CN103852166B - 一种宽视场光谱成像系统辅助装调装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽视场光谱成像系统的辅助装调装置及方法，在平行光管和待装调光谱成像系统之间的准直光路中放入宽视场产生部分，将平行光管出射的准直光折转一个略小于光谱成像系统半视场角的角度后进入待装调系统，经待装调系统分光成像在探测器上；在待装调系统前放入单色光产生部分，复色光源经两块不同光谱特征的窄带滤光片后将待装调系统的内部视场光栏狭缝成像在探测器上。本发明解决了宽视场光谱成像系统装调过程中探测器上不易同时接收两端点视场光谱像的问题；解决了宽视场光谱成像系统装调过程中探测器上不同时接收两条全视场单色像的问题，提高了宽视场光谱成像系统装调精度，缩短了装调周期。
Description
技术领域
本发明涉及光谱成像系统的装调，特别是指一种宽视场光谱成像系统辅助装调装置及方法。
背景技术
光谱成像系统能同时获取目标的图谱信息，包括二维空间信息和光谱信息，兼具空间识别和光谱探测功能，可应用在航天航空遥感、军事侦查、地质矿物识别、植被生态、海色及大气等研究中。
宽视场光谱成像系统具有较大的线视场，甚至40°以上，同时这种系统的空间和光谱维度的像元级和亚像元级的配准，都对系统的装调尤其是探测器的装调提出了很高的要求。光谱成像系统在保证光学镜头高精度装调、视场光栏高精度装调的情况下，探测器的空间维度和光谱维度的装调也需要高精度。本发明设计了一种专门针对宽视场光谱成像系统装调的辅助装调装置及方法，该装置及方法提高了宽视场光谱成像系统装调精度，缩短了装调周期。
发明内容
本发明目的是弥补现有技术的缺陷，提供一种针对宽视场光谱成像系统的辅助装调装置和方法。
一种宽视场光谱成像系统的辅助装调装置，它包括宽视场产生部分和准单色光产生部分。
所述的宽视场产生部分由光学底板1、两片分居于待装调系统两侧半视场角附近的第一平面反射镜2和第二平面反射镜3、对应的第一调整架4和第二调整架5组成；所述的平面镜2，3面形精度优于λ/5，不影响待装调系统像质，纵向尺寸不小于待装调系统入射口径，横向尺寸不小于待装调系统入射口径除以半视场正弦的商值；所述的调整架4，5是一个二维角度调整件和一个高精度一维转台的组合，用以调整平面镜的偏摆和俯仰二维角度；
所述的准单色光产生部分由复色光源6、两块位于待装调系统入口附近的第一窄带滤光片7和第二窄带滤光片8组成；所述的两块窄带滤光片7，8，其透过带宽与待装调系统的光谱采样率尽量接近，两块窄带滤光片的透过波长在待装调系统探测器上可以分开；所述的复色光源6位于平面镜2，3中间，其发光光谱覆盖第一窄带滤光片7和第二窄带滤光片8的透过光谱。
利用所述装置装调宽视场光谱成像系统，包括下列步骤：
（一）点视场复色光调空间维
该步骤对应宽视场光谱成像系统的空间分辨率调节，对应探测器相对于光轴前后和沿空间维的调节。
1将缝宽对应待装调系统瞬时视场的狭缝板9放置在平行光管10的焦面上，狭缝板9与宽视场光谱成像系统11的内部视场光栏狭缝垂直，用卤钨灯照亮狭缝板9。
2借助辅助镜，借助待装调系统的机械端面，调节平行光管准直光线正入射待装调系统。
3初装待装调系统的探测器，使接收的零视场狭缝光谱像居于探测器空间维中央。
4在平行光管10和宽视场光谱成像系统11之间的准直光路中放置辅助装调装置，调节第一调整架4的二维角度调整件使第一平面反射镜2的光学面严格垂直于待装调系统水平面，判断方法是：通过旋转第一调整架4的一维高精度转台改变点视场位置，观察点视场光谱像的是否一直平行于探测器列。
5调节第二调整架5的二维角度调整件使第二平面反射镜3的光学面严格垂直于待装调系统水平面。
