CN110470397A - 一种无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有针对空间相机在入轨后光学像面发生偏离问题的解决方案，需要增加调焦机构而导致稳定性较低的技术问题，本发明提供了一种无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法，包括步骤：1)在各组件之间设计修切垫；2)加工修切垫；3)在地面空气环境下对无调焦干涉光谱仪进行初装，在初装期间确定各修切垫的厚度；4)计算各组件之间的间隔差量；5)修研修切垫；6)开展真空环境下扫焦测试；7)预置结果判断。本发明的方法可在不增加调焦机构的情况下，保证干涉光谱仪在地面空气中装调完成后的成像质量及各光学指标与干涉光谱仪在入轨后真空环境下的成像质量及各光学指标一致，避免了干涉光谱仪失效，提高了干涉光谱仪的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于航天光学领域，涉及一种无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法。
背景技术
在航天相机设计中，主要是针对其在空间真空环境中进行的光学设计，而相机的装配过程是在地面空气环境中完成的。由于光的传输受传输介质影响，如果按照地面装调结果将空间相机送入空间轨道后，光学系统像面位置将发生偏移，从而引起相机传递函数的下降，直接影响相机的成像质量，使其无法准确获取地面被观测目标的准确光谱数据，造成相机失效。
目前针对空间相机在入轨后光学像面发生偏离的问题，一般有两种方案解决：一是通过设计大焦深光学系统来弥补相机在真空环境下的像面偏移量；二是通过设计调焦机构，根据相机在空间真空环境中的实际像面位置，实时调整焦面的位置，使其处于像面位置处，从而保证相机能清晰成像。对于第一种方案，虽然在工程中已被成熟应用，但其只能满足一部分光学系统，对于要求空间小、短焦距、大相对孔径的空间相机来说无法采用此种方案，尤其针对干涉光谱仪这种有多个像面的空间相机来说，实际工程应用有很大的难度。对于第二种增加调焦机构的方案，虽然理论上可行，且在一些航天相机中也采用了此方案，但对于航天相机(例如干涉光谱仪)来说，其需要应对发射过程中复杂且恶劣的力学环境，调焦机构中动件的设计很有可能在发射过程造成卡死、松动等不确定情况，这大大降低了相机的稳定性。同时额外的机构设计还将增加设计成本，增加的重量将直接增加卫星的发射成本。
发明内容
为了解决现有针对空间相机在入轨后光学像面发生偏离问题的解决方案，需要增加调焦机构而导致稳定性较低的技术问题，本发明提供了一种无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法。
本发明的技术方案是：
一种无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法，所述无调焦干涉光谱仪包括前置镜组件、准直镜组件、干涉仪组件、傅氏镜组件和焦面组件；其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1)设计修切垫：
在前置镜组件与准直镜组件之间设计前置镜组件修切垫，在准直镜组件与干涉仪组件之间设计准直镜组件修切垫，在干涉仪组件与傅氏镜组件之间设计傅氏镜组件修切垫，在傅氏镜组件与焦面组件之间设计焦面组件修切垫；
步骤2)加工修切垫：
根据地面空气环境设计无调焦干涉光谱仪的光学系统，根据光学系统的设计结果，分别确定前置镜组件与准直镜组件之间、准直镜组件与干涉仪组件之间、干涉仪组件与傅氏镜组件之间、傅氏镜组件与焦面组件之间的间隔，根据该间隔分别加工相应的修切垫，加工时，前置镜组件修切垫、干涉仪组件修切垫、焦面组件修切垫应预留一定余量，准直镜组件修切垫和傅氏镜组件修切垫按光学设计理论值进行加工；
步骤3)在地面空气环境下对无调焦干涉光谱仪进行初装，在初装期间确定各修切垫的厚度：
3.1)测量无调焦干涉光谱仪各光学组件之间的间隔，同时结合各光学组件装配后的后截距确定各组件之间修切垫的厚度，此时可将准直镜组件修切垫和傅氏镜组件修切垫厚度按此次确定的大致值固化下来；
