CN109323762B - 一种凹面光栅双单色仪的装配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的凹面光栅双单色仪装调系统及方法，通过利用光路可逆原理，在两凹面光栅干涉仪法匹配的基础上，构建双光路装调光路，分别沿入缝组件和出缝组件的中心进入两凹面光栅，通过反射镜组件将两凹面光栅衍射光对准在中缝组件位置处，利用成像单元观察入缝成像和出缝成像，调节入缝组件旋转及前后位置，直到成像单元观测入缝成像和出缝成像共轭，保持成像单元和入缝组件位置不变，加入中缝组件，调节中缝组件位置使得中缝成像和出缝成像共轭，从而使得中缝成像、入缝成像以及出缝成像三者两两共轭，实现凹面光栅的级联匹配安装，过程操作简单，装配精度较高。

Description

一种凹面光栅双单色仪的装配系统及方法

技术领域

本发明涉及光学调整领域，特别涉及一种凹面光栅双单色仪的装配系统及方法。

背景技术

凹面光栅单色仪不仅具有小型化、轻量化、便携化的特点、同事在减小能量损失方面也具有巨大优势。凹面光栅单色仪核心元件凹面光栅对其成像具有决定作用，其装配精度直接影响光谱仪最终的成像效果。

目前较多采用的凹面光栅双单色仪装调方法主要有按光路前进方向逐步推进的传统装调方法和计算机辅助装调方法，两者均沿光路设计方向进行，但计算机辅助装调更复杂、精度更高。

受制于凹面光栅单色仪普遍焦距短的特点，传统的装调方法装配误差大，特别对于级联光栅双单色仪，难以满足其高精度的装配要求，采用计算机辅助装调虽然能逐一确定系统内各光学组件的实际最佳位置，但其需要极其完备的像差理论储备和优化算法设计，整个过程既复杂又耗时。

发明内容

本发明实施例提供了一种凹面光栅双单色仪的装配系统及方法，操作简单，保证较高的装配精度。

第一方面，本发明提供一种凹面光栅双单色仪的装配系统，包括用于提供单色激光束的单色激光器、用于限制所述单色激光束直径的光阑、用于将所述单色激光束分光的半反半透镜、用于对光路进行折转的平面折转镜、用于控制平行光束间距的标准模板、用于对两束平行光进行调校的标准平面镜、待装调双单色仪系统、成像单元及上位机，所述待装调双单色仪系统包括入缝组件、出缝组件、已共轴装配的光栅组件、用于放置光栅组件的安装座、与安装座连接的调整机构、用于折转光路的反射镜组件、可拆卸安装在所述反射镜组件内的中缝组件，成像单元用于观察所述入缝组件和所述出缝组件成像，所述待装配双单色仪系统具有至少两个凹面光栅，由所述单色激光器发出的单色激光束经过所述光阑进行直径调整后照射在所述半反半透镜，所述半反半透镜将所述单色激光束进行分光形成透射光束和反射光束，所述反射光束经过所述平面折转镜的折转后与所述透射光束构成两平行光束，所述透射光束和所述反射光束经过所述标准模板分别入射到所述入缝组件和所述出缝组件，经所述入缝组件和所述出缝组件后照射在位于所述安装座上的光栅组件，通过调整机构调整所述安装座的位置，所述成像单元将观察到的入缝成像和出缝成像显示于所述上位机中，保持所述成像单元及入缝组件和出缝组件的位置不变，在所述反射镜组件中放置中缝组件，调整所述中缝组件的位置直到所述上位机中所述中缝成像和所述出缝成像共轭，完成装配。

可选地，还包括用于对两束平行光进行调校的标准平面镜。

可选地，所述光栅组件包括第一凹面光栅和第二凹面光栅，所述反射镜组件包括相对设置的第一反射镜和第二反射镜，所述透射光束分别照射在所述第一凹面光栅和第二凹面光栅，经过所述第一凹面光栅和所述第二凹面光栅的衍射后分别照射在第一反射镜上和第二反射镜上，经过所述第一反射镜和第二反射镜的反射至所述中缝组件处，两束光路完成重合。

