一種寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)輔助裝調(diào)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)的輔助裝調(diào)裝置及方法，在平行光管和待裝調(diào)光譜成像系統(tǒng)之間的準(zhǔn)直光路中放入寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分，將平行光管出射的準(zhǔn)直光折轉(zhuǎn)一個(gè)略小于光譜成像系統(tǒng)半視場(chǎng)角的角度后進(jìn)入待裝調(diào)系統(tǒng)，經(jīng)待裝調(diào)系統(tǒng)分光成像在探測(cè)器上；在待裝調(diào)系統(tǒng)前放入單色光產(chǎn)生部分，復(fù)色光源經(jīng)兩塊不同光譜特征的窄帶濾光片后將待裝調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)部視場(chǎng)光欄狹縫成像在探測(cè)器上。本發(fā)明解決了寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)裝調(diào)過(guò)程中探測(cè)器上不易同時(shí)接收兩端點(diǎn)視場(chǎng)光譜像的問(wèn)題；解決了寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)裝調(diào)過(guò)程中探測(cè)器上不同時(shí)接收兩條全視場(chǎng)單色像的問(wèn)題，提高了寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)裝調(diào)精度，縮短了裝調(diào)周期。
【專利說(shuō)明】一種寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)輔助裝調(diào)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜成像系統(tǒng)的裝調(diào)，特別是指一種寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)輔助裝調(diào)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜成像系統(tǒng)能同時(shí)獲取目標(biāo)的圖譜信息，包括二維空間信息和光譜信息，兼具空間識(shí)別和光譜探測(cè)功能，可應(yīng)用在航天航空遙感、軍事偵查、地質(zhì)礦物識(shí)別、植被生態(tài)、海色及大氣等研究中。
[0003]寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)具有較大的線視場(chǎng)，甚至40°以上，同時(shí)這種系統(tǒng)的空間和光譜維度的像元級(jí)和亞像元級(jí)的配準(zhǔn)，都對(duì)系統(tǒng)的裝調(diào)尤其是探測(cè)器的裝調(diào)提出了很高的要求。光譜成像系統(tǒng)在保證光學(xué)鏡頭高精度裝調(diào)、視場(chǎng)光欄高精度裝調(diào)的情況下，探測(cè)器的空間維度和光譜維度的裝調(diào)也需要高精度。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種專門針對(duì)寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)裝調(diào)的輔助裝調(diào)裝置及方法，該裝置及方法提高了寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)裝調(diào)精度，縮短了裝調(diào)周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種針對(duì)寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)的輔助裝調(diào)裝置和方法。
[0005]一種寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)的輔助裝調(diào)裝置，它包括寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分和準(zhǔn)單色光產(chǎn)生部分。
[0006]所述的寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分由光學(xué)底板1、兩片分居于待裝調(diào)系統(tǒng)兩側(cè)半視場(chǎng)角附近的第一平面反射鏡2和第二平面反射鏡3、對(duì)應(yīng)的第一調(diào)整架4和第二調(diào)整架5組成；所述的平面鏡2，3面形精度優(yōu)于λ /5，不影響待裝調(diào)系統(tǒng)像質(zhì)，縱向尺寸不小于待裝調(diào)系統(tǒng)入射口徑，橫向尺寸不小于待裝調(diào)系統(tǒng)入射口徑除以半視場(chǎng)正弦的商值；所述的調(diào)整架4，5是一個(gè)二維角度調(diào)整件和一個(gè)高精度一維轉(zhuǎn)臺(tái)的組合，用以調(diào)整平面鏡的偏擺和俯仰二維角度；
[0007]所述的準(zhǔn)單色光產(chǎn)生部分由復(fù)色光源6、兩塊位于待裝調(diào)系統(tǒng)入口附近的第一窄帶濾光片7和第二窄帶濾光片8組成；所述的兩塊窄帶濾光片7，8，其透過(guò)帶寬與待裝調(diào)系統(tǒng)的光譜采樣率盡量接近，兩塊窄帶濾光片的透過(guò)波長(zhǎng)在待裝調(diào)系統(tǒng)探測(cè)器上可以分開(kāi)；所述的復(fù)色光源6位于平面鏡2，3中間，其發(fā)光光譜覆蓋第一窄帶濾光片7和第二窄帶濾光片8的透過(guò)光譜。
