一种Offner型光谱成像光学系统的快速装调方法技术方案

本发明专利技术公开了一种Offner型光谱成像光学系统的快速装调方法。Offner型光谱成像光学系统为同心或接近同心的光学系统，即其主镜、凸面光栅、三镜均为球面，且各自的曲率中心重合或基本重合。本发明专利技术基于自准直原理，通过观察点光源经球面镜反射后得到的自准像，快速确定球面镜曲率中心的位置。本发明专利技术提供的装调方法具有装调速度快，精度高，对于装调环境的要求低，所需的设备成本低的特点，能快速有效地完成Offner型光谱成像光学系统的装调。

A fast adjustment method of Offner type spectral imaging optical system

【技术实现步骤摘要】
一种Offner型光谱成像光学系统的快速装调方法
本专利技术涉及一种Offner型光谱成像光学系统的装调方法。
技术介绍
光谱成像技术能够同时获取场景的空间信息和光谱信息，具有“图谱合一”的优点，广泛用于遥感探测、矿物勘探、环保监控、智慧农业以及食品安全等领域。基于Offner结构的光栅型光谱成像系统具有相对孔径大、畸变小，成像质量佳，结构紧凑等优点，是目前最常见的光谱成像系统之一。Offner结构的光谱成像光学系统中通常包含主镜、三镜、凸面光栅和狭缝等组件，这些元件的失调会导致系统成像质量下降以及畸变的增加，直接影响光谱成像的定量化水平。在本专利技术作出之前，中国专利技术专利CN102141439A公开了一种凸面光栅成像光谱仪的装配方法，它基于干涉仪，采用谱图直读法实现光栅、探测器的装配，具体步骤为：配备一套干涉仪和标准补偿镜;在干涉仪前面置入凸面光栅分光系统的主镜、三镜,调整主镜、三镜位置使干涉仪出现干涉条纹；将汞灯置于狭缝前，光栅置入主镜、三镜之间，读数显微镜置入凸面光栅分光系统的像面处，调节光栅，使读数显微镜能够读出汞灯的0级、-1级光谱；置入探测器、望远镜头，调节探测器、望远镜头，使探测器能接受到探测目标理想的光谱像。该方法在装调过程中需要使用干涉仪，价格昂贵，且装调过程花费时间较长。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种装调速度快，精度高，成本低的Offner型光谱成像光学系统的装调方法。实现本专利技术目的的技术方案是提供一种Offner型光谱成像光学系统的快速装调方法，包括如下步骤：（1）用三坐标测量仪，预先分别对Offner结构的光谱成像光学系统中的主镜曲率中心、三镜曲率中心和凸面光栅表面的曲率中心作出标记；（2）主镜的固定：在标记的主镜曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标D1；移去玻璃圆球，调整主镜使得自准直显微镜发出的光束经主镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与本步骤中记录下的像点的重心坐标D1一致，固定主镜；（3）三镜的固定：在标记的三镜曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标D2；移去玻璃圆球，调整三镜使得自准直显微镜发出的光束经三镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与本步骤中记录下的像点的重心坐标D2一致，固定三镜；（4）在凸面光栅的背部安装辅助凹面镜，辅助凹面镜的曲率中心与凸面光栅表面曲率中心同心；在标记的凸面光栅表面曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标D3；移去玻璃圆球，调整辅助凹面镜和凸面光栅，使得自准直显微镜发出的光束经辅助凹面镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与本步骤中记录下的像点的重心坐标D3一致；（5）安装狭缝，在光谱成像光学系统的像面处放置面阵探测器；用汞灯照明狭缝，在面阵探测器获取谱线图，测试谱线弯曲；在保持经凸面光栅背后的辅助凹面镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与步骤（4）中的重心坐标一致的条件下，依据谱线弯曲测试结果，转动凸面光栅；（6）当谱线弯曲满足要求时，固定凸面光栅，拆除辅助凹面镜，完成系统装调。Offner型光谱成像光学系统为同心或接近同心的光学系统，即其主镜、凸面光栅、三镜均为球面，且各自的曲率中心重合或基本重合。本专利技术基于自准直原理，通过观察点光源经球面镜反射后得到的自准像，快速确定球面镜曲率中心的位置。与现有技术相比，本专利技术针对Offner型光谱成像光学系统的光学结构特点，基于自准直原理，提出一种装调方法，其有益效果在于：装调速度快，精度高，对于装调环境的要求低，所需的设备成本低，能快速有效地完成Offner型光谱成像光学系统的装调。附图说明图1为本方法实施例提供的一种Offner型光谱成像光学系统装调方法的流程图；图2为主镜和三镜的装调示意图；图3为自准直显微镜结构示意图；图4为凸面光栅和辅助镜的安装示意图；图5为光栅的粗装调示意图；图6为光栅的精装调示意图；图中，1.自准直显微镜；2.补偿镜；3.玻璃球；4.自准直显微镜；5.凸面光栅；6.辅助镜；7.光谱成像系统的主镜；8.光谱成像系统的三镜；9.狭缝；10.汞灯；11.CCD相机；12.半透半反镜；13.显微物镜；14.光源；15.面阵探测器；16.针孔。具体实施方式以下结合附图及实施例，对本专利技术技术方案作进一步的详细说明。实施例1参见附图1，它是本实施例提供的一种Offner型光谱成像光学系统装调方法的流程图,具体步骤如下：1.用三坐标测量仪，预先分别对Offner结构的光谱成像光学系统中的主镜曲率中心、三镜曲率中心和凸面光栅表面的曲率中心作出标记；2.