可选地，所述调整机构包括丝杠和摆杆，所述安装座包括第一光栅座和第二光栅座，所述丝杠及摆杆经光栅轴与两光栅座连接，所述第一凹面光栅设置在所述第一光栅座，所述第二凹面光栅设置在所述第二光栅座。

可选地，所述单色激光器、所述光阑、所述半反半透镜、所述入缝组件、所述第一凹面光栅共轴线设置，所述出缝组件和所述第二凹面光栅共轴线设置。

可选地，所述第一凹面光栅和所述第二凹面光栅光轴平行设置。

可选地，所述成像单元采用显微镜，所述上位机采用计算机。

第二方面，本发明提供一种凹面光栅双单色仪的装配方法，应用于如上述的凹面光栅双单色仪的装配系统，所述方法包括：

将入缝组件、已共轴装配的光栅组件、反射镜组件以及出缝组件安装在预定位置；

以所述光栅组件、标准模板为基准，单色激光器发出的单色激光束经由光阑调整光束直径，利用半反半透镜及平面折转镜将单色激光束构建成两平行光束，光栅组件在0级角度下将两平行光束原路返回所述标准模板处；

以所述入缝组件和所述出缝组件为基准，利用调整机构驱动所述光栅组件旋转到调试激光标准角度下，调整所述反射镜组件使得透射光束和反射光束重合在中缝组件位置处，利用成像单元观测出缝成像和入缝成像，调节出缝组件直至所述入缝成像和出缝成像共轭；

保持所述出缝组件和成像单元的位置不变，在所述反射镜组件内放置中缝组件，调整所述中缝组件的位置直到所述出缝成像和中缝成像共轭。

可选地，所述方法还包括：

利用汞灯或探测器得到正入射和逆入射下光谱分辨率及规律，并判断所述入缝组件的前后位置；

调整所述入缝组件直至正入射和逆入射下光谱分辨率和规律相同。

可选地，所述成像单元采用显微镜。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明的多凹面光栅装配系统及方法，通过利用光路可逆原理，在两凹面光栅干涉仪法匹配的基础上，构建双光路装调光路，分别沿入缝组件和出缝组件的中心进入两凹面光栅，通过反射镜组件将两凹面光栅衍射光对准在中缝组件位置处，利用成像单元观察入缝成像和出缝成像，调节入缝组件旋转及前后位置，直到成像单元观测入缝成像和出缝成像共轭，保持成像单元和出缝组件位置不变，加入中缝组件，调节中缝组件位置使得中缝成像和出缝成像共轭，从而使得中缝成像、入缝成像以及出缝成像三者两两共轭，实现凹面光栅的级联匹配安装，过程操作简单，装配精度较高。

附图说明

图1是本发明实施例中凹面光栅双单色仪装配系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中凹面光栅双单色仪装配方法的流程图。

