CN103759830A - 一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构及装调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构及装调方法，分视场空间外差干涉型光谱仪由前置望远柱面镜组、前置准直镜组、干涉仪、成像镜头及焦面构成；本发明通过改变前置望远柱面镜组和前置准直镜组与成像镜头的作用，旋转前置望远柱面镜组，同时监测干涉条纹，调整分视场方向同光栅刻线方向或焦面行/列方向的一致性。相比传统的空间外差干涉型光谱仪，本发明在保证光栅刻线方向与焦面行/列一致的同时，实现了前置望远柱面镜组母线方向与后续光路方向的一致性调节。
Description
技术领域
本发明涉及光学仪器，尤其是一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构及装调方法。
背景技术
传统的空间外差干涉型光谱仪可对探测区域内光谱信号进行均匀调制，在焦面的任意行（光谱维）都可以得到该区域的干涉图，且焦面上每一行干涉信息相同。在光谱反演精度所需信噪比允许的条件下，将该光谱仪进行分视场成像，可在获取极高光谱分辨率的同时得到较高的空间分辨率，应用于测量目标区域内光谱信号的微量变化以及信号的空间定位。
传统的空间外差干涉型光谱仪仅需要对两臂光栅刻线方向同焦面行/列进行方向一致性调节，仪器的空间分辨率由准直镜头物方数值孔径角决定，不具备细分空间的功能。分视场空间外差干涉型光谱仪要求柱面镜母线方向/分视场方向、光栅刻线方向以及焦面行/列方向一致，仪器空间分辨率由前置功能镜头空间维成像能力以及后续数据处理决定。对于M×N的焦面，分视场空间外差干涉型光谱仪理论可获取的空间分辨率为仪器入射视场的1/M或1/N倍，在光谱分辨率不变的条件下极大地提高了光谱仪的空间分辨率。
专利号ZL200910185001.7（授权公告号CN 101699328 B《一种空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构》）仅能实现仪器光栅刻线与焦面行/列方向一致性调节，无法在满足焦面行/列方向性要求的同时满足前置望远柱面镜组母线方向的一致性。均匀面光源对分视场空间外差干涉型光谱仪的前置功能镜头照明时，依据仪器光学原理无法在光栅/焦面上得到柱面镜组母线方向的信息，无法对其方向进行判别定位。
微小视场平行光代替成像镜头入射至干涉仪组件，将光栅刻线方向转变为干涉条纹方向，仪器入瞳处空间维将干涉条纹进行压缩，光谱维则对干涉条纹进行比例缩放。因此，可在仪器入瞳处放置焦面实时监测前置望远柱面镜组母线方向，即干涉图压缩方向与干涉条纹方向是否一致。以前置功能镜头光轴为旋转中心，利用微调工装对柱面镜组母线方向整体调节，实现以光栅刻线方向为基准对柱面母线方向的调节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构及装调方法，以解决已有技术中空间外差干涉型光谱仪无法细分视场的技术问题，以及传统的空间外差干涉型光谱仪装调方法无法判别前置望远柱面镜组母线方向与光栅刻线方向一致性的技术问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，包括有分视场空间外差干涉型光谱仪，所述的分视场空间外差干涉型光谱仪包括有依次设置的仪器入瞳、前置望远柱面镜组、中间光阑、前置准直镜组、干涉仪组件，所述的干涉仪组件两臂分别设置有光栅，两光栅呈一定夹角，干涉仪组件下方设置成像镜头，成像镜头下设有焦面；所述的中间光阑为光谱维前置望远柱面镜组的视场光阑，同时为空间维前置准直镜组的入瞳孔径；前置望远柱面镜组包含两个或两个以上的柱面镜，其中每个柱面镜有独立的子镜座，可调节各柱面镜母线的相对一致性；前置望远柱面镜组整体母线方向可实现同时调节。
所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组在光谱维实现对有限或无穷远景物成像于中间光阑，在空间维柱面镜组无光焦度，相当于光学平板玻璃。
