CN105425821A - 诊断设备准直装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种诊断设备准直装置及方法，所述的准直装置包括成像元件、成像节、波纹管、内筒、外筒、关节轴承、指向调节器、盲板、准直孔和激光器；成像节的小端连接成像元件，成像节的大端通过波纹管连接外筒的一端，外筒的另一端连接指向调节器，指向调节器与内筒接触连接，内筒的另一端连接盲板，激光器固定在盲板背离内筒的一侧；成像元件的中心、成像节的中轴线、内筒的中轴线、准直孔为同轴心设置。第一步准直时将准直装置与激光器连接，使准直激光依次穿过准直孔、成像元件中心，并辐照到目标物体上；第二步准直时将准直装置与诊断设备连接，利用定位销实现诊断设备的中心与盲板的中心重合。本发明实现了诊断设备简单、快速、高效地准直。

Description

诊断设备准直装置及方法

技术领域

本发明属于成像技术领域，具体涉及一种诊断设备准直装置及方法。

背景技术

在惯性约束聚变、Z箍缩、高能密度物理、实验室天体物理研究中，利用诊断设备对目标物体开展成像实验，是认识物体物理、化学性质的基本手段。常用的诊断设备包括针孔相机、分幅相机和条纹相机等。应用时必须实现目标物体、成像元件和诊断设备三者准直，诊断设备才能获取到有效数据。为了准确准直，针对不同的诊断设备通常需研制专门的准直装置。当前的准直装置包括模拟靶、支撑机构、成像元件多维调整台、光学瞄准仪器（如光学经纬仪、或长焦显微镜、或平行光管、或内调焦望远镜）及其多维调节支架等众多部件。名称为《神光原型诊断设备：门控针孔分幅相机的研制》[白晓红,等;光学精密工程.19(2),367-373(2011)]的文献报道了分幅相机诊断设备的准直装置与准直方法，其准直过程至少包括两个步骤：第一步，建立模拟靶、诊断设备记录面和光学瞄准仪器间的基准线，使光学瞄准仪器叉丝中心、模拟靶和诊断设备记录面标识位置重合；第二步，调节成像元件多维调整台，使成像元件标识位置与叉丝中心重合。准直过程中需要准确定位模拟靶的位置，并反复调整光学瞄准仪器的姿态，以建立基准线，然后反复调节成像元件多维调整台，使成像元件标识位置与基准线重合。

如上所述的诊断设备传统准直装置，涉及部件多，准直过程工作强度大，需要多人熟练配合操作；由于需要反复调校，耗时长，通常需花费2~4小时，严重制约准直效率。2012年，美国国家点火装置（NIF）甚至专门为此定制了一种名为“对面端口准直装置”（OPAS）的光学瞄准仪器，如名称为《国家点火装置的靶和诊断设备准直系统概述》[D.H.Kalantar,et;Proc.ofSPIE.8505,850509(2012)]的文献所述，其多维调节支架具有6个调整自由度，使得准直成本迅速攀升，但准直原理不变，准直效率难以得到大幅改善。

因工作现场限制导致上述光学瞄准仪器无法架设到诊断设备正对面时，现有的准直装置还需额外包括一块反射镜和反射镜调节支架，如名称为《MCP选通X射线皮秒分幅相机在ICF中的应用》[成金秀,等.强激光与粒子束.8(1),73-77(1996)]和名称为《X光分幅相机-平面镜配接方法研究》[缪文勇,等.光子学报.36(4),750-753(2007)]的文献所述。由于准直光路为非直线路径，额外增加了转折光路的调校工作，基准线的建立难度更高，准直过程耗时翻倍，必须要多人熟练配合操作。综上所述，现有的准直装置成本高，操作难度大，准直效率低，在应用上受到极大限制。

发明内容

为了克服现有技术中准直装置成本高、操作难度大、准直效率低的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种诊断设备准直装置，本发明要解决的另一技术问题是提供一种诊断设备准直装置的方法。

本发明的诊断设备准直装置采用的技术方案如下：

一种诊断设备准直装置，其特点是，所述的准直装置包括成像元件、成像节、波纹管、内筒、外筒、关节轴承、指向调节器、盲板、准直孔和激光器；其中，所述的盲板上设置有准直孔，成像节设置有排气孔；其连接关系是，所述的内筒的外围依次设置有波纹管、外筒，所述的内筒通过关节轴承套在外筒内；内筒的一端与成像节的大端固定连接，内筒的另一端通过内筒法兰与盲板的一面连接；成像节的小端连接有成像元件；激光器通过固定支架固定在盲板的另一面上；所述的波纹管的一端与外筒的一端固定连接，另一端与成像节的大端固定连接；所述的外筒的另一端通过外筒法兰与指向调节器的一端连接；指向调节器的另一端与内筒接触连接，用于驱动内筒以关节轴承为支点转动；所述的成像元件的中心、成像节的中轴线、内筒的中轴线、准直孔为同轴心设置。

