專(zhuān)利名稱(chēng)：熱紅外光譜成像系統(tǒng)裝校裝置及裝校方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)儀器裝校工藝技術(shù)，具體是指一種長(zhǎng)波紅外光譜成像系統(tǒng) 的裝校裝置及裝校方法，它也適用于可見(jiàn)近紅外或中波紅外光譜成像系統(tǒng)的系 統(tǒng)裝校。
背景技術(shù)：
光譜成像系統(tǒng)能同時(shí)獲得影像信息與像元光譜信息，能從獲取的遙感數(shù)據(jù) 中直接分析目標(biāo)的物質(zhì)成分，從而有效地識(shí)別地物、分辨目標(biāo)、揭露軍事偽裝。 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)可見(jiàn)近紅外波段的光譜成像系統(tǒng)的研究已頗為普遍，而對(duì)熱紅
外波段，尤其是8微米以上的熱紅外波段、精細(xì)分光的光譜成像系統(tǒng)的研究還 比較少。與國(guó)外相比，我國(guó)熱紅外譜段、精細(xì)分光的光譜成像系統(tǒng)只有極個(gè)別 研究機(jī)構(gòu)正開(kāi)展預(yù)先研究，與國(guó)際上熱紅外高光譜成像技術(shù)的快速發(fā)展差距很 大。
國(guó)內(nèi)上海技術(shù)物理研究所研制的OMIS光譜成像系統(tǒng)，其前組望遠(yuǎn)鏡是與 可見(jiàn)至中紅外波段共用的兩鏡系統(tǒng)，前組鏡頭已用可見(jiàn)波段裝校好，只需裝校 后組會(huì)聚鏡。其裝校在要求精度和實(shí)現(xiàn)難度上要低得多。熱紅外波段的光譜成 像系統(tǒng)，特別是精細(xì)分光的高光譜和超光譜成像系統(tǒng)，裝校定標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)是 如何獲得高信噪比。常溫下，物體輻射主耍集中在熱紅外波段，鏡筒和系統(tǒng)內(nèi) 其它物件的輻射會(huì)形成可觀的背景噪聲，對(duì)常溫下的裝校造成很大困難，需要 有強(qiáng)信號(hào)源來(lái)輔助系統(tǒng)裝校。

發(fā)明內(nèi)容
基于已有技術(shù)存在的一些問(wèn)題，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)熱紅外高光譜成 像系統(tǒng)的簡(jiǎn)易高效裝校方法。
本發(fā)明的熱紅外成像光譜儀裝校如附圖l所示，它包括精密轉(zhuǎn)臺(tái)l、平行
光管載物臺(tái)2、黑體3、狹縫對(duì)4、平行光管5、輔助平面鏡7和內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡 8，精密轉(zhuǎn)臺(tái)1置于平行光管5出光管口的前方，待裝校的熱紅外成像光譜儀 放在精密轉(zhuǎn)臺(tái)1上，黑體3和狹縫對(duì)4放置在位于平行光管5焦面處的平行光 管載物臺(tái)2上，狹縫對(duì)4置于黑體3前，狹縫對(duì)4位于平行光管5焦面上，作 為光軸輔助基準(zhǔn)的內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡8安置在待裝校的熱紅外成像光譜儀旁邊，輔 助平面鏡7用來(lái)調(diào)整前組望遠(yuǎn)鏡的光軸和光柵座6-4的角度。
本發(fā)明的熱紅外成像光譜儀裝校的具體方法如下
1. 檢測(cè)用物件包含精密轉(zhuǎn)臺(tái)1、平行光管載物臺(tái)2、黑體3、狹縫對(duì)4、 平行光管5、輔助平面鏡7和內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡8。
2. 裝校先在常溫下進(jìn)行，確保光機(jī)部分和電子學(xué)部分都狀態(tài)完好，再在
低溫真空下微調(diào)。常溫下的步驟
1) 狹縫對(duì)4置于黑體3前，狹縫對(duì)4位置在平行光管5焦面處，黑體3 輻射通過(guò)狹縫對(duì)4經(jīng)由平行光管5準(zhǔn)直。此黑休3與狹縫對(duì)5模擬無(wú)窮遠(yuǎn)處 的物體。
