一种色散型成像光谱仪的装调装置的制作方法

本发明涉及成像光谱仪技术领域，尤其涉及一种色散型成像光谱仪的装调装置。

背景技术：

成像光谱仪能获取探测目标的二维几何信息和光谱信息，广泛应用于遥感和科学研究领域，通常由望远物镜和光谱仪组成，分光元件包括光栅、棱镜或棱镜光栅组合件。成像光谱仪的装调方法因仪器设计和装调人员而异，有些狭缝安装在前置望远系统上，有些狭缝安装在光谱仪物面上，较为常见的装调方法有通过平行光管将狭缝安装在前置望远系统的像面上，然后将辅助装调组件安装在光谱仪的物面处，将探测器安装在光谱仪的像面处，通过汞灯照亮辅助装调组件，调整探测器与光谱仪的相对位置，最后通过平行光管照亮复色点光源，将前置望远系统安装在光谱仪上，完成整机的装调。

上述现有技术存在的主要问题是：对于不同参数的色散型成像光谱仪装调过程中都需要设计并且加工不同的辅助装调组件，辅助装调组件通用性比较低，成本比较高，辅助装调组件与仪器本身的组件还是有所不同，在拆掉辅助装调组件后重新安装仪器本身的组件时，重新安装有可能影响到仪器本身的精度，整个装调精度有待提高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种色散型成像光谱仪的装调装置，该装置无需设计加工多余的辅助装调组件，在装调过程中全部用仪器本身的组件进行装调固定，成本低、装调步骤少、速度快、精度高，有利于批量生产成像光谱仪的装调。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种色散型成像光谱仪的装调装置，所述装置包括光源、积分球、内调焦平行光管和读数显微镜，其中：

所述光源采用单色光源、汞灯或者复色光源；

所述内调焦平行光管采用透射式、全反射式或折反射式结构，由靶标、准直物镜和内调焦机构组成；

针对狭缝安装在前置望远系统上的成像光谱仪，首先对狭缝进行精调节，将所述内调焦平行光管的靶标选用条纹板，调整所述靶标位于其焦面处，打开所述光源复色光经过所述积分球后，光束进入所述内调焦平行光管内，照亮所述靶标；然后通过所述准直物镜后输出平行光；该平行光经待装调成像光谱仪的前置望远镜会聚后成像在前置望远系统的焦面上；再利用所述读数显微镜读出条纹板靶标的像与狭缝的像之间的距离，并根据距离对狭缝与前置望远系统的修切垫进行修切，直到在所述读数显微镜上靶标的像和狭缝的像同时边缘锐利清晰可见，此时狭缝位于所述前置望远系统的焦面上，固定狭缝，实现对狭缝的精调节；

然后将狭缝精调节后的前置望远系统安装在成像光谱仪上，更换所述光源为单色光源或汞灯，更换所述内调焦平行光管中的靶标为星点板，星点通过所述前置望远系统成像后，星点像的直径大小小于狭缝宽度，并经光谱仪成像在探测器上；调整所述靶标的位置，观测探测器上星点像的光斑大小，当光斑最亮最小时，记录所述内调焦平行光管的离焦距离；根据所述内调焦平行光管的焦距和成像光谱仪焦距之间的关系，计算出探测器修切垫的修切量，并对修切垫进行修切，直到所述星点板位于所述内调焦平行光管的焦面处时，停止修切垫的修切；然后更换所述光源为复色光源，调节探测器和色散元件的相对角度，使得光源的点视场复色像锐利且与探测器列对齐，此时固定探测器，实现对成像光谱仪探测器的调节；

再更换所述光源为单色光，调节所述前置望远系统与成像光谱仪内光谱仪的相对角度，使得狭缝单色像锐利且与所述探测器行对齐，此时固定所述前置望远系统，实现对所述前置望远系统的精调节；

通过所述装置对狭缝的精调节、成像光谱仪探测器的调节以及前置望远系统的精调节之后，就实现了对成像光谱仪的整机装调。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置无需设计加工多余的辅助装调组件，在装调过程中全部用仪器本身的组件进行装调固定，成本低、装调步骤少、速度快、精度高，有利于批量生产成像光谱仪的装调。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的色散型成像光谱仪的装调装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述狭缝安装在前置镜上时狭缝精调节过程的示意图；

图3为本发明实施例所述狭缝安装在前置镜上时成像光谱仪探测器的调节过程示意图；

图4为本发明实施例所述狭缝安装在前置镜上时前置望远系统精调节的过程示意图；

图5为本发明实施例所述狭缝安装在光谱仪上时探测器调节的过程示意图；

图6为本发明实施例所述狭缝安装在光谱仪上时狭缝精调节过程示意图；

图7为本发明实施例所述狭缝安装在光谱仪上时前置望远镜精调节过程示意图；

图8为本发明所举实例装调过程的光路示意图。

具体实施方式

下面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，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的色散型成像光谱仪的装调装置的结构示意图，所述装置1主要包括光源2、积分球3、内调焦平行光管4，其中：

