一种光谱仪的装调方法及装调系统与流程

本发明涉及光谱技术领域，特别是涉及一种光谱仪的装调方法及装调系统。

背景技术：

近红外至短波红外波段超高分辨率光谱仪系统工作0.7μm-2.5μm波段之间，光谱分辨率、辐射分辨率和信噪比等指标具有较高的要求，因此对系统的设计和装调提出较高的要求。受到红外背景辐射效应的影响，近红外波段超高分辨率光谱仪系统的暗场信号水平较高，通常采用滤光片冷光阑和仪器本体制冷结合的方式降低这种影响。但是短波红外波段光谱仪一般工作在0℃以下的低温，从而带来低温装调的技术难题。

短波红外光学系统工作在低温下，光学元件折射率、曲率半径、相对位置关系与常温下差异较大，将引起光学成像质量下降和焦面离焦的现象。低温装调技术就是要解决低温引起的负面效应。因此，常温下的装调方法均不适用于低温装调。为了获得高成像质量的低温光学系统，常采用在低温下主动位移机构调节的方式实现装调。低温主动机构的工作环境较为恶劣，机构的设计实现较为复杂，同时装调过程需要一直处于低温，需要专门的低温设备做支撑，因此此种方法装调复杂，装调周期和经费要求较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光谱仪的装调方法及装调系统，可以在常温下精密装调光学元件至低温的理想状态，使低温下的光谱仪获得较为理想的成像质量，且装调方法更加简洁高效。其具体方案如下：

一种光谱仪的装调方法，包括：

计算出在低温与常温相互转变时引起的所述光谱仪中光学元件的相关变化量；

在常温下对所述光学元件进行装调，并根据所述相关变化量，对装调好的所述光学元件进行修正。

优选地，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，计算出在低温与常温相互转变时引起的所述光谱仪中光学元件的相关变化量，具体包括：

通过光学软件计算出在低温与常温相互转变时引起的所述光谱仪中光学元件的光学离焦量；

通过工程分析软件计算出在低温与常温相互转变时引起的所述光谱仪中光学元件的机械补偿量。

优选地，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，在常温下对所述光学元件进行装调，并根据所述相关变化量，对装调好的所述光学元件进行修正，具体包括：

根据所述光学离焦量和机械补偿量，确定在低温下所述光谱仪焦面的理论位置；

在常温下将所述光学元件主动进行装调，根据所述焦面的理论位置，对装调好的所述光学元件进行修正。

优选地，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，所述光学元件包括：狭缝组件、准直镜组件、分光组件、成像镜组件和焦面组件；

所述狭缝组件为n阶阵列狭缝，用于对入射光线进行空间滤波，使所述入射光线入射到所述准直镜组件上；

所述入射光线依次经过所述准直镜组件准直、所述分光组件分光、所述成像镜组件聚焦后成像在所述焦面组件上。

优选地，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，在常温下将所述光学元件主动进行装调，根据所述焦面的理论位置，对装调好的所述光学元件进行修正，具体包括：

在常温下，根据设定参数信息分别对所述准直镜组件和所述成像镜组件进行装调；

在常温下，将所述准直镜组件、所述成像镜组件和所述分光组件在框架上集成装调；

在常温下，根据设定约束条件对所述狭缝组件进行装调，并根据所述焦面的理论位置，将装调好的所述狭缝组件进行修正；

在常温下，对所述焦面组件进行装调，并根据所述焦面的理论位置，将装调好的所述焦面组件进行修正。

优选地，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，所述准直镜组件和所述分光组件之间的光路为平行光路；

所述成像镜组件和所述分光组件之间的光路为平行光路。

优选地，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，所述设定参数信息包括在低温下所述准直镜组件和所述成像镜组件中各透镜之间的间隔宽度范围。

优选地，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，所述设定约束条件包括光谱仪谱线位置和半宽度范围。

优选地，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，还包括：

将整个所述光谱仪在低温下进行试验验证。

本发明实施例还提供了一种光谱仪的装调系统，包括：

变化量计算模块，用于计算出在低温与常温相互转变时引起的所述光谱仪中光学元件的相关变化量；

光学元件装调模块，用于在常温下对所述光学元件进行装调，并根据所述相关变化量，对装调好的所述光学元件进行修正。

本发明所提供的一种光谱仪的装调方法及装调系统，包括：计算出在低温与常温相互转变时引起的光谱仪中光学元件的相关变化量；在常温下对光学元件进行装调，并根据相关变化量，对装调好的光学元件进行修正。本发明通过计算机辅助装调的技术手段，计算出光学元件在不同温度下的相关变化量，可以在常温下精密装调光学元件至低温的理想状态，使低温下的光谱仪获得较为理想的成像质量，并且由于未增加装调光学元件和装调低温系统，装调方法更加简洁高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光谱仪的装调方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的整个光谱仪的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的光谱仪的装调系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种光谱仪的装调方法，如图1所示，包括以下步骤：