在标记的主镜曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标；3.移去玻璃圆球，调整主镜使得自准直显微镜发出的光束经主镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与步骤2中记录下的像点的重心坐标一致，固定主镜；4.在标记的三镜曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标；5.移去玻璃圆球，调整三镜使得自准直显微镜发出的光束经三镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与步骤4中记录下的像点的重心坐标一致，固定三镜；6.在凸面光栅的背部安装辅助凹面镜，辅助凹面镜的曲率中心与凸面光栅表面曲率中心同心；7.在标记的凸面光栅表面曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标；8.移去玻璃圆球，调整辅助凹面镜和凸面光栅，使得自准直显微镜发出的光束经辅助凹面镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与步骤7中记录下的像点的重心坐标一致；9.安装狭缝，在光谱成像光学系统的像面处放置面阵探测器；10.用汞灯照明狭缝，在面阵探测器获取谱线图，测试谱线弯曲；11.在保持经凸面光栅背后的辅助凹面镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与步骤7中的重心坐标一致的条件下，依据谱线弯曲测试结果，转动凸面光栅；12.当谱线弯曲满足要求时，固定凸面光栅，拆除辅助凹面镜，完成系统装调。参见附图2，它为主镜、三镜的装调示意图；图中，7为光谱成像系统的主镜，8为光谱成像系统的三镜。具体步骤分别如图2（a）、（b）和（c）所示：参见图2（a），装调时首先将自准直显微镜1对准玻璃球3的球心。参见图2（b），移走玻璃球，将主镜7放入光路中，调整主镜3，使得自准直显微镜1发出的光能够经主镜反射后自准，固定主镜。参见本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Offner型光谱成像光学系统的快速装调方法，其特征在于包括如下步骤：/n（1）用三坐标测量仪，预先分别对Offner结构的光谱成像光学系统中的主镜曲率中心、三镜曲率中心和凸面光栅表面的曲率中心作出标记；/n（2）主镜的固定：在标记的主镜曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标D1；移去玻璃圆球，调整主镜使得自准直显微镜发出的光束经主镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与本步骤中记录下的像点的重心坐标D1一致，固定主镜；/n（3）三镜的固定：在标记的三镜曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标D2；移去玻璃圆球，调整三镜使得自准直显微镜发出的光束经三镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与本步骤中记录下的像点的重心坐标D2一致，固定三镜；/n（4）在凸面光栅的背部安装辅助凹面镜，辅助凹面镜的曲率中心与凸面光栅表面曲率中心同心；在标记的凸面光栅表面曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标D3；移去玻璃圆球，调整辅助凹面镜和凸面光栅，使得自准直显微镜发出的光束经辅助凹面镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与本步骤中记录下的像点的重心坐标D3一致；/n（5）安装狭缝，在光谱成像光学系统的像面处放置面阵探测器；用汞灯照明狭缝，在面阵探测器获取谱线图，测试谱线弯曲；在保持经凸面光栅背后的辅助凹面镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与步骤（4）中的重心坐标一致的条件下，依据谱线弯曲测试结果，转动凸面光栅；/n（6）当谱线弯曲满足要求时，固定凸面光栅，拆除辅助凹面镜，完成系统装调。/n...

【技术特征摘要】
1.一种Offner型光谱成像光学系统的快速装调方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）用三坐标测量仪，预先分别对Offner结构的光谱成像光学系统中的主镜曲率中心、三镜曲率中心和凸面光栅表面的曲率中心作出标记；
（2）主镜的固定：在标记的主镜曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标D1；移去玻璃圆球，调整主镜使得自准直显微镜发出的光束经主镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与本步骤中记录下的像点的重心坐标D1一致，固定主镜；
（3）三镜的固定：在标记的三镜曲率中心处放置透明玻璃圆球，将自准直显微镜聚焦于玻璃圆球的球心，记录下自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标D2；移去玻璃圆球，调整三镜使得自准直显微镜发出的光束经三镜反射后，自准直显微镜探测器像面上像点的重心坐标与本步骤中记...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新华，赵知诚，杨拓拓，朱嘉诚，沈为民，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32