2) 后會(huì)聚鏡6-3與探測(cè)器6-2對(duì)接，鏡頭接收經(jīng)平行光管5準(zhǔn)直后的 輻射，狹縫對(duì)4清晰成像在探測(cè)器6-2上時(shí)，固定探測(cè)器6-2和后會(huì)聚鏡6-3 的位置。
3) 轉(zhuǎn)動(dòng)精密轉(zhuǎn)臺(tái)使內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡8對(duì)準(zhǔn)后會(huì)聚鏡6 -3的第一個(gè)透鏡表面，調(diào)節(jié)內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡8位置使其鏡面反射回的十字叉絲與內(nèi)部的十字叉絲重 合，此時(shí)的精密轉(zhuǎn)臺(tái)位置記為零點(diǎn)(以下旋轉(zhuǎn)的角度以此為零點(diǎn)計(jì)算)。
4) 保持內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡8位置和高度不變。精密轉(zhuǎn)臺(tái)l旋轉(zhuǎn)(180° - ej 角度(e :為后會(huì)聚鏡6-3與前組望遠(yuǎn)鏡的光軸折轉(zhuǎn)角度)，在平臺(tái)6-0上放置 系統(tǒng)前組望遠(yuǎn)鏡，包括望遠(yuǎn)物鏡6-8和準(zhǔn)直鏡6-6，兩者同軸由機(jī)械件保證， 此時(shí)，望遠(yuǎn)物鏡6-8第一個(gè)透鏡表面和內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡8的位置并未對(duì)準(zhǔn)，因此， 借助一個(gè)輔助平面鏡7，將其與望遠(yuǎn)物鏡6-8的頭部機(jī)械前端面貼合，調(diào)節(jié)前 組望遠(yuǎn)鏡觀察其反射回來(lái)的內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡8的十宇叉絲與內(nèi)部的十字叉絲重 合，說(shuō)明前組望遠(yuǎn)鏡光軸已與后會(huì)聚鏡6-3光軸夾角為9,。
5) 在光軸折點(diǎn)處的光柵座6-4上放置輔助平面鏡7，粘密轉(zhuǎn)臺(tái)1同之前旋 轉(zhuǎn)方向再旋轉(zhuǎn)e,/2角度，即精密轉(zhuǎn)臺(tái)角度顯不為(180° - e/2)，調(diào)內(nèi)調(diào)焦 望遠(yuǎn)鏡8，使輔助平面鏡反射回的十字叉絲與內(nèi)部十字叉絲重合，保證平面鏡 在光路中的位置準(zhǔn)確。
6) 光機(jī)系統(tǒng)接收經(jīng)平行光管5準(zhǔn)直后的輻射，微分頭調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡6-6與 望遠(yuǎn)物鏡6-8間隔使狹縫對(duì)4能清晰成像在探測(cè)器6-2上，此時(shí)，準(zhǔn)直鏡6-6 與望遠(yuǎn)物鏡6-8的焦點(diǎn)正好重合。
7) 在準(zhǔn)直鏡6-6和望遠(yuǎn)物鏡6-8之間加入狹縫6-7，調(diào)節(jié)狹縫6-7前后位 置使平行光管5焦面上的狹縫經(jīng)光機(jī)系統(tǒng)后形成的像的信號(hào)最強(qiáng)，說(shuō)明狹縫 6-7正好在準(zhǔn)直鏡6-6和望遠(yuǎn)物鏡6-8的焦面上。整個(gè)過(guò)程中，狹縫6-7縫寬 由大變小至象元尺寸。
8) 在光柵座6-4處，將平面閃耀光柵6-5替換掉輔助平面鏡7，光柵刻線(xiàn) 與狹縫6-7平行。精密轉(zhuǎn)臺(tái)反方向旋轉(zhuǎn)(180。 + e ,/2- & (、為設(shè)計(jì)的光柵入射角度))角度，即精密轉(zhuǎn)臺(tái)顯示角度為(6^02)，借助光柵面的反 射，調(diào)節(jié)光柵面角度使內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡8被反射自準(zhǔn)回的十字叉絲與內(nèi)部十字 叉絲重合，說(shuō)明光柵位置已經(jīng)調(diào)好。此時(shí)，能看見(jiàn)探測(cè)器6-2光敏面上有被
