CN113985695B - 分幅延迟结构和分幅延迟照明结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分幅延迟结构，包括：光学延迟组件和微透镜阵列，其中，所述光学延迟组件包括多个延迟构件，其中，至少存在两个延迟构件的折射率不同，每个延迟构件的出光面均与所述微透镜阵列的入光面直接连接。本发明还公开了一种分幅延迟照明结构。本发明至少解决了如何兼顾分幅延迟结构的体积和分幅图像的时间分辨率的技术问题。

Description

分幅延迟结构和分幅延迟照明结构

技术领域

本发明涉及极高速成像技术领域。更具体地说，本发明涉及一种分幅延迟结构和分幅延迟照明结构。

背景技术

极高速成像技术是记录瞬态事件在原子时间(10-12～10-15s)尺度里性态变化的主要手段，对生物、物理、化学等基础科学研究具有重要意义，并为诸多前沿科学应用研究和重大工程项目提供重要依据，因此，广泛应用于材料科学、非线性光学、等离子体物理学、弹道及射程研究、爆炸研究、冲击波研究等要求成像技术具有高时间和空间分辨能力的领域。

随着时代的发展，极高速成像(尤其是针对不可重复事件的单次曝光极高速成像技术)的需求不仅仅局限于科研领域，对工业工程领域也具有指导作用。例如对飞秒激光加工过程、激光损伤过程研究等，可以极大提高制造精度和节省成本。因此对极高速成像设备的小型化、集成化的改进，具有重要意义。

为了实现单次曝光的极高速成像，需要应用时间分幅技术对原子时间尺度下的动态过程进行处理。

现有时间分幅技术包括FINMOPA(光参量放大技术)、全息技术、STAMP技术、CUP技术、照明调制技术等，但是这些技术都或多或少存在一些缺陷，无法满足产品需求。

具体来说，FINMOPA技术、全息技术等都可以实现高时间分辨率的极高速成像，但均采用分光路的形式实现分幅延迟，其中的分光单元和延迟单元分离设计，因此使得系统复杂，随着分幅数量的增加，成像系统会更加庞大且增加光路调制难度。采用啁啾脉冲展宽分光原理的STAMP技术，虽然将分幅延迟结构中的分光单元和延迟单元集成为一体，但其时间分辨率受测不准关系限制，也即，时间分辨率越高，其单次曝光的画幅数量越少；时间分辨率越低，其单次曝光的画幅数量越多，甚至可能出现画幅时间的重合现象，导致无法分辨和测量时间分辨率。

采用压缩感知技术的CUP技术，可以获得大量画幅但其空间分辨率低。

对于如何实现高时空分辨率的单次曝光极高速成像，还有一种重要手段，就是照明调制技术，但是其同样也存在诸多缺陷。

在现有的照明调制技术中：基于频率识别算法的FRAME技术(“FRAME：femtosecondvideography for atomic and molecular dynamics”)率先实现仅受脉冲限制的飞秒成像，但其延迟光路采用分光延迟结构导致其体积庞大，其随后的改进型(“Long sequencesingle-exposure videography using spatially modulated illumination”)中通过DOE和DMD集成了分幅延迟结构，但其时间分辨率下降到微秒尺度。

此外，在2019年，发明专利“多角度照明超高速成像装置”(专利号ZL201910236367.6)中，提出了一种集成分幅延迟结构的极高速成像装置，并在文献(“Single-shot ultrafast phase retrieval photography”)提出一种时间分辨率在皮秒尺度下的时序空间点光源阵列。然而，这种方案的时间分辨率和照明视场固定且时序点光源加工工艺相对复杂，一定程度上限制了照明结构的在时间和空间尺度上的使用场景。

发明内容

本发明的一个目的是至少解决上述问题，并提供相应的有益效果。

本发明的另一个目的是，提供分幅延迟结构和分幅延迟照明结构，至少解决了如何兼顾分幅延迟结构的体积和分幅图像的时间分辨率的技术问题。

本发明主要通过以下诸方面中的技术方案实现：

<本发明的第一方面>

第一方面提供了一种分幅延迟结构，包括：

光学延迟组件和微透镜阵列，其中，

所述光学延迟组件包括多个延迟构件，其中，至少存在两个延迟构件的折射率不同，每个延迟构件的出光面均与所述微透镜阵列的入光面直接连接。

在本发明的第一方面，延迟构件的出光面与微透镜阵列的入光面直接连接。因此，作为延迟单元的光学延迟组件和作为分光单元的微透镜阵列可以集成为紧密的、一体的光学元件，使得分幅延迟结构在结构上更加紧凑，有效地简化分幅延迟结构的组成结构，减小分幅延迟结构的体积。相较于分光路形式实现分幅延迟的现有技术，本发明能够在压缩分光延迟结构体积的同时，降低光路的调制难度。