3.2)在未安装前置镜组件、前置镜组件修切垫和准直镜组件的情况下，通过对无调焦干涉光谱仪进行扫焦测试，确定焦面组件修切垫的厚度；
3.3)在安装前置镜组件、前置镜组件修切垫和准直镜组件之后，通过对无调焦干涉光谱仪进行扫焦测试，确定前置镜组件修切垫的厚度；
步骤4)计算各组件之间的间隔差量：
通过计算和仿真分析，获取空间真空环境下和地面空气环境下，前置镜组件与准直镜组件之间、准直镜组件与干涉仪组件之间、干涉仪组件与傅氏镜组件之间、傅氏镜组件与焦面组件之间的间隔差量；
步骤5)修研修切垫：
用步骤3)中确定的各修切垫的厚度分别加上步骤4)所得的相应的间隔差量，相加结果即为真空环境下前置镜组件修切垫、准直镜组件修切垫、傅氏镜组件修切垫和焦面组件修切垫的厚度，按照真空环境下的厚度再次修研各修切垫；
步骤6)开展真空环境下扫焦测试：
将步骤5)修研好的修切垫装配到无调焦干涉光谱仪中，再将无调焦干涉光谱仪置于地面真空罐中以模拟空间真空环境，对无调焦干涉光谱仪进行扫焦测试，验证无调焦干涉光谱仪真空相面预置是否准确；
步骤7)预置结果判断：
在移动条纹目标靶位于初始位置时：若步骤6)中所测得的无调焦干涉光谱仪的光学传递函数与步骤3.3)扫焦测试中所测数据一致，则真空相面预置准确，即完成了无调焦干涉光谱仪真空像面的预置；若步骤6)所测得的无调焦干涉光谱仪的光学传递函数与步骤3.3)扫焦测试中所测数据不一致，则证明真空像面预置不准确，需对步骤4)和步骤5)所计算数值进行复核复算，根据计算值重新调整前置镜组件修切垫、准直镜组件修切垫、傅氏镜组件修切垫和焦面组件修切垫的厚度，调整后再次进入步骤6)，直至步骤6)所测试光学传递函数与步骤3.3)扫焦测试中所测数据一致。
进一步地，步骤3.2)具体为：
首先，在所述无调焦干涉光谱仪不安装前置镜组件、前置镜组件修切垫、准直镜组件和准直镜组件修切垫的状态下，在干涉仪组件入光面前端放置平行光管，在平行光管端部目标靶位置放置条纹板目标靶，将所述的焦面组件与安装有成像软件的计算机连接，通过条纹板目标靶在计算机的成像软件中所成的黑白条纹像，计算无调焦干涉光谱仪的光学传递函数；
然后，将平行光管的像面位置作为条纹板目标靶的初始位置，前后移动条纹板目标靶，在条纹板目标靶位于不同位置处，测量无调焦干涉光谱仪的光学传递函数，根据条纹板目标靶的位置x1和无调焦干涉光谱仪的光学传递函数y1拟合出二次方程，从而得出y1为最大值时x1的值，此x1即为无调焦干涉光谱仪光学传递函数最大时条纹目标靶需移动的距离Δx1，通过平行光管的焦距f1、无调焦干涉光谱仪的设计焦距f2和条纹目标靶的移动距离Δx1数据，计算出焦面组件修切垫需调整的量Δx2；
最后，根据Δx2的值对焦面组件修切垫进行修研，修研完成后按上述方法对无调焦干涉光谱仪再次进行扫焦测试，当最终测量值Δx2为0时，焦面组件修切垫的厚度即为地面装配下的最终厚度。
进一步地，步骤3.3)具体为：
首先，在所述无调焦干涉光谱仪装有前置镜组件、前置镜组件修切垫、准直镜组件和准直镜组件修切垫的状态下，在前置镜组件前端放置平行光管，在平行光管端部目标靶位置放置条纹板目标靶，将无调焦干涉光谱仪的焦面组件与安装有成像软件的计算机连接，通过条纹板目标靶在计算机的成像软件中所成的黑白条纹像，计算无调焦干涉光谱仪的光学传递函数；
然后，将平行光管的像面位置作为条纹板目标靶的初始位置，前后移动条纹板目标靶，在条纹板目标靶位于不同位置处，分别测量无调焦干涉光谱仪的光学传递函数，根据条纹板目标靶的位置x′1和无调焦干涉光谱仪的光学传递函数y1′拟合出二次方程，从而得出y1′为最大值时x′1的值，此x′1即为无调焦干涉光谱仪光学传递函数最大时条纹目标靶需移动的距离Δx′1，通过平行光管的系统焦距f1、无调焦干涉光谱仪的系统设计焦距f2和条纹目标靶的移动距离Δx′1，计算出前置镜组件修切垫需调整的量Δx′2；
最后，根据Δx′2的量对前置镜组件修切垫进行修研，修研完成后按上述方法对无调焦干涉光谱仪再次进行扫焦测试，当最终测量值Δx′2为0时，即完成无调焦干涉光谱仪的地面装配，此时前置镜组件修切垫的厚度为地面装配下的最终厚度。
