專利名稱：熱紅外光譜成像系統(tǒng)裝校裝置及裝校方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)儀器裝校工藝技術(shù)，具體是指一種長波紅外光譜成像系統(tǒng) 的裝校裝置及裝校方法，它也適用于可見近紅外或中波紅外光譜成像系統(tǒng)的系 統(tǒng)裝校。
背景技術(shù)：
光譜成像系統(tǒng)能同時獲得影像信息與像元光譜信息，能從獲取的遙感數(shù)據(jù) 中直接分析目標(biāo)的物質(zhì)成分，從而有效地識別地物、分辨目標(biāo)、揭露軍事偽裝。 目前，國內(nèi)外對可見近紅外波段的光譜成像系統(tǒng)的研究已頗為普遍，而對熱紅
外波段，尤其是8微米以上的熱紅外波段、精細分光的光譜成像系統(tǒng)的研究還 比較少。與國外相比，我國熱紅外譜段、精細分光的光譜成像系統(tǒng)只有極個別 研究機構(gòu)正開展預(yù)先研究，與國際上熱紅外高光譜成像技術(shù)的快速發(fā)展差距很 大。
國內(nèi)上海技術(shù)物理研究所研制的OMIS光譜成像系統(tǒng)，其前組望遠鏡是與 可見至中紅外波段共用的兩鏡系統(tǒng)，前組鏡頭已用可見波段裝校好，只需裝校 后組會聚鏡。其裝校在要求精度和實現(xiàn)難度上要低得多。熱紅外波段的光譜成 像系統(tǒng)，特別是精細分光的高光譜和超光譜成像系統(tǒng)，裝校定標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)是 如何獲得高信噪比。常溫下，物體輻射主耍集中在熱紅外波段，鏡筒和系統(tǒng)內(nèi) 其它物件的輻射會形成可觀的背景噪聲，對常溫下的裝校造成很大困難，需要 有強信號源來輔助系統(tǒng)裝校。

發(fā)明內(nèi)容
基于已有技術(shù)存在的一些問題，本發(fā)明的目的是設(shè)計一個熱紅外高光譜成 像系統(tǒng)的簡易高效裝校方法。
本發(fā)明的熱紅外成像光譜儀裝校如附圖l所示，它包括精密轉(zhuǎn)臺l、平行
光管載物臺2、黑體3、狹縫對4、平行光管5、輔助平面鏡7和內(nèi)調(diào)焦望遠鏡 8，精密轉(zhuǎn)臺1置于平行光管5出光管口的前方，待裝校的熱紅外成像光譜儀 放在精密轉(zhuǎn)臺1上，黑體3和狹縫對4放置在位于平行光管5焦面處的平行光 管載物臺2上，狹縫對4置于黑體3前，狹縫對4位于平行光管5焦面上，作 為光軸輔助基準(zhǔn)的內(nèi)調(diào)焦望遠鏡8安置在待裝校的熱紅外成像光譜儀旁邊，輔 助平面鏡7用來調(diào)整前組望遠鏡的光軸和光柵座6-4的角度。
本發(fā)明的熱紅外成像光譜儀裝校的具體方法如下
1. 檢測用物件包含精密轉(zhuǎn)臺1、平行光管載物臺2、黑體3、狹縫對4、 平行光管5、輔助平面鏡7和內(nèi)調(diào)焦望遠鏡8。
2. 裝校先在常溫下進行，確保光機部分和電子學(xué)部分都狀態(tài)完好，再在
低溫真空下微調(diào)。常溫下的步驟
1) 狹縫對4置于黑體3前，狹縫對4位置在平行光管5焦面處，黑體3 輻射通過狹縫對4經(jīng)由平行光管5準(zhǔn)直。此黑休3與狹縫對5模擬無窮遠處 的物體。
2) 后會聚鏡6-3與探測器6-2對接，鏡頭接收經(jīng)平行光管5準(zhǔn)直后的 輻射，狹縫對4清晰成像在探測器6-2上時，固定探測器6-2和后會聚鏡6-3 的位置。
3) 轉(zhuǎn)動精密轉(zhuǎn)臺使內(nèi)調(diào)焦望遠鏡8對準(zhǔn)后會聚鏡6 -3的第一個透鏡表面，調(diào)節(jié)內(nèi)調(diào)焦望遠鏡8位置使其鏡面反射回的十字叉絲與內(nèi)部的十字叉絲重 合，此時的精密轉(zhuǎn)臺位置記為零點(以下旋轉(zhuǎn)的角度以此為零點計算)。