此外，延迟构件的时间延迟，是通过折射率这一光学特性得以实现，由于折射率在光学领域中是可测量且固定不变的物理量，因此，能够保证分幅延迟结构的时间分辨率处于原子时间内，实现单次曝光的极高速成像。并且，能够通过更换不同折射率的延迟构件，精准的调节时间分辨率，从而可以避免单次曝光下画幅时间重合的现象。

在一些技术方案中，所述延迟构件的出光面与所述微透镜阵列的入光面贴合连接或者平行。即，每个延迟构件的出光面均与微透镜阵列的入光面接触连接，也即两者贴合在一起。可以进一步使得分幅延迟结构在结构上更加紧凑。

在一些技术方案中，所述延迟构件包括第一延迟元件和第二延迟元件中的至少一者，且第一延迟元件和第二延迟元件的数量之和大于等于二；其中，

所述第一延迟元件与所述第二延迟元件的折射率不同。

通过上述技术方案，能够通过将延迟构件的第一延迟元件更换为第二延迟元件，或者将第二延迟元件更换为第一延迟元件，使得同一光线经同一延迟构件传播时可以产生不同的光程，以此来调节每个延迟构件的时间分辨率。

在一些技术方案中，所述第一延迟元件和所述第二延迟元件与所述微透镜阵列的子透镜大小相同。

在一些技术方案中，所述第一延迟元件和所述第二延迟元件为玻璃片。

在一些技术方案中，所述分幅延迟结构还包括光束限制元件，所述光束限制元件设置有第一通光通道，所述第一通光通道用于容置所述光学延迟组件。

在一些技术方案中，所述光束限制元件为光阑。

在一些技术方案中，所述分幅延迟结构还包括透光元件，所述透光元件的出光面与所述光束限制元件的入光面贴合连接，用于固定所述光学延迟组件。

在一些技术方案中，所述分幅延迟结构还包括第一压板和第二压板，其中，

所述透光元件位于所述第一压板与所述光束限制元件之间，所述第一压板通过第一固定构件与所述光束限制元件连接，用于固定所述透光元件；

所述微透镜阵列位于所述第二压板与所述光束限制元件之间，所述第二压板通过第二固定构件与所述光束限制元件连接，用于固定所述微透镜阵列。

<本发明的第二方面>

本发明第二方面提供了一种分幅延迟照明结构，包括：

光源结构；

本发明第一方面提供的分幅延迟结构；以及

位置可调的照明结构；

其中，所述分幅延迟结构根据所述光源结构出射的光源生成时序点光源阵列，所述时序点光源阵列经所述照明结构汇聚形成面积可调的照明区域。

在本发明的第二方面，通过移动照明结构，调节其与分幅延迟结构之间的距离，使得照明区域的面积随该距离的变化而变化，由此，可以产生不同尺寸的照明区域，以适应各种应用场景。

在一些技术方案中，所述光源结构包括：

激光器；和

准直光学组件，用于将所述激光器出射的激光光源准直成所述分幅延迟结构的入射光。

在一些技术方案中，所述照明结构包括至少一个透镜。

本发明的实施例至少具备以下有益效果：

在一些技术方案中，本发明提供的分幅延迟结构，其延迟构件的出光面与微透镜阵列的入光面为直接连接。因此，作为延迟单元的光学延迟组件和作为分光单元的微透镜阵列可以集成为紧密的、一体的光学元件，使得分幅延迟结构在结构上更加紧凑，有效地简化分幅延迟结构的组成结构，减小分幅延迟结构的体积。

此外，延迟构件的时间延迟，是通过折射率这一光学特性得以实现，由于折射率在光学领域中是可测量且固定不变的物理量，因此，能够保证分幅延迟结构的时间分辨率处于原子时间内，实现单次曝光的极高速成像。并且，能够通过更换不同折射率的延迟构件，精准的调节时间分辨率，从而可以避免单次曝光下画幅时间重合的现象。

