[发明专利]粒子场光学全息高精度再现采集系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像光学诊断系统及方法，具体涉及一种粒子场光学全息再现采集系统及方法。

背景技术

粒子场全息诊断技术具备非接触、高精度、测试空间大等优点，特别是它可以直接给出粒子场的三维信息，已成为粒子场测量的标准方法。粒子场的再现采集是粒子场光学全息诊断技术中必不可少的环节。记录粒子场信息的全息干涉图经光学再现得到原粒子场的三维再现像，用CCD接受粒子场各层面的再现图像并将其输入计算机进行存储和后期处理，该过程称为粒子场的再现采集。

由于粒子场诊断的粒子多为微米量级的小粒子，为满足图像接收器件CCD的分辨要求，通常要将再现粒子场经成像透镜放大后再成像到CCD灵敏面进行接受。由于粒子场诊断要求定量给出再现粒子的尺度及空间位置等参数，因此在图像采集开始之前，必须将再现粒子场的基准面和CCD的灵敏面分别精确定位到成像透镜的前焦面和后焦面处。

由于成像透镜和CCD灵敏面存在外部机械接口部件，实验中直接通过长度测量无法精确确定全息干板和CCD的位置。在当前使用的粒子场光学全息再现采集系统中，通常先按照成像透镜给定的物距和像距，粗略地放置全息干板和CCD，然后再细微调节。其调节的依据为：当再现粒子场的基准面和CCD的灵敏面分别精确定位到成像透镜的前焦面和后焦面时，基准面上标准丝的再现像清晰且其放大倍数与成像透镜设计使用的放大倍数相同。由于调节过程没有固定的参照，且像的清晰度对像大小的度量精度有直接的影响，使得调节过程就很盲目，不但耗费时间多，而且定位精度低，影响了系统最终的数据精度。

为了避免盲目性，提高工作效率，另一种做法是：估测CCD的灵敏面到其机械接口的距离，结合透镜像距的给定值，直接通过长度测量来确定CCD的位置；再以CCD的灵敏面为透镜的后焦面，根据透镜成像原理，通过判读基准面上标准丝的再现像清晰度来确定全息干板的位置。这个做法中，由于存在估测误差和长度测量误差，使得CCD的定位不够精确，往往有mm量级的偏差，降低了系统最终的数据精度。

发明内容

为了解决现有粒子场光学全息再现采集技术中光路调节的效率低、精度低及其导致的系统最终数据精度低的问题，本发明提供了一种粒子场光学全息高精度再现采集的系统及方法，借助透镜焦面定位装置，依据透镜成像原理快速实现了系统光路的精确调节，提高了系统最终的数据精度。

本发明的技术解决方案为：

一种粒子场光学全息高精度再现采集系统，包括激光器1、扩束准直装置2、粒子场信息载体、载体定位及移动装置、成像透镜5、CCD7、CCD定位及移动装置、计算机9；所述扩束准直装置2、粒子场信息载体、成像透镜5、CCD7依次设置在激光器1的输出光路上，所述CCD7与计算机9相连；所述CCD7的灵敏面设置在成像透镜5后焦面处；所述粒子场信息载体为承载有粒子场信息的全息干板3；所述载体定位及移动装置包括用于粒子场信息载体安装及移动控制的三维平移台4；所述CCD定位及移动装置包括用于CCD安装及移动控制的一维平移台8，其特殊之处是：所述CCD定位及移动装置还包括透镜焦面定位装置；所述透镜焦面定位装置包括定位部件6和标准分划板10；所述标准分划板安装在定位部件6的一端面，所述定位部件6的另一端面与成像透镜5的物面侧连接；所述定位部件用于确保标准分划板10的光刻面位于成像透镜5的前焦面上。

上述标准分划板10最好与定位部件6固定连接；上述定位部件6最好与成像透镜5活动连接。

上述定位部件6优选空心套筒。

一种粒子场光学全息高精度再现采集方法，包括以下步骤：

1]图像接受器件CCD的精确定位，具体步骤如下：

1.1]在激光器1输出的光路上依次设置扩束准直装置2和成像透镜5，并将成像透镜5固定；

1.2]在成像透镜5的物面侧安装透镜焦面定位装置；所述透镜焦面定位装置包括定位部件6和标准分划板10；所述标准分划板安装在定位部件的一端面，所述定位部件的另一端面与成像透镜的物面侧连接；所述定位部件用于确保标准分划板10的光刻面位于成像透镜5的前焦面上；

1.3]将CCD7安装在一维平移台8上，并将CCD设置在激光器1输出光路上的成像透镜5后焦面附近，并将CCD与计算机9连接，然后沿光轴方向移动CCD7，同时在计算机上判读标准分划板10的光刻面上相应线对在CCD上所成图像的质量，直到图像清晰时将CCD固定好，则CCD7的灵敏面定位于成像透镜的后焦面处；

2]确定粒子场的轴向初始采集位置及轴向坐标的参考零点，具体步骤如下：