CN104576265A - 条纹变像管偏转方向及阴极面的标定系统及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种条纹变像管偏转方向及阴极面的标定系统，包括偏转方向标定系统及阴极面标定系统；偏转方向标定系统的固定导轨安装于第一光学平台上；平行光管、被标定条纹变像管和CCD分别安装在固定导轨的相应滑块上；CCD和显示器采集并显示条纹变像管阴极面的最终成像；阴极面标定系统的第二光学平台上设置有光线通过孔；水平平面反射镜安装在第二光学平台上方且正对光线通过孔；激光光源设置在第二光学平台下方；可调平面反射镜设置在第二光学平台下方且正好接收水平平面反射镜反射的激光；接收屏幕接收可调平面反射镜反射的激光。本发明提高了条纹变像管灌封精度和条纹相机整机集成的效率，有利于条纹相机产业化的推进。

Description

条纹变像管偏转方向及阴极面的标定系统及标定方法

技术领域

本发明涉及一种条纹变像管偏转方向及阴极面的标定方法，具体涉及条纹相机核心器件条纹变像管偏转方向及阴极面的标定方法。

背景技术

超快现象(持续时间小于1μs)广泛地出现在自然或科学技术研究中。例如，植物的光合作用过程、超大规模集成电路所产生的电脉冲、半导体材料载流子寿命、激光材料中的超快光激发态驰豫过程、化学反应的分子动力学过程、生物材料荧光发射、激光器产生的超短激光脉冲其持续时间、强光与物质相互作用物理过程等多在皮秒至飞秒量级，甚至于阿秒量级范围内。因此超快现象研究对自然科学、能源、材料、生物、光物理、光化学、激光技术、强光物理、高能物理等研究及技术领域具有重要意义。

条纹相机能够同时提供超快过程的一维空间(或光谱)、一维强度和一维时间共三维超快信息。条纹相机作为目前唯一的高时空分辨率的超快现象线性诊断工具，在时间分辨的超快现象研究中发挥着难以替代的作用。条纹相机主要由输入光学系统、条纹变像管、图像增强器及耦合系统、扫描电控、图像采集及分析等组成。

条纹变像管是条纹相机的核心部分，主要由光电阴极、加速系统、聚焦系统、偏转系统和探测系统组成。光电阴极实现被测光束的光电转换；加速系统对包含被测目标信息的电子进行轴向加速；聚焦系统实现对加速后电子束在垂直轴向方向的调制；偏转系统通过所加电压实现被测目标时间信息向空间信息转换；探测系统显示最终的探测结果，从而完成了整探测过程。

本专利发明方法主要针对条纹变像管制作灌封时偏转方向的标定和阴极面标定。条纹变像管主要由光电阴极、电磁聚焦电极系统、阳极、偏转板、荧光屏等组成，其结构示意图如图1。

通常条纹变像管制作完成后，检测合格的条纹变像管将与外部灌封装配，利用硅橡胶将条纹变像管进行灌封以达到固定、绝缘、耐压、防潮等目的。灌封后条纹变像管与与输入光学系统和输出光学系统进行耦合，再与整机电控系统联调后完成条纹相机整机的制作。目前由于在灌封时缺少偏转方向和阴极面标定工艺环节，故条纹相机整机装配存在如下问题：