在一些技术方案中，本发明提供的延迟构件包括第一延迟元件和第二延迟元件中的至少一者，且第一延迟元件和第二延迟元件的数量之和大于等于二；其中，所述第一延迟元件与所述第二延迟元件的折射率不同。因此，本发明能够通过将延迟构件的第一延迟元件更换为第二延迟元件，或者将第二延迟元件更换为第一延迟元件，使得同一光线经同一延迟构件传播时可以产生不同的光程，以此来调节每个延迟构件的时间分辨率。

本发明提供的分幅延迟结构，其不同折射率的延迟构件能够使入射光被分束成不同光程的延迟光线，换言之，延迟光线将根据时序完成相同直线距离的传播。基于延迟光线与时序之间的对应关系，以及微透镜阵列的入光面与延迟构件的出光面之间的连接关系，微透镜阵列能够根据时序汇聚延迟光线，在微透镜阵列的焦平面上形成时序点光源阵列。

还应当提及的是，微透镜阵列中子透镜的聚焦作用使得时序点光源发散，因此，可以通过调整具有不同焦距的微透镜阵列，实现发散角的调节。

本领域技术人员还可通过更换所述微透镜阵列，调整具有不同直径的子透镜，使得子透镜成像的空间分辨率具有可调性。

在一些技术方案中，本发明提供的分幅延迟照明结构，可以通过移动照明结构，调节其与分幅延迟结构之间的距离，使得照明区域的面积随该距离的变化而变化，由此，可以产生不同尺寸的照明区域，以适应各种应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的分幅延迟结构在一些实施例中的结构示意图；

图2为本发明的分幅延迟结构在另一些实施例中的结构示意图；

图3为本发明的延迟构件在一些实施例中的结构示意图；

图4为本发明的光学延迟组件其中一层延迟元件的排列布局在一些实施例中的结构示意图；

图5为本发明的光学延迟组件内层与层之间的布局在一些实施例中的结构示意图；

图6为本发明的光学延迟组件其中一层延迟元件的排列布局在另一些实施例中的结构示意图；

图7为本发明的光束限制元件其中一端在一些实施例中的结构示意图；

图8为本发明的微透镜阵列在一些实施例中的结构示意图；

图9为本发明的分幅延迟结构在又一些实施例中的结构示意图；

图10为本发明的分幅延迟结构在又一些实施例中的结构示意图；

图11为本发明的分幅延迟照明结构在一些实施例中的结构示意图；

图12为本发明的分幅延迟照明结构在另一些实施例中的结构示意图；

图13为本发明的光源结构在一些实施例中的结构示意图；

附图标号说明：

10、分幅延迟结构；

11、光学延迟组件；111、延迟构件；1111、第一延迟元件；1112、第二延迟元件；

12、微透镜阵列；121、子透镜；

13、光束限制元件；131、第一通光通道；132、第一限位部；

14、透光元件；

15、第一压板；151、第一固定构件；152、第二限位部；153、第二通光通孔；154、第一固定部；

16、第二压板；161、第二固定构件；162、第三通光通孔；163、第二固定部；

20、分幅延迟照明结构；

21、光源结构；211、激光器；212、准直光学组件；

22、照明结构；

S、第一通光通道的一端；

A、选取区域；

C1、第一层；C2、第二层；C3、第三层；

D、照明区域；

R1、第一行；R2、第二行；R3、第三行；

L1、第一列；L2、第二列；L3、第三列。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例的说明书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一延迟元件和第二延迟元件是用于区别不同的延迟元件，而不是用于描述延迟元件的特定顺序；再如，第一压板和第二压板是用于区别不同的压板，而不是用于描述压板的特定顺序。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除以上所述外，仍需要强调的是，在本文中提及“实施方式”意味着，结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式，也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。

<分幅延迟结构>

如图1所示，为本发明提供的分幅延迟结构10，包括光学延迟组件11和微透镜阵列12。所述光学延迟组件11包括多个延迟构件111，其中，至少存在两个延迟构件111的折射率不同，每个延迟构件111的出光面均与所述微透镜阵列12的入光面直接连接。