6根据待装调系统的半视场角，通过调节第一调整架4的一维高精度转台，使光线折转接近半视场角的角度；通过调节第二调整架5的一维高精度转台，使光线折转接近半视场角的角度。
7探测器上接收到三条点视场光谱像，相对于光轴前后调节探测器，沿空间维调节探测器，使三条点视场光谱像各自都落在一列元内，此时已调整好探测器的空间维位置。
（二）全视场单色光调光谱维
该步骤对应宽视场光谱成像系统的光谱调准，对应探测器沿光谱维的调节。
1将第一窄带滤光片7和第二窄带滤光片8略有交叠放在待装调系统的入口处。
2复色光源6照亮待装调系统11的内部视场光栏狭缝使其成像的探测器上，根据设计文件中第一窄带滤光片7和第二窄带滤光片8透过的波长落在探测光谱维上的行数，沿光谱维平移探测器，此时已调整好探测器的光谱维位置。
3撤走光源6、第一窄带滤光片7和第二窄带滤光片8，再观察三条点视场光谱像是否各自都落在一列元内，若不是，则微调探测器相对于光轴前后和沿空间维的位置，使三条点视场光谱像各自都落在一列元内。
4反复几次点视场复色光调空间维和全视场单色光调光谱维，使探测器空间维和光谱维位置与设计相符。
本发明的优点是：
宽视场产生部分为宽视场光谱成像系统同时引入两束接近边缘视场的光线，包括正入射光束在内的三条不同视场的点视场光谱像同时出现在探测器上，能快速确定探测器沿空间维的位置。通常使用牛顿式平行光管，相对于宽视场光谱成像系统的视场，在系统的探测器上只能观察到极小的一段狭缝像，即便将宽视场光谱成像系统放置在转台上也不能同时反映出系统的全像面的空间分辨率，不便于装调探测器，装调出的系统可能一侧像清晰而另一侧像略模糊，达不到最好的效果。
宽视场产生部分也可以用于多个光谱成像系统的外视场拼接。
宽视场产生部分也可以用于光谱成像系统的焦距和视场测试。
准单色光产生部分利用两块不同的窄带滤光片解决了短波和长波缺少锐利特征峰目标源和长波缺乏激光器的问题，不同波长的准单色狭缝像同时出现在探测器上，能快速确定探测器沿光谱维的位置。
辅助装调装置结构简单，便于实现，精度高，易于控制。
附图说明
图1为本发明的辅助装调装置示意图。
图2为本发明的点视场复色光调空间维示意图。
图3为待装调系统视场光栏狭缝点视场与光谱像对应示意图。
图4为本发明的全视场单色光调光谱维示意图。
图5为待装调系统视场光栏狭缝全视场与单色像对应示意图。
图中：1为光学底板；
2为第一平面反射镜；
3为第二平面反射镜；
4为第一调整架；
5为第二调整架；
6为复色光源；
7为第一窄带滤光片；
8为第二窄带滤光片；
9为狭缝板；
10为平行光管；
11为宽视场光谱成像系统。
具体实施方式
下面根据图1、图2、图3、图4和图5，给本发明一个较好实施例并作详细阐述：
图1是本发明的装调辅助装置，它包括宽视场产生和准单色光产生两部分，宽视场产生部分由光学底板1、第一平面反射镜2、第二平面反射镜3、第一调整架4、第二调整架5组成，准单色光产生部分由复色光源6、第一窄带滤光片7和第二窄带滤光片8组成。
某宽视场光谱成像系统的视场角为42°，光谱范围1000-2500nm，入射口径为20mm，探测器空间维500元，线性色散，光谱维256元。
第一平面反射镜2和第二平面反射镜3的横向尺寸不小于59mm，纵向尺寸不小于20mm，调节平面反射镜使光线折转19.36°。第一窄带滤光片7的透过中心波长1199.2nm和第二窄带滤光片8的透过中心波长2201.2nm。
参照图2和图3，借助宽视场产生部分，调节探测器使3条点视场光谱像x1、x0和x3分别落在空间维20列、256列和492列。
参照图4和图5，借助准单色光产生部分，调节探测器使2条全视场单色像λ1和λ2分别落在光谱维34行和205行。
