CN103226240B - 一种多通道正入射成像***及其装调方法 - Google Patents
一种多通道正入射成像***及其装调方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种多通道正入射成像***及其装调方法，多通道正入射成像***包括一块副镜和多块主镜，主镜均设在一个圆周上，副镜位于该圆周的轴线上，每一块主镜分别和副镜共同组成一个通道，每个通道对同一个物体形成一幅图像，该成像***同时对一个物体形成与主镜块数相同的多幅图像；该***的装调方法包括以下步骤：采用自准直定心法调整副镜，调整副镜的曲率中心位于主镜所处的圆周的轴线上；通过检测多幅图像之间的相互位置来调节主镜的倾角；采用激光干涉仪结合光栅尺调整每个主镜和副镜在轴向间距相等。与现有技术相比，本发明的装调方法准确度高，且装调操作容易，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及极紫外成像领域，尤其是涉及一种多通道正入射成像***及其装调方法。
背景技术
多通道的正入射极紫外成像***可以对一个物体成多幅图像，采用分幅相机作为探测器，可以同时实现二维空间和时间分辨成像；在每个通道的光学元件上镀制不同材料和参数的多层膜，还可以使每个通道工作在不同的能点或波长，并且可以通过修改薄膜的参数来控制光学元件对特定波长光的反射率和带宽。该成像***适合应用在等离子体诊断领域，例如强激光装置和Z-pinch装置等。***的以上特性可以获得等离子体在特定能点的二维空间分布图像，并能够反映出等离子体随时间的演化过程，是一种有效的诊断设备。
针对该成像***，物镜的装调是设备成功应用的关键。由于多通道的正入射成像***的复杂性和精密性，目前对于单通道正入射成像***的检测方法不适用于多通道正入射成像***。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种多通道正入射成像***及其装调方法。多通道成像***可以实现二维空间和时间分辨，并具有较高的光谱分辨能力，是等离子体诊断的关键设备之一。
一种多通道正入射成像***，该***包括一块副镜和多块主镜，所述的主镜均设在一个圆周上，所述的副镜位于该圆周的轴线上，每一块主镜分别和副镜共同组成一个通道，每个通道对同一个物体形成一幅图像，所有的通道同时对一个物体形成与主镜块数相同的多幅图像。
所述的多块主镜相对于主镜所处的圆周的轴线对称分布。
所述的副镜的曲率中心位于主镜所处的圆周的轴线上，所述的副镜开设有中心孔。
每个通道的焦距由主镜和副镜沿着轴向的距离决定，并且多个通道的焦距相同。
所述的主镜的个数为4个或8个。
对于多通道成像***，物镜的装调是设备成功应用的关键。副镜的曲率中心位于对称轴上；主镜的偏移或旋转决定了图像之间的相互位置；主镜和副镜沿着对称轴的间距决定了每个通道的焦距，由于采用的探测器像面为平面，这就要求每个通道具有相同的焦距。
一种多通道正入射成像***的装调方法，该装调方法包括以下步骤：
(1)采用自准直定心法调整副镜，调整副镜的曲率中心位于主镜所处的圆周的轴线上；
(2)通过检测多幅图像之间的相互位置来调节主镜的倾角；
(3)采用激光干涉仪结合光栅尺调整每个主镜和副镜在轴向间距相等。
步骤(1)所述的采用自准直定心法调整副镜，调整副镜的曲率中心位于主镜所处的圆周的轴线上的具体方法如下：
将副镜固定在气浮转台上，将辅助透镜设在副镜的正上方，自准直仪设在辅助透镜的上方，以气浮转台的转轴作为基准轴，主镜所处圆周的轴线与气浮转台的转轴重合，辅助透镜的曲率半径、材料折射率和中心厚度为已知量，自准直仪发出的发散光束由辅助透镜会聚到副镜凸面的曲率中心，辅助透镜的直径大于副镜中心孔的直径，这样，光束就可以从副镜的凸面反射回自准直仪。
在副镜装调过程中，需要测量副镜凸面曲率中心相对于转轴的偏差，并将其校正到转轴上。自准直仪发出的十字叉丝经副镜凸面自准返回后做画圆运动，根据画圆直径和辅助透镜的曲率半径、折射率和中心厚度计算得出副镜凸面中心偏，根据测得的副镜凸面中心偏数值对副镜进行位置调节，直到测得的副镜凸面中心偏在允许的范围内，即完成对副镜的装调。