所述的指向调节器用于驱动内筒沿两正交方向摆动。

所述的激光器为输出可见光波段的点状激光器。

本发明的诊断设备准直装置的方法，依次包括如下步骤：

a.将外筒法兰安装到靶室上，目标物体置于靶室内；将激光器、固定支架安装在盲板上，盲板通过定位销安装在内筒法兰上；调节激光器的姿态，使激光器发射出的准直激光依次穿过准直孔、成像元件中心；调节指向调节器，驱动准直激光随着内筒沿两正交方向摆动，使激光器发射出的准直激光最终辐照到目标物体上。

b.将盲板拆除，将诊断设备通过定位销安装在内筒法兰上，利用定位销实现诊断设备的中心与盲板的中心重合，从而快速完成诊断设备的准直。

所述的成像节的长度根据下式计算

式中，L₁为成像节的长度，M为成像放大倍数，L为诊断设备灵敏面与目标物体之间的距离，L₂为诊断设备灵敏面与成像节的大端之间的距离。

上述准直过程容易操作，通常足以在30分钟内完成，准直效率至少比现有技术高3~11倍，实现了快速准直。

本发明使用准直激光直观演示基准线，因此无需使用光学瞄准仪器及其多维调节支架建立虚拟的基准线，明显节省了资源，降低了使用成本。准直装置中所有法兰端面的连接为O型密封圈连接，因此准直装置能应用于真空中。指向调节器位于靶室外，因此能由单人在靶室外操作准直装置，避免人进入靶室内作业，明显降低了操作难度。本发明实现了诊断设备简单、快速、高效地准直。

附图说明

图1为本发明的诊断设备准直装置结构示意图；

图2为本发明装置第一步准直时的结构示意图；

图3为图2沿A-A线的剖视图；

图4为本发明装置第二步准直时的结构示意图；

图中，1.目标物体2.成像元件3.成像节4.波纹管5.关节轴承6.外筒7.靶室法兰8.外筒法兰9.准直孔10.激光器11.固定支架12.盲板13.内筒法兰14.靶室15.内筒16.指向调节器17.准直激光18.诊断设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。标记全部要出现。

图1为本发明的诊断设备准直装置结构示意图，图2为本发明装置第一步准直时的结构示意图，图3为图2沿A-A线的剖视图，图4为本发明装置第二步准直时的结构示意图。在图1~图4中，本发明的诊断设备准直装置，包括成像元件2、成像节3、波纹管4、内筒15、外筒6、关节轴承5、指向调节器16、盲板12、准直孔9和激光器10；其中，所述的盲板12上设置有准直孔9，成像节3设置有排气孔；其连接关系是，所述的内筒15的外围依次设置有波纹管4、外筒6，所述的内筒15通过关节轴承5套在外筒6内；内筒15的一端与成像节3的大端固定连接，内筒15的另一端通过内筒法兰13与盲板12的一面连接；成像节3的小端连接有成像元件2；激光器10通过固定支架11固定在盲板12的另一面上；所述的波纹管4的一端与外筒6的一端固定连接，另一端与成像节3的大端固定连接；所述的外筒6的另一端通过外筒法兰8与指向调节器16的一端连接；指向调节器16的另一端与内筒15接触连接，用于驱动内筒15以关节轴承5为支点转动；所述的成像元件2的中心、成像节3的中轴线、内筒15的中轴线、准直孔9为同轴心设置。

本实施例中，激光器10为红光点状激光器（属于可见光波段），光斑大小不超过2毫米，准直光线既能目视，也能供CCD采集。为便于安装拆卸，激光器10的外形直径小于φ30mm，外形长度小于100mm。

本发明的具体实施包括两个步骤，第一步是准直装置与激光器连接，如图2所示；第二步是准直装置与诊断设备连接，如图4所示。具体工作过程详述如下。

准直的第一步，如图2所示，将准直装置的外筒法兰8与靶室14的靶室法兰7连接，目标物体1置于靶室内。盲板12通过定位销可拆卸地安装在内筒法兰13上，激光器10通过固定支架11固定在所述盲板12上，实现准直装置与激光器的连接。定位销的作用是提供高精度定位和复位功能，定位和复位可达20微米。本发明的准直原理是基于激光的高精度准直原理，利用激光方向性好的特点，调节激光器10的姿态，使激光器10发射的准直激光17依次穿过准直孔9、成像元件2的中心和目标物体1，直观可视地建立准直基准线，这与传统准直装置利用光学瞄准仪器建立虚拟基准线的方法存在原理性区别。

由于目标物体1是固定不动的，为了使准直激光17辐照到目标物体1上，需要调整准直装置的姿态。首先，关节轴承5通过轴承连接件与外筒6连接，而外筒6又通过法兰与靶室14连接，形成了固定底座，因此可以关节轴承5为内筒15的支撑点，通过调节指向调节器16，驱动内筒15沿x和y方向摆动，x和y方向为两正交方向，如图3所示。波纹管4的作用是提供软连接，保证内筒15能自由摆动；其次，内筒15的一端（图2中左端）与成像节3的大端固定连接，内筒15摆动时，成像节3和成像元件2同步摆动；再次，激光器10固定在盲板12上，盲板12又与内筒15通过法兰连接，因此内筒15摆动时，准直激光17也同步摆动，准直激光17依次穿过准直孔9和成像元件2中心，最终辐照到目标物体1中心上。

