CN115657279B - 一种光路结构及应用于磁约束等离子体的成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁约束聚变等离子体研究设备，具体涉及一种光路结构及应用于磁约束等离子体的成像设备，该光路结构用于高温等离子体成像，所述光路结构包括两个成对放置的双远心物镜，两个双远心物镜之间连接一个高反射镜，形成一段用于将光路进行一次弯折的物镜组件。通过设置上述的光路结构，当射入的光通过第一双远心物镜后被一个高反射镜反射到次个双远心物镜后输出。这样将高反射镜设置在一对双远心物镜之间，可以使设置的反射镜的尺寸设置的更小、更紧凑。另外，远心镜头之间的工作距离较大，空间较大，方便安装和调试反射镜。

Description

一种光路结构及应用于磁约束等离子体的成像设备

技术领域

本发明涉及磁约束聚变等离子体研究设备，具体涉及一种光路结构及应用于磁约束等离子体的成像设备。

背景技术

可见光成像诊断在磁约束聚变等离子体的研究中起到很重要的作用。通常地，该诊断用来观察等离子体位置，并实时监测真空室内部的面向等离子体组件(PFCs)。等离子体平衡重建的结果也可以通过切向成像图片中的等离子体边界相互核对。磁约束等离子体的强磁场和强辐射，会对成像探测器的运行造成严重影响，因此，需要建设长光路系统，以使相机远离装置。受限于环向场线圈的布局，光路一般需要垂直于中平面大法兰的方向引出。因此，切向成像系统的光路中一般会加入反射镜，但在长光路系统本身对传像画质损失的基础上，再加上反射镜，会进一步的加大对传像画质的损失，导致最终难以保证成像画质。另外，磁约束聚变装置要求诊断窗口尽量小，相应地，要求诊断设备占用较小的空间。因此，成像诊断需要进行紧凑型设计，并保证光路中的反射镜尺寸较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光路结构及应用于磁约束等离子体的成像设备，通过采用成对放置的双远心物镜，根据场景需求可模块化地布置光路系统，且根据需求调整整条光路结构的长度。本发明的第一方面，提供了一种光路结构，将一对双远心物镜之间布置高反射镜而形成特殊的光路反射结构，装配后可以使整个成像设备不仅结构紧凑，还可以在紧凑的结构下实现大转折反射角度的高画质成像效果。本发明的第二方面，提供了应用于磁约束等离子体的成像设备，其在双远心物镜作为中继光学的光路结构中，于光路前端的一对双远心中继镜头之间放置了一个高反射镜，使整个光路结构紧凑，最终实现了大转折反射角度的高画质成像效果。

本发明第一方面提供了一种光路结构，该光路结构用于高温等离子体切向成像，上述光路结构包括两个成对放置的双远心物镜，两个双远心物镜之间连接一个高反射镜，形成一段用于将光路进行一次弯折的物镜组件。

上述的光路结构，可采用设置支撑架或支撑体等方式，将要布置的双远心物镜、高反射率反射镜的相对位置进行布置、固定，例如，调整好反射角度和前后端的双远心物镜与其的距离后，将支撑架或支撑体上的锁紧结构与双远心物镜、高反射率反射镜的位置进行固定、锁紧，支撑架或支撑体可以是一基座或框架结构，也可以在一面板上布置固定节点等等。

通过设置上述的光路结构，当射入的光通过第一双远心物镜后被一个高反射镜反射到次个双远心物镜后输出，这样将高反射镜设置在一对双远心物镜之间，可以使设置的反射镜的尺寸设置的更小、更紧凑，远心镜头之间的工作距离较大，空间较大，方便安装和调试反射镜。

