CN105510367B - 一种x射线成像的针孔相机及激光辅助瞄准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线成像的针孔相机及激光辅助瞄准方法，该针孔相机包括针孔相机本体、调节用针孔板、二维调节激光座(7)、半导体激光器(8)和二维调节架(9)，半导体激光器(8)布置在二维调节激光座(7)中，用作调整基准激光光源；二维调节架(9)布置在针孔相机本体下方，用于调节针孔相机整体姿态；激光辅助瞄准方法是利用固定在针孔相机本体上的激光束作为辅助，利用二维调节架(9)对针孔相机本体进行快速有效的安装调试，提高效率和稳定性，简化调节步骤并节省调整时间。

Description

一种X射线成像的针孔相机及激光辅助瞄准方法

技术领域

本发明涉及成像领域，特别涉及到一种X射线成像的针孔相机以及激光辅助瞄准方法。

背景技术

X射线针孔相机是高温等离子体成像诊断中最简单也是最重要的诊断之一，广泛应用于激光辐照产生高温等离子体的各种研究中。X射线针孔相机通过对待测等离子体进行自发光成像，可以获得诸如激光焦斑形状、温度分布、尺寸、轮廓等信息，对于定性了解激光聚焦状态和等离子体状态具有重要意义。X射线针孔相机是基于小孔成像原理的，工作原理及光路如附图1所示。激光打靶产生的高温稠密等离子体会产生很强的自发辐射，自发辐射包含了全波段的连续谱和一些特征分离谱。自发辐射，特别是X射线波段的自发辐射强烈的受等离子体温度、密度等因素影响，因此从X射线自发辐射的成像中可以获得等离子体的部分信息，进而给出激光聚焦情况、温度分布等情况的定性结果。

为了获得更高的空间分辨率，通常X射线针孔相机的针孔尺寸很小（约10mm），放大倍数较大（5~10倍）。如图1所示，要实现待测等离子体的自发光成像，等离子体（物）和针孔的连线必须落在接收底片上，因此对实验前的瞄准调节有一定的要求。目前的瞄准调节方式主要有两种，一是肉眼瞄准，一种是激光基准辅助瞄准。

肉眼瞄准的方式如图2所示，靶位置放置定位小球，针孔板去掉，滤片、接收底片去掉，直接用肉眼从针孔相机的尾端观测定位小球，通过调整针孔相机的姿态大致使得小球在针孔板安装孔和接收底片安装孔中间位置即可，然后再依次装上针孔板、滤片和接收底片。这种方法简便实用，但存在两个问题：一是肉眼调整的可靠性问题，尽管针孔相机对调整要求不算太高，但在放大倍数较大、物像距较大的情况下，肉眼瞄准仍然可能带来一定的不确定性；二是针孔相机背后必须有足够的空间来进行肉眼观测，这使得在靶室内部等空间局促的位置放置调整针孔相机变得比较困难。

激光基准辅助瞄准的方式如图3所示，靶位置放置定位小球，特定方向的一束激光打在小球上，确定一个轴线。针孔相机的针孔板换成调节用针孔板（孔比较大），然后通过整体调整针孔相机的姿态，使得激光基准束依次穿过调节用针孔板小孔和接收底片的中心孔即可，然后再依次换上针孔板、滤片和接收底片。这种方法精度很高，但针孔相机上的两个孔去凑激光束，需要的调节维度比较多（至少需要两维平移、两维转动），调节比较繁琐。

发明内容

本发明专利的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种X射线成像的针孔相机及激光辅助瞄准方法，本发明的X射线成像的针孔相机及激光辅助瞄准方法能够应用于高温等离子体研究，不仅能够实现对针孔相机进行快速有效地调试，同时能够提高瞄准可靠性，简化了调节步骤并且节省调整时间。

