真空紫外成像光譜儀的校準方法及校準裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種真空紫外成像光譜儀的校準方法，包括：校準真空紫外成像光譜儀的波長測量范圍、波長準確度、光譜響應率、均勻性以及空間角分辨率。本發明還提供了一種真空紫外成像光譜儀的校準裝置，包括：依次設置于光路中的光源、真空紫外單色分光系統、真空紫外積分球、真空紫外靶標、真空紫外準直光學系統，以及與需要被校的真空紫外成像光譜儀可切換地設置于真空紫外準直光學系統的輸出端的真空紫外標準探測器和用以實現真空紫外成像光譜儀的空間角度變換的真空三維掃描機構。采用本發明的技術方案能夠及時發現真空紫外成像光譜儀設計過程中存在的缺陷，同時能夠有效保證真空紫外成像光譜儀獲取數據的準確性。
【專利說明】真空紫外成像光譜儀的校準方法及校準裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光學測試設備校準【技術領域】，特別涉及一種真空紫外成像光譜儀的校 準方法及用于實現該真空紫外成像光譜儀的校準方法的真空紫外成像光譜儀的校準裝置。
【背景技術】
[0002] 真空紫外成像光譜儀的工作譜段剛好為空間物質成分重要的特征譜段，并且能夠 同時給出探測目標的真空紫外光譜信息和真空紫外圖像信息、實現圖譜合一，其具有的優 勢使得真空紫外成像光譜儀在航天技術迅速進步、空間科學研宄空前發展的今天成為了世 界各國爭相關注的焦點，其屢被發射到太空中用以對地球、太陽系乃至整個宇宙進行觀測， 通過對這些不同天體目標真空紫外輻射強度和變化的觀測，反演出多種物質的含量和變化 規律，從而為日地空間環境、空間天氣、宇宙起源等許多前沿科學研宄提供大量的研宄資料 和可靠數據。
[0003] 校準測試是真空紫外成像光譜儀發射前的必不可少的重要環節，是衡量產品能否 正常應用的關鍵。然而，這一關鍵點卻尚未的得到應有的重視，導致在運載至太空中后才發 現問題，嚴重影響空間探測計劃的正常進行。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種發射前即在地面實驗室對真空紫外成像光譜儀進行 多參數校準的真空紫外成像光譜儀的校準方法及用于實現該校準方法的真空紫外成像光 譜儀的校準裝置。
[0005] 為解決上述問題，本發明提出一種真空紫外成像光譜儀的校準方法，其特征在于， 包括：
[0006] 校準真空紫外成像光譜儀波長測量范圍；
[0007] 校準真空紫外成像光譜儀波長準確度；
[0008] 校準真空紫外成像光譜儀光譜響應率；
[0009] 校準真空紫外成像光譜儀均勻性；
[0010] 校準真空紫外成像光譜儀空間角分辨率。
[0011] 優選的，所述"校準真空紫外成像光譜儀波長測量范圍"中包括：
[0012] 依次向真空紫外成像光譜儀輸入不同波長的窄帶的真空紫外單色光作為目標信 號；
[0013] 獲取真空紫外成像光譜儀相應的輸出信號；
[0014] 判斷該波長是否有相應的輸出信號；
[0015] 其中，將具有相應的輸出信號所對應的目標信號的波長匯總即可得出真空紫外成 像光譜儀波長測量范圍。
[0016] 優選的，所述"校準真空紫外成像光譜儀波長準確度"中包括：
[0017] 依次向真空紫外成像光譜儀輸入不同波長的窄帶的真空紫外單色光作為目標信 號；
[0018] 獲取真空紫外成像光譜儀相應的輸出信號的波長；
[0019] 對比真空紫外成像光譜儀輸入以及相應輸出信號的波長以獲取其準確度。
[0020] 優選的，所述"校準真空紫外成像光譜儀光譜響應率"中包括：
[0021] 設置可與真空紫外成像光譜儀切換工作的標準探測器；
[0022] 分別向真空紫外成像光譜儀以及標準探測器輸入相同的窄帶的真空紫外單色 光；
[0023] 獲取真空紫外成像光譜儀以及標準探測器的輸出信號；
[0024] 根據真空紫外成像光譜儀以及標準探測器的輸出信號求得真空紫外成像光譜儀 的光譜響應率。
[0025] 優選的，所述"校準真空紫外成像光譜儀均勻性"中包括：
