出瞳光阑形成光学共轭关系。所述分幅光阑经第三反射镜R3、分幅投影镜FL、第四反射镜R4和转镜RM成像于分幅出瞳光阑

在本发明的实施例中，由于整个记录仪中设有将一次像分出两束的等待分光装置20，使得该系统有两个入口，而在球罩处经过同一转镜RM反射，形成两个工作扇区，从而形成等待型平面成像系统。

分幅像倾组件(分幅光楔)FE可对像面进行预倾斜，补偿斜入射情况下像面的倾斜，使最终像面的成像曲面是柱面(即：分幅像面IF和扫描像面IS为巴斯加斡旋柱面)，以保证成像质量、便于记录胶片的平整。调整分幅像倾组件FE的位置，使得导入的二次像成像在分幅像倾组件FE处，再依次经分幅场镜FK、分幅光阑第三反射镜R3、分幅投影镜FL和第四反射镜R4后形成三次像进入分幅扫描转镜装置40中。第三反射镜R3、第四反射镜R4可以调整二次像光束的导入方向，以合理设置分幅装置50中的各元件使得整个系统的横向结构更为紧凑。

扫描像倾组件(扫描光楔)SE可对像面进行预倾斜，补偿斜入射情况下像面的倾斜，使最终像面的成像曲面是柱面，以保证成像质量、便于记录胶片的平整。调整扫描像倾组件SE的位置，使得导入的二次像成像在扫描像倾组件SE处，再依次经扫描场镜SK、反射镜组R、扫描光阑扫描投影镜SL和第二反射镜R2后进入所述分幅扫描转镜装置40中。第二反射镜R2用来调整二次像光束的导入方向，以合理设置扫描装置60中的各元件使得整个系统的结构更为紧凑。

另外，反射镜组R可由反射镜组成，也可由反射棱镜组组成，以调节光程，使得扫描光路光程与分幅光路光程匹配。

整个转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪工作时，机械快门MES、快开快门FOS打开，物光经过物镜O一次成像在分划板I处，经过目镜OK、快关快门EXS和主光阑P，再由斜方棱镜XP进行调整，再由分光棱镜SPI分出两束一次像光束。其中，每束一次像光束再经过各自的场镜K、第一反射镜R1，并通过分束棱镜SPII实现二次分光，形成分幅光束和扫描光束。二次像分别成像在分幅装置50中的分幅像倾组件FE处和扫描装置60中的扫描像倾组件SE处。在分幅光束中，分幅像倾组件FE处的二次像经过分幅场镜FK、分幅光阑第三反射镜R3、分幅投影镜FL、第四反射镜R4、和球罩LS后在转镜RM的镜面处形成三次像，即中间像成像在转镜RM的镜面附近；之后三次像再次经过球罩LS后经过分幅出瞳光阑中继透镜RL在分幅像面IF上形成四次像。转镜RM旋转时，使得不同时刻的物光能在分幅像面IF上依次曝光，形成一系列的最终像。在扫描光束中，扫描像倾组件SE处的二次像经过扫描场镜SK、反射镜组R、扫描光阑扫描投影镜SL、第二反射镜R2、球罩LS和转镜RM，成狭缝像于扫描像面IS上。转镜RM旋转时在扫描像面IS上狭缝像扫描依次曝光形成条纹记录。

另外，从控制光束口径的主光阑P来说，对分幅光束而言：主光阑P经过斜方棱镜XP以及分光棱镜SPⅠ、场镜K、第一反射镜R1、分束棱镜SPⅡ、分幅像倾组件FE和分幅场镜FK后成像在分幅光阑处，然后经过第三反射镜R3、分幅投影镜FL、第四反射镜R4、球罩LS、转镜RM后成像在中继透镜RL前面的分幅出瞳光阑处；转镜RM旋转时分幅光阑的像在分幅出瞳光阑阵列曲面处依次扫描，形成光学快门，起到控制曝光和分幅的作用。对扫描光束而言：主光阑P经过斜方棱镜XP、分光棱镜SPⅠ、场镜K、第一反射镜R1、分束棱镜SPⅡ、扫描像倾组件SE、扫描场镜SK、反射镜组后成像在扫描光阑处。

本发明的一个优选实施例中，所述物镜O设有入瞳光阑P₀，所述入瞳光阑P₀与所述主光阑P形成光学共轭关系。入瞳光阑P₀可以进一步减少杂散光，尽可能减少像面的灰雾，降低鬼像(ghostimage)的形成概率。

在本发明的具体应用例中，通过设置物镜O的框架形成入瞳光阑P₀。所述主光阑P经目镜OK成像于入瞳光阑P₀。入瞳光阑P₀相当于成像系统100的窗户，可以防止杂散光进入成像系统。由此，可以提高记录仪的判读准确度和判读精确度。

