CN105739219B - 多序列激光阴影照相系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超高速瞬态成像领域，涉及一种多序列激光阴影照相系统，包括顺次连接的光源系统(2)、平行光透射成像装置(1)、成像系统(4)和数据采集与处理系统(5)；其特征在于，光源系统(2)的出口光束位于第一透镜(6)和第二透镜(7)组合准直透镜的焦距位置，成像系统(4)的入口位于第三透镜(9)和第四透镜(10)组合成像透镜后的焦距位置；所述平行光透射成像装置包括第一透镜(6)和第二透镜(7)组成准直透镜、第三透镜(9)和第四透镜(10)组成成像透镜，第一透镜(6)材料为BK7，其折射率为1.580，阿贝常数为64.169998；第二透镜(7)材料为SF1，其折射率为1.71736，阿贝常数为29.51；第一透镜(6)中心厚度为12.0mm，两个面都为凸面，曲率分别为2455.15mm、766.66mm；第二透镜(7)中心厚度为12.0mm，两个面分别为凹面和凸面，曲率分别为‑766.66mm、1373.30mm；准直透镜的焦距为1000mm，通光口径为100mm，表面镀532nm波长的激增透膜。

Description

多序列激光阴影照相系统
技术领域
本发明属于超高速瞬态成像领域，涉及一种多序列激光阴影照相系统。
背景技术
随着我国航天技术、武器装备和基础学科的发展，涉及超高速空气动力学、超高速碰撞、爆炸与冲击、燃烧与化学反应等领域的研究不断深入。在这些研究工作中，许多现象是持续时间仅为微秒甚至纳秒级的超高速瞬态变化过程，需要有一种照相系统能够对这一过程进行清晰、连续地成像记录，以便掌握物理现象的本质。这种照相系统除了幅频要求达到1000万幅/秒(即曝光成像时间最短100ns)，能够对超高速瞬态变化过程进行序列成像外，还必须确保每幅图像的分辨率足够高，曝光时间足够短，从而提高成像清晰度，减小超高速运动引起图像的模糊失真。
目前国内只有中科院西安光机所、深圳大学能生产序列数量大于8个、曝光成像时间大于200纳秒的转镜式分幅胶片成像系统，由于采用机械旋转的方式，每幅图像的曝光时间难以小于100ns。国内数字式序列成像系统在研制和生产上还不成熟，难以满足工程化的需要。国外序列数量大于8个，曝光时间小于100ns的超高速数字成像系统技术比较成熟，通常采用昂贵的纳秒级光电快门实现序列成像，但这类高端产品对我国实行禁运和技术封锁。
为了满足超高速目标变化过程多序列成像，发展了多序列激光阴影照相系统，该照相系统是利用多激光光源光束在不同空间位置及偏折原理进行分光，实现多束光进行重合或分离以对同一目标单独成像。多序列激光阴影照相系统主要包括光源系统、平行光透射成像装置、成像系统及数据采集与处理系统。
为了满足超高速目标变化过程多序列成像，国内需要自行发展曝光时间小于100ns的多序列照相系统。目前国外多序列照相是直接对测试区域进行成像(即前光成像)，成像时感光介质接收测试区域的反射光，并通过微通道板技术把不同时刻的成像图像进行分开。但因为国内未掌握微通道板分光成像技术，则难以实现把不同时刻的成像图像进行分开。
发明内容
本发明的目的在于提供一种把不同时刻成像图像分开的平行光透射成像装置。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种多序列激光阴影照相系统。
一种多序列激光阴影照相系统，包括顺次连接的光源系统、平行光透射成像装置、成像系统和数据采集与处理系统；光源系统的出口光束位于第一透镜和第二透镜组合准直透镜的焦距位置，成像系统的入口位于第三透镜和第四透镜组合成像透镜后的焦距位置；所述平行光透射成像装置包括第一透镜和第二透镜组成准直透镜、第三透镜和第四透镜组成成像透镜，第一透镜材料为BK7，其折射率为1.580，阿贝常数为64.169998；第二透镜材料为SF1，其折射率为1.71736，阿贝常数为29.51；第一透镜中心厚度为12.0mm，两个面都为凸面，曲率分别为2455.15mm、766.66mm；第二透镜中心厚度为12.0mm，两个面分别为凹面和凸面，曲率分别为-766.66mm、1373.30mm；准直透镜的焦距为1000mm，通光口径为100mm，表面镀532nm波长的激增透膜；第一透镜和第四透镜参数一致，第二透镜和第三透镜参数一致；成像透镜的焦距为1000mm；平行光透射成像装置还包括透镜调节支架，用于对准直透镜和成像透镜的位置和角度进行调节；光源系统形成发散光束，发散光束通过平行光透射成像装置后形成平行光束，平行光束穿过测试区域后进一步通过平行光透射成像装置汇聚进入成像系统，成像系统对测试区域不同时刻进行成像，数据采集与处理系统把获得的图像进行采集和处理。
本发明有益效果如下：
1.在多序列激光阴影照相系统中从光源系统发出的不同光束位于不同位置，通过透射式平行光透射成像装置后能够在不同位置产生多个实焦点，不同实焦点可以通过多序列激光阴影照相系统中成像系统的分光装置把不同序列的光束在空间上进行分开。2.不同序列激光束都位于准直系统的一倍焦距平面内，因此都能产生平行光束，保证测试区域的成像比例一致。3.平行光束通过成像透镜时的光搜集效率较高，而杂光因为向四周散射，其能量相对于序列激光束能量很低，因此光路中不会产生杂光，利于成像系统光束的分光。
附图说明
图1为本发明多序列激光阴影照相系统的结构示意图；
图2为本发明第一透镜和第二透镜组成准直透镜的结构示意图；
图3为实施例中多序列激光阴影照相系统的结构示意图。
具体实施方式
一种多序列激光阴影照相系统，如图1和图2所示，包括第一透镜6和第二透镜7组成准直透镜、用于对光束的准直；第三透镜9和第四透镜10组成成像透镜，用于对平行光束光束进行汇聚，结合成像系统物镜实现对测试区域清晰成像；透镜调节支架，用于对准直透镜和成像透镜的位置和角度进行调节。
第一透镜6材料为BK7，其折射率为1.580，阿贝常数为64.169998；第二透镜7材料为SF1，其折射率为1.71736，阿贝常数为29.51；第一透镜6中心厚度为12.0mm，两个面都为凸面，曲率分别为2455.15mm、766.66mm；第二透镜7中心厚度为12.0mm，两个面分别为凹面和凸面，曲率分别为-766.66mm、1373.30mm；准直透镜的焦距为1000mm，通光口径为100mm，表面镀532nm波长的激增透膜；
第一透镜6和第四透镜10参数一致，第二透镜7和第三透镜9参数一致；成像透镜的焦距为1000mm。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：
实施例1
多序列激光阴影照相系统如图3所示，包括顺次连接的光源系统2、平行光透射成像装置1、成像系统4和数据采集与处理系统5，光源系统2的出口光束位于第一透镜6和第二透镜7组合准直透镜的焦距位置，成像系统4的入口位于第三透镜9和第四透镜10组合成像透镜后的焦距位置。
如图3所示，从多序列激光阴影照相系统的光源系统2形成发散光束3，发散光束3通过平行光透射成像装置1后形成平行光束，平行光束穿过测试区域8后进一步通过平行光透射成像装置1汇聚进入成像系统4，成像系统4对测试区域不同时刻进行成像，数据采集与处理系统5把获得的图像进行采集和处理。
其中，光源系统2中不同时刻发出的激光束通过平行光透射成像装置1后产生平行光束，平行光束进一步通过平行光透射成像装置1后汇聚成一个实焦点，同时实焦点在空间上是分开的，通过成像系统4的分光装置后能够把不同的实焦点形成的光路进一步分开，成像系统的不同感光介质分别接收不同实焦点的形成的成像光斑，不同时刻的成像光斑互相不干扰，数据采集与处理系统5实现对成像系统中的不同成像光斑进行采集和数据传输。
实施例1中，平行光透射成像装置结合光源系统、成像系统、数据采集与处理系统可以实现曝光成像时间最小10ns及成像分辨率大于1000万像素的序列成像。