[0026] 在小視場情況下，設置均勻性校準靶標；
[0027] 對光進行勻光處理；
[0028] 將經勻光處理的光經過所述均勻性校準靶標后準直為平行光并在真空紫外成像 光譜儀像面的不同位置成像；
[0029] 采集所述不同位置成像的圖像灰度；
[0030] 獲取所述圖像灰度的平均值并根據該平均值計算非均勻性。
[0031] 優選的，所述"校準真空紫外成像光譜儀均勻性"中包括：
[0032] 在大視場情況下，對光進行勻光處理后輸入真空紫外成像光譜儀；
[0033] 獲取不同像元的響應值；
[0034] 選取獲取的像元響應值中的最大值；
[0035] 其中，各像元響應值與像元響應值中的最大值之比即為均勻性。
[0036] 優選的，所述"校準真空紫外成像光譜儀空間角分辨率"中包括：
[0037] 設置不同尺寸的空間角分辨率校準靶標；
[0038] 對光進行勻光處理；
[0039] 將經勻光處理的光經過所述各空間角分辨率校準靶標后準直為平行光并輸入真 空紫外成像光譜儀；
[0040] 選取所述真空紫外成像光譜儀能夠辨識的最小尺寸的空間角分辨率校準靶標，其 中，可以通過由最大尺寸的空間角分辨率校準靶標不斷更換為更小尺寸的直到真空紫外成 像光譜儀無法清晰分辨出該空間角分辨率校準靶標的外形；
[0041] 根據所述最小尺寸的空間角分辨率校準靶標的尺寸值獲取對應的出射光束的空 間角度；
[0042] 根據所述出射光束的空間角度獲得真空紫外成像光譜儀空間角分辨率，該空間角 度即為真空紫外成像光譜儀空間角分辨率。本發明還提供了一種真空紫外成像光譜儀的校 準裝置，包括：
[0043] 光源，用以提供真空紫外輻射能量；
[0044] 真空紫外單色分光系統，用以對所述光源發射的光進行分光處理，輸出所需波長， 此外，其也可用于進行波長掃描；
[0045] 真空紫外積分球，用以均勻光源，其通過對光進行多次漫反射，形成均勻的輻射 面；
[0046] 真空紫外靶標，用以提供包括均勻性校準靶標及空間角分辨率校準靶標在內的特 征靶標；
[0047] 真空紫外準直光學系統，用以實現對光進行準直處理，形成平行光；
[0048] 真空紫外標準探測器，用以為光譜響應率的校準提供參考標準，其通過國際權威 計量機構進行量值傳遞，能夠更好地提高參數校準精度；
[0049] 真空三維掃描機構，用以實現需要被校的真空紫外成像光譜儀的空間角度變換， 所述真空三維掃描機構與真空紫外成像光譜儀連接，作為一種優選的實施方式，所述真空 紫外成像光譜儀可以固定在真空三維掃描機構上并由該真空三維掃描機構帶動進行旋轉 以實現空間角度的變換；
[0050] 所述光源、真空紫外單色分光系統、真空紫外積分球、真空紫外靶標以及真空紫外 準直光學系統依次設置于光路中，真空紫外標準探測器與需要被校的真空紫外成像光譜儀 可切換地設置于所述真空紫外準直光學系統的輸出端；
[0051] 光由所述光源發出后經所述真空紫外單色分光系統分離出所需波長部分，再由所 述真空紫外積分球作勻光處理后經所述真空紫外靶標繼而經所述真空紫外準直光學系統 進行準直處理后發射給所述真空紫外標準探測器或真空紫外成像光譜儀。
[0052] 優選的，所述光源包括：
[0053] 氘燈，用以實現120nm?200nm波段范圍光源的輸入；
[0054] 氙燈，用以實現200nm?400nm波段范圍光源的輸入；
[0055] 光源切換裝置，用以實現所述氘燈與氙燈之間的切換；
[0056] 所述氘燈與氙燈均與光源切換裝置連接并可通過所述光源切換裝置的旋轉實現 氘燈與氙燈的切換。
[0057] 優選的，還包括真空水平旋轉臺，用以實現被校真空紫外成像光譜儀與真空紫外 標準探測器的切換；
[0058] 所述真空水平旋轉臺分別與被校真空紫外成像光譜儀以及真空紫外標準探測器 連接，所述被校真空紫外成像光譜儀以及真空紫外標準探測器可均固定于所述真空水平旋 轉臺上，通過所述真空水平旋轉臺的旋轉實現所述被校真空紫外成像光譜儀與真空紫外標 準探測器的切換。