所述延迟构件111包括第一延迟元件1111和第二延迟元件1112中的至少一者，且第一延迟元件1111和第二延迟元件1112的数量之和大于等于二。如图2和图3所示，示例性地，所述延迟构件111可以包括三个所述第一延迟元件1111，分别沿所述延迟构件111的入射光光轴方向依次贴合排列，即第一个所述第一延迟元件1111的出光面与第二个所述第一延迟元件1111的入光面贴合，第二个所述第一延迟元件1111的出光面与第三个所述第一延迟元件1111的入光面贴合；所述延迟构件111还可以包括三个所述第二延迟元件1112，分别沿所述延迟构件111的入射光光轴方向依次贴合排列，即第一个所述第二延迟元件1112的出光面与第二个所述第二延迟元件1112的入光面贴合，第二个所述第二延迟元件1112的出光面与第三个所述第二延迟元件1112的入光面贴合；所述延迟构件111亦可以包括两个所述第二延迟元件1112和一个所述第一延迟元件1111(如图3所示)，分别沿所述延迟构件111的入射光光轴方向依次贴合排列，即第一个所述第二延迟元件1112的出光面与第二个所述第二延迟元件1112的入光面贴合，第二个所述第二延迟元件1112的出光面与所述第一延迟元件1111的入光面贴合。

应当理解的是，所述延迟构件111中的延迟元件的排列顺序可以混合排列，并不限制为前述的示例。

顺便说明，所述光学延迟组件11中延迟元件的排列顺序可以按照如下示例排列：

如图4和图5所示，图4为光学延迟组件11的一层延迟元件的排列，光学延迟组件11每层的延迟元件排列布局均按照图4的布局排列，其中R1为第一行R1，R2为第二行R2，R3为第三行R3，L1为第一列L1，L2为第二列L2，L3为第三列L3；图5为光学延迟组件11中延迟元件层与层之间的布局参考图。

光学延迟组件11的第一层C1包含九个被排列成三行三列的第二延迟元件1112；所述光学延迟组件11的第二层C2包含六个被排列成二行三列的第二延迟元件1112，三个被排列成一行三列的第一延迟元件1111；所述光学延迟组件11的第三层C3包含三个被排列成一行三列的第二延迟元件1112，六个被排列成二行三列的第一延迟元件1111。其中，第二层C2的一行第一延迟元件1111重合在第一层C1中第一行R1的第二延迟元件1112之上；第二层C2的第一行R1的第二延迟元件1112重合在第一层C1中第二行R2的第二延迟元件1112之上；第二层C2的第二行R2的第二延迟元件1112重合在第一层C1中第三行R3的第二延迟元件1112之上；第三层C3的第一行R1的第一延迟元件1111重合在第二层C2一行第一延迟元件1111之上；第三层C3的第二行R2的第一延迟元件1111重合在第二层C2中第一行R1的第二延迟元件1112之上；第三层C3的一行的第二延迟元件1112重合在第二层C2中第二行R2的第二延迟元件1112之上。简言之，第二延迟元件1112采用阶梯式形状排列于光学延迟组件11中。

上述示例中，所述光学延迟组件11被设置成三行三列，在其他实施方式中，如图6所示，可以被设置成m行m-1列。

本领域技术人员应当理解的是，所述光学延迟组件11中延迟元件的排列顺序并不限制为上述所提及的示例。

还应当理解的是，所述第一延迟元件1111和所述第二延迟元件1112均为具有高透明度的薄片，所述薄片的材质可以是玻璃材料、塑料材料或者其他有机材料。所述第一延迟元件1111和所述第二延迟元件1112具有不同的折射率。

所述第一延迟元件1111可以是K9玻璃，其折射率可以是1.52，厚度可以是0.5mm。

所述第二延迟元件1112可以是JGS1石英玻璃片，其折射率可以是1.46，厚度可以是0.5mm。

在其他实施方式中，所述第一延迟元件1111与所述第二延迟元件1112的厚度可以不相同。

基于第一延迟元件1111和第二延迟元件1112制作材料和厚度的设计差异，结合时间分辨率的需求，本领域技术人员可以通过较低的成本实现分幅延迟。此外，延迟构件111由第一延迟元件1111和/或第二延迟元件1112贴合连接而成，在很大程度上降低了延迟构件111的加工难度。

