一种星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统技术方案

本发明专利技术提供一种星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统，解决现有Dyson原型光谱仪由于结构过于紧凑，难以进行结构布局和工程研制的问题。该系统包括箱体、前置望远镜组、Dyson棱镜镜组、后置镜组件、电子学焦面组件和精测镜组件；入射光经前置望远镜组入射，依次通过Dyson棱镜镜组和后置镜组件，经后置镜组件反射后实现光路复用，再经过后置镜组件、Dyson棱镜镜组成像于电子学焦面组件。该系统可实现物面与像面分离，易于实现结构布局与工程研制。

【技术实现步骤摘要】
一种星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统
本专利技术属于星载高光谱成像领域，具体涉及一种星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统。
技术介绍
光谱成像仪可实现光谱成像，同时可探测二维空间信息和一维光谱信息，其在定时、定位测量的同时，具有定性测量和定量分析的功能，因此可应用在物质探测、目标识别、成分分析、过程监控等诸多领域。相比于地面光谱仪和机载光谱仪，星载高光谱成像仪可实现常态化、大幅宽、高重访率探测，广泛应用在军事、农业、海洋学、地理学等领域。随着航天平台立方星和微纳星的不断发展，对所搭载的光学载荷体积及重量要求越来越小，所以亟需小型化和高性能的高光谱成像仪技术。Dyson型光谱仪由于光路在系统中往返，具有重复利用的效能，因此系统结构紧凑、体积小、重量轻，便于实现小型化。此外，Dyson型光谱仪整体仍保持良好的同心性，所有具有较好的像差特性，易于实现大视场和大相对孔径，可实现更高的探测灵敏度，所以在小型化、轻量化、高性能星载光谱仪技术体制中具有显著优势。但基于Dyson结构的光谱仪原型是由一块平凸透镜、一个凹面光栅、入射狭缝及探测器组成。其中入射狭缝和探测器接收面均位于平凸透镜的平面上。Dyosn结构的光谱仪原型在工程实现中由于过于紧凑的系统结构，使具有狭缝组件、前置望远镜组、探测器和光学元件的光谱仪空间难以布局，极易发生干涉。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有Dyson原型光谱仪由于结构过于紧凑，难以进行结构布局和工程研制的问题，提供一种星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统，该系统可实现物面与像面分离，易于实现结构布局与工程研制。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统，包括箱体、前置望远镜组、Dyson棱镜镜组、后置镜组件、电子学焦面组件和精测镜组件；入射光经前置望远镜组入射，依次通过Dyson棱镜镜组和后置镜组件，经后置镜组件反射后实现光路复用，再通过后置镜组件、Dyson棱镜镜组成像于电子学焦面组件；所述前置望远镜组设置在箱体的前端，包括前置镜筒、前部遮光罩和多组前置镜组；所述前部遮光罩设置在前置镜筒前端，用于遮挡外部杂散光，提高光谱仪成像质量；多组前置镜组设置在前置镜筒内，其中最后一组前置镜组包括玻璃狭缝和保护玻璃，玻璃狭缝用于形成光学狭缝，便于系统成像，保护玻璃用于实现狭缝清洁度；所述Dyson棱镜镜组设置在箱体内，包括Dyson棱镜、Dyson棱镜安装座和Dyson棱镜安装座修切垫；所述Dyson棱镜设置在Dyson棱镜安装座上，所述Dyson棱镜安装座通过Dyson棱镜安装座修切垫设置在箱体内；所述Dyson棱镜包括入射面、出射面、透射面和反射面，所述入射面、出射面垂直设置，所述反射面均与入射面、出射面呈45度设置，所述透射面为曲面；入射光通过入射面、透射面出射，经后置镜组件反射后实现光路复用后再次通过透射面入射至反射面，然后通过反射面反射至出射面，最后成像于电子学焦面组件；所述后置镜组件设置在箱体的后端，包括后置镜筒、凹面光栅组件和多组后置镜组；多组后置镜组设置在后置镜筒内，所述凹面光栅组件通过凹面光栅修切垫与后置镜筒连接，凹面光栅修切垫用于调节凹面光栅组件的空间位置；所述精测镜组件包括精测镜和精测镜粘接座，所述精测镜通过精测镜粘接座设置在箱体的前端，用于系统集成时调整Dyson棱镜的俯仰角度与旋转角度。