[0059] 采用本發明的真空紫外成像光譜儀的校準方法及校準裝置發射前即在地面實驗 室進行校準，能夠及時發現真空紫外成像光譜儀有效載荷設計過程中存在的缺陷，減少其 研制過程中的反復，節省研制經費，縮短研制周期，避免影響整體進度的順利開展；同時，由 于該校準針對多參數進行，有效保證了真空紫外成像光譜儀獲取數據的準確性，對獲取太 陽和地球表面等日地空間環境的多光譜圖像等均有著重大意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0060] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0061]圖1為本發明中真空紫外成像光譜儀空間角分辨率校準說明圖。
[0062] 圖2為本發明的真空紫外成像光譜儀的校準裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0063] 下面參照附圖來說明本發明的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描 述的元素和特征可以與一個或者更多個其他附圖或實施方式中示出的元素和特征相結合。 應當注意，為了清楚目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知 的部件和處理的表示和描述。
[0064] 本發明提供了一種真空紫外成像光譜儀的校準方法，包括：
[0065] 校準真空紫外成像光譜儀波長測量范圍；
[0066] 校準真空紫外成像光譜儀波長準確度；
[0067] 校準真空紫外成像光譜儀光譜響應率；
[0068] 校準真空紫外成像光譜儀均勻性；
[0069] 校準真空紫外成像光譜儀空間角分辨率。
[0070] 具體的，上述"校準真空紫外成像光譜儀波長測量范圍"中包括：
[0071] 依次向真空紫外成像光譜儀輸入不同波長的窄帶的真空紫外單色光作為目標信 號；
[0072] 獲取真空紫外成像光譜儀相應的輸出信號；
[0073] 判斷該波長是否有相應的輸出信號；
[0074] 其中，將具有相應的輸出信號所對應的目標信號的波長匯總即可得出真空紫外成 像光譜儀波長測量范圍。
[0075] 上述"校準真空紫外成像光譜儀波長準確度"中包括：
[0076] 依次向真空紫外成像光譜儀輸入不同波長的窄帶的真空紫外單色光作為目標信 號；
[0077] 獲取真空紫外成像光譜儀相應的輸出信號的波長；
[0078] 對比真空紫外成像光譜儀輸入以及相應輸出信號的波長以獲取其準確度。
[0079] 上述"校準真空紫外成像光譜儀光譜響應率"中包括：
[0080] 設置可與真空紫外成像光譜儀切換工作的標準探測器；
[0081] 分別向真空紫外成像光譜儀以及標準探測器輸入相同的窄帶的真空紫外單色 光；
[0082] 獲取真空紫外成像光譜儀以及標準探測器的輸出信號；
[0083] 假定到達被校真空紫外成像光譜儀的單色光譜輻射量為Η( λ)，被校成像光譜儀 的輸出信號為：
[0084] V1 (λ) = ο·Η(λ) ?ST(A) (I)
[0085] 其中，c是常數。然后將被校真空紫外成像光譜儀切換為標準探測器，并獲取其的 輸出信號為：
[0086] V2(A) = c · Η(λ) · Sb(A) (2)
[0087] 其中，SBU)為標準探測器的光譜響應率，從式⑴和式⑵可以得到被校真空紫 外成像光譜儀的光譜響應率為： LlN丄ΛrVJ 0/(j；^
[0088]
【權利要求】
1. 一種真空紫外成像光譜儀的校準方法，其特征在于，包括： 校準真空紫外成像光譜儀波長測量范圍； 校準真空紫外成像光譜儀波長準確度； 校準真空紫外成像光譜儀光譜響應率； 校準真空紫外成像光譜儀均勻性； 校準真空紫外成像光譜儀空間角分辨率。
2. 根據權利要求1所述的校準方法，其特征在于，所述"校準真空紫外成像光譜儀波長 測量范圍"中包括： 依次向真空紫外成像光譜儀輸入不同波長的窄帶的真空紫外單色光作為目標信號； 獲取真空紫外成像光譜儀相應的輸出信號； 判斷該波長是否有相應的輸出信號。