图3显示了成像系统100的外形结构。分幅扫描转镜装置40的外形为圆形暗箱。物镜O设置在成像系统100的前方，驱动转镜RM高速旋转的电机安装在与物镜O相对的一侧。

如图4及图5所示，所述支撑系统200包括升降底座70。所述升降底座70包括基底81、升降柱82及驱动升降柱82相对于基座81升降的摇柄驱动机构80。升降底座70安装有多个脚轮88。

其中，如图5所示，所述摇柄驱动机构80包括依次连接的手柄83、柄轴84、第一锥齿轮85、第二锥齿轮86及螺杆87。手柄83与柄轴84固接。所述柄轴84通过轴承安装在所述基座81的侧壁上。第一锥齿轮85与第二锥齿轮86啮合。且所述第一锥齿轮85的轴线与所述第二锥齿轮86的轴线正交。所述第二锥齿轮86的旋转轴的底部通过多个螺栓固定在所述基底81的底部上。另一方面，所述螺杆87与所述升降柱82的螺纹孔螺纹啮合。

由此，通过手动摇动手柄83，将动力经柄轴84、第一锥齿轮85、第二锥齿轮86传递至螺杆87，使得升降柱82相对于基座81上下运动。锥齿轮传动具有高负荷承载力、传动平稳可靠、传动比大的特点。由此，可以精确地调整成像系统100的高度，进一步提高记录仪的判读准确度和判读精确度。本实施例中，升降底座70的标称高度为1330mm±50mm。

另外，本实施例中，在升降底座70上设置有云台。云台具有水平、俯仰调节功能。如图7及图8所示，本实施例中，所述支撑系统200的云台90包括上半部94和下半部96。所述上半部94通过枢轴97枢接在所述下半部96上。所述上半部94与所述下半部96之间设置有俯仰蜗轮蜗杆机构91。详细地说，俯仰蜗轮蜗杆机构91包括俯仰蜗轮93和俯仰蜗杆92。俯仰蜗杆92设置在所述下半部96上。俯仰蜗轮93设置在所述上半部94上。俯仰蜗轮93和俯仰蜗杆92啮合。俯仰蜗杆92的自由端设有旋钮95。通过转动旋钮95，驱动俯仰蜗杆92，进而驱动俯仰蜗轮93，促使上半部94相对于所述下半部96俯仰动作。所述支撑系统200的云台90采用俯仰蜗轮蜗杆机构91，具有传动平稳、噪音小、传动精度高的优点。由此，可以利用云台调整记录仪的俯仰的角度，进一步提高记录仪的判读准确度和判读精确度。

在本实施例中，在所述支撑系统200上安装有用于快开快门FOS的电源400，如图5及图7所示。电控制系统300自成系统，通过电线电缆与快门组合、目标、照明光源、电机等相连。该电控制系统300包括同步精测延时控制单元、电机驱动单元和快门控制单元。在本发明的一些实施例中，该电控制系统300采用工控机的形式。所述同步精测延时控制单元用以测量所述转镜的转速和延时触发快门控制单元。所述电机驱动单元用以控制所述电机。所述快门控制单元用以控制所述快门组合。

在本发明的一个具体实施例中，电机驱动单元启动电机驱动电源，控制电机增速运转。当同步精测延时控制单元测到转镜的转速达到预定的打开快门的值时，输出打开快门的信号，并触发快门控制单元，打开快开快门FOS，快开快门FOS打开后返回一个信号给同步精测延时控制单元。当同步精测延时控制单元测到转镜的转速在预定的转速范围内时，允许触发延时电路，延时信号触发高压脉冲发生器输出高压脉冲，触发目标、照明光源，引爆作为快关快门EXS的微秒级爆炸快关快门。拍摄完毕后，电机驱动单元切断电机电源。

其中，电机优选为高速直流电机，例如成都电机厂专门研制的3×10⁴rpm、功率1.5KW的高速电机；包头永磁电机厂专门研制的3×10⁴rpm、2KW的高速电机基；包头市永磁电机研究所研制4～4.5×10⁴rpm、3KW稀土永磁无刷直流电动机及控制器，以满足转镜的转速能达到50×10⁴rpm的要求。