所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组和前置准直镜组构成前置功能镜头，前置功能镜头在空间维实现对有限或无穷远景物成像于光栅，在光谱维对有限或无穷远处光源可均匀照明光栅。
所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的干涉仪组件是对空间维不同视场区域内的光谱信号进行空间干涉调制，并在定域面形成空间维不同视场区域相应的干涉条纹。
所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的成像镜头是对定域面处形成的干涉条纹进行比例缩放成像在焦面上，其缩放比由光栅有效照明区域和焦面大小决定，其中，焦面行数决定了分视场空间外差干涉型光谱仪的极限分视场能力，焦面列数限定光谱仪的光谱分辨能力。
所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的成像镜头为准双远心镜头，离焦不会改变镜头的缩放比，从而保证仪器的光谱分辨能力不变。
一种分视场空间外差干涉型光谱仪的装调方法，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组母线方向、光栅刻线方向以及焦面行/列的方向要求一致，包括以下步骤：
（1）调节干涉仪组件光栅刻线方向与焦面行/列的方向的一致性；
a）成像镜头和前置准直镜头为旋转对称镜头，无方向性；
b）光源照明置于前置准直镜组前的中间光阑处，均匀照明光栅；
c）焦面和两臂光栅具有方向性，将焦面固定在成像镜头上，后截距调整通过修切调整垫片完成，焦面结构与成像镜头通过法兰面连接具有旋转调节功能；
d）光栅与焦面行/列的方向定位通过光栅胶合工装完成，以干涉条纹在焦面行/列上无黑白条纹变化最小为判别依据，成像镜头与干涉仪连接采用法兰连接，并采用销钉进行方向性定位，调整完成后，点胶固化焦面结构相对成像镜头的位置，拆除成像镜头及焦面进行柱面镜组母线与光栅刻线方向的一致性调节；
（2）调整前置望远柱面镜组内各柱面镜有独立的子镜座，其母线方向可独立调整，母线一致性调整完毕并将子镜座灌胶固定至镜筒内；
（3）采用平行光管/积分球光源对其成像镜头处干涉仪组件均匀照明，在仪器入瞳处对干涉条纹一维成像，调整柱面镜组母线旋转方向，使得干涉条纹在像面上压缩成像所占焦面行/列最少为止，灌胶固定前置望远柱面镜组；
（4）安装成像镜头及后续焦面结构，依据之前的销钉位置重复定位光栅刻线方向与焦面行/列的方向。
所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的装调方法，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组母线方向可相对光栅刻线方向微量调节。
所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的装调方法，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组内由两个或两个以上柱面镜组成，每个柱面镜设置独立的子镜座，固定首个柱面镜母线方向，旋转后续子镜座相对柱面镜筒的角度，可调节柱面镜组母线方向的一致性。
所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的装调方法，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组母线方向在镜筒外壁刻线标注，进行粗定位；待与光栅刻线方向一致性调整时，通过旋转调整工装微调母线方向进行精密定位。
本发明与现有的技术相比的有益效果是：
1、本发明采用分视场空间外差干涉型光谱技术，可在获取极高光谱分辨率的同时获得较高的空间分辨率；
2、本发明所采用光栅刻线方向、焦面行/列方向以及前置望远柱面镜组母线方向的一致性装调方法，均以光栅刻线方向为基准进行，无传递累积误差；
3、所采用的光栅刻线方向与前置望远柱面镜组母线方向的装调方法，可以实时监测柱面母线方向调整的效果，判断简单方便。
附图说明
图1为本发明的光学设计结构示意图。
图2为图1的A-A示意图。
图3为本发明的光栅刻线与柱面母线方向示意图。
图4为图3的B-B示意图。