为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

一种X射线成像的针孔相机，其包括针孔相机本体，该针孔相机本体包括有针孔板、针孔座外壳、通光筒、底片室、滤片、底片及底片盒，所述的针孔座外壳、通光筒和底片室依次机械螺纹连接且处于同一轴线上，所述针孔板上设有用于小孔成像的针孔，所述的滤片与底片及底片盒贴合以组成一个整体结构，该整体结构插入至底片室中，且滤片和底片的中心位置位于光轴上；

在所述底片室的外侧固定有二维调节激光座，在二维调节激光座上与底片室相对的一侧安装有半导体激光器，在二维调节激光座和底片室的光轴位置开有供调节激光通过的小孔，所述二维调节激光座包括用于调节激光方向的调节机构，所述调节机构包括固定板、活动板、连接在固定板和活动板之间的钢球、二根用于提供拉力的弹簧和二个调节螺纹副，其中一个所述调节螺纹副设在钢球上方，另一个所述调节螺纹副设在钢球的左右方向上；

所述通光筒的底部固定在二维调节架上，所述二维调节架包括具有二维转动调节功能的调节件，所述调节件包括一维倾斜台和可左右转动的旋转台，所述一维倾斜台安装在旋转台的可转动结构上，所述一维倾斜台的调节方向对应通光筒的轴线方向。

在本发明用于高温等离子体研究中X射线成像的针孔相机中，所述针孔板上的针孔直径为15μm ，所述二维调节激光座和底片室上开的小孔直径为1mm 。

一种对上述针孔相机进行激光辅助瞄准的方法，该方法包括有如下步骤：

第一步，将针孔板、针孔座外壳、通光筒、底片室、滤片和底片及底片盒组成无调节机构的标准针孔相机，所述的滤片与底片及底片盒贴合以组成一个整体结构，该整体结构插入至底片室中，且滤片和底片的中心位置位于光轴上；

第二步，在标准针孔相机中取出滤片、底片及底片盒，并将针孔板更换为调节用针孔板，在底片室的外侧安装固定二维调节激光座；

第三步，在二维调节激光座上安装半导体激光器，打开激光电源，通过调节二维调节激光座使得调节用针孔板小孔、底片及底片盒中心、二维调节激光座前端小孔、半导体激光器出射口位于标准针孔相机轴线上，从而使激光从针孔相机前端的调节针孔板的针孔中穿出；

第四步，在靶位位置放置定位小球，在靶室内初步固定针孔相机，初步调整到定位小球距离；

第五步，打出激光光源，通过二维调节架来调整相机的整体姿态，使得针孔相机前端出射的激光照射在靶定位小球上；

第六步，测量针孔到定位小球的距离，拆下调节用针孔板并更换上针孔板，安装滤片、底片及底片盒，取出半导体激光器，实现针孔相机的激光辅助瞄准。

在上述的本发明激光辅助瞄准的方法中，所述二维调节激光座的调节角度范围为±3º。

基于上述技术方案，本发明的针孔相机及激光辅助瞄准方法经过实践应用取得了如下技术效果：

1、相比标准针孔相机的肉眼瞄准，本发明的针孔相机提高了瞄准的可靠性，并且不再受后方空间限制；

2、相比标准针孔相机的激光基准辅助瞄准，在保证高的瞄准可靠性的同时省去了基准架设、整体平移等调节，简化了调节步骤，节省了调整时间。

附图说明

图1 为传统X射线针孔相机的工作原理。

图2 为传统X射线针孔相机进行肉眼瞄准示意图。

图3 为传统X射线针孔相机进行激光辅助瞄准示意图。

图4 为本发明X射线成像的针孔相机进行激光辅助瞄准结构示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明一种X射线成像的针孔相机及激光辅助瞄准方法做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其结构组成以及激光辅助瞄准的方法。但不能以此来限制本发明专利的保护范围。