按所述方法对某宽视场光谱成像系统装调，精度可达1/2像元。
Claims (2)
1.一种宽视场光谱成像系统辅助装调装置，它包括宽视场产生部分和准单色光产生部分，其特征在于：
所述的宽视场产生部分由光学底板(1)、两片分居于待装调系统两侧半视场角附近的第一平面反射镜(2)和第二平面反射镜(3)、对应的第一调整架(4)和第二调整架(5)组成；所述的平面反射镜(2，3)面形精度优于λ/5，不影响待装调系统像质，纵向尺寸不小于待装调系统入射口径，横向尺寸不小于待装调系统入射口径除以半视场正弦的商值；所述的调整架(4，5)是一个二维角度调整件和一个高精度一维转台的组合，用以调整平面反射镜的偏摆和俯仰二维角度；
所述的准单色光产生部分由复色光源(6)、两块位于待装调系统入口附近的第一窄带滤光片(7)和第二窄带滤光片(8)组成；所述的两块窄带滤光片(7，8)，其透过带宽与待装调系统的光谱采样率尽量接近，两块窄带滤光片的透过波长在待装调系统探测器上分开；所述的复色光源(6)位于平面反射镜(2，3)中间，其发光光谱覆盖第一窄带滤光片(7)和第二窄带滤光片(8)的透过光谱。
2.一种基于权利要求1所述装置的宽视场光谱成像系统装调方法，其特征在于包括以下步骤：
(一)点视场复色光调空间维
1)将缝宽对应待装调系统瞬时视场的狭缝板(9)放置在平行光管(10)的焦面上，狭缝板(9)与宽视场光谱成像系统(11)的内部视场光栏狭缝垂直，用卤钨灯照亮狭缝板(9)；
2)借助辅助镜，借助待装调系统的机械端面，调节平行光管准直光线正入射待装调系统；
3)初装待装调系统的探测器，使接收的零视场狭缝光谱像居于探测器空间维中央；
4)在平行光管(10)和宽视场光谱成像系统(11)之间的准直光路中放置辅助装调装置，调节第一调整架(4)的二维角度调整件使第一平面反射镜(2)的光学面严格垂直于待装调系统水平面，判断方法是：通过旋转第一调整架(4)的一维高精度转台改变点视场位置，观察点视场光谱像是否一直平行于探测器列；
5)调节第二调整架(5)的二维角度调整件使第二平面反射镜(3)的光学面严格垂直于待装调系统水平面；
6)根据待装调系统的半视场角，通过调节第一调整架(4)的一维高精度转台，使光线折转接近半视场角的角度；通过调节第二调整架(5)的一维高精度转台，使光线折转接近半视场角的角度；
7)探测器上接收到三条点视场光谱像，相对于光轴前后调节探测器，沿空间维调节探测器，使三条点视场光谱像各自都落在一列元内，此时已调整好探测器的空间维位置；
(二)全视场单色光调光谱维
1)将第一窄带滤光片(7)和第二窄带滤光片(8)略有交叠放在待装调系统的入口处；
2)复色光源(6)照亮待装调宽视场光谱成像系统(11)的内部视场光栏狭缝使其成像在探测器上，根据设计文件中第一窄带滤光片(7)和第二窄带滤光片(8)透过的波长落在探测光谱维上的行数，沿光谱维平移探测器，此时已调整好探测器的光谱维位置；
3)撤走光源(6)、第一窄带滤光片(7)和第二窄带滤光片(8)，再观察三条点视场光谱像是否各自都落在一列元内，若不是，则微调探测器相对于光轴前后和沿空间维的位置，使三条点视场光谱像各自都落在一列元内；
4)反复几次点视场复色光调空间维和全视场单色光调光谱维，使探测器空间维和光谱维位置与设计相符。
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| 超光谱成像仪的精细光谱定标;郑玉权;《光学精密工程》;20101130;第18卷(第11期);第2347-2354页 * |
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