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Offner分光成像系统的球面自准直法快速装调

杨拓拓,陈新华,赵知诚,朱嘉诚,沈为民

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杨拓拓, 陈新华, 赵知诚, 朱嘉诚, 沈为民. Offner分光成像系统的球面自准直法快速装调[J]. , 2020, 13(6): 1324-1331. doi: 10.37188/CO.2020-0058
引用本文: 杨拓拓, 陈新华, 赵知诚, 朱嘉诚, 沈为民. Offner分光成像系统的球面自准直法快速装调[J]. , 2020, 13(6): 1324-1331.doi:10.37188/CO.2020-0058
YANG Tuo-tuo, CHEN Xin-hua, ZHAO Zhi-cheng, ZHU Jia-cheng, SHEN Wei-min. Fast alignment of an offner imaging spectrometer using a spherical autostigmatic method[J]. Chinese Optics, 2020, 13(6): 1324-1331. doi: 10.37188/CO.2020-0058
Citation: YANG Tuo-tuo, CHEN Xin-hua, ZHAO Zhi-cheng, ZHU Jia-cheng, SHEN Wei-min. Fast alignment of an offner imaging spectrometer using a spherical autostigmatic method[J].Chinese Optics, 2020, 13(6): 1324-1331.doi:10.37188/CO.2020-0058

Offner分光成像系统的球面自准直法快速装调

doi:10.37188/CO.2020-0058
基金项目:国家重点研发计划(No. 2016YFB0500501-2)
详细信息
    作者简介:

    杨拓拓(1993—),男,河南灵宝人,硕士研究生,2017年于中国计量大学获得学士学位,2020年于苏州大学获得硕士学位,主要从事光学设计与仪器光学方面的研究。E-mail:20175208001@stu.suda.edu.cn

    陈新华(1982—),男,江苏盐城人,博士,副研究员,2013年于苏州大学现代光学技术研究所获得光学工程博士学位,主要从事光谱成像技术、光学系统设计与研制、光电测量技术等方面的研究。E-mail:xinhua_chen@stu.suda.edu.cn

    通讯作者:

    陈新华(1982—),男,江苏盐城人,博士,副研究员,2013年于苏州大学现代光学技术研究所获得光学工程博士学位,主要从事光谱成像技术、光学系统设计与研制、光电测量技术等方面的研究。E-mail:xinhua_chen@stu.suda.edu.cn

  • 中图分类号:TH744

Fast alignment of an offner imaging spectrometer using a spherical autostigmatic method

Funds:Supported by National Key Research and Development Program of China (No. 2016YFB0500501-2)
More Information
  • 摘要:Offner分光成像系统由凸面光栅和两个凹面反射镜组成。光学结构上同心的特点使其具有相对孔径大、畸变小、结构紧凑等优点。为了降低Offner分光成像系统的装调难度,提高装调效率,本文基于同心特点和球面自准直原理,研究了Offner分光成像系统的快速装调方法。首先搭建球面自准直装置,当该装置生成的点光源位于球面反射镜曲率中心处时,其反射像点和点光源重合。通过检测反射像点和点光源之间的位置偏差,可判定球面反射镜曲率中心位置的偏离程度。利用该装置定位主镜、凸面光栅和三镜的曲率中心位置,完成Offner分光成像系统的装调。实验结果表明,两块离轴凹面反射镜的曲率中心间距误差可控制在10 μm以内,装调完成的分光成像系统成像性能较好,满足指标要求。与现有装调方法相比,该方法具有易于对准、装调速度快、所需设备成本低等优点。

  • 图 1球面自准直装置光路图

    Figure 1.Light path diagram of the spherical autostigmatic device

    图 2球面自准直装置

    Figure 2.Spherical autostigmatic device

    图 3对心分辨率实验装置图

    Figure 3.Alignment resolution experimental device

    图 4Offner分光成像系统装调光路原理图

    Figure 4.Schematic diagram of the Offner optical imaging system assembly

    图 5主镜、三镜装调流程图

    Figure 5.Primary and tertiary mirrors assembly flowchart

    图 6光栅装调流程图

    Figure 6.Grating assembly flowchart

    图 7Offner分光成像系统光路图

    Figure 7.Optical path diagram of Offner optical imaging system

    图 8主镜三镜装调实物图

    Figure 8.The alignment physical map of the primary and tertiary mirror

    图 9主镜、三镜自准直光斑

    Figure 9.Autostigmatic spots of primary and tertiary mirrors

    图 10凸面光栅和辅助凹面镜装配实物图

    Figure 10.The alignment physical maps of the convex grating and auxiliary concave mirror

    图 11凸面光栅自准十字叉丝像

    Figure 11.Convex grating autostigmatic image point

    图 12光谱测试实验装置

    Figure 12.Spectral test experimental device

    图 13谱线图

    Figure 13.Spectral line map

    表 1对心分辨率测量数据

    Table 1.Alignment resolution measurement data

    $x$/μm ${x_i}$ $x'$/μm $\delta $/μm
    0 926.497 0.0 0.0
    12 792.524 11.6 −0.4
    21 682.097 21.1 0.1
    31 568.828 30.8 −0.2
    40 457.068 40.5 0.5
    52 322.229 52.1 0.1
    60 220.331 60.9 0.9
    最大误差0.9 μm 标准差0.4 μm
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    表 2Offner分光成像系统指标要求

    Table 2.System specifications of Offner imaging spectrometer

    指标 要求
    色散范围 6.6 mm
    光谱分辨率 2 nm
    谱线弯曲 <2%像元
    色畸变 <2%像元
    MTF ≥0.73
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    表 3Offner分光成像系统装调公差分配结果

    Table 3.Assembly adjustment tolerance distribution results of Offner imaging spectroscopy system

    公差类型 狭缝 主镜 光栅 三镜 窗口
    装调公差 倾斜/arc min X 1 基准 1 0.3 1
    Y 1 基准 1 0.3 1
    Z 1 基准
    偏心/mm X 0.02 基准 0.02 0.01
    Y 0.02 基准 0.02 0.01
    轴向位置/mm 0.02 0.01 0.01 0.02 0.155
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    表 4Offner分光成像系统性能测试结果

    Table 4.Performance test results of Offner imaging spectrometer system

    测试次数 平均光谱分辨率/nm 谱线弯曲/pixel 色畸变/pixel
    1 1.86 0.60% ±0.92%
    2 1.91 1.25% ±1.82%
    3 1.90 1.38% ±0.81%
    平均 1.89 1.08% ±1.18%
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出版历程
  • 收稿日期:2020-04-08
  • 修回日期:2020-05-11
  • 网络出版日期:2020-10-29
  • 刊出日期:2020-12-01

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