[發(fā)明專利]一種采用非球面的高均勻高分辨紋影光學系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110207928A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 趙衛(wèi);陳磊;謝永軍;朱濤;徐崧博;許曉斌;屈恩世;章起華;解濱;馬曉宇;孫啟志;彭龍輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所;中國空氣動力研究與發(fā)展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04;G02B17/06;G02B27/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發(fā)明涉及一種采用非球面的高均勻高分辨紋影光學系統(tǒng)，解決現(xiàn)有紋影系統(tǒng)均勻性和分辨率不高的問題。該系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、密封前觀察窗、準直主反射鏡、紋影系統(tǒng)、紋影主反射鏡、密封后觀察窗和成像系統(tǒng)；紋影系統(tǒng)包括依次設置的密封前紋影鏡筒、試驗艙、密封后紋影鏡筒；密封前觀察窗設置在密封前紋影鏡筒的側(cè)面，密封后觀察窗設置在密封后紋影鏡筒的側(cè)面；準直主反射鏡和紋影主反射鏡均采用非球面反射鏡；成像系統(tǒng)為長焦成像系統(tǒng)；光源系統(tǒng)發(fā)出的光線穿過密封前觀察窗入射到準直主反射鏡，經(jīng)過準直主反射鏡后的光線經(jīng)過密封前紋影鏡筒進入試驗艙入射到紋影主反射鏡，紋影主反射鏡將光線反射，通過密封后觀察窗后入射到成像系統(tǒng)。

技術領域

本發(fā)明涉及紋影光學系統(tǒng)，具體涉及一種采用非球面的高均勻高分辨紋影光學系統(tǒng)。

背景技術

在紋影成像系統(tǒng)中，均勻性和分辨率是評價紋影圖像質(zhì)量的重要指標。傳統(tǒng)紋影系統(tǒng)的研制過程中，對上述兩個指標的把握通常依賴以往的經(jīng)驗，或者需要搭建簡易實驗來驗證設計結(jié)果。對于1米量級的紋影系統(tǒng)，以往的經(jīng)驗有限，簡易實驗的方法成本巨大，因此采用傳統(tǒng)方法不適用于1米量級的紋影系統(tǒng)，如何保證1米量級紋影系統(tǒng)的均勻性和分辨率指標達到設計要求，對整個系統(tǒng)的設計工作提出了更高要求。

現(xiàn)有紋影成像系統(tǒng)中一般包括三對共軛關系，第一對共軛關系是將光源面成像在狹縫上，第二對共軛關系是將狹縫成像在刀口上，第三對共軛關系是將測試區(qū)物面成像在相機接收屏上。其中，第一對共軛關系用來獲得規(guī)則的、均勻的二次光源；第二對共軛關系主要是在刀口處形成狹縫像；第三對共軛關系主要用于獲取測試區(qū)的紋影圖像。所以，影響紋影系統(tǒng)的均勻性主要取決于第二對共軛關系，紋影系統(tǒng)的分辨率主要取決于第三對共軛關系。現(xiàn)有紋影系統(tǒng)的主鏡和紋影鏡尺寸都在米量級，很難保證主鏡和紋影鏡的加工尺寸以及折射率的均勻性，導致紋影系統(tǒng)的均勻性降低、分辨率下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有紋影系統(tǒng)均勻性和分辨率不高的問題，提供了一種采用非球面的高均勻高分辨紋影光學系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術方案是：

一種采用非球面的高均勻高分辨紋影光學系統(tǒng)，包括光源系統(tǒng)、密封前觀察窗、準直主反射鏡、紋影系統(tǒng)、紋影主反射鏡、密封后觀察窗和成像系統(tǒng)；所述紋影系統(tǒng)包括依次設置的密封前紋影鏡筒、試驗艙、密封后紋影鏡筒；所述密封前觀察窗設置在密封前紋影鏡筒的側(cè)面，所述密封后觀察窗設置在密封后紋影鏡筒的側(cè)面；所述準直主反射鏡和紋影主反射鏡均采用非球面反射鏡；所述成像系統(tǒng)為長焦成像系統(tǒng)；光源系統(tǒng)發(fā)出的光線穿過密封前觀察窗入射到準直主反射鏡，經(jīng)過準直主反射鏡準后的光線經(jīng)過密封前紋影鏡筒進入試驗艙，經(jīng)過試驗艙氣流后通過密封后紋影鏡筒入射到紋影主反射鏡，紋影主反射鏡將光線反射，通過密封后觀察窗后入射到成像系統(tǒng)。

進一步地，所述準直主反射鏡和紋影主反射鏡為同軸拋物面主反射鏡，且關于試驗艙對稱放置，離軸角1.6°。

進一步地，準直主反射鏡和紋影主反射鏡反射面設置有保護膜。

進一步地，所述密封后觀察窗為小尺寸密封后觀察窗，其口徑小于有效流場顯示范圍1/10。所述密封前觀察窗為小尺寸密封前觀察窗，其口徑小于有效流場顯示范圍1/10。

進一步地，所述密封前紋影鏡筒和試驗艙通過密封波紋管連接，所述試驗艙和密封后紋影鏡筒通過密封波紋管連接。

進一步地，所述光源系統(tǒng)包括依次設置的超高亮度LED燈、聚光透鏡組、狹縫、第一平面反射鏡。

進一步地，所述聚光透鏡組光軸、狹縫中心，第一平面反射鏡中心同軸設置。

進一步地，所述狹縫為“口”字型狹縫。

進一步地，所述成像系統(tǒng)包括依次設置的第二平面反射鏡、刀口、聚焦透鏡組和紋影相機，以及控制刀口的刀口控制器。

進一步地，密封前紋影鏡筒和密封后紋影鏡筒為圓柱型結(jié)構(gòu)。