4) 保持內(nèi)調(diào)焦望遠鏡8位置和高度不變。精密轉(zhuǎn)臺l旋轉(zhuǎn)(180° - ej 角度(e :為后會聚鏡6-3與前組望遠鏡的光軸折轉(zhuǎn)角度)，在平臺6-0上放置 系統(tǒng)前組望遠鏡，包括望遠物鏡6-8和準(zhǔn)直鏡6-6，兩者同軸由機械件保證， 此時，望遠物鏡6-8第一個透鏡表面和內(nèi)調(diào)焦望遠鏡8的位置并未對準(zhǔn)，因此， 借助一個輔助平面鏡7，將其與望遠物鏡6-8的頭部機械前端面貼合，調(diào)節(jié)前 組望遠鏡觀察其反射回來的內(nèi)調(diào)焦望遠鏡8的十宇叉絲與內(nèi)部的十字叉絲重 合，說明前組望遠鏡光軸已與后會聚鏡6-3光軸夾角為9,。
5) 在光軸折點處的光柵座6-4上放置輔助平面鏡7，粘密轉(zhuǎn)臺1同之前旋 轉(zhuǎn)方向再旋轉(zhuǎn)e,/2角度，即精密轉(zhuǎn)臺角度顯不為(180° - e/2)，調(diào)內(nèi)調(diào)焦 望遠鏡8，使輔助平面鏡反射回的十字叉絲與內(nèi)部十字叉絲重合，保證平面鏡 在光路中的位置準(zhǔn)確。
6) 光機系統(tǒng)接收經(jīng)平行光管5準(zhǔn)直后的輻射，微分頭調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡6-6與 望遠物鏡6-8間隔使狹縫對4能清晰成像在探測器6-2上，此時，準(zhǔn)直鏡6-6 與望遠物鏡6-8的焦點正好重合。
7) 在準(zhǔn)直鏡6-6和望遠物鏡6-8之間加入狹縫6-7，調(diào)節(jié)狹縫6-7前后位 置使平行光管5焦面上的狹縫經(jīng)光機系統(tǒng)后形成的像的信號最強，說明狹縫 6-7正好在準(zhǔn)直鏡6-6和望遠物鏡6-8的焦面上。整個過程中，狹縫6-7縫寬 由大變小至象元尺寸。
8) 在光柵座6-4處，將平面閃耀光柵6-5替換掉輔助平面鏡7，光柵刻線 與狹縫6-7平行。精密轉(zhuǎn)臺反方向旋轉(zhuǎn)(180。 + e ,/2- & (、為設(shè)計的光柵入射角度))角度，即精密轉(zhuǎn)臺顯示角度為(6^02)，借助光柵面的反 射，調(diào)節(jié)光柵面角度使內(nèi)調(diào)焦望遠鏡8被反射自準(zhǔn)回的十字叉絲與內(nèi)部十字 叉絲重合，說明光柵位置已經(jīng)調(diào)好。此時，能看見探測器6-2光敏面上有被
打開的狹縫6-7的光譜分布，但信噪比極低。至此，整個光機系統(tǒng)己經(jīng)完成
裝校，也證明了整個系統(tǒng)的光機部分和電子學(xué)部分都狀態(tài)完好，可以進行下 一步的工作。
低溫下，由于光學(xué)件的曲率和折射率變化，望遠物鏡6 -8和準(zhǔn)直鏡6-6的 間距需要重新調(diào)節(jié)，狹縫6-7的位置也需要重新調(diào)節(jié)，探測器6-2和后會聚鏡 6-3的間距也需要重新調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)量可以用軟件分析得出。據(jù)此數(shù)據(jù)先調(diào)節(jié)好， 再把整機放入冷箱中，在低溫真空狀態(tài)下進行測試和定標(biāo)。
本發(fā)明的最大優(yōu)越性在于
1. 對于無法通過目視或其它常用光學(xué)儀器來觀察系統(tǒng)成像結(jié)果的熱紅外 光譜成像系統(tǒng)，根據(jù)熱紅外鍍膜的透鏡表面對可見光有較強的反射，結(jié)合使用 黑體、狹縫對、平行光管和內(nèi)調(diào)焦望遠鏡，提出了--套簡便冇效的裝校方法， 使熱紅外光譜成像系統(tǒng)裝校周期縮短，可重復(fù)性強。
2. 用黑體與狹縫對置于平行光管焦面處模擬無窮遠物體，測試光學(xué)鏡頭 或系統(tǒng)的空間分辨率，能迅速反應(yīng)出系統(tǒng)成像情況，亦可據(jù)此確定裝校質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)裝校示意圖。 圖中l(wèi)為精密轉(zhuǎn)臺；