进一步地，上述步骤3.2)和3.3)中：
无调焦干涉光谱仪的光学传递函数的计算公式为：
其中，MTF为无调焦干涉光谱仪的光学传递函数，DN亮为成像软件中读取的白条纹灰度值，DN暗为成像软件中读取的黑条纹灰度值，DN暗电平为无调焦干涉光谱仪处于非成像状态时，焦面组件中探测器自身的灰度值；
Δx2和Δx′2按照以下公式计算：
其中，Δx1、Δx′1为条纹目标靶移动的距离，f1为平行光管1的系统焦距，f2为无调焦干涉光谱仪的系统设计焦距。
进一步地，步骤4)具体为：
对无调焦干涉光谱仪的光学系统进行软件分析，将分析环境设置为空间真空环境，不断调整前置镜组件、准直镜组件、干涉仪组件、傅氏镜组件和焦面组件之间的间隔，最终使无调焦干涉光谱仪在空间真空环境下的光学指标与地面空气环境下的光学指标保持一致，此时前置镜组件和准直镜组件之间的间隔与步骤2)所设计地面空气环境下前置镜组件和准直镜组件之间间隔的差值即为前置镜组件和准直镜组件之间的间隔差量，…，此时傅氏镜组件和焦面组件之间的间隔与步骤2)所设计地面空气环境下傅氏镜组件和焦面组件之间间隔的差值即为傅氏镜组件和焦面组件之间的间隔差量。
本发明的优点：
1、本发明的方法可在不增加调焦机构的情况下，保证干涉光谱仪在地面空气中装调完成后的成像质量及各光学指标与干涉光谱仪在入轨后真空环境下的成像质量及各光学指标一致，避免了干涉光谱仪失效，提高了干涉光谱仪的稳定性。
2、本发明的方法简单易实施，在无调焦干涉光谱仪(也称时空联合调制型光谱仪)设计及装调中适用性更强，同时大大提高了航天光谱仪的稳定性。
附图说明
图1为无调焦干涉光谱仪的原理示意图。
图2为在地面空气环境下，测试光谱仪光学传递函数和最佳焦面位置的原理示意图(不安装前置镜组件、前置镜组件修切垫、准直镜组件和准直镜组件修切垫时)。
图3为在地面空气环境下，测试光谱仪光学传递函数和最佳焦面位置的原理示意图(安装了前置镜组件、前置镜组件修切垫、准直镜组件和准直镜组件修切垫时)。
图4为在真空模拟环境下，测试光谱仪光学传递函数和最佳焦面位置的原理示意图。
附图标记说明：
1-平行光管；2-条纹板目标靶；3-光栅尺；4-无调焦干涉光谱仪；5-计算机；6-真空罐；41-前置镜组件；42-准直镜组件；43-干涉仪组件；44-傅氏镜组件；45-焦面组件；46-前置镜组件修切垫；47-准直镜组件修切垫；48-傅氏镜组件修切垫；49-焦面组件修切垫。
具体实施方式
如图1所示，为现有已公开的无调焦干涉光谱仪的原理示意图，包括依次设置的前置镜组件41、准直镜组件42、干涉仪组件43、傅氏镜组件44和焦面组件45。
本发明所提供的无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法，其步骤如下：
1)在无调焦干涉光谱仪4设计之初，在前置镜组件41、准直镜组件42、干涉仪组件43、傅氏镜组件44、焦面组件45之间设计修切垫，修切垫包括位于前置镜组件41和准直镜组件42之间的前置镜组件修切垫46，位于准直镜组件42与干涉仪组件43之间的准直镜组件修切垫47，位于干涉仪组件43与傅氏镜组件44之间的傅氏镜组件修切垫48，以及位于傅氏镜组件44与焦面组件45之间的焦面组件修切垫49。
2)根据地面空气环境设计无调焦干涉光谱仪4的光学系统(无调焦干涉光谱仪的光学系统设计方法是现有技术，具体可参照专利文献201910915937.0进行设计)，根据光学系统的设计结果，分别确定前置镜组件41与准直镜组件42之间、准直镜组件42与干涉仪组件43之间、干涉仪组件43与傅氏镜组件44之间、傅氏镜组件44与焦面组件45之间的间隔，根据该间隔分别加工相应的前置镜组件修切垫46、准直镜组件修切垫47、傅氏镜组件修切垫48和焦面组件修切垫49，加工时前置镜组件修切垫41、干涉仪组件修切垫43、焦面组件修切垫45应预留0.2～0.3mm余量，方便地面装调过程中对其进行修研，准直镜组件修切垫47、傅氏镜组件修切垫48按光学设计理论值进行加工。
3)在地面超净大厅对无调焦干涉光谱仪4进行初装，在初装期间确定各修切垫的厚度：