本方案利用了双远心物镜的成像特点，即所有视场点上的主光线与光轴是平行的，也就是说，在镜头的物方和像方同时具备了远心度；在一定的放大倍率下，其镜头的工作距离是一定的，且具有小的景深，其镜头的成像特征使得物方的物体在景深范围内是恒定放大倍率的。正基于这样的特点，使得两个双远心物镜的成对设置使用成为了可能。针对高温等离子体成像的特殊环境需要，在成对设置的双远心物镜之间放置高反射镜来对射入光进行反射工作时，成对设置的双远心物镜成为了减小高反射镜尺寸的优势条件。这样在做高温等离子体成像工作时，设置的反射镜的尺寸就可以设置地更为小巧，在使整个光路结构可做得更为紧凑的前提下，反射镜的位置也可以根据空间环境、反射角度的需要进行自由调整。

在一些可行的实施例中，上述一次弯折的弯折角度为120～140°、上述物镜组件最终输出的反射率大于或等于85％。

本发明的光路结构，用于高温等离子体成像的设备，在设置反射镜以进行光路弯折120～140°的情况下，依然可以使反射率达到85％，根据设置的反射镜材质、尺寸等等，还可以进一步提升到87％、88％、89％，甚至90％以上。

在一些可行的实施例中，上述高反射镜为铝膜反射镜、金膜反射镜或银膜反射镜中的任意一种，使物镜组件最终输出的反射率大于或等于85％。

在一些可行的实施例中，上述一次弯折的夹角为120～140°，相机靶面尺寸小于或等于1英寸；上述双远心物镜的镜头放大倍率为0.75倍以上，并且上述反射镜为矩形，该反射镜尺寸为：一对边小于或等于50mm，另一对边小于或等于25mm。

本发明的第二方面，还提供了一种应用于磁约束等离子体的成像设备，包括双远心物镜组；上述双远心物镜组的光路输入端用于连接成像物镜；上述双远心物镜组的光路输出端用于连接相机；上述双远心物镜组包含依次连接的、成对放置的多个双远心物镜；其中，在沿上述光路传播的方向上，该光路有一转角段；上述转角段由成一对放置的第一双远心物镜与次个双远心物镜之间布置的、位于上述光路上的一个高反射镜形成。

上述成像物镜针对本应用于磁约束等离子体的场景，优选选用定焦物镜或者变焦物镜，这样能够变化视场，使本光路更具灵活性。采用上述的成像设备，不仅结构紧凑，且可以保证具有一定高质量的成像画质。

在一些可行的实施例中，上述双远心物镜组至少包含两对或三对或四对或五对双远心物镜。

在一些可行的实施例中，一对上述双远心物镜之间的距离为一个双远心物镜的工作距离的2倍。前述的工作距离是指单个双远心物镜的物面至镜头前端第一个镜片的距离。

在一些可行的实施例中，应用于磁约束等离子体的成像设备还包括支撑架，上述支撑架上布置有与双远心物镜连接的连接结构；沿多个双远心物镜依次连接的方向，上述连接结构可活动地连接在支撑架上。

在一些可行的实施例中，上述支撑架包含第一支杆和第二支杆；上述第一支杆的一端头与第二支杆的一端头铰接；上述连接结构分布于第一支杆或/和第二支杆上，在第一支杆或/和第二支杆的靠近铰接处的端头上，设置有抵接或连接反射镜的固定部。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本实施例1的光路结构的结构示意图；

图2为本实施例2的应用于磁约束等离子体的成像设备的结构示意图；

附图标记及对应的零部件名称：

1-双远心物镜，1a-第一双远心物镜，1b-第二双远心物镜，1c-第三双远心物镜，1d-第四双远心物镜，1e-第五双远心物镜，1f-第六双远心物镜，2-反射镜，3-成像物镜，4-相机，5-视场，6-支撑架，610-第一支杆，620-第二支杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，一种光路结构，该光路结构用于高温等离子体成像，即在设置高温等离子体成像光路时，将本光路结构设置在某一段上，对管路进行特殊处理。

