專利名稱：輕小型機(jī)上集成光譜及輻射定標(biāo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜及輻射測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種輕小型機(jī)上集成光譜及 輻射定標(biāo)裝置，.它集成在光譜儀器上為儀器提供實(shí)時(shí)的光譜及輻射定標(biāo)。
技術(shù)背景目前，光譜儀器，包括光譜儀及成像光譜儀，其應(yīng)用正越來(lái)越深入社會(huì)生 活的各個(gè)方面。光譜儀器獲取天空、地面和海洋目標(biāo)的圖象或光譜圖像信息， 為了使獲得的信息具有真實(shí)可靠性，都需要作定標(biāo)校準(zhǔn)。但是，應(yīng)用于機(jī)載， 特別是星載，以及深空探測(cè)的光譜儀器雖然在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過(guò)定標(biāo)校準(zhǔn)， 一旦升 空后，由于所處的環(huán)境狀況發(fā)生較大的變化以及隨著時(shí)間的推移而受到不同程 度的污染和老化，探測(cè)器的響應(yīng)率或多或少都會(huì)發(fā)生一些變化，從而使獲取的 信息的真實(shí)性受到影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題， 一般都在儀器內(nèi)加裝機(jī)上定標(biāo)裝 置或利用地面靶標(biāo)(如敦煌的中國(guó)遙感衛(wèi)星輻射校正場(chǎng))對(duì)相關(guān)儀器進(jìn)行定標(biāo) 校準(zhǔn)。機(jī)上定標(biāo)裝置通常使用太陽(yáng)光或定標(biāo)燈作為光源，當(dāng)前運(yùn)行的相當(dāng)多的儀 器的機(jī)上定標(biāo)裝置僅具有輻射定標(biāo)功能，而且大部分只能對(duì)部分光路，部分視 場(chǎng)，部分孔徑進(jìn)行實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。定標(biāo)燈作光源隨著環(huán)境變化和時(shí)間的推移， 其輸出不可避免的要發(fā)生改變；使用太陽(yáng)光作為光源，也存在太陽(yáng)高度角變化 導(dǎo)致的定標(biāo)誤差問(wèn)題，這樣就使得定標(biāo)校準(zhǔn)的精度難以評(píng)估。另外，對(duì)于深空 探測(cè)光譜儀器的機(jī)上定標(biāo)，更要求定標(biāo)準(zhǔn)置輕小型化?？偠灾?，對(duì)于現(xiàn)代光 譜探測(cè)應(yīng)用所需的光譜及輻射定標(biāo)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的一些裝置顯得相對(duì)不足。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種機(jī)上集成光譜及輻射定標(biāo)裝置，解決光譜儀器機(jī)上 光譜及輻射定標(biāo)以及定標(biāo)裝置輕小型化的技術(shù)問(wèn)題。如附圖1所示，本發(fā)明的機(jī)上集成光譜及輻射定標(biāo)裝置由光源l、線列光纖束21、導(dǎo)光板22、摻雜稀土元素的漫反射板23、透射型漫射板24、轉(zhuǎn)動(dòng)電 機(jī)3和光譜輻射亮度計(jì)4構(gòu)成。光源1采用太陽(yáng)光或定標(biāo)燈作為光源；導(dǎo)光板 22采用石英玻璃制成以滿足空間使用環(huán)境要求；光譜輻射亮度計(jì)4采用高精 度、高穩(wěn)定性的亮度計(jì)，從而保證能在被定標(biāo)光譜儀器的工作壽命期間提供正 確的定標(biāo)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的光譜及輻射定標(biāo)裝置利用光源1獲得輻亮度可調(diào)的光源，光源1 發(fā)出的光進(jìn)入線列光纖束21變?yōu)榫€型排列的多光束，從導(dǎo)光板22側(cè)面進(jìn)入導(dǎo) 光板，由導(dǎo)光板22、摻雜稀土元素的漫反射板23、透射型漫射板24將光束變 為含有特征吸收峰的均勻的面光源由漫射板23輸出，進(jìn)入待定標(biāo)光譜儀器5 及高精度光譜輻射亮度計(jì)4進(jìn)行光譜及輻射定標(biāo)，定標(biāo)結(jié)束后，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3帶 動(dòng)面光源組件2向上轉(zhuǎn)避開(kāi)光譜儀器光路(附圖2中的虛線所示位置)，此時(shí) 儀器可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。高精度光譜輻射亮度計(jì)4與待定標(biāo)光譜儀器5安裝在同一平臺(tái)上，其光路 方向均向同一方向工作，實(shí)時(shí)監(jiān)控面光源組件輻射亮度的變化。