图5为本发明的光栅刻线与柱面母线方向装调方法示意图。
图中标号：
1-仪器入瞳，2-前置望远柱面镜组，3-中间光阑，4-前置准直镜组，5-干涉仪组件，6-成像镜头，7-焦面组件，8-均匀面光源，9-监测相机。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
参见图1-5所示：
一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构及装调方法，包括有分视场空间外差干涉型光谱仪，光谱仪包括有前置望远柱面镜组2、前置准直镜组4、干涉仪组件5和成像镜头6，前置望远柱面镜组2前方设置有一个仪器入瞳1，前置准直镜组4与前置望远柱面镜组2之间设置有一个中间光阑3，干涉仪组件5上方和左方分别设置有一个光栅501和502，成像镜头6下方设置有焦面7；
实现方法包括以下实现步骤：
由光学元件组成的分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，由前置望远柱面镜组2、前置准直镜组4、干涉仪组件5、成像镜头6及焦面组件7构成，其构成方式是：
（1）前置功能镜头包含前置望远柱面镜组2和前置准直镜组4，中间光阑3为光谱维前置望远柱面镜组的视场光阑，同时为空间维前置准直镜组的入瞳孔径；
（2）前置望远柱面镜组2包含两个或两个以上的柱面镜，其中每个柱面镜有独立的子镜座，可调节各柱面镜母线的相对一致性；
（3）前置望远柱面镜组2整体母线方向可实现同时调节。
前置望远柱面镜组2在光谱维可实现对有限或无穷远景物成像于中间光阑3，在空间维柱面镜组无光焦度，相当于光学平板玻璃；前置功能镜头在空间维可实现对有限或无穷远景物成像于光栅，在光谱维对有限或无穷远处光源可均匀照明光栅501和502。空间维和光谱维两种不同照明方式入射至干涉仪组件5，干涉仪组件5对空间维不同视场区域内的光谱信号进行空间干涉调制，并在定域面形成空间维不同视场区域相应的干涉条纹。干涉条纹经准双远心成像镜头6进行比例缩放成像在焦面7上，其缩放比由光栅有效照明区域和焦面7大小决定。焦面行数决定了分视场空间外差干涉型光谱仪的极限分视场能力，焦面列数限定光谱仪的光谱分辨能力；
由光学元件组成的分视场空间外差干涉型光谱仪的装调要求前置望远柱面镜组2母线方向、光栅501和502刻线方向以及焦面7行/列的方向要求一致，其装调方法包括以下步骤：
（1）调节干涉仪组件光栅501和502刻线方向与焦面7行/列方向的一致性；
（a） 成像镜头6和前置准直镜头4为旋转对称镜头，无方向性；
（b） 光源照明置于前置准直镜头中间光阑3处，均匀照明光栅501和502；
（c） 焦面和两臂光栅501和502具有方向性，将焦面7固定在成像镜头6上，后截距调整通过修切调整垫片完成，焦面7结构与成像镜头6通过法兰面连接具有旋转调节功能。
（d） 光栅501和502与焦面7行/列的方向定位通过光栅胶合工装完成，以干涉条纹在焦面7行/列上无黑白条纹变化最小为判别依据，成像镜头6与干涉仪组件5连接采用法兰连接，并采用销钉进行方向性定位，调整完成后，点胶固化焦面结构相对成像镜头的位置，拆除成像镜头及焦面进行柱面镜组母线与光栅刻线方向的一致性调节；
（2）调整前置望远柱面镜组2内各柱面镜有独立的子镜座，其母线方向可独立调整，母线一致性调整完毕并将子镜座灌胶固定至镜筒内；
（3）采用平行光管8对其成像镜头处干涉仪组件5均匀照明，在望远系统入瞳处应对干涉条纹一维成像，调整柱面镜组母线旋转方向，使得干涉条纹在像面上压缩成像所占监测相机9行/列最少为止，灌胶固定前置望远柱面镜组2；
（4）安装成像镜头6及后续焦面7结构，依据之前的销钉位置重复定位光栅刻线方向与焦面行/列的方向。
Claims (10)
1.一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，包括有分视场空间外差干涉型光谱仪，所述的分视场空间外差干涉型光谱仪包括有依次设置的仪器入瞳、前置望远柱面镜组、中间光阑、前置准直镜组、干涉仪组件，所述的干涉仪组件两臂分别设置有光栅，两光栅呈一定夹角，干涉仪组件下方设置成像镜头，成像镜头下设有焦面；所述的中间光阑为光谱维前置望远柱面镜组的视场光阑，同时为空间维前置准直镜组的入瞳孔径；前置望远柱面镜组包含两个或两个以上的柱面镜，其中每个柱面镜有独立的子镜座，可调节各柱面镜母线的相对一致性；前置望远柱面镜组整体母线方向可实现同时调节。