本发明专利先是提供了一种X射线成像的针孔相机，该针孔相机包括针孔相机本体，用于实现对靶等离子体的X射线针孔成像,该针孔相机本体包括有针孔板1、针孔座外壳2、通光筒3、底片室4、滤片5和底片及底片盒6，所述的针孔座外壳2、通光筒3和底片室4依次机械螺纹连接且处于同一轴线上，所述针孔板1上设有用于小孔成像的针孔，所述针孔的直径为15mm，所述的滤片5与底片及底片盒6贴合以组成一个整体结构，该整体结构插入至底片室4中，且滤片5和底片的中心位置位于光轴上。

在所述底片室4的外侧固定有二维调节激光座7，在二维调节激光座7上与底片室4相对的一侧安装有半导体激光器8，所述半导体激光器8的直径为17-19mm，长度为40mm，所述二维调节激光座7用来调节半导体激光器8的指向，所述半导体激光器8用作调整基准激光光源，在二维调节激光座7和底片室4的光轴位置开有供调节激光通过的直径1mm的小孔，所述二维调节激光座7包括用于调节激光方向的调节机构，所述调节机构与传统的二维反射镜架结构相似，所述调节机构包括固定板、活动板、连接在固定板和活动板之间的钢球、二根用于提供拉力的弹簧和二个调节螺纹副，其中一个所述调节螺纹副设在钢球上方，用于实现半导体激光器8的俯仰姿态的调节，另一个所述调节螺纹副设在钢球的左右方向上，用于实现半导体激光器8的左右方向的转动，从而实现半导体激光器8整体指向的调节，调节范围为±3º，由于机械部件已经保证激光出射位置在光轴上，因此调节量很小，仍然可以保证激光出射位置偏离光轴很小，这对于整个系统并无影响。

所述通光筒3的底部固定在二维调节架9上，所述二维调节架9用于调节针孔相机整体姿态，所述二维调节架9包括具有二维转动调节功能的调节件，所述调节件包括一维倾斜台和可左右转动的旋转台，其结构与传统调节件相似，可采用相同功能的调节件进行替代，所述一维倾斜台安装在旋转台的可转动结构上，所述一维倾斜台的调节方向对应通光筒的轴线方向，所述一维倾斜台用于实现通光孔3俯仰方向的调节；旋转台用于实现通光孔3水平方向上的左右转动调节，其调节角度范围均大于±3º。

调节用针孔板，其针孔尺寸约φ200mm，用于调节激光穿透（针孔相机标准针孔约φ15mm，调节激光几乎不能穿透）。

一种对上述针孔相机进行激光辅助瞄准的方法，该方法包括有如下步骤：

第一步，将针孔板1、针孔座外壳2、通光筒3、底片室4、滤片5和底片及底片盒6组成无调节机构的标准针孔相机，所述的滤片5与底片及底片盒6贴合以组成一个整体结构，该整体结构插入至底片室4中，且滤片5和底片的中心位置位于光轴上；

第二步，在标准针孔相机中取出滤片5、底片及底片盒6，并将针孔板1更换为调节用针孔板，在底片室4的外侧安装固定二维调节激光座7；

第三步，在二维调节激光座7上安装半导体激光器8，打开激光电源，通过调节二维调节激光座7使得调节用针孔板小孔、底片及底片盒6中心、二维调节激光座7前端小孔、半导体激光器8出射口位于标准针孔相机轴线上，激光从针孔相机前端的调节针孔板的针孔中穿出；

第四步，在靶位位置放置定位小球，在靶室内初步固定针孔相机，初步调整到定位小球距离；

第五步，打出激光光源，通过二维调节架9来调整相机的整体姿态，使得针孔相机前端出射的激光照射在靶定位小球上；

第六步，测量针孔到定位小球的距离，拆下调节用针孔板并更换上针孔板1，安装滤片5、底片及底片盒6，取出半导体激光器8，实现针孔相机的激光辅助瞄准。

实验验证

在高功率激光联合实验室的“神光Ⅱ”高功率激光装置的打靶实验中，采用本实施例的针孔相机进行实验验证。实验前按照上述调节方法和步骤进行调节，然后开展测量实验。采用本发明的针孔相机，调节大大简化，在确定靶室内安装位置和初步固定后，调节时间通常在5分钟以内，相比以前，大大减小了安装调试时间。几轮实验中，进行了不少于30发次的实验，从未发生测量信号偏出底片的情况，表明本发明是简易有效的。