步骤(2)所述的通过检测多幅图像之间的相互位置来调节主镜的倾角的具体方法如下：
将激光器设在主镜所处圆周的轴线上，在激光器与副镜之间设置带有中心孔的物点标识板，将带有中心孔和图像位置标识孔的图像位置标识板设在像面上，物点标识板与图像位置标识板的中心孔均位于轴线上；
利用激光代替普通的光源，激光会聚在***的物点位置，经过多通道***后在像面产生多个激光亮斑，利用物点标识板的中心孔定位激光器发出的光，观察激光经过***后产生的聚焦亮斑是否和图像位置标识板上的图像位置标识孔重合，如果有偏差，则分别调节主镜的倾角，直到聚焦亮斑均与图像位置标识板上的图像位置标识孔重合，则完成了主镜的位置调整。
步骤(3)所述的采用激光干涉仪结合光栅尺调整每个主镜和副镜在轴向间距相等的具体方法如下：
将激光干涉仪设在主镜所处圆周的轴线上，在激光干涉仪与副镜之间设置带有中心孔的物点标识板，将带有中心孔和图像位置标识孔的图像位置标识板设在主镜后面的轴线上，将凹面反射镜设在图像位置标识孔的后方，所述的凹面反射镜固定在一个带有滑块的光栅尺上；
首先对由一个主镜和副镜组成的通道进行波像差检测，轴向移动滑块，直到波像差最小，此时光栅尺读数为t0，然后移动凹面反射镜和光栅尺，分别对其他的主镜和副镜组成的通道的波像差进行检测，检测过程中，轴向移动滑块，直到检测到的波像差最小，并加以调整主镜的位置，直到光栅尺读数与t0相同为止，利用此方法，依次测量每个通道，即可完成对整个成像***的检测。
与现有针孔成像技术相比，本发明的装调方法准确度高，且装调操作容易，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中的多通道正入射成像***的结构示意图；
图2为实施例1中的主镜的排布结构示意图；
图3为自准直定心法副镜中心偏检测光路结构示意图；
图4为多通道成像***图像位置检测光路结构示意图；
图5为多通道成像***物镜的主镜和副镜轴向间距检测光路结构示意图；
图6为实施例2中的主镜的排布结构示意图。
图中，1为物体，2为副镜，3为第一主镜，4为第二主镜，5为第三主镜，6为第四主镜，7为第一图像，8为第二图像，9为第三图像，10为第四图像，11为物体发出的极紫外或软X光，12为主镜所在的圆周，13为自准直仪，14为气浮转台，15为辅助透镜，16为辅助透镜上表面，17为辅助透镜下表面，18为激光器，19为物点标识板，20为图像位置标识板，21为图像位置标识板中心孔，22为第一图像位置标识孔，23为第二图像位置标识孔，24为第三图像位置标识孔，25为第四图像位置标识孔，26为激光干涉仪，27为凹面反射镜，28为光栅尺滑块，29为光栅尺，30为三维调节台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种多通道正入射成像***，如图1、图2所示，该***包括4块主镜(分别为第一主镜3、第二主镜4、第三主镜5、第四主镜6)和一块副镜2，第一主镜3、第二主镜4、第三主镜5、第四主镜6均匀布设在一个圆周12上，副镜2位于该圆周12的轴线O1O2上，四块主镜相对于主镜所处的圆周的轴线O1O2对称分布。每一块主镜分别和副镜2共同组成一个通道，每个通道对同一个物体1形成一幅图像；物体1发出的极紫外或软X光11经第一主镜3、第二主镜4、第三主镜5及第四主镜6反射后，均照射到副镜2上，光再经过副镜2反射后形成物体的4个图像，分别为第一图像7、第二图像8、第三图像9及第四图像10。副镜2的曲率中心位于主镜所处的圆周12的轴线O1O2上，副镜2开设有中心孔。每个通道的焦距由主镜和副镜2沿着轴向的距离决定，并且多个通道的焦距相同。图1中，xoy平面垂直于轴O1O2，yoz平面垂直于xoy平面，图中，h1、h2分别表示图像之间的距离。
一种多通道正入射成像***的装调方法，该装调方法包括以下步骤：
(1)采用自准直定心法调整副镜，调整副镜的曲率中心位于主镜所处的圆周的轴线上；