1)偏转方向未标定，由于条纹变像管与输入光学系统耦合存在偏差，需要对输入光学系统及输入光学狭缝进行反复调整，影响成像性能。

2)偏转方向未标定，条纹变像管动态扫描方向偏差，使输出光学系统装配方向无法固定，要根据成像结果进行调整，最终成像结果需要进行二次处理。

3)阴极面未标定，使输入光信号与阴极面角偏差过大，影响条纹变像管空间分辨率和整体性能。

4)条纹变像管偏转方向和阴极面未标定，经常造成人力、物力及时间的大量耗费，且可能使合格的条纹变像管最终无法用于条纹相机整机而被淘汰。

5)工艺无法固化，使条纹变像管无法实现互换性，不能满足产业化要求。

基于目前存在的以上问题，在此发明了一种偏转方向及阴极面的标定方法，解决目前存在问题。

发明内容

针对目前条纹变像管灌封集成方面存在的工艺问题，以及便于将来工程化生产，本发明目的是提出一种条纹变像管偏转方向及阴极面的标定方法。

本发明的技术解决方案是：

一种条纹变像管偏转方向及阴极面的标定系统，其特殊之处是：包括偏转方向标定系统及阴极面标定系统；所述偏转方向标定系统包括第一光学平台、平行光管、固定导轨及滑块、CCD和显示器；所述固定导轨安装于第一光学平台上；所述平行光管内有分划阴极，为条纹变像管标定提供光源；所述平行光管、被标定条纹变像管和CCD分别安装在固定导轨的相应滑块上，被标定条纹变像管位于平行光管和CCD之间；所述平行光管的分划阴极成像在条纹变像管阴极面上；所述CCD和显示器采集并显示条纹变像管阴极面的最终成像；所述阴极面标定系统包括第二光学平台、激光光源、水平平面反射镜、可调平面反射镜和接收屏幕；所述第二光学平台上设置有光线通过孔；所述水平平面反射镜安装在第二光学平台上方且正对光线通过孔；所述激光光源设置在第二光学平台下方且发射激光穿过光线通过孔；所述可调平面反射镜设置在第二光学平台下方且正好接收水平平面反射镜反射的激光；所述接收屏幕接收可调平面反射镜反射的激光。

一种条纹变像管偏转方向及阴极面的标定方法，包括以下步骤：

1)导轨固定在第一光学平台上；平行光管在导轨上调水平，将条纹变像管利用支撑工装在导轨上调平，阴极中心与平行光管中心等高，固定于导轨上；调节平行光管，使其上的分划板物像清晰聚焦在条纹变像管的光电阴极表面；

2)打开条纹变像管高压电源，使分划板物像通过条纹变像管清晰成像至荧光屏；利用CCD将荧光屏上的图像信息采集并传输至显示器；

3)调节偏转电压，将条纹变像管成像从左侧扫描至右侧，观察像元扫描路径是否与显示器上水平栅格重合；若重合，执行步骤5；若不重合，执行步骤4；

4)关闭高压源，旋转条纹变像管，再打开高压源，返回步骤3；

5)利用高度尺测量从光学平台到条纹变像管阴极盘顶部的高度，减去阴极盘半径则为偏转板中心高度，调节高度尺到偏转垂心高度，在阴极盘两侧外沿划线，该连线即为条纹变像管的偏转方向；

6)若条纹变像管的偏转方向大于设定值，则返回步骤3，若条纹变像管的偏转方向小于等于设定值，则关闭所有电源，完成条纹变像管偏转方向的标定；

7)在第二光学平台上安装激光光源和平面反射镜；

8)初步校准：

8.1)在第二光学平台上条纹变像管安装位置处安装水平平面反射镜；

8.2)打开激光光源；

8.3)调整水平平面反射镜，使镜面与第二光学平台距离与之后安装的条纹变像管阴极面至第二光学平台的距离相等；

8.4)调节平面反射镜，使激光光源的光斑最终反射至接收屏幕；

8.5)若光斑位置在合格区，则初步校准完成，执行步骤9；若光斑位置不在合格区，则返回步骤8.3；

9)接收屏幕上划出栅格，按照几何光学计算出栅格对应的水平平面反射镜的倾角；

10)关闭激光光源，拿走水平平面反射镜；

11)将条纹变像管安装于水平平面镜的安装位置，阴极面与水平平面反射镜安装高度d相同，偏转扫描方向为Y向；

12)打开激光光源，使激光经条纹变像管阴极面和平面反射镜反射，打到接收屏幕上；若光斑位置没有位于中心合格区，则关闭激光光源，对条纹变像管进行精密垫补，返回步骤11；若光斑位置位于中心合格区，则关闭激光光源，执行步骤13；

13)根据光斑所在区域判断条纹变像管阴极面与端部法兰X、Y轴的倾角；若条纹变像管阴极面与灌封筒端部法兰垂直或水平方向倾角大于等于设定值，则返回步骤11；若条纹变像管阴极面与灌封筒端部法兰垂直、水平方向倾角均小于设定值，则完成条纹变像管阴极面的标定；

14)灌封时利用工装将偏转方向及阴极面倾角导出至标准接口法兰，实现条纹变像管偏转方向和阴极面的确定。

其中，步骤6中条纹变像管的偏转方向较佳设定值为±0.5°；步骤13中条纹变像管阴极面与灌封筒端部法兰垂直或水平方向倾角较佳设定值为10分。

本发明的有益效果：

1、本发明主要用于条纹相机条纹变像管偏转方向及阴极面的标定工作，利用该方法，可以使偏转方向的标定精度在0.5度以内，阴极面与灌封筒法兰的倾角在10分以内，提高了条纹变像管灌封精度和条纹相机整机集成的效率，条纹相机集成过程中条纹变像管互换性增加，有利于条纹相机产业化的推进。

2、利用本发明方法，不仅可保证条纹变像管偏转方向精度，而且还可将阴极面位置与灌封筒端面法兰进行标定，在最终条纹相机整机集成装配时，只需按照对应定位孔安装即可确保偏转方向精度，装配方便快捷，还可保证整机安装过程中条纹变像的互换性。