准直的第二步，如图4所示，将盲板12连同其上的激光器10和激光器支架11一并拆除，然后将诊断设备18通过定位销可拆卸地安装在内筒法兰13，实现准直装置与诊断设备18连接。盲板12的主要作用是模拟诊断设备记录面，盲板12拆除后，利用定位销实现诊断设备18的中心与盲板12中心重合，从而快速完成诊断设备18的准直。上述过程通常足以在30分钟内完成，准直效率至少比现有技术高3~11倍。由于使用了定位销，准直精度可达几十微米量级。另外，无需使用光学瞄准仪器及其多维调节支架。使用准直激光直观演示基准线，因此无需使用光学瞄准仪器及其多维调节支架建立虚拟的基准线，明显节省了资源，降低了使用成本。诊断设备18涵盖分幅相机、条纹相机和针孔相机等。

实验中，成像系统的物像距必须根据成像放大倍数M的要求而设置。本实施例中，成像元件2为针孔，依据针孔成像原理，通过调节成像节3的长度，可实现调节成像放大倍数M的目的。如图4所示，L₁为成像节3的长度，L为诊断设备18灵敏面与目标物体1之间的距离，L₂为诊断设备18灵敏面与成像节3的大端之间的距离。从而，成像系统的物距为(L-(L₁+L₂))，成像系统的像距为(L₁+L₂)，，成像放大倍数则为

（1）

从而，

（2）

L和L₂可通过长度测量得到，成像放大倍数M由实验要求事先给定，因此根据式（2）可计算出成像节3的长度，实验中可加工不同长度的成像节3以匹配成像系统放大倍数的要求。

本实施例中，准直装置与诊断设备18连接后，如图4所示，可将靶室14抽成真空状态。波纹管4的另一个作用是保持真空，准直装置所有法兰端面的连接为O型密封圈连接。成像节3设置有排气孔。靶室抽真空时，能将成像节3、内筒15和诊断设备18的内部抽成真空状态。

本实施例中，指向调节器16处于靶室外。操作者可以在靶室外操作指向调节器16，调整准直装置的姿态。避免人进入靶室14内作业，明显降低了操作难度。

实施例2

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，成像元件2为狭缝。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种诊断设备准直装置，其特征在于，所述的准直装置包括成像元件（2）、成像节（3）、波纹管（4）、内筒（15）、外筒（6）、关节轴承（5）、指向调节器（16）、盲板（12）、准直孔（9）和激光器（10）；其中，所述的盲板（12）上设置有准直孔（9），成像节（3）设置有排气孔；其连接关系是，所述的内筒（15）的外围依次设置有波纹管（4）、外筒（6），所述的内筒（15）通过关节轴承（5）套在外筒（6）内；内筒（15）的一端与成像节（3）的大端固定连接，内筒（15）的另一端通过内筒法兰（13）与盲板（12）的一面连接；成像节（3）的小端连接有成像元件（2）；激光器（10）通过固定支架（11）固定在盲板（12）的另一面上；所述的波纹管（4）的一端与外筒（6）的一端固定连接，另一端与成像节（3）的大端固定连接；所述的外筒（6）的另一端通过外筒法兰（8）与指向调节器（16）的一端连接；指向调节器（16）的另一端与内筒（15）接触连接，用于驱动内筒（15）以关节轴承（5）为支点转动；所述的成像元件（2）的中心、成像节（3）的中轴线、内筒（15）的中轴线、准直孔（9）为同轴心设置；所述的指向调节器（16）用于驱动内筒（15）沿两正交方向摆动。

2.根据权利要求1所述的诊断设备准直装置，其特征在于，所述的激光器（10）为输出可见光波段的点状激光器。

3.一种用于权利要求1所述的诊断设备准直装置的方法，其特征在于，所述的方法依次包括如下步骤：

a.将外筒法兰（8）安装到靶室上，目标物体（1）置于靶室内；将激光器（10）、固定支架（11）安装在盲板（12）上，盲板（12）通过定位销安装在内筒法兰（13）上；调节激光器（10）的姿态，使激光器（10）发射出的准直激光（17）依次穿过准直孔（9）、成像元件（2）中心；调节指向调节器（16），驱动准直激光（17）随着内筒（15）沿两正交方向摆动，使激光器（10）发射出的准直激光（17）最终辐照到目标物体（1）上；

b.将盲板（12）拆除，将诊断设备（18）通过定位销安装在内筒法兰（13）上，利用定位销实现诊断设备（18）的中心与盲板（12）的中心重合，从而快速完成诊断设备（18）的准直。

4.根据权利要求3所述的诊断设备准直装置的方法，其特征在于，所述成像节（3）的长度根据下式计算

式中，L₁为成像节（3）的长度，M为成像放大倍数，L为诊断设备（18）灵敏面与目标物体（1）之间的距离，L₂为诊断设备（18）灵敏面与成像节（3）的大端之间的距离。