(2)通过检测多幅图像之间的相互位置来调节主镜的倾角；
(3)采用激光干涉仪26结合光栅尺29调整每个主镜和副镜在轴向间距相等。
步骤(1)中采用自准直定心法调整副镜，调整副镜的曲率中心位于主镜所处的圆周的轴线上的具体方法如下：
如图3所示，将副镜2固定在气浮转台14上，将辅助透镜15设在副镜2的正上方，自准直仪13设在辅助透镜15的上方，以气浮转台14的转轴作为基准轴，主镜所处圆周的轴线O1O2与气浮转台14的转轴重合，辅助透镜15的曲率半径、材料折射率和中心厚度为已知量，自准直仪13发出的发散光束由辅助透镜15会聚到副镜2凸面的曲率中心，辅助透镜15的直径大于副镜2中心孔的直径，这样，光束就可以从副镜2的凸面反射回自准直仪13。副镜2中心孔的直径为50mm，自准直仪13的发出的光束口径为30mm，辅助透镜15的直径为100mm，与副镜2的距离约20mm，则光经过辅助透镜15后在副镜2凸面的截面直径约90mm，大于副镜2的中心孔直径(50mm)，所以光束可以在副镜2的凸面反射，并返回到自准直仪13中。
在副镜2装调过程中，需要测量副镜2凸面曲率中心相对于转轴的偏差，并将其校正到转轴上。如果曲率中心偏离转轴，则在气浮转台14旋转过程中，自准直仪13发出的十字叉丝经副镜2凸面自准返回后做画圆运动；如果曲率中心在转轴上，则十字叉丝的返回像静止不动。但是由于副镜2凸面的测量受辅助透镜上表面16和辅助透镜下表面17中心偏(中心偏，即曲率中心偏离转轴的量)的影响。只要确定辅助透镜15的曲率半径、折射率和中心厚度，则副镜2的曲率中心偏差可以由辅助透镜15的参数及其偏心量计算出来。根据测得的副镜2凸面中心偏数值对副镜2进行位置调节，直到测得的副镜2凸面中心偏在允许的范围内，即完成对副镜2的装调。实际应用中，气浮转台14每旋转一周，就测得辅助透镜上表面16、辅助透镜下表面17和副镜2凸面的中心偏，根据测得的副镜2凸面中心偏数值对副镜2在x和y方向进行位置调节，然后重复以上步骤，直到测得的副镜2凸面中心偏在允许的范围内，即完成对副镜2的装调。
步骤(2)中通过检测多幅图像之间的相互位置来调节主镜的倾角的具体方法如下：
如图4所示，将激光器18设在主镜(第一主镜3、第二主镜4、第三主镜5或第四主镜6)所处圆周的轴线O1O2上，在激光器18与副镜2之间设置带有中心孔的物点标识板19，将带有图像位置标识板中心孔21和图像位置标识孔(包括第一图像位置标识孔22、第二图像位置标识孔23、第三图像位置标识孔24及第四图像位置标识孔25)的图像位置标识板20设在像面上，物点标识板19与图像位置标识板20的中心孔均位于轴线O1O2上；其中，包括第一图像位置标识孔22、第二图像位置标识孔23、第三图像位置标识孔24及第四图像位置标识孔25分别用来标识第一图像7、第二图像8、第三图像9及第四图像10的位置，四个图像位置标识孔的相互位置为设计值，与***设计的图像间距相同。其中，第一图像位置标识孔22、第二图像位置标识孔23、第三图像位置标识孔24及第四图像位置标识孔25分别对应激光经第一主镜3、第二主镜4、第三主镜5及第四主镜6和副镜2反射后的聚焦点。
利用激光代替普通的光源，激光会聚在***的物点位置，经过多通道***后在像面产生多个激光亮斑，利用物点标识板19的中心孔定位激光器18发出的光，观察激光经过***后产生的四个聚焦亮斑是否和图像位置标识板20上的四个图像位置标识孔重合，如果有偏差，则分别调节第一主镜3、第二主镜4、第三主镜5及第四主镜6的倾角，直到聚焦亮斑均与图像位置标识板20上的图像位置标识孔重合，则完成了主镜的位置调整。
步骤(3)中采用激光干涉仪26结合光栅尺29调整每个主镜和副镜在轴向间距相等的具体方法如下：
如图5所示，将激光干涉仪26设在主镜所处圆周的轴线O1O2上，在激光干涉仪26与副镜2之间设置带有中心孔的物点标识板19，将带有中心孔和图像位置标识孔的图像位置标识板20设在主镜后面的轴线O1O2上，将凹面反射镜27设在图像位置标识孔的后方，激光干涉仪26发出的光会聚到物点标识板19的中心孔上，光束经过第一主镜3、第二主镜4、第三主镜5、第四主镜6和副镜2反射后会聚到***像面上的图像位置标识板20上。凹面反射镜27的曲率中心与该通道的像点重合，同时也与图像位置标识孔重合。凹面反射镜27固定在一个带有滑块28的光栅尺29上，光栅尺29设在三维调节台30上，光栅尺29能够精确的记录下滑块28在轴向移动的距离。