3.1)通过测量工具测量无调焦干涉光谱仪4各光学组件之间的间隔，同时结合各光学组件装配后的后截距大致确定各组件之间修切垫的厚度，此时可将准直镜组件修切垫47和傅氏镜组件修切垫48厚度按此次确定的大致值固化下来，而前置镜组件修切垫46和焦面组件修切垫49的厚度在后续无调焦干涉光谱仪4的扫焦测试中进行确定。
3.2)在未安装前置镜组件41、前置镜组件修切垫46和准直镜组件42的情况下，通过对无调焦干涉光谱仪4进行扫焦测试，确定焦面组件修切垫49的厚度；具体方法如下：
参照图2，首先，在所述无调焦干涉光谱仪4不安装前置镜组件41、前置镜组件修切垫46、准直镜组件42和准直镜组件修切垫47的状态下，在干涉仪组件43入光面前端放置平行光管1，在平行光管1端部目标靶位置放置条纹板目标靶2，条纹板目标靶2可沿平行光管1的光轴方向前后移动，移动距离通过高精度光栅尺3获得；将所述的焦面组件45与计算机5连接，计算机5上安装有成像软件，通过条纹板目标靶2在计算机5的成像软件中所成的黑白条纹像，可计算无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数；
然后，将平行光管1的像面位置作为条纹板目标靶2的初始位置，前后移动条纹板目标靶2，在条纹板目标靶2位于不同位置处，测量无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数，根据条纹板目标靶2的位置(即数值x1)和无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数(即数值y1)拟合出二次方程，从而得出y1为最大值时x1的值，此x1即为无调焦干涉光谱仪4光学传递函数最大时条纹目标靶2需移动的距离Δx1，通过平行光管1的焦距f1、无调焦干涉光谱仪的设计焦距f2和条纹目标靶2的移动距离Δx1三个数据，计算出焦面组件修切垫49需调整的量Δx2；
最后，根据Δx2的值对焦面组件修切垫49进行修研，修研完成后按上述方法对无调焦干涉光谱仪4再次进行扫焦测试，当最终测量值Δx2为0时，焦面组件修切垫49的厚度即为地面装配下的最终厚度；
3.3)在安装前置镜组件41、前置镜组件修切垫46和准直镜组件42之后，通过对无调焦干涉光谱仪4进行扫焦测试，确定前置镜组件修切垫46的厚度，具体方法如下：
参照图3，首先，在所述无调焦干涉光谱仪4装有前置镜组件41、前置镜组件修切垫46、准直镜组件42和准直镜组件修切垫47的状态下，在前置镜组件41前端放置平行光管1，在平行光管1端部目标靶位置放置条纹板目标靶2，条纹板目标靶2可沿平行光管1的光轴方向前后移动，移动距离通过高精度光栅尺3获得；将无调焦干涉光谱仪4的焦面组件45与计算机5连接，计算机5上安装有成像软件，通过条纹板目标靶2在计算机5的成像软件中所成的黑白条纹像，计算无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数；
然后，将平行光管1的像面位置作为条纹板目标靶2的初始位置，前后移动条纹板目标靶2，在条纹板目标靶2位于不同位置处，分别测量无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数，根据条纹板目标靶2的位置(即数值x′1)和无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数(即数值y1′)拟合出二次方程，从而得出y1′为最大值时x′1的值，此x′1即为无调焦干涉光谱仪4光学传递函数最大时条纹目标靶2需移动的距离Δx′1，通过平行光管1的系统焦距f1、无调焦干涉光谱仪4的系统设计焦距f2和条纹目标靶2的移动距离Δx′1三个数据，计算出前置镜组件修切垫46需调整的量Δx′2；
最后，根据Δx′2的量对前置镜组件修切垫46进行修研，修研完成后按上述方法对无调焦干涉光谱仪4再次进行扫焦测试，当最终测量值Δx′2为0时，即完成无调焦干涉光谱仪4的地面装配，此时前置镜组件修切垫46的厚度为地面装配下的最终厚度。
上述步骤3.2)和3.3)中：