本光路结构包括两个成对放置的双远心物镜1，两个双远心物镜1之间连接一个高反射镜2，形成一段用于将光路进行一次弯折的物镜组件，该反射镜2的设置为一次弯折的弯折角度为120～140°，并且使物镜组件最终输出的反射率大于或等于85％。

通过设置上述的光路结构，在利用了双远心物镜1的成像特点，在镜头的物方和像方同时具备了远心度，其镜头的成像特征使得物方的物体在景深范围内是恒定放大倍率的，利用该特点，由此设置两个双远心物镜1的成对设置的形式与本反射镜2进行结合，即将一高反射镜2设置在两个对称设置的双远心物镜1之间，在针对高温等离子体成像的特殊环境需要，设置大转角120～140°进行反射时，本光路结构对射入光进行反射工作，成对、对称设置的双远心物镜1成为了减小高反射镜2尺寸的优势条件，使在做高温等离子体成像工作时，设置的反射镜2的尺寸就可以设置的更为小巧，在使整个光路结构可做的更为紧凑的前提下，反射镜2的位置也可以根据工作、试验的需要进行自由调整，且依然可以保持较高的反射率，在保障有较好的成像质量的前提下，保障了整个管路可以做的更为紧凑。

上述的大转角可以是120°、121°、122°、123°、124°、125°、126°、127°、128°、129°、130°、131°、132°、133°、134°、135°、136°、137°、138°、139°、140°中的任意一个或任意两个度数之间的某一度数，例如120.5°、124.3°、131.2°等等。上述输出的反射率大于或等于85％，即反射率还可以是87％、90％、92％等等。

本光路结构，用于在高温等离子体成像设备进行运用(该高温指电子温度为1000-5000eV)，采用成对设置的两个双远心物镜1之间设置高反射镜2，可以在保持较高成像质量的前提下，使反射镜2或反射设备做的更小，也使整个成像设备能做的更为紧凑。

上述的高反射镜2为铝膜反射镜、金膜反射镜或银膜反射镜中的任意一种，以双远心物镜1的镜头放大倍率为0.75倍、相机4靶面尺寸为2/3英寸为例，上述的反射镜2尺寸矩形，可做到50mm×25mm等等。

实施例2

如图2，应用于磁约束等离子体的成像设备，包括双远心物镜组；上述双远心物镜组的光路输入端用于连接成像物镜3，成像物镜3连接视场5；上述双远心物镜组的光路输出端用于连接相机4；上述双远心物镜组包含依次连接的、成对放置的多个双远心物镜1；在沿上述光路传播的方向上，该光路有一转角段；上述转角段由成一对放置的第一双远心物镜1a与第二双远心物镜1b之间布置的、位于上述光路上的一个高反射镜2形成。

上述成对的双远心物镜1即呈对称设置的两个双远心物镜组成一个成对的双远心物镜1。设置时，在光路的传播方向上，除了第一双远心物镜1a与第二双远心物镜1b之间因为反射镜2的存在而使得该两个双远心物镜1的方向呈一弯折角度以外，上述第二双远心物镜1b之后的多对双远心物镜1的布置方向均在一条直线上。

上述的第一双远心物镜1a、第二双远心物镜1b和反射镜2按照上述的实施例1的光路结构进行设置。本实施例中的双远心物镜1的镜头放大倍率均采用0.75倍及以上。

本实施例中，除了第一双远心物镜1a与第二双远心物镜1b、反射镜2组成的首段双远心物镜1对以外，后方多对双远心物镜1可称为双远心中继物镜组。本实施例中，双远心中继物镜组设置至少一对，例如设置一对，两对，三对或四队。其中，一对上述双远心物镜1之间的距离为一个双远心物镜1的工作距离的2倍，以达到防止造成离焦的情况，保障本设备的可靠。本实施例中，双远心中继物镜组可包含两对双远心物镜1，分别为对称布置的第三双远心物镜1c与第四双远心物镜1d为一对，对称布置的第五双远心物镜1e与第六双远心物镜1f为一对。

