專利名稱：成像光譜儀譜段分離方法及譜段分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空間遙感儀器中用以分離光譜波段的方法及譜段分離裝置。
國(guó)內(nèi)外空間遙感儀器中已采用的譜段分離方法有光纖法和雙色片法。
美國(guó)宇航局AVIRIS成像光譜儀譜段分離采用的是光纖法(M.P.Chrisp et.al.″Aviris Foreoptics,Fiber and on-Board calibrator,SPIE,1987,834∶44-49)。在可見(jiàn)近紅外(VNIR)光譜區(qū)(0.4-1.27μm)使用玻璃光纖；在短波紅外(SWIR)光譜區(qū)(1.25-2.45μm)使用含鋯的氟化玻璃光纖，分別將光從前置望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)傳輸?shù)剿膫€(gè)光譜儀。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)光譜儀可獨(dú)立安裝，易于實(shí)現(xiàn)光譜儀配準(zhǔn)。但是光纖光學(xué)性能較差，VNIR光纖在500nm以下波長(zhǎng)區(qū)透過(guò)率小于50％，SWIR光纖平均透過(guò)率都低于5％，且不均勻。這對(duì)提高成像光譜儀的信噪比來(lái)說(shuō)，是致命的缺陷。
歐共體DAIS成像光譜儀譜段分離采用的是雙色片法(S.H.Chang et.al.″79-Channel Airbome I mage Spectrometer″SPIE,1993,1937:164-172)，雙色分束片反射可見(jiàn)-近紅外光到可見(jiàn)-近紅外光譜儀中；雙色分束片又可以透過(guò)短波紅外光到短波紅外光譜儀中，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但光譜抖動(dòng)大，且不可能實(shí)現(xiàn)光譜重疊(F.Blechinger et.al.″High Resolution I maging Spectrometer″″HRIS″Optics,Focal Plane and Calibration SPIE,1993,1937:207-224)本發(fā)明的目的是采用全新設(shè)計(jì)的刀口法及其譜段分離裝置，解決光纖法和雙色片法光學(xué)性能差、透過(guò)率低、光譜抖動(dòng)大、儀器信噪比低等問(wèn)題。
采用刀口法譜段分離器進(jìn)行譜段分離方法的主要原理(見(jiàn)

圖1)，它由被測(cè)目標(biāo)相距一定間隔的兩物點(diǎn)a和b發(fā)出的光，經(jīng)前置望遠(yuǎn)望1投射到譜段分離器。其中a點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)前置望遠(yuǎn)鏡1直接會(huì)聚到可見(jiàn)近紅外(VNIR)光譜儀的入射狹縫2處，b點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)前置望遠(yuǎn)鏡1、刀口反射鏡3會(huì)聚到短波紅外(SWIR)光譜儀的入射狹縫4處，調(diào)節(jié)刀口反射鏡3的位置，使b點(diǎn)發(fā)出的光束全部反射進(jìn)入狹縫4，而又不遮擋a點(diǎn)發(fā)出的光束進(jìn)入狹縫2。
為了實(shí)現(xiàn)上述原理，本發(fā)明的譜段分離裝置的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示出
用螺釘將壓片5和VNIR光譜儀的入射狹縫2固定在狹縫座6上，再用螺釘將狹縫座6固定在底座19上，用螺釘將壓片12和刀口反射鏡3固定在上滑座10上，上滑座10下端安放在下滑座14的滑軌內(nèi)。擋塊8固定在下滑座14上，調(diào)整螺釘9通過(guò)擋塊8與上滑座10下端的螺孔連接，下滑座14的下端安放在底座19的滑軌內(nèi)，調(diào)整螺釘13通過(guò)固定在底座19上的擋塊11與下滑座14下端的母孔連接，用螺釘經(jīng)壓片18將SWIR入射狹縫4固定在狹縫座16上，再用螺釘將狹縫座16固定在底座19上，母釘15、母釘17用來(lái)調(diào)整底座19的水平，彈簧片20和母釘15將底座19與底板7連在一起。