3. 根據權利要求1所述的校準方法，其特征在于，所述"校準真空紫外成像光譜儀波長 準確度"中包括： 依次向真空紫外成像光譜儀輸入不同波長的窄帶的真空紫外單色光作為目標信號； 獲取真空紫外成像光譜儀相應的輸出信號的波長； 對比真空紫外成像光譜儀輸入以及相應輸出信號的波長。
4. 根據權利要求1所述的校準方法，其特征在于，所述"校準真空紫外成像光譜儀光譜 響應率"中包括： 設置可與真空紫外成像光譜儀切換工作的標準探測器； 分別向真空紫外成像光譜儀以及標準探測器輸入相同的窄帶的真空紫外單色光； 獲取真空紫外成像光譜儀以及標準探測器的輸出信號； 根據真空紫外成像光譜儀以及標準探測器的輸出信號求得真空紫外成像光譜儀的光 譜響應率。
5. 根據權利要求1所述的校準方法，其特征在于，所述"校準真空紫外成像光譜儀均勻 性"中包括： 設置均勻性校準靶標； 對光進行勻光處理； 將經勻光處理的光經過所述均勻性校準靶標后準直為平行光并在真空紫外成像光譜 儀像面的不同位置成像； 采集所述不同位置成像的圖像灰度； 獲取所述圖像灰度的平均值并根據該平均值并計算非均勻性。
6. 根據權利要求1所述的校準方法，其特征在于，所述"校準真空紫外成像光譜儀均勻 性"中包括： 對光進行勻光處理后輸入真空紫外成像光譜儀； 獲取不同像元的響應值； 選取獲取的像元響應值中的最大值并計算均勻性。
7. 根據權利要求1所述的校準方法，其特征在于，所述"校準真空紫外成像光譜儀空間 角分辨率"中包括： 設置不同尺寸的空間角分辨率校準靶標； 對光進行勻光處理； 將經勻光處理的光經過所述各空間角分辨率校準靶標后準直為平行光并輸入真空紫 外成像光譜儀； 選取所述真空紫外成像光譜儀能夠辨識的最小尺寸的空間角分辨率校準靶標； 根據所述最小尺寸的空間角分辨率校準靶標的尺寸值獲取對應的出射光束的空間角 度； 根據所述出射光束的空間角度獲得真空紫外成像光譜儀空間角分辨率。
8. -種真空紫外成像光譜儀的校準裝置，其特征在于，包括： 光源，用以提供真空紫外輻射能量； 真空紫外單色分光系統（4)，用以對所述光源發射的光進行分光處理，輸出所需波長； 真空紫外積分球（5)，用以均勻光源； 真空紫外靶標（6)，用以提供特征靶標； 真空紫外準直光學系統（7)，用以實現對光進行準直處理，形成平行光； 真空紫外標準探測器（8)，用以為光譜響應率的校準提供參考標準； 真空三維掃描機構（10)，用以實現需要被校的真空紫外成像光譜儀（9)的空間角度變 換，所述真空三維掃描機構（10)與真空紫外成像光譜儀（9)連接； 所述光源、真空紫外單色分光系統（4)、真空紫外積分球（5)、真空紫外靶標（6)以及真 空紫外準直光學系統（7)依次設置于光路中，真空紫外標準探測器（8)與需要被校的真空 紫外成像光譜儀（9)可切換地設置于所述真空紫外準直光學系統（7)的輸出端； 光由所述光源發出后經所述真空紫外單色分光系統（4)分離出所需波長部分，再由所 述真空紫外積分球（5)作勻光處理后經所述真空紫外靶標（6)繼而經所述真空紫外準直光 學系統（7)進行準直處理后發射給所述真空紫外標準探測器（8)或真空紫外成像光譜儀 (9)〇
9. 根據權利要求8所述的校準裝置，其特征在于，所述光源包括： 氘燈（1)，用以實現120nm?200nm波段范圍光源的輸入； 氙燈（2)，用以實現200nm?400nm波段范圍光源的輸入； 光源切換裝置（3)，用以實現所述氘燈（1)與氙燈（2)之間的切換； 所述氘燈（1)與氙燈（2)均與光源切換裝置（3)連接。
10. 根據權利要求8所述的校準裝置，其特征在于，還包括真空水平旋轉臺（11)，用以 實現被校真空紫外成像光譜儀與真空紫外標準探測器（8)的切換； 所述真空水平旋轉臺（11)分別與被校真空紫外成像光譜儀以及真空紫外標準探測器 (8)連接。
【文檔編號】G01J3/28GK104483019SQ201410705356
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】孫廣尉, 王加朋, 任小婉 申請人:北京振興計量測試研究所