s101、计算出在低温与常温相互转变时引起的光谱仪中光学元件的相关变化量；

s102、在常温下对光学元件进行装调，并根据相关变化量，对装调好的光学元件进行修正。

在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，首先计算出在低温与常温相互转变时引起的光谱仪中光学元件的相关变化量；然后在常温下对光学元件进行装调，并根据相关变化量，对装调好的光学元件进行修正。本申请提供的装调方法贯穿于整个光学系统设计和装调的全过程，在光谱仪光学元件装调之前计算出光学元件在不同温度下的相关变化量，即可以计算低温状态下的光学元件之间的空间关系，通过计算机辅助装调的技术手段，可以在常温下精密装调光学元件至低温的理想状态，这样能够保证低温下光学元件的位置关系，使低温下的光谱仪获得较为理想的成像质量，并且由于未增加装调光学元件和装调低温系统，装调方法更加简洁高效。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，步骤s101计算出在低温与常温相互转变时引起的光谱仪中光学元件的相关变化量，具体可以包括以下步骤：

步骤一、通过光学软件计算出在低温与常温相互转变时引起的光谱仪中光学元件的光学离焦量；

步骤二、通过工程分析软件计算出在低温与常温相互转变时引起的光谱仪中光学元件的机械补偿量。

这样采用计算机辅助装调的方法，计算温度变化引起的光学离焦量和机械补偿量，定量替换室温焦面垫，可以进一步使低温下的光学系统焦面在焦上，不需要传统工程手段复杂的实施方式。

需要说明的是，步骤一和步骤二不分前后顺序。光学离焦量主要是光学系统受温度和压强的影响，机械补偿量主要是受热胀冷缩引起的。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，步骤s102在常温下对光学元件进行装调，并根据相关变化量，对装调好的光学元件进行修正，具体可以包括以下步骤：

首先，根据光学离焦量和机械补偿量，确定在低温下光谱仪焦面的理论位置；

然后，在常温下将光学元件主动进行装调，根据焦面的理论位置，对装调好的光学元件进行修正。

需要说明的是，焦面装调过程中，先在常温下进行焦面装调，根据光学离焦量和机械补偿量，可以确定低温下焦面的理论位置，然后在常温下将焦面主动装调至低温下的理论位置，从而可以完成低温光学系统的常温装调。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，如图2所示，光学元件可以包括：狭缝组件1、准直镜组件2、分光组件3、成像镜组件4和焦面组件5；

狭缝组件1为n阶阵列狭缝，用于对入射光线进行空间滤波，使入射光线入射到准直镜组件2上；

入射光线依次经过准直镜组件2准直、分光组件3分光、成像镜组件4聚焦后成像在焦面组件5上。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，在常温下将光学元件主动进行装调，根据焦面的理论位置，对装调好的光学元件进行修正，如图2所示，具体可以包括以下步骤：

在常温下，根据设定参数信息分别对准直镜组件2和成像镜组件4进行装调；

在常温下，将准直镜组件2、成像镜组件4和分光组件3在框架6上集成装调；(此时不用考虑低温对光学系统的影响)

在常温下，根据设定约束条件对狭缝组件进行装调，并根据焦面的理论位置，将装调好的狭缝组件进行修正；

在常温下，对焦面组件进行装调，并根据焦面的理论位置，将装调好的焦面组件进行修正。

需要说明的是，在具体实施时，设定参数信息可以包括在低温下准直镜组件和成像镜组件中各透镜之间的间隔宽度范围。这里的设定参数信息为考虑了低温下准直镜组件、成像镜组件光学系统和机械的影响的低温状态下的参数。

另外，在具体实施时，设定约束条件可以包括光谱仪谱线位置和半宽度范围。该设定约束条件还可以是其它指标，在此不做限定。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，为了保证光线传播距离不受影响，准直镜组件和分光组件之间的光路可以为平行光路；成像镜组件和分光组件之间的光路可以为平行光路。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光谱仪的装调方法中，还包括以下步骤：

将整个光谱仪在低温下进行试验验证。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种光谱仪的装调系统，由于该装调系统解决问题的原理与前述一种装调方法相似，因此该装调系统的实施可以参见装调方法的实施，重复之处不再赘述。

在具体实施时，本发明实施例提供的光谱仪的装调系统，如图3所示，具体包括：

变化量计算模块11，用于计算出在低温与常温相互转变时引起的光谱仪中光学元件的相关变化量；

光学元件装调模块12，用于在常温下对光学元件进行装调，并根据相关变化量，对装调好的光学元件进行修正。

本发明实施例提供的光谱仪的装调系统按照低温设计结果装调光学元件，能够保证低温下的光学系统性能，且不增加额外的光机结构和设施，简单易行，方便可靠。

本发明实施例提供的一种光谱仪的装调方法及装调系统，包括：计算出在低温与常温相互转变时引起的光谱仪中光学元件的相关变化量；在常温下对光学元件进行装调，并根据相关变化量，对装调好的光学元件进行修正。本发明通过计算机辅助装调的技术手段，计算出光学元件在不同温度下的相关变化量，可以在常温下精密装调光学元件至低温的理想状态，使低温下的光谱仪获得较为理想的成像质量，并且由于未增加装调光学元件和装调低温系统，装调方法更加简洁高效。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的光谱仪的装调方法及装调系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。