CN104280121B - 一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法，该方法只需用到平面反射镜、转台、高度标记装置、小孔光阑以及准直光源即可，不仅解决双光栅刻线方向的严格平行还解决双光栅表面之间的严格平行问题，确保了通过大孔径空间外差干涉光谱成像技术获得干涉图的正确性。

Description

一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法

技术领域

本发明涉及光谱成像仪技术领域，尤其涉及一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法。

背景技术

大孔径空间外差干涉光谱成像技术是一种新型的光谱成像技术，该技术通过一对相互平行的光栅对不同波长的光在相同的入射角情况下产生不同的光程差而产生具有外差性质的干涉图，其原理如图1所示，该项技术在装调过程中必须保证双光栅严格的平行，尤其是两块光栅的刻线方向需要严格的平行，才能确保干涉图最终的正确性。

目前，相互平行的双光栅设计方法并不常见，因此对参数完全相同的闪耀光栅平行的装调方法也不常见。一般的光学仪器中较为常见的是一对平面反射镜的平行调节，大多数情况下平面反射镜的平行的调整是通过装调人员的相关经验来完成，也没有形成标准的装调方法。

目前主要有如下两种调节方法：

第一种方案：借助准直光源、小孔光阑以及玻璃平板来实现。如图2-图8所示，具体的包括如下步骤：第一步，如图2所示，调节准直光源4发出的光经小孔光阑后到达第一光栅1，调节第一光栅1使其衍射光可以原路返回至小孔光阑5和准直光源出射口，即认为第一光栅1与准直光源出射光线垂直。第二步，如图3所示，在第一光栅1和小孔光阑5之间插入平板玻璃6，调节玻璃平板6使得反射光线可以原路返回至小孔光阑5，即认为平板玻璃表面1与准直光源4所发出的光线垂直，第三步，如图4所示，移动准直光源4和小孔光阑5至第一光栅1和平板玻璃6之间，调节准直光源4使得准直光源所发出的光线可以原路返回至小孔光阑5，即认为准直光源4与平板玻璃6垂直，第四步，如图5所示，在平板玻璃6后粗略放置第二光栅2，然后平移玻璃平板6使其靠近第二光栅2，调节玻璃平板6，使得入射光线可以原路返回至小孔光阑5，即认为准直光源与平板玻璃6再次垂直，第五步，如图6所示，平移准直光源4和小孔光阑5，使其靠近第二光栅2，调节准直光源4，使其出射光线经玻璃平板6后可原路返回至小孔光阑5，即可认为准直光源与平板玻璃再次垂直；第六步，如图7所示，撤下平板玻璃6，使得准直光源直接照射第二光栅2，调节第二光栅2使得入射光线可以原路返回至小孔光阑5，至此认为第一光栅1和第二光栅2相互平行。

该方法的缺点是：平板玻璃6的两个表面必须严格平行，另外在移动平板玻璃6、准直光源4以及小孔光阑5的过程中均会产生误差，如果多次移动会产生误差累计，进而影响最终调节精度。

第二种方案，研究人员提出采用直角棱镜来调节使得光栅对相互平行。如图8-图10所示，包括如下步骤：第一步，如图8所示，粗略安装双光栅对，调节准直光源发出的光经小孔光阑后到达第一光栅1，调节第二光栅2使其衍射光可以原路返回至小孔光阑5和准直光源出射口，即认为第一光栅1与准直光源4出射光线垂直；第二步，如图9所示，在准直光源4和第一光栅1之间插入直角棱镜3，调节直角棱镜使得准直光源的光可以原路返回至小孔光阑4，即认为准直光与直接棱镜的第一直角面垂直，第三步，如图10所示，用准直光源4直接照射直角棱镜3第二直角面，调节准直光源4使得入射光线可以原路返回至小孔光阑5，即可认为准直光与直角棱镜3第二直角面垂直；同时使得直角棱镜第一直角面的出射光可以照射到第二光栅2，并且保证第二直角面的反射光可以原路返回至小孔光阑5；第五步，调节第二光栅2，使得准直光线被第二光栅2反射后可以原路返回至小孔光阑5，至此认为第二光栅2与准直光源平行，也即第一光栅1与第二光栅2相互平行。

