[发明专利]光栅式成像光谱仪空间光谱辐射亮度响应度定标装置及方法

摘要

该发明提出一种光栅式成像光谱仪空间光谱辐射亮度响应度定标装置及方法，属于光学测试与计量领域。该方法采用光谱辐射亮度分布已知的标准源对光栅式成像光谱仪进行辐射亮度响应度标定，根据该方法搭建的标定装置由大口径积分球光源系统、大口径光学准直系统及计算机测量软件等组成，通过计算机软件分别对x，y方向的光谱辐射亮度响应度定标，实现了光栅式成像光谱仪空间光谱辐射亮度响应度的定标。同时结合调节积分球光源上的狭缝可以实现对光栅式成像光谱仪光谱辐射亮度响应度动态范围的测试。本发明结构简单，测量速度快，通用性强，也可为其他类型成像光谱仪辐射亮度响应度定标提供参考。

主权项

1.一种光栅式成像光谱仪空间光谱辐射亮度响应度定标的方法，其特征在于：采用的定标装置包括口径不小于300mm的大口径积分球光源系统、口径不小于300mm的大口径光学准直系统及计算机测量设备；所述大口径积分球光源系统的输出光谱范围覆盖被测光栅型成像光谱仪响应光谱范围；所述大口径积分球光源系统在被测光栅型成像光谱仪响应光谱范围内的光谱辐射亮度可测；所述大口径积分球光源系统的出光口亮度均匀性优于2％；所述大口径积分球光源系统的稳定性优于1％；所述大口径光学准直系统将大口径积分球光源系统的输出光准直为均匀平面光，且在被测光栅型成像光谱仪响应光谱范围内光谱选择性小于1.5％，反射率高于90％；所述计算机测量设备记录被测光栅型成像光谱仪的输出数据，根据所述输出数据计算被测光栅型成像光谱仪x,y两维方向的空间光谱辐射亮度响应度，并存储和输出计算结果；所述计算机测量设备还对大口径积分球光源系统进行监控；定标方法包括以下步骤：步骤1：将积分球光源系统，大口径光学准直系统摆放在隔震光学平台上，调节积分球光源系统和大口径光学准直系统的高度和位置，确保积分球光源系统和光学准直系统光轴中心重合，光学准直系统输出光为平行光，且方向与地面平行；步骤2：将积分球光源系统信号线与计算机测量设备连接，将被测光栅型成像光谱仪移入光路，并采用计算机测量设备连接被测光栅型成像光谱仪，实时记录显示被测光栅型成像光谱仪响应数据；步骤3：根据计算机测量设备实时显示的响应数据，调节被测光栅型成像光谱仪位置，使入射光斑充满被测光栅型成像光谱仪的视场，调节被测光栅型成像光谱仪俯仰角度，确保入射光垂直入射；步骤4：调节被测光栅型成像光谱仪镜头焦距，使积分球光源系统出光口准确成像在被测光栅式成像光谱仪入射狭缝处；步骤5：调节积分球光源系统输出功率，确保被测光栅型成像光谱仪的CCD器件不会饱和，并且调节积分球光源系统输出功率时，确保积分球光源系统输出光谱分布不改变；步骤6：根据测试要求调节被测光栅型成像光谱仪入射狭缝宽度，并且实时根据计算机测量设备的记录结果，调节积分球光源系统输出功率，确保被测光栅型成像光谱仪的CCD器件不会饱和；步骤7、根据测试要求调节被测光栅型成像光谱仪积分时间，并且配合调节积分球光源系统输出功率，以及被测光栅型成像光谱仪入射狭缝宽度，确保被测光栅型成像光谱仪的CCD信号强度在最大值的20％到80％之间；步骤8：计算机测量设备记录被测光栅型成像光谱仪响应数据，并对数据进行如下处理：对x方向，利用公式得到被测光栅型成像光谱仪CCD有效像面第i行的光谱辐射亮度响应度R(xi,λ)，其中V(xi,λ)为第i行CCD光谱响应输出电信号值，L(λ)为输入光源相对光谱辐射亮度值；对得到的R(xi,λ)进行归一化后，完成对x方向光谱辐射亮度响应度标定；对y方向，利用公式得到被测光栅型成像光谱仪CCD有效像面第j列的光谱辐射亮度响应度R(xj,λ)，其中V(xj,λ)为第j列CCD光谱响应输出电信号值，然后由下式求出y方向的标定系数u(xj,λ)其中Rj0(xj,λ)是第j列光谱辐射亮度响应度的平均值，完成对y方向光谱辐射亮度响应度的标定。