打開(kāi)的狹縫6-7的光譜分布，但信噪比極低。至此，整個(gè)光機(jī)系統(tǒng)己經(jīng)完成
裝校，也證明了整個(gè)系統(tǒng)的光機(jī)部分和電子學(xué)部分都狀態(tài)完好，可以進(jìn)行下 一步的工作。
低溫下，由于光學(xué)件的曲率和折射率變化，望遠(yuǎn)物鏡6 -8和準(zhǔn)直鏡6-6的 間距需要重新調(diào)節(jié)，狹縫6-7的位置也需要重新調(diào)節(jié)，探測(cè)器6-2和后會(huì)聚鏡 6-3的間距也需要重新調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)量可以用軟件分析得出。據(jù)此數(shù)據(jù)先調(diào)節(jié)好， 再把整機(jī)放入冷箱中，在低溫真空狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試和定標(biāo)。
本發(fā)明的最大優(yōu)越性在于
1. 對(duì)于無(wú)法通過(guò)目視或其它常用光學(xué)儀器來(lái)觀察系統(tǒng)成像結(jié)果的熱紅外 光譜成像系統(tǒng)，根據(jù)熱紅外鍍膜的透鏡表面對(duì)可見(jiàn)光有較強(qiáng)的反射，結(jié)合使用 黑體、狹縫對(duì)、平行光管和內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，提出了--套簡(jiǎn)便冇效的裝校方法， 使熱紅外光譜成像系統(tǒng)裝校周期縮短，可重復(fù)性強(qiáng)。
2. 用黑體與狹縫對(duì)置于平行光管焦面處模擬無(wú)窮遠(yuǎn)物體，測(cè)試光學(xué)鏡頭 或系統(tǒng)的空間分辨率，能迅速反應(yīng)出系統(tǒng)成像情況，亦可據(jù)此確定裝校質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)裝校示意圖。 圖中l(wèi)為精密轉(zhuǎn)臺(tái)；
2為平行光管載物臺(tái)；
3為黑體箱或者單色儀；4為模擬目標(biāo)一狹縫對(duì)；
5為平行光管；
6-0為平臺(tái)；
6-1為探測(cè)器支撐臺(tái)；
6-2為熱紅外面陣探測(cè)器；
6-3為后會(huì)聚鏡；
6-4為光柵座；
6-5為平面閃耀光柵；
6-6為準(zhǔn)直鏡； 6-7為狹縫；
6-8為望遠(yuǎn)物鏡； 7為輔助平面鏡；
8為內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)圖1給本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)施例并作詳細(xì)闡述
待裝校光譜成像系統(tǒng)的望遠(yuǎn)物鏡、準(zhǔn)直鏡和會(huì)聚鏡的焦距均為40mm，采
用平面反射閃耀光柵，中心工作波長(zhǎng)的光柵入射角()2為41.8° ，衍射角(ere2)
為48.2° ，望遠(yuǎn)鏡頭與后面的會(huì)聚鏡頭光路成A為90。。所用平行光管為自 研儀器，其焦距為4000mm。探測(cè)器為面陣探測(cè)器，其象元尺寸0.()3mm。狹 縫對(duì)縫寬和間隔為4000x0.03/40=3mm 。黑體型號(hào)是上海福源公司的 HFY-300A，黑體在平行光管載物臺(tái)上，前面只有狹縫對(duì)，狹縫對(duì)位置在平行 光管焦面處。按照本發(fā)明的方法先裝校會(huì)聚鏡與探測(cè)器相對(duì)位置，精密轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90度后借助內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡調(diào)整望遠(yuǎn)組的位置，精密轉(zhuǎn)臺(tái)再旋轉(zhuǎn)45。后安放 好輔助平面鏡，調(diào)準(zhǔn)直鏡前后距離確定其與望遠(yuǎn)物鏡的問(wèn)隔，再放入狹縫并調(diào) 節(jié)其于望遠(yuǎn)物鏡的焦面位置。再將光柵代替輔助平而鏡，借助內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡調(diào) 節(jié)光柵角度。最后進(jìn)行低溫微調(diào)。