无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数的计算公式为 其中，MTF为无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数，DN亮为成像软件中读取的白条纹灰度值，DN暗为成像软件中读取的黑条纹灰度值，DN暗电平为无调焦干涉光谱仪4处于非成像状态时，焦面组件中探测器自身的灰度值；
Δx2和Δx′2按照以下公式计算：
其中，Δx1、Δx′1为条纹目标靶2移动的距离，f1为平行光管1的系统焦距，f2为无调焦干涉光谱仪4的系统设计焦距。
4)通过计算和仿真分析，获取空间真空环境下和地面空气环境下，不同组件之间的间隔差量：
对无调焦干涉光谱仪4的光学系统进行软件(例如可采用zemax软件)分析，将分析环境设置为空间真空环境，不断调整前置镜组件41、准直镜组件42、干涉仪组件43、傅氏镜组件44和焦面组件45之间的间隔，最终使无调焦干涉光谱仪4在空间真空环境下的光学指标(光学传递函数、焦距)与地面空气环境下的光学指标(光学传递函数、焦距)保持一致，此时前置镜组件41和准直镜组件42之间的间隔与步骤2)所设计地面空气环境下前置镜组件41和准直镜组件42之间间隔的差值即为前置镜组件41和准直镜组件42之间的间隔差量，…，此时傅氏镜组件44和焦面组件45之间的间隔与步骤2)所设计地面空气环境下傅氏镜组件44和焦面组件45之间间隔的差值即为傅氏镜组件44和焦面组件45之间的间隔差量。
5)用步骤3)中确定各修切垫的厚度分别加上步骤4)所得的相应的间隔差量，相加结果即为真空环境下前置镜组件修切垫46、准直镜组件修切垫47、傅氏镜组件修切垫48和焦面组件修切垫49的厚度，按照真空环境下前置镜组件修切垫46、准直镜组件修切垫47、傅氏镜组件修切垫48和焦面组件修切垫49的厚度再次修研各修切垫。
6)将步骤5)修研好的修切垫装配到无调焦干涉光谱仪4中，再将无调焦干涉光谱仪4置于地面真空罐中以模拟空间真空环境，对无调焦干涉光谱仪4进行扫焦测试，即进行热真空试验，验证无调焦干涉光谱仪4真空相面预置是否准确。本步骤中测试步骤与上述步骤3.3)相同，区别仅在于此步骤测试过程中平行光管1与无调焦干涉光谱仪4都处于地面真空罐中，如图4所示。
7)不移动条纹目标靶2的情况下(即位于初始位置时)：如果步骤6)中在所测得的无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数与步骤3.3)中所测数据一致，则完成了无调焦干涉光谱仪真空像面的预置；如果步骤6)所测得的无调焦干涉光谱仪4的光学传递函数与步骤3.3)中所测数据不一致，则证明真空像面预置不准确，需对步骤4)和步骤5)所计算数值进行复核复算，根据计算值重新调整前置镜组件修切垫46、准直镜组件修切垫47、傅氏镜组件修切垫48和焦面组件修切垫49的厚度；调整后再次进行热真空试验，重复此过程，直至步骤6)所测试光学传递函数与步骤3.3)中所测数据一致，即完成无调焦干涉光谱仪4的真空像面预置。
Claims (5)
1.一种无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法，所述无调焦干涉光谱仪包括前置镜组件(41)、准直镜组件(42)、干涉仪组件(43)、傅氏镜组件(44)和焦面组件(45)；其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)设计修切垫：
在前置镜组件(41)与准直镜组件(42)之间设计前置镜组件修切垫(46)，在准直镜组件(42)与干涉仪组件(43)之间设计准直镜组件修切垫(47)，在干涉仪组件(43)与傅氏镜组件(44)之间设计傅氏镜组件修切垫(48)，在傅氏镜组件(44)与焦面组件(45)之间设计焦面组件修切垫(49)；
步骤2)加工修切垫：
根据地面空气环境设计无调焦干涉光谱仪(4)的光学系统，根据光学系统的设计结果，分别确定前置镜组件(41)与准直镜组件(42)之间、准直镜组件(42)与干涉仪组件(43)之间、干涉仪组件(43)与傅氏镜组件(44)之间、傅氏镜组件(44)与焦面组件(45)之间的间隔，根据该间隔分别加工相应的修切垫，加工时，前置镜组件修切垫(41)、干涉仪组件修切垫(43)、焦面组件修切垫(45)应预留一定余量，准直镜组件修切垫(47)和傅氏镜组件修切垫(48)按光学设计理论值进行加工；