3、该标定系统经过一定的改造，还可用于其他类似成像器件的标定和校准工作，因而具有很好的经济效益及社会意义。

附图说明

图1为条纹变像管结构示意图；图中：1—光电阴极；2—电磁聚焦系统；3—偏转板；4—阳极；5—荧光屏；

图2为条纹变像管偏转方向标定系统示意图；图中：1—光学平台；2—平行光管；3—固定导轨；4—条纹变像管；5—CCD；6—荧光屏；

图3为条纹变像管偏转方向标定方法流程图；

图4为条纹变像管阴极面标定系统示意图；图中：1—光学平台；2—条纹变像管/水平平面反射镜；3—激光光源；4—平面反射镜；5—接收屏幕；

图5为条纹变像管阴极面标定方法流程图

图6为条纹变像管阴极面垫补位置结构示意图；图中：1—光电阴极；2—灌封筒；3—阴极压板；4—阴极盘；5—底板；6—接口法兰；7—光学平台。

具体实施方式

本发明方法包括偏转方向标定和阴极面的标定2个系统：

1、偏转方向标定系统：

条纹变像管偏转方向标定系统示意图如图2所示，主要由光学平台、平行光管、固定导轨及滑块、条纹变像管、CCD和显示器组成。其中，光学平台做为测试平台，导轨安装于光学测试平台上；平行光管内有分划阴极，为条纹变像管标定提供光源；条纹变像管在导轨上安装，可前后调整使分划阴极成像在条纹变像管阴极面上；CCD及显示器作为条纹变像管最终成像的图像采集显示单元。

技术路线如下：

条纹变像管偏转方向标定方法流程如下图3流程图所示。

详细的技术路线为：首先，将平行光管在导轨上调水平，然后将条纹变像管利用支撑工装在导轨上调平，阴极中心与平行光管中心等高，固定于导轨上；将CCD利用固定架固定，调至水平，端面与条纹变像管荧光屏垂直，另一端接显示器。

其次，打开平行光管电源，利用平行光管支撑滑块在导轨上移动来调节分划板像质，使分划板物像清晰聚焦在光电阴极表面；打开条纹变像管高压电源，按照设计电参数加电，并调节聚焦电压，使分划板物像通过条纹变像管清晰成像至荧光屏；利用CCD将荧光屏上的图像信息采集并传输至显示器(放大并保证了标定精度)。

最后，调节偏转电压，将条纹变像管成像从左侧扫描至右侧，观察像元扫描路径是否与显示器上水平栅格重合，若扫描路径与水平栅格不重合，关闭高压源，旋转条纹变像管，直到扫描路径与显示器上水平栅格重合。

利用高度尺测量从光学平台到条纹变像管阴极盘顶部的高度，减去阴极盘半径则为偏转板中心高度，调节高度尺到偏转垂心高度，在阴极盘两侧外沿划线，该连线即为条纹变像管的偏转方向，完成条纹变像管偏转方向的标定(精度：±0.5°)。灌封时利用工装将偏转方向导出至标准接口法兰，实现条纹变像管偏转方向的确定。

2、阴极面的标定系统：

条纹变像管阴极面标定系统如图4所示，主要由光学平台、激光光源、水平平面反射镜、可调平面反射镜和接收屏幕组成。其中，光学平台做为测试平台，作为激光光源、反射镜等系统组件的安装，用于待标定条纹变像管的安装标定；水平平面反射镜用于初期标定系统的校准；可调平面反射镜和接收屏幕为条纹变像管标定光路元件及比对结果标定。

技术路线如下：

条纹变像管阴极面标定流程如图5，其中线框内流程为每次标定前初步校准流程。

详细的技术路线为：首先，将激光光源固定于光学平台设计位置，水平平面反射镜安装于条纹变像管安装位置，反射镜调至水平。使激光光源打出的激光打在水平平面反射镜上划定的阴极区域，反射后打在平面反射镜上。调节平面反射镜，使最终激光反射光斑打在接收屏幕设定的区域。接收屏幕上划出栅格，按照几何光学计算出栅格对应的水平平面反射镜的倾角。

其次，关闭激光光源，拿走水平平面反射镜。将条纹变像管安装于水平平面镜的安装位置，阴极面与水平平面反射镜安装高度d相同，偏转扫描方向为Y向。打开激光光源，使激光经条纹变像管阴极面和平面反射镜反射，打到接收屏幕上，调整反射镜使光斑落在接受屏幕中心区域。接收屏幕上栅格是经过计算得出的倾角，根据光斑所在区域可以判断条纹变像管阴极面与端部法兰X、Y轴的倾角。

最后，关闭激光光源，根据接收屏幕上光斑位置判断出阴极面的倾角，在条纹变像管阴极盘与底板位置对条纹变像管阴极面进行精密垫补(位置见图6)。再打开激光光源，根据光斑位置结果进行判断，如果光斑位置超出许可范围，则再次进行垫补；若在许可范围内，则完成条纹变像管阴极面的标定工作。