毫无疑问，尽管参照上述的实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (4)

1.一种X射线成像的针孔相机，其包括针孔相机本体，该针孔相机本体包括有针孔板(1)、针孔座外壳(2)、通光筒(3)、底片室(4)、滤片(5)、底片及底片盒(6)，所述的针孔座外壳(2)、通光筒(3)和底片室(4)依次机械螺纹连接且处于同一轴线上，所述针孔板(1)上设有用于小孔成像的针孔，其特征在于，所述的滤片(5)与底片及底片盒(6)贴合以组成一个整体结构，该整体结构插入至底片室(4)中，且滤片(5)和底片的中心位置位于光轴上；

在所述底片室(4)的外侧固定有二维调节激光座(7)，在二维调节激光座(7)上与底片室(4)相对的一侧安装有半导体激光器(8)，在二维调节激光座(7)和底片室(4)的光轴位置开有供调节激光通过的小孔，所述二维调节激光座(7)包括用于调节激光方向的调节机构，所述调节机构包括固定板、活动板、连接在固定板和活动板之间的钢球、二根用于提供拉力的弹簧和二个调节螺纹副，其中一个所述调节螺纹副设在钢球上方，另一个所述调节螺纹副设在钢球的左右方向上；

所述通光筒(3)的底部固定在二维调节架(9)上，所述二维调节架(9)包括具有二维转动调节功能的调节件，所述调节件包括一维倾斜台和可左右转动的旋转台，所述一维倾斜台安装在旋转台的可转动结构上，所述一维倾斜台的调节方向对应通光筒(3)的轴线方向。

2.根据权利要求1所述的一种X射线成像的针孔相机，其特征在于，所述针孔板上的针孔直径为15μm ，所述二维调节激光座(7)和底片室(4)上开的小孔直径为1mm。

3.一种对权利要求1所述针孔相机进行激光辅助瞄准的方法，其特征在于，该方法包括有如下步骤：

第一步，将针孔板(1)、针孔座外壳(2)、通光筒(3)、底片室(4)、滤片(5)和底片及底片盒(6)组成无调节机构的标准针孔相机，所述的滤片(5)与底片及底片盒(6)贴合以组成一个整体结构，该整体结构插入至底片室(4)中，且滤片(5)和底片的中心位置位于光轴上；

第二步，在标准针孔相机中取出滤片(5)、底片及底片盒(6)，并将针孔板(1)更换为调节用针孔板，所述调节用针孔板的针孔尺寸约φ200mm，用于调节激光穿透，在底片室(4)的外侧安装固定二维调节激光座(7)；

第三步，在二维调节激光座(7)上安装半导体激光器(8)，打开激光电源，通过调节二维调节激光座(7)使得调节用针孔板小孔、底片及底片盒(6)中心、二维调节激光座(7)前端小孔、半导体激光器(8)出射口位于标准针孔相机轴线上，从而使激光从针孔相机前端的调节针孔板的针孔中穿出；

第四步，在靶位位置放置定位小球，在靶室内初步固定针孔相机，初步调整到定位小球距离；

第五步，打出激光光源，通过二维调节架(9)来调整相机的整体姿态，使得针孔相机前端出射的激光照射在靶定位小球上；

第六步，测量针孔到定位小球的距离，拆下调节用针孔板并更换上针孔板(1)，安装滤片(5)、底片及底片盒(6)，取出半导体激光器(8)，实现针孔相机的激光辅助瞄准。

4.根据权利要求3所述的激光辅助瞄准方法，其特征在于，所述二维调节激光座(7)的调节角度范围为±3º。