步骤3)在地面空气环境下对无调焦干涉光谱仪(4)进行初装，在初装期间确定各修切垫的厚度：
3.1)测量无调焦干涉光谱仪(4)各光学组件之间的间隔，同时结合各光学组件装配后的后截距确定各组件之间修切垫的厚度，此时可将准直镜组件修切垫(47)和傅氏镜组件修切垫(48)厚度按此次确定的大致值固化下来；
3.2)在未安装前置镜组件(41)、前置镜组件修切垫(46)和准直镜组件(42)的情况下，通过对无调焦干涉光谱仪(4)进行扫焦测试，确定焦面组件修切垫(49)的厚度；
3.3)在安装前置镜组件(41)、前置镜组件修切垫(46)和准直镜组件(42)之后，通过对无调焦干涉光谱仪(4)进行扫焦测试，确定前置镜组件修切垫(46)的厚度；
步骤4)计算各组件之间的间隔差量：
通过计算和仿真分析，获取空间真空环境下和地面空气环境下，前置镜组件(41)与准直镜组件(42)之间、准直镜组件(42)与干涉仪组件(43)之间、干涉仪组件(43)与傅氏镜组件(44)之间、傅氏镜组件(44)与焦面组件(45)之间的间隔差量；
步骤5)修研修切垫：
用步骤3)中确定的各修切垫的厚度分别加上步骤4)所得的相应的间隔差量，相加结果即为真空环境下前置镜组件修切垫(46)、准直镜组件修切垫(47)、傅氏镜组件修切垫(48)和焦面组件修切垫(49)的厚度，按照真空环境下的厚度再次修研各修切垫；
步骤6)开展真空环境下扫焦测试：
将步骤5)修研好的修切垫装配到无调焦干涉光谱仪(4)中，再将无调焦干涉光谱仪(4)置于地面真空罐中以模拟空间真空环境，对无调焦干涉光谱仪(4)进行扫焦测试，验证无调焦干涉光谱仪(4)真空相面预置是否准确；
步骤7)预置结果判断：
在移动条纹目标靶位于初始位置时：若步骤6)中所测得的无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数与步骤3.3)扫焦测试中所测数据一致，则真空相面预置准确，即完成了无调焦干涉光谱仪真空像面的预置；若步骤6)所测得的无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数与步骤3.3)扫焦测试中所测数据不一致，则证明真空像面预置不准确，需对步骤4)和步骤5)所计算数值进行复核复算，根据计算值重新调整前置镜组件修切垫(46)、准直镜组件修切垫(47)、傅氏镜组件修切垫(48)和焦面组件修切垫(49)的厚度，调整后再次进入步骤6)，直至步骤6)所测试光学传递函数与步骤3.3)扫焦测试中所测数据一致。
2.根据权利要求1所述的无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法，其特征在于，
步骤3.2)具体为：
首先，在所述无调焦干涉光谱仪(4)不安装前置镜组件(41)、前置镜组件修切垫(46)、准直镜组件(42)和准直镜组件修切垫(47)的状态下，在干涉仪组件(43)入光面前端放置平行光管(1)，在平行光管(1)端部目标靶位置放置条纹板目标靶(2)，将所述的焦面组件(45)与安装有成像软件的计算机(5)连接，通过条纹板目标靶(2)在计算机(5)的成像软件中所成的黑白条纹像，计算无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数；
然后，将平行光管(1)的像面位置作为条纹板目标靶(2)的初始位置，前后移动条纹板目标靶(2)，在条纹板目标靶(2)位于不同位置处，测量无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数，根据条纹板目标靶(2)的位置x1和无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数y1拟合出二次方程，从而得出y1为最大值时x1的值，此x1即为无调焦干涉光谱仪(4)光学传递函数最大时条纹目标靶(2)需移动的距离Δx1，通过平行光管(1)的焦距f1、无调焦干涉光谱仪的设计焦距f2和条纹目标靶(2)的移动距离Δx1数据，计算出焦面组件修切垫(49)需调整的量Δx2；