标定后条纹变像管阴极面与灌封筒法兰垂直、水平方向倾角小于10分。

Claims (4)

1.一种条纹变像管偏转方向及阴极面的标定系统，其特征在于：包括偏转方向标定系统及阴极面标定系统；

所述偏转方向标定系统包括第一光学平台、平行光管、固定导轨及滑块、CCD和显示器；

所述固定导轨安装于第一光学平台上；

所述平行光管内有分划阴极，为条纹变像管标定提供光源；

所述平行光管、被标定条纹变像管和CCD分别安装在固定导轨的相应滑块上，被标定条纹变像管位于平行光管和CCD之间；所述平行光管的分划阴极成像在条纹变像管阴极面上；

所述CCD和显示器采集并显示条纹变像管阴极面的最终成像；

所述阴极面标定系统包括第二光学平台、激光光源、水平平面反射镜、可调平面反射镜和接收屏幕；

所述第二光学平台上设置有光线通过孔；

所述水平平面反射镜安装在第二光学平台上方且正对光线通过孔；

所述激光光源设置在第二光学平台下方且发射激光穿过光线通过孔；

所述可调平面反射镜设置在第二光学平台下方且正好接收水平平面反射镜反射的激光；

所述接收屏幕接收可调平面反射镜反射的激光。

2.一种条纹变像管偏转方向及阴极面的标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)导轨固定在第一光学平台上；平行光管在导轨上调水平，将条纹变像管利用支撑工装在导轨上调平，阴极中心与平行光管中心等高，固定于导轨上；调节平行光管，使其上的分划板物像清晰聚焦在条纹变像管的光电阴极表面；

2)打开条纹变像管高压电源，使分划板物像通过条纹变像管清晰成像至荧光屏；利用CCD将荧光屏上的图像信息采集并传输至显示器；

3)调节偏转电压，将条纹变像管成像从左侧扫描至右侧，观察像元扫描路径是否与显示器上水平栅格重合；若重合，执行步骤5；若不重合，执行步骤4；

4)关闭高压源，旋转条纹变像管，再打开高压源，返回步骤3；

5)利用高度尺测量从光学平台到条纹变像管阴极盘顶部的高度，减去阴极盘半径则为偏转板中心高度，调节高度尺到偏转垂心高度，在阴极盘两侧外沿划线，该连线即为条纹变像管的偏转方向；

6)若条纹变像管的偏转方向大于设定值，则返回步骤3，若条纹变像管的偏转方向小于等于设定值，则关闭所有电源，完成条纹变像管偏转方向的标定；

7)在第二光学平台上安装激光光源和平面反射镜；

8)初步校准：

8.1)在第二光学平台上条纹变像管安装位置处安装水平平面反射镜；

8.2)打开激光光源；

8.3)调整水平平面反射镜，使镜面与第二光学平台距离与之后安装的条纹变像管阴极面至第二光学平台的距离相等；

8.4)调节平面反射镜，使激光光源的光斑最终反射至接收屏幕；

8.5)若光斑位置在合格区，则初步校准完成，执行步骤9；若光斑位置不在合格区，则返回步骤8.3；

9)接收屏幕上划出栅格，按照几何光学计算出栅格对应的水平平面反射镜的倾角；

10)关闭激光光源，拿走水平平面反射镜；

11)将条纹变像管安装于水平平面镜的安装位置，阴极面与水平平面反射镜安装高度d相同，偏转扫描方向为Y向；

12)打开激光光源，使激光经条纹变像管阴极面和平面反射镜反射，打到接收屏幕上；若光斑位置没有位于中心合格区，则关闭激光光源，对条纹变像管进行精密垫补，返回步骤11；若光斑位置位于中心合格区，则关闭激光光源，执行步骤13；

13)根据光斑所在区域判断条纹变像管阴极面与端部法兰X、Y轴的倾角；若条纹变像管阴极面与灌封筒端部法兰垂直或水平方向倾角大于等于设定值，则返回步骤11；若条纹变像管阴极面与灌封筒端部法兰垂直、水平方向倾角均小于设定值，则完成条纹变像管阴极面的标定；

14)灌封时利用工装将偏转方向及阴极面倾角导出至标准接口法兰，实现条纹变像管偏转方向和阴极面的确定。

3.根据权利要求2所述条纹变像管偏转方向及阴极面的标定方法，其特征在于：

步骤6中条纹变像管的偏转方向设定值为±0.5°。

4.根据权利要求2或3所述条纹变像管偏转方向及阴极面的标定方法，其特征在于：

步骤13中条纹变像管阴极面与灌封筒端部法兰垂直或水平方向倾角设定值为10分。