所述光源2采用单色光源、汞灯或者复色光源；

所述内调焦平行光管4采用透射式、全反射式或折反射式结构，由靶标5、准直物镜7和内调焦机构6组成，其中：

所述靶标5包括星点板和条纹板，星点板和条纹板可以一次性制作一系列的，其星点孔大小和条纹板线宽根据所述内调焦平行光管4的焦距、前置镜焦距以及探测器像元大小进行选取；

常见成像光谱仪有些狭缝安装在前置望远系统焦面上，有些狭缝安装在光谱仪物面上，如图2所示为本发明实施例所述狭缝安装在前置镜上时狭缝精调节过程的示意图，针对狭缝安装在前置望远系统上的成像光谱仪，首先对狭缝进行精调节，将所述内调焦平行光管4的靶标5选用条纹板，调整所述靶标5位于其焦面处，打开所述光源2复色光经过所述积分球3后，光束进入所述内调焦平行光管4内，照亮所述靶标5；然后通过所述准直物镜7后输出平行光；该平行光经待装调成像光谱仪的前置望远镜会聚后成像在前置望远系统的焦面上；再利用所述读数显微镜8读出条纹板靶标5的像与狭缝的像之间的距离，并根据距离对狭缝与前置望远系统的修切垫进行修切，直到在所述读数显微镜8上靶标5的像和狭缝的像同时边缘锐利清晰可见，此时狭缝位于所述前置望远系统的焦面上，固定狭缝，实现对狭缝的精调节；

如图3所示为本发明实施例所述狭缝安装在前置镜上时成像光谱仪探测器的调节过程示意图，将狭缝精调节后的前置望远系统安装在成像光谱仪上，更换所述光源2为单色光源或汞灯，更换所述内调焦平行光管4中的靶标5为星点板，星点通过所述前置望远系统成像后，星点像的直径大小小于狭缝宽度，并经光谱仪成像在探测器上；调整所述靶标5的位置，观测探测器上星点像的光斑大小，当光斑最亮最小时，记录所述内调焦平行光管4的离焦距离；根据所述内调焦平行光管4的焦距和成像光谱仪焦距之间的关系，计算出探测器修切垫的修切量，并对修切垫进行修切，直到所述星点板位于所述内调焦平行光管4的焦面处时，所述探测器上观测的星点像最亮最锐利，停止修切垫的修切；然后更换所述光源2为复色光源，调节探测器和色散元件的相对角度，使得光源2的点视场复色像锐利且与探测器列对齐，此时固定探测器，实现对成像光谱仪探测器的调节；

如图4所示为本发明实施例所述狭缝安装在前置镜上时前置望远系统精调节的过程示意图，更换所述光源2为单色光，调节所述前置望远系统与成像光谱仪内光谱仪的相对角度，使得狭缝单色像锐利且与所述探测器行对齐，此时固定所述前置望远系统，实现对所述前置望远系统的精调节；

通过所述装置对狭缝的精调节、成像光谱仪探测器的调节以及前置望远系统的精调节之后，就实现了对成像光谱仪的整机装调。

进一步的，针对狭缝安装在光谱仪上的成像光谱仪，利用所述装置进行装调的过程具体为：

如图5所示为本发明实施例所述狭缝安装在光谱仪上时探测器调节的过程示意图，将探测器安装在成像光谱仪的后端，将前置望远镜安装在成像光谱仪的前端，所述内调焦平行光管4的靶标5选用星点板，首先调整靶标5位于其焦面处，打开所述光源2经过积分球3后照亮星点板靶标5，再通过所述内调焦平行光管4的准直镜7后输出平行光；星点板所成的像经所述前置望远镜会聚后成像在焦面上，再经光谱仪成像在所述探测器上；调整所述靶标5的位置，观测所述探测器上星点板的光斑大小，当光斑大小最小最锐最亮时，记录所述内调焦平行光管4的离焦距离；根据所述内调焦平行光管4的焦距和成像光谱仪焦距之间的关系，计算出探测器修切垫的修切量，并对修切垫进行修切，直到靶标5位于所述内调焦平行光管4的焦面处，在探测器上看到的星点板像最亮最锐利时，停止修切垫的修切；然后更换所述光源2为复色光源，调节所述探测器与成像光谱仪内光谱仪的相对角度，使所述光源2的点视场复色像锐利且与探测器列对齐，此时固定探测器，实现对成像光谱仪探测器的调节；

如图6所示为本发明实施例所述狭缝安装在光谱仪上时狭缝精调节过程示意图，将所述前置望远镜拆下来，将狭缝安装在成像光谱仪的前端，更换所述光源2为单色光源；单色光源2经积分球3后均匀照射到狭缝上，再通过光谱仪后成像在所述探测器上；通过调整狭缝与光谱仪前端面的前后距离，使狭缝单色像边缘锐利，然后旋转狭缝，使狭缝在探测器上的单色像锐利且与探测器行对齐，此时固定狭缝，实现对狭缝的精调节；