所述第一延迟元件1111与所述第二延迟元件1112的形状大小相同，并且，与所述微透镜阵列12子透镜121的形状大小相同。

所述微透镜阵列12的结构参数可以是横向周期为4mm，纵向周期为2.5mm，焦距为30mm，厚度为2mm。当然，所述微透镜阵列12的结构参数可以由本领域技术人员根据实际需求而设置，本申请对此不进行进一步地限制。

所述延迟构件111的出光面与所述微透镜阵列12的入光面贴合连接或者平行。即，每个延迟构件111的出光面均与微透镜阵列12的入光面接触连接，也即两者贴合在一起。可以进一步使得分幅延迟结构10在结构上更加紧凑。

延迟构件111的出光面与微透镜阵列12的入光面直接连接。因此，作为延迟单元的光学延迟组件11和作为分光单元的微透镜阵列12可以集成为紧密的、一体的光学元件，使得分幅延迟结构10在结构上更加紧凑，有效地简化分幅延迟结构10的组成结构，减小分幅延迟结构10的体积。

此外，延迟构件111的时间延迟，是通过折射率这一光学特性得以实现，由于折射率在光学领域中是可测量且固定不变的物理量，因此，能够保证分幅延迟结构10的时间分辨率处于原子时间内，实现单次曝光的极高速成像。并且，能够通过更换不同折射率的延迟构件111，精准的调节时间分辨率，从而可以避免单次曝光下画幅时间重合的现象。

本发明的延迟构件111包括第一延迟元件1111和第二延迟元件1112中的至少一者，且第一延迟元件1111和第二延迟元件1112的数量之和大于等于二。因此，能够通过更换、增加或者减少第一延迟元件1111或者第二延迟元件1112，使得同一光线经同一延迟构件111传播时可以产生不同的光程，以此来实现调节每个延迟构件111的时间分辨率。

在一些实施方式中，如图2所示，所述分幅延迟结构10还包括光束限制元件13，所述光束限制元件13设置有第一通光通道131，所述第一通光通道131用于容置所述光学延迟组件11。所述第一通光通道131的形状与所述光学延迟组件11的形状相适配。示例性地，所述第一通光通道131的形状可以是长方体形，在其他实施方式中，所述第一通光通道131的形状也可以是其他形状，其形状可以由本领域技术人员根据实际需求而设置，本申请对此不进行进一步地限制。

接着如图7和图8所示，所述第一通光通道的一端S还用于选取与所述延迟构件111连接的子透镜121。示例性地，如图7和图8所示，若所述第一通光通道131容置了9个延迟构件111，则微透镜阵列12中的选取区域A则包含9个子透镜121。

所述光束限制元件13可以是光阑。所述光阑的外部形状可以是长方体形，在其他实施方式中，也可以是其他形状，例如圆柱体形。

所述光束限制元件13被设置有第一限位部132，如图9所示，所述微透镜阵列12容置于所述第一限位部132内，所述第一限位部132的形状与所述微透镜阵列12的形状相适配。

在一些实施方式中，所述分幅延迟结构10还包括透光元件14，如图2所示，所述透光元件14的出光面与所述光束限制元件13的入光面贴合连接，用于固定所述光学延迟组件11。当所述透光元件14与所述光束限制元件13贴合连接时，所述光学延迟组件11的入光面亦与所述透光元件14的出光面贴合连接。应当理解的是，在本申请中，所述透光元件14与所述光束限制元件13的贴合连接为部分贴合连接，即部分所述透光元件14与部分所述光束限制元件13贴合连接。所述透光元件14与所述光学延迟组件11的贴合连接也为部分贴合连接，但此部分贴合连接指的是部分所述透光元件14与全部所述光学延迟组件11贴合连接。在其他实施方式中，所述透光元件14与所述光束限制元件13、以及所述光学延迟组件11的贴合连接关系可以由本领域技术人员设置。