本發(fā)明的譜段分離方法用如下步驟實(shí)現(xiàn)(1)．將本發(fā)明刀口法譜段分離裝置安裝在VNIR光譜儀和SWIR光譜儀的光路中；(2)．精確調(diào)整刀口反射鏡3的位置，為此a．用光刻法特制一個(gè)視場(chǎng)模擬器22，使它的兩個(gè)光縫大小及間距均嚴(yán)格模擬成像光譜儀規(guī)定的被測(cè)目標(biāo)a、b兩點(diǎn)的視場(chǎng)大小及間距；b．其中一條光縫模擬SWIR視場(chǎng)，另一條光縫模擬VNIR視場(chǎng)；c．使光源W發(fā)出的光經(jīng)視場(chǎng)模擬器22上的兩條光縫被反射鏡21反射到前置望遠(yuǎn)鏡1，而進(jìn)入譜段分離裝置；d．用兩架顯微鏡在VNIR狹縫2和SWIR狹縫4的焦面分別進(jìn)行觀測(cè)；e．精確調(diào)節(jié)刀口反射鏡3的位置，使可見(jiàn)光縫的光剛好充滿狹縫2，而無(wú)紅外光狹縫4的光射入；f．使紅外光縫的光剛好充滿SWIR狹縫4，而無(wú)可見(jiàn)光狹縫2的光射入；(3)．旋轉(zhuǎn)螺釘9使上滑座10上的刀口反射鏡3沿下滑座14上的導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀口反射鏡3的橫向運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘13使下滑座14沿底座19上的導(dǎo)軌滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀口反射鏡3的縱向移動(dòng)；(4)．精確調(diào)整刀口反射鏡3的位置使b點(diǎn)發(fā)出的光束全部反射進(jìn)入SWIR光譜儀的狹縫4，同時(shí)又不遮擋a點(diǎn)發(fā)出的光束進(jìn)入VNIR的狹縫2；(5)．用調(diào)整好的上述譜段分離裝置進(jìn)行0.4-2.5μm光譜區(qū)的光譜波段分離。
刀口法譜段分離裝置的技術(shù)關(guān)鍵是刀口反射鏡3和狹縫2、4的精度，刀口反射鏡3由不銹鋼制造、經(jīng)研磨后鍍金。VNIR光譜儀入射狹縫2是一個(gè)暗視場(chǎng)亮狹縫，采用光刻工藝制造，縫寬選擇0.03nm，縫長(zhǎng)24nm，平直清晰，無(wú)凹陷。亮視場(chǎng)透過(guò)率95％，暗視場(chǎng)(背景)透過(guò)率不大于0.5％。SWIR光譜儀入射狹縫4的加工工藝與狹縫2相同。在安裝中旋轉(zhuǎn)調(diào)正螺釘9可使上滑座10上的刀口反射鏡3沿下滑座14上的導(dǎo)軌移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀口反射鏡3的橫向運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)調(diào)正螺釘13可使下滑座14沿底座19的導(dǎo)軌滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀口反射鏡3的縱向移動(dòng)，精確調(diào)整刀口反射鏡3的位置，使b點(diǎn)發(fā)出的光束全部反射進(jìn)入SWIR光譜儀的入射狹縫4，同時(shí)又不遮擋a點(diǎn)發(fā)出的光束進(jìn)入VNIR狹縫2。
本發(fā)明的附圖和圖面說(shuō)明如下圖1是本發(fā)明的原理2是本發(fā)明譜段分離裝置的裝配構(gòu)造示意3是本發(fā)明譜段分離裝置的立體結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明譜段分離裝置裝校調(diào)試中1、前置望遠(yuǎn)鏡12、壓片2、VNIR入射狹縫 13、螺釘3、刀口反射鏡14、下滑座4、SWIR入射狹縫 15、螺釘5、壓片 16、狹縫座6、狹縫座17、螺釘7、底板 18、壓片8、擋塊 19、底座9、螺釘 20、彈簧片10、上滑座 21、反射鏡11、擋塊 22、視場(chǎng)模擬器本發(fā)明的方法和裝置已成功地應(yīng)用于軍民兩用高分辨率成像光譜儀樣機(jī)中，在0.4-25μm寬的光譜范圍，其透過(guò)率均高于95％，光譜抖動(dòng)不超過(guò)20％，光譜重疊達(dá)0.5μm，高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)近紅外光譜和短波紅外光譜的譜段分離。