當(dāng)光源l確定 時(shí)，進(jìn)入面光源組件2的光輻射的輻亮度與波長(zhǎng)規(guī)一化函數(shù)關(guān)系就確定，而組 成面光源組件2的線列光纖束21，導(dǎo)光板22，摻雜稀土元素的漫反射板23， 透射型漫射板2的材料經(jīng)特別設(shè)計(jì)及制作后，具有穩(wěn)定的化學(xué)及物理特性，因 此，自面光源組件2出射的光輻射的輻亮度與波長(zhǎng)歸一化函數(shù)關(guān)系確定。這樣， 調(diào)整耦合進(jìn)光纖束21的光強(qiáng)，同時(shí)通過(guò)高精度光譜輻射亮度計(jì)4的監(jiān)控，就 可產(chǎn)生多個(gè)能級(jí)而歸一化輻亮度與波長(zhǎng)函數(shù)關(guān)系相同的光進(jìn)入待定標(biāo)儀器，滿足光譜儀器輻射定標(biāo)需要。另外，自面光源組件2出射的光輻射，包含有多個(gè) 特征吸收峰，這些特征吸收峰與摻雜稀土元素的漫反射板23中摻雜的稀土元素的固有特性有關(guān)，當(dāng)摻雜稀土元素的漫反射板23經(jīng)特別設(shè)計(jì)并制作完成后，特征吸收峰就完全確定?？梢詽M足光譜儀器光譜定標(biāo)對(duì)波長(zhǎng)定位的需要。 同時(shí)，考慮到定標(biāo)裝置長(zhǎng)期運(yùn)行后不可避免要受到塵埃、輻射等的污染及影響而對(duì)裝置的最終性能產(chǎn)生影響，本發(fā)明的高精度光譜輻射亮度計(jì)4還可以 實(shí)時(shí)監(jiān)控其變化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1) 本發(fā)明用光纖束將光源變成線陣排列的多光束，同時(shí)，創(chuàng)造性共用側(cè) 光式導(dǎo)光板以及摻雜稀土漫反射板于定標(biāo)裝置中，產(chǎn)生含有特征吸收 峰的輻亮度可調(diào)的均勻面光源。2) 本發(fā)明將光譜及輻射定標(biāo)裝置合二為一，滿足了機(jī)上光譜及輻射定標(biāo)輕小型化的要求。


圖l是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1——光源；2——面光源組件；21——線列光纖束；22——導(dǎo)光板； —23——摻雜稀土元素的漫反射板；24——透射型漫射板；3——轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)；4——光譜輻射亮度計(jì)；5——待定標(biāo)光譜儀器。 圖2是本發(fā)明裝置工作狀態(tài)圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中所用導(dǎo)光板導(dǎo)光原理示意中221——導(dǎo)光網(wǎng)點(diǎn)。圖4是本發(fā)明中實(shí)施例所用的摻雜稀土元素的漫反射板反射比光譜曲線。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)圖1至圖4給出本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)施例，用以說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu) 特征和實(shí)施方法，而不是用來(lái)限定本發(fā)明的范圍。本實(shí)施例是為可見(jiàn)至短波紅外成像光譜儀提供的機(jī)上定標(biāo)裝置，設(shè)計(jì)壽命 為2年，其光譜分譜率在0.4-1.0微米為5nm， 1.0-2.5微米為10nm,要求機(jī)上光 譜定標(biāo)精度優(yōu)于lnm，輻射定標(biāo)精度優(yōu)于10%。輕小型機(jī)上光譜及輻射定標(biāo)裝置包括如下幾個(gè)部分1) 光源1:在本實(shí)施方案中選擇太陽(yáng)光作為光源，因此，光纖入射面法 線相對(duì)于太陽(yáng)角度的不同，可以獲得不同輻射亮度的光源。2) 光纖束21:光纖束由南京春暉科技實(shí)業(yè)有限公司制作，其一端排列成圓型的中心對(duì)稱狀，將光源(1)入射的輻射耦合進(jìn)光纖，光纖束的另 一端排列成線形，因此進(jìn)入光纖束的輻射成線狀的多束細(xì)小光束出射。3) 導(dǎo)光板22:由光纖束21出射的線狀排列的多束細(xì)小光束，從側(cè)面進(jìn) 入導(dǎo)光板22，導(dǎo)光板實(shí)現(xiàn)將其變?yōu)榫鶆蛎嬖吹哪康?。如圖3所示，本 實(shí)施例使用矩形導(dǎo)光板，其材料為石英，其折射率為1.458，大于外界 空氣折射率，光線大于臨界角入射時(shí)在導(dǎo)光板內(nèi)部以全反射的方式傳 播，在平滑的導(dǎo)光板面上加入導(dǎo)光網(wǎng)點(diǎn)221，入射至導(dǎo)光網(wǎng)點(diǎn)221光 產(chǎn)生漫反射，從而破壞全反射讓光從導(dǎo)光板一面出射。 一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)光板近端面網(wǎng)點(diǎn)較小，較疏，遠(yuǎn)端面較大，較密，從而過(guò)到使點(diǎn)或線 光源變?yōu)榫鶆蛎婀庠吹哪康摹?) 