附图标记：

单色激光器1，光阑2，半反半透镜3，平面折转镜4，标准模板5，标准平面镜6，入缝组件7，光栅组件8，反射镜组件9，中缝组件10，出缝组件11，调整机构12，成像单元13，上位机14。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明提供一种凹面光栅双单色仪多凹面光栅的装配系统，包括用于提供单色激光束的单色激光器1、用于限制所述单色激光束直径的光阑2、用于将所述单色激光束分光的半反半透镜3、用于对光路进行折转的平面折转镜4、用于控制平行光束间距的标准模板5、用于对两束平行光进行调校的标准平面镜6、待装调双单色仪系统、成像单元及上位机，所述待装调双单色仪系统主要包括入缝组件7、出缝组件11、已共轴装配的光栅组件8、用于放置光栅组件8的安装座、与安装座连接的调整机构12、用于折转光路的反射镜组件9、可拆卸安装在所述反射镜组件9内的中缝组件10，成像单元用于观察所述入缝组件7和所述出缝组件11成像13、与所述成像单元13电连接的上位机14，所述光栅组件8具有至少两个凹面光栅，由所述单色激光器1发出的单色激光束经过所述光阑2进行直径调整后照射在所述半反半透镜3，所述半反半透镜3将所述单色激光束进行分光形成透射光束和反射光束，所述反射光束进行所述平面折转镜4的折转后与所述透射光束构成两平行光束，所述透射光束和所述反射光束经过所述标准模板5分别入射到所述入缝组件7和所述出缝组件11，并所述入缝组件7和所述出缝组件11照射在位于所述安装座上的光栅组件8，通过所述调整机构12调整所述安装座中光栅组件8的旋转，所述成像单元13观察入缝成像和出缝成像并显示于所述上位机14中，保持所述成像单元13及入缝组件和出缝组件位置不变，在所述反射镜组件9中放置中缝组件10，调整所述中缝组件10的位置直到上位机中的中缝成像和出缝成像共轭，完成装配。

本发明的凹面光栅双单色仪装配系统，通过利用光路可逆原理，在两凹面光栅干涉仪法匹配的基础上，构建双光路装调光路，分别沿入缝组件7和出缝组件11的中心进入两凹面光栅，通过反射镜组件9将两凹面光栅衍射光对准在中缝组件10位置处，利用成像单元13观察入缝成像和出缝成像，调节入缝组件7旋转及前后位置，直到成像单元13观测入缝成像和出缝成像共轭，保持成像单元13和出缝组件11位置不变，加入中缝组件10，调节中缝组件10位置使得中缝成像和出缝成像共轭，从而使得中缝成像、入缝成像以及出缝成像三者两两共轭，实现凹面光栅的级联匹配安装，过程操作简单，装配精度较高。

本系统还包括用于对两束平行光进行调校的标准平面镜6，实现对两平行光束的调校，对此不作限定。

光栅组件包括第一凹面光栅和第二凹面光栅，所述反射镜组件9包括相对设置的第一反射镜和第二反射镜，所述透射光束分别照射在所述第一凹面光栅和第二凹面光栅，经过所述第一凹面光栅和所述第二凹面光栅的衍射后分别照射在第一反射镜上和第二反射镜上，经过所述第一反射镜和第二反射镜的反射至所述中缝组件处，两束光路完成重合。

调整机构12包括丝杠和摆杆，所述安装座包括第一光栅座(图中未示出)和第二光栅座(图中未示出)，所述丝杠及摆杆经光栅轴与两光栅连接，所述第一凹面光栅设置在所述第一光栅座，所述第二凹面光栅设置在所述第二光栅座，对于丝杆可以将旋转运动转变为直线运动，便于对安装座进行位置的调整，调整精度更好。

单色激光器1、所述光阑2、所述半反半透镜3、所述入缝组件7、所述第一凹面光栅共轴线设置，所述出缝组件11和所述第二凹面光栅共轴线设置。

第一凹面光栅和所述第二凹面光栅光轴平行设置，事先通过干涉仪法进行共轴装配，使得光栅的最大匹配精度优于±30″，同时显微镜观测到的成像可以清楚的显示在上位机14上，通过图像比对可以真实判断狭缝像的重合程度，不仅可以精准匹配狭缝长度方向与光栅刻线方向的一致性，对于三狭缝自身的共轭性具有更清晰的认知，结合标准汞灯实现光谱分辨率即凹面光栅双单色仪的精确装配。