2為平行光管載物臺；
3為黑體箱或者單色儀；4為模擬目標(biāo)一狹縫對；
5為平行光管；
6-0為平臺；
6-1為探測器支撐臺；
6-2為熱紅外面陣探測器；
6-3為后會聚鏡；
6-4為光柵座；
6-5為平面閃耀光柵；
6-6為準(zhǔn)直鏡； 6-7為狹縫；
6-8為望遠物鏡； 7為輔助平面鏡；
8為內(nèi)調(diào)焦望遠鏡。
具體實施例方式
下面根據(jù)圖1給本發(fā)明一個較好實施例并作詳細闡述
待裝校光譜成像系統(tǒng)的望遠物鏡、準(zhǔn)直鏡和會聚鏡的焦距均為40mm，采
用平面反射閃耀光柵，中心工作波長的光柵入射角()2為41.8° ，衍射角(ere2)
為48.2° ，望遠鏡頭與后面的會聚鏡頭光路成A為90。。所用平行光管為自 研儀器，其焦距為4000mm。探測器為面陣探測器，其象元尺寸0.()3mm。狹 縫對縫寬和間隔為4000x0.03/40=3mm 。黑體型號是上海福源公司的 HFY-300A，黑體在平行光管載物臺上，前面只有狹縫對，狹縫對位置在平行 光管焦面處。按照本發(fā)明的方法先裝校會聚鏡與探測器相對位置，精密轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)90度后借助內(nèi)調(diào)焦望遠鏡調(diào)整望遠組的位置，精密轉(zhuǎn)臺再旋轉(zhuǎn)45。后安放 好輔助平面鏡，調(diào)準(zhǔn)直鏡前后距離確定其與望遠物鏡的問隔，再放入狹縫并調(diào) 節(jié)其于望遠物鏡的焦面位置。再將光柵代替輔助平而鏡，借助內(nèi)調(diào)焦望遠鏡調(diào) 節(jié)光柵角度。最后進行低溫微調(diào)。
權(quán)利要求
1. 一種熱紅外光譜成像系統(tǒng)的裝校裝置，它包括精密轉(zhuǎn)臺(1)、平行光管載物臺(2)、黑體(3)、狹縫對(4)、平行光管(5)、輔助平面鏡(7)和內(nèi)調(diào)焦望遠鏡(8)，其特征在于精密轉(zhuǎn)臺(1)置于平行光管(5)出光管口的前方，待裝校的熱紅外成像光譜儀放在精密轉(zhuǎn)臺(1)上，黑體(3)和狹縫對(4)放置在位于平行光管(5)焦面處的平行光管載物臺(2)上，狹縫對(4)置于黑體(3)前，狹縫對(4)位于平行光管5焦面上，作為光軸輔助基準(zhǔn)的內(nèi)調(diào)焦望遠鏡(8)安置在待裝校的熱紅外成像光譜儀旁邊，輔助平面鏡(7)用來調(diào)整前組望遠鏡的光軸和光柵座(6-4)的角度。
2. —種基于權(quán)利要求1所述的裝校裝置的熱紅外光譜成像系統(tǒng)的裝校方 法，其特征在于它包括以下步驟A.常溫裝校1) 狹縫對置于黑體(3)前，狹縫對(4)位置在平行光管(5)焦面處， 黑體(3)輻射通過狹縫對(4)經(jīng)由平行光管(5)準(zhǔn)直，此黑體(3)與狹縫 對(5)模擬無窮遠處的物體；2) 后會聚鏡(6-3)與探測器(6-2)對接，鏡頭接收經(jīng)平行光管(5)準(zhǔn) 直后的輻射，狹縫對(4)清晰成像在探測器(6-2)上時，固定探測器(6-2) 和后會聚鏡(6-3)的位置；3) 轉(zhuǎn)動精密轉(zhuǎn)臺使內(nèi)調(diào)焦望遠鏡(8)對準(zhǔn)后會聚鏡(6-3)的第一個透 鏡表面，調(diào)節(jié)內(nèi)調(diào)焦望遠鏡(8)位置使其鏡面反射回的十字叉絲與內(nèi)部的十 字叉絲重合，此時的精密轉(zhuǎn)臺位置記為零點；4) 保持內(nèi)調(diào)焦望遠鏡(8)位置和高度不變，精密轉(zhuǎn)臺(1)旋轉(zhuǎn)(180°角度，其中e,是后會聚鏡(6-3)與前組望遠鏡頭的光軸折轉(zhuǎn)角度，在平臺(6-0)上放置系統(tǒng)前組望遠鏡，包括望遠物鏡(6 8)和準(zhǔn)直鏡(6-6)， 