首先对由第一主镜3和副镜2组成的通道进行波像差检测，轴向移动滑块28，直到波像差最小，此时光栅尺29读数为t0，波像差最小说明凹面反射镜27的曲率中心准确的与该通道像点重合了。然后通过三维调节台30在x和y方向移动凹面反射镜27和光栅尺29，分别对第二主镜4和副镜2组成的通道的波像差进行检测，检测过程中，同样，沿着轴向(z方向)移动滑块28(凹面反射镜27固定在滑块28上)，直到检测到的波像差最小，利用光栅尺29记录下此时的读数t1，读数的差值t-t0即为这两个通道像面在轴向的距离差，利用该距离差再推算出这两个通道主镜和副镜2在轴向的间距偏差，并加以调整第二主镜4，直到这两个通道的像面重合，即光栅尺读数t1＝t0为止。利用此方法，依次测量每个通道，即可完成对整个成像***的检测。
实施例2
与实施例1不同之处在于，该***为八通道***，多通道正入射成像***包括八个主镜，如图6所示，八个主镜均布设在同一个圆周12上。
Claims (7)
1.一种多通道正入射成像***的装调方法，该***包括一块副镜和多块主镜，所述的主镜均设在一个圆周上，所述的副镜位于该圆周的轴线上，每一块主镜分别和副镜共同组成一个通道，每个通道对同一个物体形成一幅图像，所有的通道同时对一个物体形成与主镜块数相同的多幅图像，其特征在于，该装调方法包括以下步骤：
(1)采用自准直定心法调整副镜，调整副镜的曲率中心位于主镜所处的圆周的轴线上；
(2)通过检测多幅图像之间的相互位置来调节主镜的倾角；
(3)采用激光干涉仪结合光栅尺调整每个主镜和副镜在轴向间距相等。
2.根据权利要求1所述的一种多通道正入射成像***的装调方法，其特征在于，步骤(2)所述的通过检测多幅图像之间的相互位置来调节主镜的倾角的具体方法如下：
将激光器设在主镜所处圆周的轴线上，在激光器与副镜之间设置带有中心孔的物点标识板，将带有中心孔和图像位置标识孔的图像位置标识板设在像面上，物点标识板与图像位置标识板的中心孔均位于轴线上；
利用物点标识板的中心孔定位激光器发出的光，观察激光经过主镜与副镜后产生的聚焦亮斑是否和图像位置标识孔重合，如果有偏差，则分别调节主镜的倾角，直到聚焦亮斑均与图像位置标识孔重合，则完成了主镜的位置调整。
3.根据权利要求1所述的一种多通道正入射成像***的装调方法，其特征在于，步骤(3)所述的采用激光干涉仪结合光栅尺调整每个主镜和副镜在轴向间距相等的具体方法如下：
将激光干涉仪设在主镜所处圆周的轴线上，在激光干涉仪与副镜之间设置带有中心孔的物点标识板，将带有中心孔和图像位置标识孔的图像位置标识板设在主镜后面的轴线上，将凹面反射镜设在图像位置标识孔的后方，所述的凹面反射镜固定在一个带有滑块的光栅尺上；
首先对由一个主镜和副镜组成的通道进行波像差检测，轴向移动滑块，直到波像差最小，此时光栅尺读数为t0，然后移动凹面反射镜和光栅尺，分别对其他的主镜和副镜组成的通道的波像差进行检测，检测过程中，轴向移动滑块，直到检测到的波像差最小，并加以调整主镜的位置，直到光栅尺读数与t0相同为止。
4.根据权利要求1所述的一种多通道正入射成像***的装调方法，其特征在于，所述的多块主镜相对于主镜所处的圆周的轴线对称分布。
5.根据权利要求1所述的一种多通道正入射成像***的装调方法，其特征在于，所述的副镜的曲率中心位于主镜所处的圆周的轴线上，所述的副镜开设有中心孔。
6.根据权利要求1所述的一种多通道正入射成像***的装调方法，其特征在于，所述的通道的焦距由主镜和副镜沿着轴向的距离决定，并且多个通道的焦距相同。
7.根据权利要求1所述的一种多通道正入射成像***的装调方法，其特征在于，所述的主镜的个数为4个或8个。
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