成像单元13采用显微镜，所述上位机14采用计算机，利用显微镜可以更好的观察细微的成像，采用计算机可以提高数据运算效率，对此不作限定。

结合图2所示，相应地，本发明提供一种凹面光栅双单色仪的装配方法，应用于如上述的凹面光栅双单色仪的装配系统，所述方法包括：

S201、将入缝组件7、已共轴装配的光栅组件8、反射镜组件9以及出缝组件11安装在预定位置；

S202、以所述光栅组件8、标准模板5为基准，单色激光器1发出的单色激光束经由光阑2调整光束直径，利用半反半透镜3及平面折转镜4将单色激光束构建成两平行光束，光栅组件8在0级角度下将两平行光束原路返回所述标准模板5处；

S203、以所述入缝组件7和所述出缝组件11为基准，利用调整机构12驱动所述光栅组件8旋转到调试激光标准角度下，调整所述反射镜组件9使得透射光束和反射光束重合在中缝组件10位置处，利用成像单元13观测出缝成像和入缝成像，调节出缝组件11直至所述入缝成像和出缝成像共轭；

S204、保持所述出缝组件11和成像单元13的位置不变，在所述反射镜组件9内放置中缝组件10，调整所述中缝组件10的位置直到所述出缝成像和中缝成像共轭。

可选地，所述方法还包括：

S205、利用汞灯或探测器得到正入射和逆入射下光谱分辨率及规律，并判断所述入缝组件7的前后位置；

S206、调整所述入缝组件7直至正入射和逆入射下光谱分辨率和规律相同。

微调入缝组件7，重复执行S203、S204、S205直到正入射和逆入射下光谱分辨率大小及规律相同，则完成凹面光栅的装配。

本发明的凹面光栅双单色仪装配方法，不需要其他专用装置，只需要装配过程中构建一套激光装调光路，结合显微镜观测，即可实现凹面光栅双单色仪的精准调校，操作简单，调焦精度高，能依据光谱分辨率指标判断光谱仪装调水平，保证光谱分辨率满足指标要求下系统具有的最大信噪比。

通过在FY-03(05星)太阳辐照光谱仪原理样机及初样机装调过程中的应用，各项指标检测符合设计及任务书指标要求，表明本方案实用有效。

本发明的凹面光栅双单色仪装配方法，利用光路可逆原理，在两凹面光栅干涉仪法匹配的基础上，构建双光路装调光路，分别沿入缝组件7和出缝组件11的中心进入两凹面光栅，通过反射镜组件9将两凹面光栅衍射光对准在中缝组件10位置处，利用成像单元13观察入缝成像和出缝成像，调节入缝组件7旋转及前后位置，直到成像单元13观测入缝成像和出缝成像共轭，保持成像单元13和出缝组件11位置不变，加入中缝组件10，调节中缝组件10位置使得中缝成像和出缝成像共轭，从而使得中缝成像、入缝成像以及出缝成像三者两两共轭，实现凹面光栅双单色仪的级联匹配安装，过程操作简单，装配精度较高。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种本发明的多凹面光栅装配系统及方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，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。

Claims (9)

1.一种凹面光栅双单色仪的装配系统，其特征在于，包括用于提供单色激光束的单色激光器、用于限制所述单色激光束直径的光阑、用于将所述单色激光束分光的半反半透镜、用于对光路进行折转的平面折转镜、用于控制平行光束间距的标准模板、用于对两束平行光进行调校的标准平面镜、待装调双单色仪系统、成像单元及上位机，所述待装调双单色仪系统包括入缝组件、出缝组件、已共轴装配的光栅组件、用于放置光栅组件的安装座、与安装座连接的调整机构、用于折转光路的反射镜组件及可拆卸安装在所述反射镜组件内的中缝组件，所述成像单元用于观察所述入缝组件和所述出缝组件成像，所述光栅组件具有至少两个凹面光栅，由所述单色激光器发出的单色激光束经过所述光阑进行直径调整后照射在所述半反半透镜，所述半反半透镜将所述单色激光束进行分光形成透射光束和反射光束，所述反射光束经过所述平面折转镜的折转后与所述透射光束构成两平行光束，所述透射光束和所述反射光束经过所述标准模板分别入射到所述入缝组件和所述出缝组件，经所述入缝组件和所述出缝组件后照射在位于所述安装座上的光栅组件，通过所述调整机构调整所述安装座的位置，所述成像单元将观察到的入缝成像和出缝成像显示于所述上位机中，保持所述成像单元及入缝组件和出缝组件的位置不变，在所述反射镜组件中放置中缝组件，调整所述中缝组件的位置直到所述上位机中所述中缝成像和所述出缝成像共轭，完成装配；