權(quán)利要求
1. 一種熱紅外光譜成像系統(tǒng)的裝校裝置，它包括精密轉(zhuǎn)臺(tái)(1)、平行光管載物臺(tái)(2)、黑體(3)、狹縫對(duì)(4)、平行光管(5)、輔助平面鏡(7)和內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡(8)，其特征在于精密轉(zhuǎn)臺(tái)(1)置于平行光管(5)出光管口的前方，待裝校的熱紅外成像光譜儀放在精密轉(zhuǎn)臺(tái)(1)上，黑體(3)和狹縫對(duì)(4)放置在位于平行光管(5)焦面處的平行光管載物臺(tái)(2)上，狹縫對(duì)(4)置于黑體(3)前，狹縫對(duì)(4)位于平行光管5焦面上，作為光軸輔助基準(zhǔn)的內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡(8)安置在待裝校的熱紅外成像光譜儀旁邊，輔助平面鏡(7)用來(lái)調(diào)整前組望遠(yuǎn)鏡的光軸和光柵座(6-4)的角度。
2. —種基于權(quán)利要求1所述的裝校裝置的熱紅外光譜成像系統(tǒng)的裝校方 法，其特征在于它包括以下步驟A.常溫裝校1) 狹縫對(duì)置于黑體(3)前，狹縫對(duì)(4)位置在平行光管(5)焦面處， 黑體(3)輻射通過(guò)狹縫對(duì)(4)經(jīng)由平行光管(5)準(zhǔn)直，此黑體(3)與狹縫 對(duì)(5)模擬無(wú)窮遠(yuǎn)處的物體；2) 后會(huì)聚鏡(6-3)與探測(cè)器(6-2)對(duì)接，鏡頭接收經(jīng)平行光管(5)準(zhǔn) 直后的輻射，狹縫對(duì)(4)清晰成像在探測(cè)器(6-2)上時(shí)，固定探測(cè)器(6-2) 和后會(huì)聚鏡(6-3)的位置；3) 轉(zhuǎn)動(dòng)精密轉(zhuǎn)臺(tái)使內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡(8)對(duì)準(zhǔn)后會(huì)聚鏡(6-3)的第一個(gè)透 鏡表面，調(diào)節(jié)內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡(8)位置使其鏡面反射回的十字叉絲與內(nèi)部的十 字叉絲重合，此時(shí)的精密轉(zhuǎn)臺(tái)位置記為零點(diǎn)；4) 保持內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡(8)位置和高度不變，精密轉(zhuǎn)臺(tái)(1)旋轉(zhuǎn)(180°角度，其中e,是后會(huì)聚鏡(6-3)與前組望遠(yuǎn)鏡頭的光軸折轉(zhuǎn)角度，在平臺(tái)(6-0)上放置系統(tǒng)前組望遠(yuǎn)鏡，包括望遠(yuǎn)物鏡(6 8)和準(zhǔn)直鏡(6-6)， 兩者同軸由機(jī)械件保證，此時(shí)，望遠(yuǎn)物鏡(6-8)第一個(gè)透鏡表面和內(nèi)調(diào)焦望 遠(yuǎn)鏡(8)的位置并未對(duì)準(zhǔn)，因此，借助一個(gè)輔助平面鏡(7)，將其與望遠(yuǎn)物 鏡(6-8)的頭部機(jī)械前端面貼合，調(diào)節(jié)前組望遠(yuǎn)鏡觀察其反射回來(lái)的內(nèi)調(diào)焦 望遠(yuǎn)鏡(8)的十字叉絲與內(nèi)部的十字叉絲重合，此時(shí)，前組望遠(yuǎn)鏡的光軸已 與后組會(huì)聚鏡(6-3)光軸夾角為e1;5) 