Claims (1)

1.一种多序列激光阴影照相系统，包括顺次连接的光源系统(2)、平行光透射成像装置(1)、成像系统(4)和数据采集与处理系统(5)；其特征在于，光源系统(2)的出口光束位于第一透镜(6)和第二透镜(7)组合准直透镜的焦距位置，成像系统(4)的入口位于第三透镜(9)和第四透镜(10)组合成像透镜后的焦距位置；所述平行光透射成像装置包括第一透镜(6)和第二透镜(7)组成准直透镜、第三透镜(9)和第四透镜(10)组成成像透镜，第一透镜(6)材料为BK7，其折射率为1.580，阿贝常数为64.169998；第二透镜(7)材料为SF1，其折射率为1.71736，阿贝常数为29.51；第一透镜(6)中心厚度为12.0mm，两个面都为凸面，曲率分别为2455.15mm、766.66mm；第二透镜(7)中心厚度为12.0mm，两个面分别为凹面和凸面，曲率分别为-766.66mm、1373.30mm；准直透镜的焦距为1000mm，通光口径为100mm，表面镀532nm波长的激增透膜；第一透镜(6)和第四透镜(10)参数一致，第二透镜(7)和第三透镜(9)参数一致；成像透镜的焦距为1000mm；平行光透射成像装置还包括透镜调节支架，用于对准直透镜和成像透镜的位置和角度进行调节；光源系统(2)形成发散光束(3)，发散光束(3)通过平行光透射成像装置(1)后形成平行光束，平行光束穿过测试区域后进一步通过平行光透射成像装置(1)汇聚进入成像系统(4)，成像系统(4)对测试区域不同时刻进行成像，数据采集与处理系统(5)把获得的图像进行采集和处理。
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