[0008]利用所述裝置裝調(diào)寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)，包括下列步驟:
[0009](一)點(diǎn)視場(chǎng)復(fù)色光調(diào)空間維
[0010]該步驟對(duì)應(yīng)寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)的空間分辨率調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)探測(cè)器相對(duì)于光軸前后和沿空間維的調(diào)節(jié)。
[0011]I將縫寬對(duì)應(yīng)待裝調(diào)系統(tǒng)瞬時(shí)視場(chǎng)的狹縫板9放置在平行光管10的焦面上，狹縫板9與寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)11的內(nèi)部視場(chǎng)光欄狹縫垂直，用鹵鎢燈照亮狹縫板9。
[0012]2借助輔助鏡，借助待裝調(diào)系統(tǒng)的機(jī)械端面，調(diào)節(jié)平行光管準(zhǔn)直光線正入射待裝調(diào)系統(tǒng)。
[0013]3初裝待裝調(diào)系統(tǒng)的探測(cè)器，使接收的零視場(chǎng)狹縫光譜像居于探測(cè)器空間維中央。
[0014]4在平行光管10和寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)11之間的準(zhǔn)直光路中放置輔助裝調(diào)裝置，調(diào)節(jié)第一調(diào)整架4的二維角度調(diào)整件使第一平面反射鏡2的光學(xué)面嚴(yán)格垂直于待裝調(diào)系統(tǒng)水平面，判斷方法是:通過(guò)旋轉(zhuǎn)第一調(diào)整架4的一維高精度轉(zhuǎn)臺(tái)改變點(diǎn)視場(chǎng)位置，觀察點(diǎn)視場(chǎng)光譜像的是否一直平行于探測(cè)器列。
[0015]5調(diào)節(jié)第二調(diào)整架5的二維角度調(diào)整件使第二平面反射鏡3的光學(xué)面嚴(yán)格垂直于待裝調(diào)系統(tǒng)水平面。
[0016]6根據(jù)待裝調(diào)系統(tǒng)的半視場(chǎng)角，通過(guò)調(diào)節(jié)第一調(diào)整架4的一維高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，使光線折轉(zhuǎn)接近半視場(chǎng)角的角度；通過(guò)調(diào)節(jié)第二調(diào)整架5的一維高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，使光線折轉(zhuǎn)接近半視場(chǎng)角的角度。
[0017]7探測(cè)器上接收到三條點(diǎn)視場(chǎng)光譜像，相對(duì)于光軸前后調(diào)節(jié)探測(cè)器，沿空間維調(diào)節(jié)探測(cè)器，使三條點(diǎn)視場(chǎng)光譜像各自都落在一列元內(nèi)，此時(shí)已調(diào)整好探測(cè)器的空間維位置。
[0018](二)全視場(chǎng)單色光調(diào)光譜維
[0019]該步驟對(duì)應(yīng)寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)的光譜調(diào)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)探測(cè)器沿光譜維的調(diào)節(jié)。
[0020]I將第一窄帶濾光片7和第二窄帶濾光片8略有交疊放在待裝調(diào)系統(tǒng)的入口處。
[0021]2復(fù)色光源6照亮待裝調(diào)系統(tǒng)11的內(nèi)部視場(chǎng)光欄狹縫使其成像的探測(cè)器上，根據(jù)設(shè)計(jì)文件中第一窄帶濾光片7和第二窄帶濾光片8透過(guò)的波長(zhǎng)落在探測(cè)光譜維上的行數(shù)，沿光譜維平移探測(cè)器，此時(shí)已調(diào)整好探測(cè)器的光譜維位置。
[0022]3撤走光源6、第一窄帶濾光片7和第二窄帶濾光片8，再觀察三條點(diǎn)視場(chǎng)光譜像是否各自都落在一列元內(nèi)，若不是，則微調(diào)探測(cè)器相對(duì)于光軸前后和沿空間維的位置，使三條點(diǎn)視場(chǎng)光譜像各自都落在一列元內(nèi)。
[0023]4反復(fù)幾次點(diǎn)視場(chǎng)復(fù)色光調(diào)空間維和全視場(chǎng)單色光調(diào)光譜維，使探測(cè)器空間維和光譜維位置與設(shè)計(jì)相符。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0025]寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分為寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)同時(shí)引入兩束接近邊緣視場(chǎng)的光線，包括正入射光束在內(nèi)的三條不同視場(chǎng)的點(diǎn)視場(chǎng)光譜像同時(shí)出現(xiàn)在探測(cè)器上，能快速確定探測(cè)器沿空間維的位置。通常使用牛頓式平行光管，相對(duì)于寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)的視場(chǎng)，在系統(tǒng)的探測(cè)器上只能觀察到極小的一段狹縫像，即便將寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上也不能同時(shí)反映出系統(tǒng)的全像面的空間分辨率，不便于裝調(diào)探測(cè)器，裝調(diào)出的系統(tǒng)可能一側(cè)像清晰而另一側(cè)像略模糊，達(dá)不到最好的效果。