本发明提供的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪具有记录频率高、像质优良、画幅大、画幅数多和可实现光学等待等优点。本发明的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪已成功应用在SSF超快过程分幅扫描同时成像记录仪研制中。经测试、使用和鉴定，该记录仪的分幅摄影性能：经济摄影频率为3×10⁴fps～1.2×10⁶fps，最高可达2×10⁶fps，摄影频率实现连续可调，画幅尺寸16×20mm²，有效画幅数82幅，动态成像时间方向本征分辨率大于40lp/mm，动态成像空间方向本征分辨率大于60lp/mm；该记录仪的扫描摄影性能：经济扫描速度0.244～9.77mm/μs，最大扫描速度16.3mm/μs，实用时间分辨率8ns(缝宽0.065mm),对底片等效相对孔径F/10，记录尺寸24×653mm²。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪，其特征在于，所述转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪包括：

成像系统，所述成像系统包括物镜、快门组合、等待分光装置、两个二次分光装置、与每个二次分光装置对应设置的分幅装置和扫描装置以及分幅扫描转镜装置，物光经过物镜后形成的一次像经所述等待分光装置分为两束一次像光束，每束一次像光束经过对应的所述二次分光装置后分为两束二次像光束，该两束二次像光束分别经过分幅装置和扫描装置形成分幅光束和扫描光束，两束二次像光束对应的分幅光束和扫描光束均经过所述分幅扫描转镜装置后成像在像面上；所述分幅扫描转镜装置包括球罩、设置在球罩内的转镜、驱动转镜旋转的电机、分幅出瞳光阑、中继透镜、扫描像面和分幅像面，每个分幅光束入射至球罩内形成位于所述转镜镜面处的三次像，所述三次像经转镜反射后出射至球罩外并经所述中继透镜后成像在分幅像面上；每个扫描光束入射至球罩内的转镜上经转镜反射后出射至球罩外成像在扫描像面上；

支撑系统，所述支撑系统用于支撑所述成像系统，和

电控制系统，所述电控制系统用于控制所述快门组合和所述电机，电控制系统包括同步精测延时控制单元、电机驱动单元和快门控制单元，所述同步精测延时控制单元用以测量所述转镜的转速和延时触发快门控制单元，所述电机驱动单元用以控制所述电机，所述快门控制单元用以控制所述快门组合，所述支撑系统包括升降底座，所述升降底座包括基底、升降柱及驱动升降柱相对于基座升降的摇柄驱动机构，

所述摇柄驱动机构包括依次连接的手柄、柄轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮及螺杆，所述柄轴通过轴承安装在所述基座的侧部，所述第一锥齿轮的轴线与所述第二锥齿轮的轴线正交，所述第二锥齿轮的旋转轴的底部通过多个螺栓固定在所述基底上，所述螺杆与所述升降柱螺纹啮合，

所述等待分光装置包括分划板、目镜、主光阑、斜方棱镜和分光棱镜，物光经过物镜后在分划板处成一次像，一次像依次经过目镜、主光阑、斜方棱镜和分光棱镜后分出两束一次像光束到对应的二次分光装置中，

所述快门组合包括机械快门、快开快门和快关快门，所述机械快门和所述快开快门分别位于所述分划板的光路上游侧和光路下游侧，所述快关快门位于目镜与主光阑之间，所述支撑系统还包括云台，所述云台包括上半部和下半部，所述上半部枢接在所述下半部上，所述上半部与所述下半部之间设置有俯仰蜗轮蜗杆机构，

所述物镜设有入瞳光阑，所述入瞳光阑与所述主光阑形成光学共轭关系。

2.根据权利要求1所述的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪，其特征在于，所述机械快门为毫秒级机械快门，所述快开快门为微秒级电涌式金属箔快开快门，所述快关快门为微秒级爆炸快关快门。

3.根据权利要求1所述的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪，其特征在于，所述二次分光装置包括场镜、第一反射镜和分束棱镜，导入的一次像光束依次经过所述场镜、第一反射镜和分束棱镜后分出两束二次像光束，再分别导入至对应的分幅装置和扫描装置中。

4.根据权利要求1所述的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪，其特征在于，所述扫描装置包括扫描像倾组件、扫描场镜、反射镜组、扫描光阑、扫描投影镜和第二反射镜，导入的二次像成像在所述扫描像倾组件处并依次经扫描场镜、反射镜组、扫描光阑、扫描投影镜和第二反射镜后进入所述分幅扫描转镜装置中，

所述扫描光阑与所述主光阑形成光学共轭关系。

5.根据权利要求1所述的转镜式微秒级过程时-空信息完善记录仪，其特征在于，所述分幅装置包括分幅像倾组件、分幅场镜、分幅光阑、第三反射镜、分幅投影镜和第四反射镜，导入的二次像成像在所述分幅像倾组件处并依次经分幅场镜、分幅光阑、第三反射镜、分幅投影镜和第四反射镜后进入所述分幅扫描转镜装置中，

所述分幅光阑与所述主光阑形成光学共轭关系；所述分幅光阑与所述分幅出瞳光阑形成光学共轭关系。