摻雜稀土元素的漫反射板23:放置于導(dǎo)光板一面，將從導(dǎo)光板溢出的 光反射回導(dǎo)光板，起到增加光源利用率，產(chǎn)生特列吸收峰及提高勻光 性的作用。本實(shí)施例使用的漫反射板其特征吸收峰①-⑩位置如圖4所 示，為安徽光機(jī)所定制。5) 透射型漫射板24:安徽光機(jī)所定作，放置于導(dǎo)光板的另一面，起到提 高出射光的勻光性作用。6) 光譜輻射亮度計(jì)4:安徽光機(jī)所定作，在待定標(biāo)光譜儀器5的壽命時(shí)間內(nèi)，穩(wěn)定性優(yōu)于1%，其絕對(duì)輻射測(cè)量精度優(yōu)于1%，因此，可以滿 足本實(shí)施例中待定標(biāo)光譜儀器定標(biāo)時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置輻亮度變化的需 求。如上所述，輕小型機(jī)上光譜及輻射定標(biāo)裝置產(chǎn)生輻亮度可變的均勻的含有 特征吸收峰的面光源，進(jìn)入到待定標(biāo)光譜儀器中，實(shí)現(xiàn)光譜儀器全光路、全孔 徑、全視場(chǎng)的高精度光譜及輻射定標(biāo)。
權(quán)利要求
1. 一種輕小型機(jī)上集成光譜及輻射定標(biāo)裝置，它包括光源(1)，面光源組件(2)，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(3)及光譜輻射亮度計(jì)(4)，其特征在于面光源組件(2)是一個(gè)由線列光纖束(21)、導(dǎo)光板(22)、摻雜稀土元素的漫反射板(23)、透射式漫射板(24)構(gòu)成的既能對(duì)光譜儀器進(jìn)行輻射定標(biāo)同時(shí)又能對(duì)其進(jìn)行光譜定標(biāo)的面光源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕小型機(jī)上集成光譜及輻射定標(biāo)裝置，其 特征在于所說(shuō)的光源(1)采用太陽(yáng)光或者定標(biāo)燈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕小型機(jī)上集成光譜及輻射定標(biāo)裝置，其 特征在于所說(shuō)的導(dǎo)光板(22)采用石英玻璃材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕小型機(jī)上集成光譜及輻射定標(biāo)裝置，其 特征在于所說(shuō)的摻雜稀土元素的漫反射板(23)是定制的能產(chǎn)生、特征吸收峰 的漫反射板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕小型機(jī)上集成光譜及輻射定標(biāo)裝置，其 特征在于:，所說(shuō)的光譜輻射亮度計(jì)(4)在待定標(biāo)光譜儀器(5)的工作壽命時(shí) 間內(nèi)，其工作穩(wěn)定性優(yōu)于1%，絕對(duì)輻射測(cè)量精度優(yōu)于1%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種輕小型機(jī)上集成光譜及輻射定標(biāo)裝置，包括光源，由光纖束，導(dǎo)光板，摻雜稀土元素的漫反射板，透射式漫射板構(gòu)成的面光源組件，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)及光譜輻射亮度計(jì)。光譜輻射亮度計(jì)相對(duì)待定標(biāo)光譜儀器而言，具有高精度，高穩(wěn)定度的特點(diǎn)，其與光譜儀器安裝在同一平臺(tái)上，其光路方向均向同一方向；由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)面光源組件向上轉(zhuǎn)避開(kāi)光譜儀器光路，此時(shí)儀器可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)；需定標(biāo)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)將面光源組件向下轉(zhuǎn)位于待定標(biāo)光譜儀器的正前方，即可開(kāi)始對(duì)儀器的光譜及輻射定標(biāo)，此時(shí)，光譜輻射亮度計(jì)工作，實(shí)時(shí)監(jiān)控輻射亮度的變化。本發(fā)明輻射定標(biāo)裝置的特點(diǎn)在于既輕又小，特別適用于星載及深空探測(cè)應(yīng)用的光譜儀器的機(jī)上光譜及輻射定標(biāo)。
文檔編號(hào)G01J1/00GK101251418SQ20081003532
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者何志平, 王建宇, 嶸 舒, 薛永祺, 龔玉梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所