[0026]寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分也可以用于多個(gè)光譜成像系統(tǒng)的外視場(chǎng)拼接。
[0027]寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分也可以用于光譜成像系統(tǒng)的焦距和視場(chǎng)測(cè)試。
[0028]準(zhǔn)單色光產(chǎn)生部分利用兩塊不同的窄帶濾光片解決了短波和長(zhǎng)波缺少銳利特征峰目標(biāo)源和長(zhǎng)波缺乏激光器的問(wèn)題，不同波長(zhǎng)的準(zhǔn)單色狹縫像同時(shí)出現(xiàn)在探測(cè)器上，能快速確定探測(cè)器沿光譜維的位置。
[0029]輔助裝調(diào)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，精度高，易于控制?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明的輔助裝調(diào)裝置示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明的點(diǎn)視場(chǎng)復(fù)色光調(diào)空間維示意圖。
[0032]圖3為待裝調(diào)系統(tǒng)視場(chǎng)光欄狹縫點(diǎn)視場(chǎng)與光譜像對(duì)應(yīng)示意圖。
[0033]圖4為本發(fā)明的全視場(chǎng)單色光調(diào)光譜維示意圖。
[0034]圖5為待裝調(diào)系統(tǒng)視場(chǎng)光欄狹縫全視場(chǎng)與單色像對(duì)應(yīng)示意圖。
[0035]圖中:I為光學(xué)底板；
[0036]2為第一平面反射鏡；
[0037]3為第二平面反射鏡；
[0038]4為第一調(diào)整架；
[0039]5為第二調(diào)整架；
[0040]6為復(fù)色光源；
[0041]7為第一窄帶濾光片；
[0042]8為第二窄帶濾光片；
[0043]9為狹縫板；
[0044]10為平行光管；
[0045]11為寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面根據(jù)圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，給本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)施例并作詳細(xì)闡述:
[0047]圖1是本發(fā)明的裝調(diào)輔助裝置，它包括寬視場(chǎng)產(chǎn)生和準(zhǔn)單色光產(chǎn)生兩部分，寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分由光學(xué)底板1、第一平面反射鏡2、第二平面反射鏡3、第一調(diào)整架4、第二調(diào)整架5組成，準(zhǔn)單色光產(chǎn)生部分由復(fù)色光源6、第一窄帶濾光片7和第二窄帶濾光片8組成。
[0048]某寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)的視場(chǎng)角為42°，光譜范圍1000_2500nm，入射口徑為20mm，探測(cè)器空間維500元，線性色散，光譜維256元。
[0049]第一平面反射鏡2和第二平面反射鏡3的橫向尺寸不小于59mm，縱向尺寸不小于20mm，調(diào)節(jié)平面反射鏡使光線折轉(zhuǎn)19.36°。第一窄帶濾光片7的透過(guò)中心波長(zhǎng)1199.2nm和第二窄帶濾光片8的透過(guò)中心波長(zhǎng)2201.2nm。
[0050]參照?qǐng)D2和圖3，借助寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分，調(diào)節(jié)探測(cè)器使3條點(diǎn)視場(chǎng)光譜像xl、x0和x3分別落在空間維20列、256列和492列。
[0051]參照?qǐng)D4和圖5，借助準(zhǔn)單色光產(chǎn)生部分，調(diào)節(jié)探測(cè)器使2條全視場(chǎng)單色像λ I和λ 2分別落在光譜維34行和205行。
[0052]按所述方法對(duì)某寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)裝調(diào)，精度可達(dá)1/2像元。
【權(quán)利要求】