这种方法的缺点是：直角棱镜的精度将直接决定调节的结果，而且直角棱镜的移动过程中同样会产生误差来影响调节结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法，提高了装调精度，确保了通过大孔径空间外差干涉光谱成像技术获得干涉图的正确性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法，该方法包括：

根据设置在准直光源与置于转台上一反射镜之间的一小孔光阑，来调节转台使得所述反射镜的镜面与所述准直光源的出射光垂直，并记录对应的转台刻度W；再采用步进次的方式调节所述反射镜所处转台，并在一高度接收面上获得多个处于同一高度h的光斑；

在所述小孔光阑与所述反射镜之间设置一置于转台上的第一光栅，基于所述小孔光阑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的光栅面与所述准直光源的出射光垂直；并基于所述高度h的光斑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的刻线方向与其所处转台垂直；

在所述准直光源上方设置一置于转台上的第二光栅，使所述第二光栅能接收到所述第一光栅的衍射光，并将所述反射镜所处转台的刻度调节至W；

基于调节后的反射镜及所述第一光栅，来调节所述第二光栅，使得所述第二光栅的光栅面与所述第一光栅的光栅面平行，且所述第二光栅的刻线方向与其所处转台垂直。

进一步的，所述调节转台使得所述反射镜的镜面与所述准直光源的出射光垂直包括：

准直光源出射光通过所述小孔光阑射入所述反射镜；

调节转台使得所述反射镜使得反射光线通过所述小孔光阑原路返回，则此时所述反射镜的镜面与所述准直光源的出射光垂直。

进一步的，所述基于所述小孔光阑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的光栅面与所述准直光源的出射光垂直包括：

准直光源出射光通过所述小孔光阑射入所述第一光栅；

调节所述第一光栅下所处的转台，使得所述第一光栅的衍射光通过所述小孔光阑原路返回，则此时所述第一光栅的光栅面与所述准直光源的出射光垂直。

进一步的，所述并基于所述高度h的光斑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的刻线方向与其所处转台垂直包括：

调节所述第一光栅所处转台，当其在所述高度接收面上的光斑高度与光斑高度h一致时，则所述第一光栅的刻线方向与其所处转台垂直。

进一步的，所述基于调节后的反射镜及所述第一光栅，来调节所述第二光栅，使得所述第二光栅的光栅面与所述第一光栅的光栅面平行，且所述第二光栅的刻线方向与其所处转台垂直包括：

准直光源出射光通过所述小孔光阑射入所述第一光栅，所述第二光栅接收到所述第一光栅的衍射光后射入所述反射镜；调节所述第二光栅下所处的转台，使得所述第二光栅将所述反射镜的反射光衍射至所述第一光栅后返回至所述小孔光阑，则此时所述第二光栅的光栅面与所述第一光栅的光栅面平行；

再调节所述反射镜所处转台，若其在所述高度接收面上的光斑高度为高度h，则所述第二光栅的刻线方向与其所处转台垂直。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该装调所涉及的装置简单，装调方案简单可行，所用的元件均为常见的光学元件，通过该方案可以同时调节双光栅的光栅面以及刻线方向的严格平行，确保了通过大孔径空间外差干涉光谱成像技术获得干涉图的正确性。

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为本发明背景技术提供的大孔径空间外差干涉光谱成像技术的原理示意图；

图2为本发明背景技术提供的传统调节方法中第一种调节方案的调节示意图；

图3为本发明背景技术提供的传统调节方法中第一种调节方案的调节示意图；

图4为本发明背景技术提供的传统调节方法中第一种调节方案的调节示意图；

图5为本发明背景技术提供的传统调节方法中第一种调节方案的调节示意图；

图6为本发明背景技术提供的传统调节方法中第一种调节方案的调节示意图；

图7为本发明背景技术提供的传统调节方法中第一种调节方案的调节示意图；

图8为本发明背景技术提供的传统调节方法中第二种调节方案的调节示意图；

图9为本发明背景技术提供的传统调节方法中第二种调节方案的调节示意图；

图10为本发明背景技术提供的传统调节方法中第二种调节方案的调节示意图；

图11为本发明实施例提供的一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法的流程图；

图12为本发明实施例提供的一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法的调节示意图；

图13为本发明实施例提供的一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法的调节示意图；

图14为本发明实施例提供的一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法的调节示意图。

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。

实施例

图11为本发明实施例提供的一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法的流程图。如图11所示，该方法主要包括：