其中，所述光栅组件包括第一凹面光栅和第二凹面光栅，所述反射镜组件包括相对设置的第一反射镜和第二反射镜，所述透射光束分别照射在所述第一凹面光栅和第二凹面光栅，经过所述第一凹面光栅和所述第二凹面光栅的衍射后分别照射在第一反射镜上和第二反射镜上，经过所述第一反射镜和第二反射镜的反射至所述中缝组件处，两束光路完成重合。

2.根据权利要求1所述的凹面光栅双单色仪的装配系统，其特征在于，所述光栅组件包括第一凹面光栅和第二凹面光栅，所述反射镜组件包括相对设置的第一反射镜和第二反射镜，所述透射光束分别照射在所述第一凹面光栅和第二凹面光栅，经过所述第一凹面光栅和所述第二凹面光栅的衍射后分别照射在第一反射镜上和第二反射镜上，经过所述第一反射镜和第二反射镜的反射至所述中缝组件处，两束光路完成重合。

3.根据权利要求2所述的凹面光栅双单色仪的装配系统，其特征在于，所述调整机构包括丝杠和摆杆，所述安装座包括第一光栅座和第二光栅座，所述丝杠及摆杆经光栅轴与两光栅座连接，所述第一凹面光栅设置在所述第一光栅座，所述第二凹面光栅设置在所述第二光栅座。

4.根据权利要求2所述的凹面光栅双单色仪的装配系统，其特征在于，所述单色激光器、所述光阑、所述半反半透镜、所述入缝组件和所述第一凹面光栅共轴线设置，所述出缝组件和所述第二凹面光栅共轴线设置。

5.根据权利要求2所述的凹面光栅双单色仪的装配系统，其特征在于，所述第一凹面光栅和所述第二凹面光栅光轴平行设置。

6.根据权利要求1所述的凹面光栅双单色仪的装配系统，其特征在于，所述成像单元采用显微镜，所述上位机采用计算机。

7.一种凹面光栅双单色仪的装配方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的凹面光栅双单色仪的装配系统，所述方法包括：

将入缝组件、已共轴装配的光栅组件、反射镜组件以及出缝组件安装在预定位置；

以所述光栅组件和标准模板为基准，单色激光器发出的单色激光束经由光阑调整光束直径，利用半反半透镜及平面折转镜将单色激光束构建成两平行光束，光栅组件在0级角度下将两平行光束原路返回所述标准模板处；

以所述入缝组件和所述出缝组件为基准，利用调整机构驱动所述光栅组件旋转到调试激光标准角度下，调整所述反射镜组件使得透射光束和反射光束重合在中缝组件位置处，利用成像单元观测出缝成像和入缝成像，调节出缝组件直至所述入缝成像和出缝成像共轭；

保持所述出缝组件和成像单元的位置不变，在所述反射镜组件内放置中缝组件，调整所述中缝组件的位置直到所述出缝成像和中缝成像共轭。

8.根据权利要求7所述的凹面光栅双单色仪的装配方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用汞灯或探测器得到正入射和逆入射下光谱分辨率及规律，并判断所述入缝组件的前后位置；

调整所述入缝组件直至正入射和逆入射下光谱分辨率和规律相同。

9.根据权利要求7所述的凹面光栅双单色仪的装配方法，其特征在于，所述成像单元采用显微镜。

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