如图7所示为本发明实施例所述狭缝安装在光谱仪上时前置望远镜精调节过程示意图，将前置望远镜安装在光谱仪的前端，更换所述靶标5为条纹板，更换所述光源2为复色光；首先调整靶标5位于其焦面处，打开所述光源2经过积分球3后照亮靶标5，通过所述内调焦平行光管4的准直镜7后输出平行光；靶标5所成的像经所述前置望远镜会聚后成像在焦面上，再经狭缝以及光谱仪后成像在所述探测器上；调整所述靶标5的位置，观测条纹板像的条纹对比度，当条纹最锐时，记录所述内调焦平行光管4的离焦距离；根据所述内调焦平行光管4的焦距和成像光谱仪焦距之间的关系，计算出前置望远镜修切垫的修切量，并进行修切，直到所述靶标5位于所述内调焦平行光管4的焦面处，探测器上观察到的条纹板像最亮最锐利，则停止修切垫的修切，并固定前置望远镜，实现对所述前置望远镜的精调节；

通过所述装置对成像光谱仪探测器的调节、狭缝的精调节以及前置望远镜的精调节之后，就实现了对成像光谱仪的整机装调。

具体实现中，所述成像光谱仪为基于面阵探测器的色散系统；所述内调焦平行光管4可以通过对实验室常用的平行光管进行改造实现。

下面以具体的实例对上述装置的装调过程进行详细说明，在本实例中装调一个狭缝安装在光谱仪上的可见近红外成像光谱仪，所用探测器规模为2048元×2048元，探测器像元尺寸为11um×11um，其技术指标如表1所述：

表1系统指标要求

按照以上待装调成像光谱仪的指标，利用所述装置进行装调的过程具体为：

1、内调焦平行光管焦距f1为600mm的，焦面可调范围±50mm。根据内调焦平行光管的焦距，前置镜焦距以及探测器像元大小宽度，选用直径小于(11um×600mm)/100mm＝66um的星点板和条纹间隔大于66um的条纹板。本实施例选用直径为50um的星点板和条纹间隔为100um的条纹板进行装调。

2、如图8所示为本发明所举实例装调过程的光路示意图，首先进行探测器的初调节，将探测器安装在光谱仪后端，将前置望远镜安装在光谱仪的前端。内调焦平行光管的靶标选用星点板，调整内调焦平行光管的靶标位于其焦面处，打开波长是632.8nm激光光源经过积分球后照亮内调焦平行光管的星点靶标，通过内调焦平行光管的准直镜输出平行光，星点板所成的像经前置望远镜会聚后成像在前置望远系统的焦面上，星点板像经光谱仪成像在探测器上；调整内调焦平行光管靶标的位置，观测成像光谱仪星点板的光斑大小，当光斑最锐最亮最小时，记录内调焦平行光管的离焦距离d为-18mm，根据内调焦平行光管的焦距f1和成像光谱仪的焦距f2之间的关系，计算出探测器修切垫的修切量并对修切垫进行修切，直到内调焦平行光管的星点板位于内调焦平行光管的焦面处时，探测器上看到的星点板像最亮最锐利，此时停止修切垫的修切，实现对探测器的初调节。

3、更换光源为复色光源钨灯，调节探测器与光谱仪的相对角度，使得光源的点视场复色像锐利且与探测器列对齐，固定探测器，实现对探测器的精调节。

4、将前置望远镜拆下来，将狭缝安装在光谱成像系统的前端，更换光源为单色光源为632.8nm激光器，单色光源经积分球后均匀照射到狭缝上，狭缝通过光谱仪后成像在探测器上；通过调整狭缝与光谱仪前端面的前后距离δx，使得狭缝单色像边缘锐利，然后旋转狭缝，使得狭缝在探测器上的单色像锐利且与探测器行对齐，固定狭缝，实现对狭缝的精调节。

5、将前置望远镜安装在光谱仪的前端，更换靶标为条纹板，更换光源为复色光钨灯，先调整内调焦平行光管的靶标位于其焦面处，打开复色光源2经过积分球3后照亮条纹板靶标5，通过准直镜7后输出平行光，条纹板所成的像经成像光谱仪的前置望远镜会聚后成像在前置望远系统的焦面上，再经狭缝以及光谱仪后成像在探测器上；调整靶标5的位置，观测成像光谱仪条纹板像的条纹对比度，当条纹最锐时，记录内调焦平行光管5的离焦距离d为-3mm，根据内调焦平行光管的焦距和成像光谱仪的焦距之间的关系计算出前置镜修切垫的修切量，并进行修切，直到条纹板位于内调焦平行光管的焦面处，探测器上看到的条纹板像最亮最锐利，则停止修切垫的修切，并固定前置望远镜，实现对前置望远镜的精调节。

通过上述调节之后，就可以完成对成像光谱仪的整机装调。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明的装调装置无需设计加工多余的辅助装调组件，如常用的辅助光阑工艺狭缝，在装调过程中全部用仪器本身的组件进行装调固定，不存在拆掉辅助装调组件后重新安装仪器本身的组件的情况，成本低、装调步骤少、速度快、精度高，有利于批量生产成像光谱仪的装调。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。