2.根据权利要求1所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组在光谱维实现对有限或无穷远景物成像于中间光阑，在空间维柱面镜组无光焦度，相当于光学平板玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组和前置准直镜组构成前置功能镜头，前置功能镜头在空间维实现对有限或无穷远景物成像于光栅，在光谱维对有限或无穷远处光源可均匀照明光栅。
4.根据权利要求1所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的干涉仪组件是对空间维不同视场区域内的光谱信号进行空间干涉调制，并在定域面形成空间维不同视场区域相应的干涉条纹。
5.根据权利要求1或4所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的成像镜头是对定域面处形成的干涉条纹进行比例缩放成像在焦面上，其缩放比由光栅有效照明区域和焦面大小决定，其中，焦面行数决定了分视场空间外差干涉型光谱仪的极限分视场能力，焦面列数限定光谱仪的光谱分辨能力。
6.根据权利要求1或5所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构，其特征在于：所述的成像镜头为准双远心镜头，离焦不会改变镜头的缩放比。
7.一种分视场空间外差干涉型光谱仪的装调方法，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组母线方向、光栅刻线方向以及焦面行/列的方向要求一致，包括以下步骤：
（1）调节干涉仪组件光栅刻线方向与焦面行/列的方向的一致性；
a）成像镜头和前置准直镜头为旋转对称镜头，无方向性；
b）光源照明置于前置准直镜组前的中间光阑处，均匀照明光栅；
c）焦面和两臂光栅具有方向性，将焦面固定在成像镜头上，后截距调整通过修切调整垫片完成，焦面结构与成像镜头通过法兰面连接具有旋转调节功能；
d）光栅与焦面行/列的方向定位通过光栅胶合工装完成，以干涉条纹在焦面行/列上无黑白条纹变化最小为判别依据，成像镜头与干涉仪连接采用法兰连接，并采用销钉进行方向性定位，调整完成后，点胶固化焦面结构相对成像镜头的位置，拆除成像镜头及焦面进行柱面镜组母线与光栅刻线方向的一致性调节；
（2）调整前置望远柱面镜组内各柱面镜有独立的子镜座，其母线方向可独立调整，母线一致性调整完毕并将子镜座灌胶固定至镜筒内；
（3）采用平行光管/积分球光源对其成像镜头处干涉仪组件均匀照明，在仪器入瞳处对干涉条纹一维成像，调整柱面镜组母线旋转方向，使得干涉条纹在像面上压缩成像所占焦面行/列最少为止，灌胶固定前置望远柱面镜组；
（4）安装成像镜头及后续焦面结构，依据之前的销钉位置重复定位光栅刻线方向与焦面行/列的方向。
8.根据权利要求7所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的装调方法，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组母线方向可相对光栅刻线方向微量调节。
9.根据权利要求7或8所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的装调方法，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组内由两个或两个以上柱面镜组成，每个柱面镜设置独立的子镜座，固定首个柱面镜母线方向，旋转后续子镜座相对柱面镜筒的角度，可调节柱面镜组母线方向的一致性。
10.根据权利要求7或8或9所述的一种分视场空间外差干涉型光谱仪的装调方法，其特征在于：所述的前置望远柱面镜组母线方向在镜筒外壁刻线标注，进行粗定位；待与光栅刻线方向一致性调整时，通过旋转调整工装微调母线方向进行精密定位。
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