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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

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]. 中国光学, 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]. 中国光学, 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  4  Offner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  7  Offner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
    0926.4970.00.0
    12792.52411.6−0.4
    21682.09721.10.1
    31568.82830.8−0.2
    40457.06840.50.5
    52322.22952.10.1
    60220.33160.90.9
    最大误差0.9 μm标准差0.4 μm
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    表  2  Offner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  3  Offner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 minX1基准10.31
    Y1基准10.31
    Z1基准
    偏心/mmX0.02基准0.020.01
    Y0.02基准0.020.01
    轴向位置/mm0.020.010.010.020.155
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    表  4  Offner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
    11.860.60%±0.92%
    21.911.25%±1.82%
    31.901.38%±0.81%
    平均1.891.08%±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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