所述透光元件14的材质为高透材料，具体地，可以是玻璃片。

在一些实施方式中，如图9和图10所示，所述分幅延迟结构10还包括第一压板15和第二压板16，其中，

所述透光元件14位于所述第一压板15与所述光束限制元件13之间，所述第一压板15通过第一固定构件151与所述光束限制元件13连接，用于固定所述透光元件14；

所述微透镜阵列12位于所述第二压板16与所述光束限制元件13之间，所述第二压板16通过第二固定构件161与所述光束限制元件13连接，用于固定所述微透镜阵列12。

所述第一压板15和所述第二压板16的材质可以是塑料材料或者玻璃材料。

如图9所示，所述第一压板15上被设置有第二限位部152，所述第二限位部152用于容置所述透光元件14。具体地，可以是所述透光元件14的端部容置于所述第二限位部152。所述第一压板15的外部形状大小可以与所述光束限制元件13的外部形状大小相同。所述第一压板15还包括第二通光通孔153，所述第二通光通孔153的直径比所述第一通光通孔的直径大，此设计的目的在于，避免遮挡所述光学延迟组件11的入射光。

在其他实施方式中，如图10所示，所述透光元件14也可嵌入所述光束限制元件13中。

所述第一压板15上还被设置有第一固定部154，其形状与所述第一固定构件151相适配。

所述第一固定构件151穿过所述第一固定部154与所述光束限制元件13连接。所述第一固定构件151可以是螺钉。

所述第二压板16的外部形状大小可以与所述光束限制元件13的外部形状大小相同。所述第二压板16还包括第三通光通孔162，所述第三通光通孔162的直径比所述第一通光通孔的直径大，此设计的目的在于，避免遮挡所述微透镜阵列12的出射光。

所述第二压板16上还被设置有第二固定部163，其形状与所述第二固定构件161相适配。

所述第二固定构件161穿过所述第二固定部163与所述光束限制元件13连接。所述第二固定构件161可以是螺钉。

本发明提供的分幅延迟结构10，通过不同折射率的延迟构件111能够使入射光被分束成不同光程的延迟光线，换言之，延迟光线将根据时序完成相同直线距离的传播。基于延迟光线与时序之间的对应关系，以及微透镜阵列12的入光面与延迟构件111的出光面之间的连接关系，微透镜阵列12能够根据时序汇聚延迟光线，在微透镜阵列12的焦平面上形成时序点光源阵列。

还应当提及的是，微透镜阵列12中子透镜121的聚焦作用使得时序点光源发散，因此，可以通过调整具有不同焦距的微透镜阵列12，实现发散角的调节。

本领域技术人员还可通过更换所述微透镜阵列12，调整具有不同直径的子透镜121，使得子透镜121成像的空间分辨率具有可调性。

<分幅延迟照明结构>

如图11和图12所示本发明的第三方面提供了一种分幅延迟照明结构20，包括：

光源结构21；

本发明第二方面提供的分幅延迟结构10；以及

位置可调的照明结构22；

其中，所述分幅延迟结构10根据所述光源结构21出射的光源生成时序点光源阵列，所述时序点光源阵列经所述照明结构22汇聚形成面积可调的照明区域D。

在上述实施方式中，通过移动照明结构22，调节其与分幅延迟结构10之间的距离，使得照明区域D的面积随该距离的变化而变化，由此，可以产生不同尺寸的照明区域D，以适应各种应用场景。

需要说明的是，所述照明结构22的移动方向，为沿着分幅延迟结构10的出射光光轴方向或者光轴反方向，例如，将该照明结构22朝远离分幅延迟结构10的方向移动，或者将该照明结构22朝靠近分幅延迟结构10的方向移动，均能够形成多种不同尺寸的照明区域D。

在一些实施方式中，如图13所示，所述光源结构21包括：

激光器211；和

准直光学组件212，用于将所述激光器211出射的激光光源准直成所述分幅延迟结构10的入射光。

所述准直光学组件212可以是凸透镜、双胶合透镜或者模压非球透镜。本领域技术人员应当理解的是，本申请所提及的所述准直光学组件212并不限制为上述示例性地凸透镜、双胶合透镜或者模压非球透镜，所述准直光学组件212可以由本领域技术人员根据实际需求而设置。

在一些实施方式中，如图12所示，所述照明结构22包括至少一个透镜。所述透镜可以是变焦镜头，其应当满足

其中，D为照明区域，f为所述透镜的焦距，Dm为子透镜121的口径，fm为子透镜121的焦距。

在前述实施方式的前提下，与现有可实现飞秒成像时间分辨率最高的FRAME技术(“FRAME：femtosecond videography for atomic and molecular dynamics”)相比，FRAME技术采用分光路的形式实现分幅延迟，光路复杂并会随着分幅数量的增加而光学元件数量增加，增加调制难度；而本发明可以在实现同样时间分辨率的情况下，将分光单元和延迟单元压缩在同一光学元件上，减少了元件数量，缩小光路体积并降低了光路调制难度。