權(quán)利要求
1.一種成像光譜儀譜段分離方法，其特征在于用如下步驟實(shí)現(xiàn)(1)．將本發(fā)明刀口法譜段分離裝置安裝在VNIR光譜儀和SWIR光譜儀的光路中；(2)．精確調(diào)整刀口反射鏡3的位置，為此a．用光刻法特制一個(gè)視場(chǎng)模擬器22，使它的兩個(gè)光縫大小及間距均嚴(yán)格模擬成像光譜儀規(guī)定的被測(cè)目標(biāo)a、b兩點(diǎn)的視場(chǎng)大小及間距；b．其中一條光縫模擬SWIR視場(chǎng)，另一條光縫模擬VNIR視場(chǎng)；c．使光源W發(fā)出的光經(jīng)視場(chǎng)模擬器22上的兩條光縫被反射鏡21反射到前置望遠(yuǎn)鏡1，而進(jìn)入譜段分離裝置；d．用兩架顯微鏡在VNIR狹縫2和SWIR狹縫4的焦面分別進(jìn)行觀測(cè)；e．精確調(diào)整節(jié)刀口反射鏡3的位置，使可見(jiàn)光縫的光剛好充滿狹縫2，而無(wú)紅外光狹縫4的光射入；f．使紅外光縫的光剛好充滿SWIR狹縫4，而無(wú)可見(jiàn)光狹縫2的光射入；(3)．旋轉(zhuǎn)螺釘9使上滑座10上的刀口反射鏡3沿下滑座14上的導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀口反射鏡3的橫向運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘13使下滑座14沿底座19上的導(dǎo)軌滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀口反射鏡3的縱向移動(dòng)；(4)．精確調(diào)整刀口反射鏡3的位置使b點(diǎn)發(fā)出的光束全部反射進(jìn)入SWIR光譜儀的狹縫4，同時(shí)又不遮擋a點(diǎn)發(fā)出的光束進(jìn)入VNIR的狹縫2；(5)．用調(diào)整好的上述譜段分離裝置進(jìn)行0.4-2.5μm光譜區(qū)的光譜波段分離。
2.一種用于成像光譜儀譜段分離的裝置，主要由入口反射鏡3、VNIR狹縫2和SWIR狹縫4組成，其特征在于用螺釘將壓片5和VNIR光譜儀的入射狹縫2固定在狹縫座6上，再用螺釘將狹縫座6固定在底座19上，用螺釘將壓片12和刀口反射鏡3固定在上滑座10上，上滑座10下端安放在下滑座14的滑軌內(nèi)。擋塊8固定在下滑座14上，調(diào)整螺釘9通過(guò)擋塊8與上滑座10下端的螺孔連接，下滑座14的下端安放在底座19的滑軌內(nèi)，調(diào)整螺釘13通過(guò)固定在底座19上的擋塊11與下滑座14下端的母孔連接，用螺釘經(jīng)壓片18將SWIR入射狹縫4固定在狹縫座16上，再用螺釘將狹縫座16固定在底座19上，母釘15、母釘17用來(lái)調(diào)整底座19的水平，彈簧片20和母釘15將底座19與底板7連在一起。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種空間遙感儀器中用以分離光譜波段的方法及譜段分離裝置。采用刀口法進(jìn)行譜段分離,其裝置由前置望遠(yuǎn)鏡、VNIR入射狹縫、刀口反射鏡、SWIR入射狹縫、壓片、狹縫座、底板、擋塊、螺釘、上滑座、下滑座、底座、彈簧片組成,本發(fā)明在0.4—25μm的寬光譜范圍,透過(guò)高于95%,光譜抖動(dòng)不超過(guò)22%,光譜重疊達(dá)0.5μm,高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)近紅外光譜和短波紅外光譜的譜段分離。
文檔編號(hào)G01J3/28GK1211728SQ9711872
公開日1999年3月24日 申請(qǐng)日期1997年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月17日
發(fā)明者馬仁宏, 苗春安 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所