步骤111、根据设置在准直光源与置于转台上一反射镜之间的一小孔光阑，来调节转台使得所述反射镜的镜面与所述准直光源的出射光垂直，并记录对应的转台刻度W；再采用步进次的方式调节所述反射镜所处转台，并在一高度接收面上获得多个处于同一高度h的光斑。

具体来说，所述调节转台使得所述反射镜的镜面与所述准直光源的出射光垂直包括：准直光源出射光通过所述小孔光阑射入所述反射镜；调节转台使得所述反射镜使得反射光线通过所述小孔光阑原路返回，则此时所述反射镜的镜面与所述准直光源的出射光垂直；此时，记录转台的刻度。

在记录转台的刻度后，采用步进次的方式调节所述反射镜所处转台，通常情况下，若反射镜平稳固定在转台上，则在一高度接收面上可获得多个处于同一高度h的光斑。

步骤112、在所述小孔光阑与所述反射镜之间设置一置于转台上的第一光栅，基于所述小孔光阑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的光栅面与所述准直光源的出射光垂直；并基于所述高度h的光斑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的刻线方向与其所处转台垂直。

本步骤中，基于所述小孔光阑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的光栅面与所述准直光源的出射光垂直与步骤12的原理类似，即准直光源出射光通过所述小孔光阑射入所述第一光栅；调节所述第一光栅下所处的转台，使得所述第一光栅的衍射光通过所述小孔光阑原路返回，则此时所述第一光栅的光栅面与所述准直光源的出射光垂直。

所述并基于所述高度h的光斑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的刻线方向与其所处转台垂直包括：调节所述第一光栅所处转台，当其在所述高度接收面上的光斑高度与h一致时，则所述第一光栅的刻线方向与其所处转台垂直。

步骤113、在所述准直光源上方设置一置于转台上的第二光栅，使所述第二光栅能接收到所述第一光栅的衍射光，并将所述反射镜所处转台的刻度调节至W。

步骤114、基于调节后的反射镜及所述第一光栅，来调节所述第二光栅，使得所述第二光栅的光栅面与所述第一光栅的光栅面平行，且所述第二光栅的刻线方向与其所处转台垂直。

具体步骤如下：准直光源出射光通过所述小孔光阑射入所述第一光栅，所述第二光栅接收到所述第一光栅的衍射光后射入所述反射镜；调节所述第二光栅下所处的转台，使得所述第二光栅将所述反射镜的反射光衍射至所述第一光栅后返回至所述小孔光阑，则此时所述第二光栅的光栅面与所述第一光栅的光栅面平行；

再调节所述反射镜所处转台，若其在所述高度接收面上的光斑高度为高度h，则所述第二光栅的刻线方向与其所处转台垂直。

为了便于理解本发明，下面结合附图12-图14对装调的过程进行详细说明。

如图12所示，第一步，将平面反射镜安装在可以转动的转台上，准直光源的出射光通过小孔光阑照射平面反射镜，调节反射镜使得准直光源所发出的光线可以通过小孔光阑原路返回，此时反射镜与准直光的出射光垂直，记录此时转台的刻度(反射镜位置1)。

第二步，调整反射镜所处转台使得反射光斑照射到高度接收面上，高度接接收面与反射镜之间的距离为L。

示例性的，可以采用步进次的方式调节转台N次，到达反射镜位置2，并记录每一次光斑的高度h_n。理论上，每一次光斑的中心位置都应在同一水平线上(即同一高度)。但实际调节时可能存在微小的误差，调整精度可以表示为其中，δ为根据多次高度h_n计算得到的标准差；当标准差δ为1mm，而L为5m，则调整精度可达到0.7角秒；可见虽然实际调节存在一定的误差，但该误差很小，所以我们可以认为所有光斑的高度一致，用高度平均值作为所有光斑的高度。