与现有紧凑型照明飞秒成像结构(记载于文献“Single-shot ultrafast phaseretrieval photography”)相比，该成像结构点光源阵列的产生，采用的是特殊加工工艺(微纳加工工艺)，且时间延迟不可调；而本发明通过不同透明材料组合形成的延迟阵列(即光学延迟组件)，无特殊工艺，实现容易且可以通过更换不同透明材料实现时间延迟可调。

与现有发明专利“多角度照明超高速成像装置”(专利号ZL201910236367.6)相比，本发明不要求照明瞬态事件的光束为准直光束，因此可以通过调节间距实现照明视场的变化，增加了适用场景。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和本文示出与描述的图例。

Claims (8)

1.分幅延迟结构，其特征在于，包括：

光学延迟组件和微透镜阵列，其中，

所述光学延迟组件包括多个延迟构件，其中，至少存在两个延迟构件的折射率不同，每个延迟构件的出光面均与所述微透镜阵列的入光面直接连接；

所述延迟构件包括第一延迟元件和第二延迟元件中的至少一者，且第一延迟元件和第二延迟元件的数量之和大于等于二；其中，

所述第一延迟元件与所述第二延迟元件的折射率不同；

所述延迟构件由所述第一延迟元件和/或所述第二延迟元件贴合连接而成；

所述光学延迟组件的第一层包含九个被排列成三行三列的第二延迟元件；所述光学延迟组件的第二层包含六个被排列成二行三列的第二延迟元件，三个被排列成一行三列的第一延迟元件；所述光学延迟组件的第三层包含三个被排列成一行三列的第二延迟元件，六个被排列成二行三列的第一延迟元件；

其中，第二层的一行第一延迟元件重合在第一层中第一行的第二延迟元件之上；第二层的第一行的第二延迟元件重合在第一层中第二行的第二延迟元件之上；第二层的第二行的第二延迟元件重合在第一层中第三行的第二延迟元件之上；第三层的第一行的第一延迟元件重合在第二层一行第一延迟元件之上；第三层的第二行的第一延迟元件重合在第二层中第一行的第二延迟元件之上；第三层的一行的第二延迟元件重合在第二层中第二行的第二延迟元件之上；

第二延迟元件采用阶梯式形状排列于光学延迟组件中；

所述第一延迟元件和所述第二延迟元件为玻璃片。

2.根据权利要求1所述的分幅延迟结构，其特征在于，所述延迟构件的出光面与所述微透镜阵列的入光面贴合连接。

3.根据权利要求1所述的分幅延迟结构，其特征在于，所述第一延迟元件和所述第二延迟元件与所述微透镜阵列的子透镜大小相同。

4.根据权利要求3所述的分幅延迟结构，其特征在于，所述分幅延迟结构还包括光束限制元件、透光元件、第一压板和第二压板；其中，

所述光束限制元件设置有第一通光通道，所述第一通光通道用于容置所述光学延迟组件；

所述透光元件的出光面与所述光束限制元件的入光面贴合连接，用于固定所述光学延迟组件；

所述透光元件位于所述第一压板与所述光束限制元件之间，所述第一压板通过第一固定构件与所述光束限制元件连接，用于固定所述透光元件；

所述微透镜阵列位于所述第二压板与所述光束限制元件之间，所述第二压板通过第二固定构件与所述光束限制元件连接，用于固定所述微透镜阵列。

5.根据权利要求4所述的分幅延迟结构，其特征在于，所述光束限制元件为光阑。

6.分幅延迟照明结构，其特征在于，包括：

光源结构；

权利要求4所述的分幅延迟结构；以及

位置可调的照明结构；

其中，所述分幅延迟结构根据所述光源结构出射的光源生成时序点光源阵列，所述时序点光源阵列经所述照明结构汇聚形成面积可调的照明区域。

7.根据权利要求6所述的分幅延迟照明结构，其特征在于，所述光源结构包括：

激光器；和

准直光学组件，用于将所述激光器出射的激光光源准直成所述分幅延迟结构的入射光。

8.根据权利要求6所述的分幅延迟照明结构，其特征在于，所述照明结构包括至少一个透镜。

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