1.一種寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)輔助裝調(diào)裝置，它包括寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分和準(zhǔn)單色光產(chǎn)生部分，其特征在于: 所述的寬視場(chǎng)產(chǎn)生部分由光學(xué)底板(I)、兩片分居于待裝調(diào)系統(tǒng)兩側(cè)半視場(chǎng)角附近的第一平面反射鏡(2)和第二平面反射鏡(3)、對(duì)應(yīng)的第一調(diào)整架(4)和第二調(diào)整架(5)組成；所述的平面鏡(2，3)面形精度優(yōu)于λ/5，不影響待裝調(diào)系統(tǒng)像質(zhì)，縱向尺寸不小于待裝調(diào)系統(tǒng)入射口徑，橫向尺寸不小于待裝調(diào)系統(tǒng)入射口徑除以半視場(chǎng)正弦的商值；所述的調(diào)整架(4，5)是一個(gè)二維角度調(diào)整件和一個(gè)高精度一維轉(zhuǎn)臺(tái)的組合，用以調(diào)整平面鏡的偏擺和俯仰二維角度； 所述的準(zhǔn)單色光產(chǎn)生部分由復(fù)色光源(6)、兩塊位于待裝調(diào)系統(tǒng)入口附近的第一窄帶濾光片(7)和第二窄帶濾光片(8)組成；所述的兩塊窄帶濾光片(7，8)，其透過(guò)帶寬與待裝調(diào)系統(tǒng)的光譜采樣率盡量接近，兩塊窄帶濾光片的透過(guò)波長(zhǎng)在待裝調(diào)系統(tǒng)探測(cè)器上可以分開(kāi)；所述的復(fù)色光源(6)位于平面鏡(2，3)中間，其發(fā)光光譜覆蓋第一窄帶濾光片(7)和第二窄帶濾光片(8)的透過(guò)光譜。
2.一種基于權(quán)利要求1所述裝置的寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)裝調(diào)方法，其特征在于包括以下步驟: (一)點(diǎn)視場(chǎng)復(fù)色光調(diào)空間維 .1)將縫寬對(duì)應(yīng)待裝調(diào)系統(tǒng)瞬時(shí)視場(chǎng)的狹縫板(9)放置在平行光管(10)的焦面上，狹縫板(9)與寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)(11)的內(nèi)部視場(chǎng)光欄狹縫垂直，用鹵鎢燈照亮狹縫板(9)； .2)借助輔助鏡，借助待裝調(diào)系統(tǒng)的機(jī)械端面，調(diào)節(jié)平行光管準(zhǔn)直光線正入射待裝調(diào)系統(tǒng)； .3)初裝待裝調(diào)系統(tǒng)的探測(cè)器，使接收的零視場(chǎng)狹縫光譜像居于探測(cè)器空間維中央； .4)在平行光管(10)和寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)(11)之間的準(zhǔn)直光路中放置輔助裝調(diào)裝置，調(diào)節(jié)第一調(diào)整架(4)的二維角度調(diào)整件使第一平面反射鏡(2)的光學(xué)面嚴(yán)格垂直于待裝調(diào)系統(tǒng)水平面，判斷方法是:通過(guò)旋轉(zhuǎn)第一調(diào)整架(4)的一維高精度轉(zhuǎn)臺(tái)改變點(diǎn)視場(chǎng)位置，觀察點(diǎn)視場(chǎng)光譜像是否一直平行于探測(cè)器列； .5 )調(diào)節(jié)第二調(diào)整架(5 )的二維角度調(diào)整件使第二平面反射鏡(3 )的光學(xué)面嚴(yán)格垂直于待裝調(diào)系統(tǒng)水平面； .6)根據(jù)待裝調(diào)系統(tǒng)的半視場(chǎng)角，通過(guò)調(diào)節(jié)第一調(diào)整架(4)的一維高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，使光線折轉(zhuǎn)接近半視場(chǎng)角的角度；通過(guò)調(diào)節(jié)第二調(diào)整架(5)的一維高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，使光線折轉(zhuǎn)接近半視場(chǎng)角的角度； .7)探測(cè)器上接收到三條點(diǎn)視場(chǎng)光譜像，相對(duì)于光軸前后調(diào)節(jié)探測(cè)器，沿空間維調(diào)節(jié)探測(cè)器，使三條點(diǎn)視場(chǎng)光譜像各自都落在一列元內(nèi)，此時(shí)已調(diào)整好探測(cè)器的空間維位置； (二)全視場(chǎng)單色光調(diào)光譜維 .1)將第一窄帶濾光片(7)和第二窄帶濾光片(8)略有交疊放在待裝調(diào)系統(tǒng)的入口處； .2)復(fù)色光源(6)照亮待裝調(diào)寬視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)(11)的內(nèi)部視場(chǎng)光欄狹縫使其成像在探測(cè)器上，根據(jù)設(shè)計(jì)文件中第一窄帶濾光片(7)和第二窄帶濾光片(8)透過(guò)的波長(zhǎng)落在探測(cè)光譜維上的行數(shù)，沿光譜維平移探測(cè)器，此時(shí)已調(diào)整好探測(cè)器的光譜維位置； .3)撤走光源(6)、第一窄帶濾光片(7)和第二窄帶濾光片(8)，再觀察三條點(diǎn)視場(chǎng)光譜像是否各自都落在一列元內(nèi)，若不是，則微調(diào)探測(cè)器相對(duì)于光軸前后和沿空間維的位置，使三條點(diǎn)視場(chǎng)光譜像各自都落在一列元內(nèi)； 4)反復(fù)幾次點(diǎn)視場(chǎng)復(fù)色光調(diào)空間維和全視場(chǎng)單色光調(diào)光譜維，使探測(cè)器空間維和光譜維位置與設(shè)計(jì)相符?！?br> 【文檔編號(hào)】G01J3/28GK103852166SQ201410020963
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】袁立銀, 何志平, 陳爽, 舒嶸 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所