[实用新型]一种可用于多幅纹影照相的超高速数字摄影装置及分光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及高速摄影技术领域，尤其是涉及一种可用于多幅超高速纹影照相的超高速数字摄影装置及分光器。

背景技术

高速摄影技术是研究高速物体运动的一种行之有效的方法，与普通摄影最根本的区别在于，高速摄影有高的时间分辩本领，能跟踪并记录快速变化过程的发生发展。自然界中许多物理、化学、生物等快速变化过程都必须借助高速摄影的方法才能进行观察和研究，比如震动、炮弹的飞行、火花放电、爆炸、物质的化学反应等等。因此，高速摄影技术在物理、生物、医学等领域有着广泛的应用。特别是在国防军事领域内，高速摄影技术更是发挥着极其重要的作用。

高速摄影设备大多以技术特点来进行分类，总体上可分为高速扫描相机和高速分幅相机，到目前为止，应用较多的高速分幅相机按时间分辨本领由低到高的顺序主要有：数字式高速视频相机、转镜式超高速分幅相机、超高速光电相机等。其中超高速光电相机是摄影频率最高的高速分幅相机，其最高摄影频率可达到10⁸ fps（一亿幅频）量级。

目前，国内只有深圳大学和中国工程物理研究院流体物理研究所突破了超高速光电分幅相机系统的关键技术难题。2004年，深圳大学研制了多通道光电分幅相机实验室原理样机，最高摄影频率为1×10⁸幅/s（一亿幅频）。2009年，流体物理研究所完成了8通道光电分幅相机的研制，最高摄影频率为2×10⁸幅/s（两亿幅频），最短曝光时间5ns，最短幅间隔1ns，而且曝光时间和幅间距均可调，连续拍摄幅数1～8幅可调。

但是，此类相机在进行较严格平行光作为背照明的纹影实验时，遇到了原理性问题，即分光光学系统在进行多幅分光的同时对物体的像也造成了分割。深圳大学采用的分光系统原理如图1所示，物镜1和物镜2共同组成分光光学系统，将分光棱锥置于物镜1和物镜2之间的孔径光阑处，将每个视场的入射光孔径分为均等的8等份。这种分光方式虽然可以完成分光功能，但存在两个问题，一是在对平行光成像时的视场分割问题，二是每路接收系统都将附带一个物镜2，使得光学调试较为复杂。中国工程物理研究院流体物理研究所采用的分光光学系统如图2所示，分光系统由分光物镜和紧接其后的分光棱锥组成，分光棱锥置于系统的出瞳位置，入射光线经分光棱锥和反光镜反射后，直接成像于接收系统，和第一种分光系统比较，该分光方式舍去了分光后的物镜2，使得装调变得简单，但仍然没有解决平行光纹影实验时对视场的分割问题。

图1、图2两种目前国内仅有的超高速数字摄影系统的分光形式，采用近似的光学分光原理，即在分光光学系统的孔径（孔径光阑或者出瞳）处安置一个作用等同于多个小反射镜的分光棱锥，对入射像的光进行多等份的分割，再通过光路折转，从而在8个像增强器上成清晰的图像。如图3所示，此原理在对漫反射体（余弦辐射体）进行成像时，由于物体的像在整个孔径内均有光入射，所以，虽然分光棱锥所分8份光是来自全孔径不同部位的1/8光能量，但在像的每个视场上，分光棱锥的每个反射面都能将全孔径光能按一定比例（比如1/8）分到最终像面，所有视场所分光能量是大体相当的，所以对于每幅图像来说，图像的各个视场处的相对亮度和分光前的像是大体一致的，成像是完整的。如图4所示，当采用严格平行光（比如激光）或平行性较好的光作为背景光进行纹影实验时，由于每个视场对应的入射光只有“一根光线”（理论上）或极小孔径角的光通过孔径光阑入射到最终像面，这根光线或者这束孔径角很小的光线在经分光棱锥进行分光后，就只能最终到达8幅中的一副图像的最终像面，在分光棱锥对光束孔径进行分光的同时，也造成了对视场的分割，使得在很多需要多幅超高速纹影摄影的实验应用时，无法满足需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种可用于多幅超高速纹影照相的超高速数字摄影装置及分光器，特别是通过采用分光棱镜光学系统进行分光及像增强器来实现多幅超高速纹影照相的超高速数字摄影装置，解决了棱锥分光型超高速数字摄影系统在纹影实验中对视场的切割问题，该装置可以方便的进行纳秒时间尺度的直接照相和多幅超高速纹影摄影实验研究，提供一种时间分辨可达几个ns的分幅数字摄影装置。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种可用于多幅纹影照相的超高速数字摄影装置包括：

物镜，用于接收入射光，形成目标实像，所述目标是通过同步控制器发送触发信号触发目标动作产生图像的目标；

分光器，用于对物镜形成的目标实像光强度进行n等分输出，n>1；