第三步，如图13所示，在准直光源与反射镜之间放入第一光栅1，该光栅被安装在可以转动的机构上，首先调整光栅使得准直光源出射的光线可以通过小孔光阑原路返回(与第一步类似)。

第四步，转动第一光栅1，在高度接收面上，光斑的高度与之前反射镜的高度平均值一致时，即可保证该光栅的刻线方向与其所处转台垂直。

第五步，如图14所示，首先使反射镜回到与准直光垂直的位置(即反射镜位置1)，在光路中增加第二光栅2，第二光栅可以接收到第一光栅1的衍射光，由于光线经过相互平行的光栅对后其出射光线将与入射光线相互平行，此时第二光栅2的衍射光线将到达反射镜上，调节第二光栅所处转台(未示出)使得到反射镜上的光线可以原路返回到小孔光阑上，那么第二光栅2与第一光栅1实现严格平行。

第六步，转动反射镜(朝着反射镜位置2的方向转动)，观测并记录光斑在高度观测面上的位置，如果此时光斑的高度平均值仍与未加入光栅对时一致(第二步的结果)，那么第二光栅2的刻线方向也与其所处转台垂直；即第二光栅2的刻线方向与第一光栅1的刻线方向平行。

本发明实施例只需用到平面反射镜、转台、高度标记装置、小孔光阑以及准直光源即可，不仅解决双光栅刻线方向的严格平行还解决双光栅表面之间的严格平行问题，确保了通过大孔径空间外差干涉光谱成像技术获得干涉图的正确性。

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。

Claims (4)

1.一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪装调方法，其特征在于，该方法包括：

根据设置在准直光源与置于转台上一反射镜之间的一小孔光阑，来调节转台使得所述反射镜的镜面与所述准直光源的出射光垂直，并记录对应的转台刻度W；再采用步进次的方式调节所述反射镜所处转台，并在一高度接收面上获得多个处于同一高度h的光斑；

在所述小孔光阑与所述反射镜之间设置一置于转台上的第一光栅，基于所述小孔光阑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的光栅面与所述准直光源的出射光垂直；并基于所述高度h的光斑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的刻线方向与其所处转台垂直；

在所述准直光源上方设置一置于转台上的第二光栅，使所述第二光栅能接收到所述第一光栅的衍射光，并将所述反射镜所处转台的刻度调节至W；

基于调节后的反射镜及所述第一光栅，来调节所述第二光栅，使得所述第二光栅的光栅面与所述第一光栅的光栅面平行，且所述第二光栅的刻线方向与其所处转台垂直；其包括：准直光源出射光通过所述小孔光阑射入所述第一光栅，所述第二光栅接收到所述第一光栅的衍射光后射入所述反射镜；调节所述第二光栅下所处的转台，使得所述第二光栅将所述反射镜的反射光衍射至所述第一光栅后返回至所述小孔光阑，则此时所述第二光栅的光栅面与所述第一光栅的光栅面平行；再调节所述反射镜所处转台，若其在所述高度接收面上的光斑高度为高度h，则所述第二光栅的刻线方向与其所处转台垂直。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节转台使得所述反射镜的镜面与所述准直光源的出射光垂直包括：

准直光源出射光通过所述小孔光阑射入所述反射镜；

调节转台使得所述反射镜使得反射光线通过所述小孔光阑原路返回，则此时所述反射镜的镜面与所述准直光源的出射光垂直。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述小孔光阑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的光栅面与所述准直光源的出射光垂直包括：

准直光源出射光通过所述小孔光阑射入所述第一光栅；

调节所述第一光栅下所处的转台，使得所述第一光栅的衍射光通过所述小孔光阑原路返回，则此时所述第一光栅的光栅面与所述准直光源的出射光垂直。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述并基于所述高度h的光斑来调节所述第一光栅下所处的转台，使所述第一光栅的刻线方向与其所处转台垂直包括：

调节所述第一光栅所处转台，当其在所述高度接收面上的光斑高度与光斑高度h一致时，则所述第一光栅的刻线方向与其所处转台垂直。