最后，根据Δx2的值对焦面组件修切垫(49)进行修研，修研完成后按上述方法对无调焦干涉光谱仪(4)再次进行扫焦测试，当最终测量值Δx2为0时，焦面组件修切垫(49)的厚度即为地面装配下的最终厚度。
3.根据权利要求2所述的无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法，其特征在于，
步骤3.3)具体为：
首先，在所述无调焦干涉光谱仪(4)装有前置镜组件(41)、前置镜组件修切垫(46)、准直镜组件(42)和准直镜组件修切垫(47)的状态下，在前置镜组件(41)前端放置平行光管(1)，在平行光管(1)端部目标靶位置放置条纹板目标靶(2)，将无调焦干涉光谱仪(4)的焦面组件(45)与安装有成像软件的计算机(5)连接，通过条纹板目标靶(2)在计算机(5)的成像软件中所成的黑白条纹像，计算无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数；
然后，将平行光管(1)的像面位置作为条纹板目标靶(2)的初始位置，前后移动条纹板目标靶(2)，在条纹板目标靶(2)位于不同位置处，分别测量无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数，根据条纹板目标靶(2)的位置x′1和无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数y1′拟合出二次方程，从而得出y1′为最大值时x′1的值，此x′1即为无调焦干涉光谱仪(4)光学传递函数最大时条纹目标靶(2)需移动的距离Δx′1，通过平行光管(1)的系统焦距f1、无调焦干涉光谱仪(4)的系统设计焦距f2和条纹目标靶(2)的移动距离Δx′1，计算出前置镜组件修切垫(46)需调整的量Δx′2；
最后，根据Δx′2的量对前置镜组件修切垫(46)进行修研，修研完成后按上述方法对无调焦干涉光谱仪(4)再次进行扫焦测试，当最终测量值Δx′2为0时，即完成无调焦干涉光谱仪(4)的地面装配，此时前置镜组件修切垫(46)的厚度为地面装配下的最终厚度。
4.根据权利要求1所述的无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法，其特征在于，上述步骤3.2)和3.3)中：
无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数的计算公式为：
其中，MTF为无调焦干涉光谱仪(4)的光学传递函数，DN亮为成像软件中读取的白条纹灰度值，DN暗为成像软件中读取的黑条纹灰度值，DN暗电平为无调焦干涉光谱仪(4)处于非成像状态时，焦面组件中探测器自身的灰度值；
Δx2和Δx′2按照以下公式计算：
其中，Δx1、Δx′1为条纹目标靶(2)移动的距离，f1为平行光管1的系统焦距，f2为无调焦干涉光谱仪(4)的系统设计焦距。
5.根据权利要求2所述的无调焦干涉光谱仪真空像面预置方法，其特征在于，
步骤4)具体为：
对无调焦干涉光谱仪(4)的光学系统进行软件分析，将分析环境设置为空间真空环境，不断调整前置镜组件(41)、准直镜组件(42)、干涉仪组件(43)、傅氏镜组件(44)和焦面组件(45)之间的间隔，最终使无调焦干涉光谱仪(4)在空间真空环境下的光学指标与地面空气环境下的光学指标保持一致，此时前置镜组件(41)和准直镜组件(42)之间的间隔与步骤2)所设计地面空气环境下前置镜组件(41)和准直镜组件(42)之间间隔的差值即为前置镜组件(41)和准直镜组件(42)之间的间隔差量，…，此时傅氏镜组件(44)和焦面组件(45)之间的间隔与步骤2)所设计地面空气环境下傅氏镜组件(44)和焦面组件(45)之间间隔的差值即为傅氏镜组件(44)和焦面组件(45)之间的间隔差量。
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| CN110470397B (zh) | 2020-09-01 |
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