上述成像物镜3针对本应用于磁约束等离子体的场景，优选选用定焦物镜或者变焦物镜，这样能够变化视场，使本光路更具灵活性。采用上述的成像设备，不仅结构紧凑，且可以保证具有一定高质量的成像画质。

在本实施例的基础上，可以进一步优化，可以在本应用于磁约束等离子体的成像设备上设置支撑架6，上述支撑架6上布置有与双远心物镜1连接的连接结构；沿多个双远心物镜1依次连接的方向，上述连接结构可活动地连接在支撑架6上。

具体的是，上述支撑架6包含第一支杆610和第二支杆620；第一支杆610的一端头与第二支杆620的一端头铰接；连接结构分布于第一支杆610或/和第二支杆620上，在第一支杆610或/和第二支杆620的靠近铰接处的端头上，设置有抵接或连接反射镜2的固定部。

上述第一支杆610、第二支杆620可以为铝型材制成，也可以采用其他无磁的金属、非金属材料，上述的连接结构和固定部可以是卡扣、销键或采用螺栓与被支撑的结构进行连接，只要能方便操作者进行拆装即可。

以上上述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上上述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光路结构，该光路结构用于高温等离子体成像，其特征在于，所述光路结构包括两个成对放置的双远心物镜，两个双远心物镜之间连接一个高反射镜，形成一段用于将光路进行一次弯折的物镜组件，所述一次弯折的弯折角度为120～140°，相机靶面尺寸小于或等于1英寸，所述物镜组件最终输出的反射率大于或等于85％，所述双远心物镜的镜头放大倍率为0.75倍以上，并且所述反射镜为矩形，该反射镜尺寸为：一对边小于或等于50mm，另一对边小于或等于25mm。

2.根据权利要求1所述的一种光路结构，其特征在于，所述高反射镜为铝膜反射镜、金膜反射镜或银膜反射镜中的任意一种。

3.应用于磁约束等离子体的成像设备，其特征在于，包括双远心物镜组；

所述双远心物镜组的光路输入端用于连接成像物镜；

所述双远心物镜组的光路输出端用于连接相机；

所述双远心物镜组包含依次连接的、成对放置的多个双远心物镜；

其中，在沿所述光路传播的方向上，该光路有一转角段；

所述转角段由成一对放置的第一双远心物镜与次个双远心物镜之间布置的、位于所述光路上的一个高反射镜形成。

4.根据权利要求3所述的应用于磁约束等离子体的成像设备，其特征在于，所述双远心物镜组至少包含两对或三对或四对或五对双远心物镜。

5.根据权利要求3所述的应用于磁约束等离子体的成像设备，其特征在于，一对所述双远心物镜之间的距离为一个双远心物镜的工作距离的2倍。

6.根据权利要求3所述的应用于磁约束等离子体的成像设备，其特征在于，还包括支撑架，所述支撑架上布置有与双远心物镜连接的连接结构；

沿多个双远心物镜依次连接的方向，所述连接结构可活动地连接在支撑架上。

7.根据权利要求6所述的应用于磁约束等离子体的成像设备，其特征在于，所述支撑架包含第一支杆和第二支杆；

所述第一支杆的一端头与第二支杆的一端头铰接；

所述连接结构分布于第一支杆上，在第一支杆或/和第二支杆的靠近铰接处的端头上，设置有抵接或连接反射镜的固定部。

8.根据权利要求6所述的应用于磁约束等离子体的成像设备，其特征在于，所述支撑架包含第一支杆和第二支杆；

所述第一支杆的一端头与第二支杆的一端头固定连接，并且第一支杆的轴向方向与第二支杆的轴向方向相交；

所述连接结构分布于第一支杆上，在第一支杆与第二支杆的连接处，设置有抵接或连接反射镜的固定部。