在光軸折點(diǎn)處的光柵座(6-4)上放置輔助平面鏡(7)，精密轉(zhuǎn)臺(tái)(1)同之前旋轉(zhuǎn)方向再旋轉(zhuǎn)e/2角度，即精密轉(zhuǎn)臺(tái)角度顯示為(180° - ey2)，調(diào)內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡(8)，使輔助平面鏡反射回的十字叉絲與內(nèi)部十字叉絲重合， 保證平面鏡在光路中的位置準(zhǔn)確；6) 光機(jī)系統(tǒng)接收經(jīng)平行光管(5)準(zhǔn)直后的輻射，用微分頭調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡(6-6) 與望遠(yuǎn)物鏡(6-8)的間隔使狹縫對(duì)(4)能清晰成像在探測(cè)器(6-2)上，此 時(shí)，準(zhǔn)直鏡(6-6)與望遠(yuǎn)物鏡(6-8)的焦點(diǎn)正好重合；7) 在準(zhǔn)直鏡(6-6)和望遠(yuǎn)物鏡(6-8)之間加入狹縫(6-7)，調(diào)節(jié)狹縫 (6-7)前后位置使平行光管5焦面上的狹縫經(jīng)光機(jī)系統(tǒng)后形成的像的信號(hào)最強(qiáng)，說(shuō)明狹縫(6-7)正好在準(zhǔn)直鏡(6-6)和望遠(yuǎn)物鏡(6-8)的焦面上，整 個(gè)過(guò)程中，狹縫(6-7)縫寬由大變小至象元尺寸；8) 在光柵座(6-4)處，將平面閃耀光柵(6-5)替換掉輔助平面鏡(7)， 光柵刻線(xiàn)與狹縫(6-7)平行，精密轉(zhuǎn)臺(tái)反方向旋轉(zhuǎn)(180° +0 72-0 2)角度， 其中92為設(shè)計(jì)的光柵入射角度，即精密轉(zhuǎn)臺(tái)顯示角度為(-9,02)，借助光 柵面的反射，調(diào)節(jié)光柵面角度使內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡(8)被反射自準(zhǔn)回的十字叉絲與內(nèi)部十字叉絲重合，說(shuō)明光柵位置已經(jīng)調(diào)好，此時(shí)，在探測(cè)器6-2光敏面上 有被打開(kāi)的狹縫(6-7)的光譜分布，至此，整個(gè)光機(jī)系統(tǒng)的常溫裝校完成； B.低溫裝校低溫下，根據(jù)軟件分析計(jì)算得出的調(diào)節(jié)量對(duì)望遠(yuǎn)物鏡(6-8)和準(zhǔn)直鏡(6-6) 的間距以及狹縫(6-7)的位置重新調(diào)節(jié)，探測(cè)器(6-2)和后會(huì)聚鏡(6-3) 的間距同樣根據(jù)軟件分析計(jì)算得出的調(diào)節(jié)量重新調(diào)節(jié)；調(diào)整完畢后，把整機(jī)放 入冷箱中，裝校工作完成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于面陣探測(cè)器的熱紅外光譜成像系統(tǒng)的裝校方法。根據(jù)鍍熱紅外增透膜的透鏡表面對(duì)可見(jiàn)光有較強(qiáng)的反射，提出一種借助于黑體、狹縫對(duì)、輔助平面鏡、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡和平行光管等輔助物件而實(shí)現(xiàn)的裝校方法。將黑體與狹縫對(duì)置于平行光管焦面處模擬無(wú)窮遠(yuǎn)輻射，觀察其狹縫對(duì)在探測(cè)器光敏面上的像的清晰程度來(lái)確定各鏡頭和元件的相對(duì)位置。本發(fā)明的裝校方法可有效解決熱紅外光譜成像系統(tǒng)無(wú)法通過(guò)目視或其它常用光學(xué)儀器進(jìn)行光學(xué)裝校的問(wèn)題，使該類(lèi)系統(tǒng)裝校周期縮短，可重復(fù)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01J5/10GK101520343SQ20091004817
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者徐衛(wèi)明, 穎 林, 王建宇, 嶸 舒, 袁立銀 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所