兩者同軸由機械件保證，此時，望遠物鏡(6-8)第一個透鏡表面和內(nèi)調(diào)焦望 遠鏡(8)的位置并未對準(zhǔn)，因此，借助一個輔助平面鏡(7)，將其與望遠物 鏡(6-8)的頭部機械前端面貼合，調(diào)節(jié)前組望遠鏡觀察其反射回來的內(nèi)調(diào)焦 望遠鏡(8)的十字叉絲與內(nèi)部的十字叉絲重合，此時，前組望遠鏡的光軸已 與后組會聚鏡(6-3)光軸夾角為e1;5) 在光軸折點處的光柵座(6-4)上放置輔助平面鏡(7)，精密轉(zhuǎn)臺(1)同之前旋轉(zhuǎn)方向再旋轉(zhuǎn)e/2角度，即精密轉(zhuǎn)臺角度顯示為(180° - ey2)，調(diào)內(nèi)調(diào)焦望遠鏡(8)，使輔助平面鏡反射回的十字叉絲與內(nèi)部十字叉絲重合， 保證平面鏡在光路中的位置準(zhǔn)確；6) 光機系統(tǒng)接收經(jīng)平行光管(5)準(zhǔn)直后的輻射，用微分頭調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡(6-6) 與望遠物鏡(6-8)的間隔使狹縫對(4)能清晰成像在探測器(6-2)上，此 時，準(zhǔn)直鏡(6-6)與望遠物鏡(6-8)的焦點正好重合；7) 在準(zhǔn)直鏡(6-6)和望遠物鏡(6-8)之間加入狹縫(6-7)，調(diào)節(jié)狹縫 (6-7)前后位置使平行光管5焦面上的狹縫經(jīng)光機系統(tǒng)后形成的像的信號最強，說明狹縫(6-7)正好在準(zhǔn)直鏡(6-6)和望遠物鏡(6-8)的焦面上，整 個過程中，狹縫(6-7)縫寬由大變小至象元尺寸；8) 在光柵座(6-4)處，將平面閃耀光柵(6-5)替換掉輔助平面鏡(7)， 光柵刻線與狹縫(6-7)平行，精密轉(zhuǎn)臺反方向旋轉(zhuǎn)(180° +0 72-0 2)角度， 其中92為設(shè)計的光柵入射角度，即精密轉(zhuǎn)臺顯示角度為(-9,02)，借助光 柵面的反射，調(diào)節(jié)光柵面角度使內(nèi)調(diào)焦望遠鏡(8)被反射自準(zhǔn)回的十字叉絲與內(nèi)部十字叉絲重合，說明光柵位置已經(jīng)調(diào)好，此時，在探測器6-2光敏面上 有被打開的狹縫(6-7)的光譜分布，至此，整個光機系統(tǒng)的常溫裝校完成； B.低溫裝校低溫下，根據(jù)軟件分析計算得出的調(diào)節(jié)量對望遠物鏡(6-8)和準(zhǔn)直鏡(6-6) 的間距以及狹縫(6-7)的位置重新調(diào)節(jié)，探測器(6-2)和后會聚鏡(6-3) 的間距同樣根據(jù)軟件分析計算得出的調(diào)節(jié)量重新調(diào)節(jié)；調(diào)整完畢后，把整機放 入冷箱中，裝校工作完成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于面陣探測器的熱紅外光譜成像系統(tǒng)的裝校方法。根據(jù)鍍熱紅外增透膜的透鏡表面對可見光有較強的反射，提出一種借助于黑體、狹縫對、輔助平面鏡、精密轉(zhuǎn)臺、內(nèi)調(diào)焦望遠鏡和平行光管等輔助物件而實現(xiàn)的裝校方法。將黑體與狹縫對置于平行光管焦面處模擬無窮遠輻射，觀察其狹縫對在探測器光敏面上的像的清晰程度來確定各鏡頭和元件的相對位置。本發(fā)明的裝校方法可有效解決熱紅外光譜成像系統(tǒng)無法通過目視或其它常用光學(xué)儀器進行光學(xué)裝校的問題，使該類系統(tǒng)裝校周期縮短，可重復(fù)性強。
文檔編號G01J5/10GK101520343SQ20091004817
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者徐衛(wèi)明, 穎 林, 王建宇, 嶸 舒, 袁立銀 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所