进一步地，所述电子学焦面组件设置在箱体内，包括焦面板、处理板、接插件、电子学板框、电子学后盖板、焦面修切垫和接插件压板；所述焦面板设置在电子学板框的一侧，用于布置CCD靶面；所述处理板设置在电子学板框的另一侧，用于电子学信号控制与传输；所述接插件设置在处理板上，用于数传与电信号线缆的接通；所述接插件压板设置在电子学板框上，用于接插件位置的固定；所述电子学后盖板设置在处理板的一侧；所述焦面修切垫设置在电子学组件与箱体间，用于调整CCD的位置。进一步地，所述前置镜筒上设置有注胶孔，用于固定前置镜组。进一步地，所述前置镜筒上设置有排气槽，便于前置望远镜组在真空使用中内部气体的排出。进一步地，多组前置镜组包括依次设置的前置镜组一、前置镜组二、前置镜组三、前置镜组四、前置镜组五、前置镜组六、前置镜组七、前置镜组八和前置镜组九；各前置镜组之间设置有隔圈，通过修研隔圈厚度保证各前置镜组的间隔，且各前置镜组通过前置左外压圈和前置右外压圈压紧在前置镜筒内，同时，各前置镜组中的透镜在圆周涂抹胶后再通过压圈固定在镜框内。进一步地，所述前置镜组设置有法兰安装孔，用于前置镜组与箱体连接。进一步地，所述Dyson棱镜安装座上设置有多个工艺孔，用于保证Dyson棱镜的粘接位置精度。进一步地，所述Dyson棱镜安装座上设置有溢胶槽，用于粘接环氧胶的溢出。进一步地，所述箱体包括箱体主体、箱体盖板和箱体侧板；所述箱体盖板设置在箱体主体的上方，所述箱体侧板设置在箱体主体的侧面；所述前置望远镜组通过修切垫安装于箱体主体的前端面法兰处；所述精测镜组件通过修切垫安装于箱体主体的前端面凸台处；所述Dyson棱镜组件安装于箱体主体的底部安装面上；所述后置镜组件通过修切垫安装于箱体主体的后端面上；所述电子学焦面组件安装于箱体的侧板安装面上。进一步地，所述玻璃狭缝距离Dyson棱镜前端面距离为17.66mm，系统像面位置距离Dyson棱镜出射端面距离为6mm。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术Dyson光谱仪光学系统可实现物面-像面分离，克服Dyson原型光谱仪由于结构过于紧凑，难以进行结构布局和工程研制的难点。2.本专利技术光谱仪系统设计了前置望远物镜，具有高分辨率成像性能。前置镜组狭缝组件中首次提出采用光学狭缝透光、金属结构件遮挡、保护玻璃密封保护的思路，降低狭缝组件的加工和设计难度。此外，前置镜组的结构设计，可易于实现真空像面预制修研一次像面位置，保证在轨的高质量成像性能。3.本专利技术星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统各组件均采用模块化设计思路，各组件均可单独进行装配，再集成于箱体上。4.本专利技术星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统的各组件装调时，各组件设置了诸多可调整环节，可实现各光学组件的空间位置调整，实现高质量成像，可有效应用于工程应用中。5.本专利技术星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统的结构布局合理，尺寸紧凑、重量低。此光谱仪适用于可见谱段，焦距55mm，相对孔径不小于1/2.2，有效视场角≥11.42°，地面分辨率为100m，整机重量不超过2.5Kg。整机的一阶模态大于600Hz，具有良好的力学稳定性。附图说明图1为本专利技术星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统三维示意图；图2为本专利技术高光谱成像仪系统三维示意图(去掉箱体盖板)；图3为本专利技术Dyson高光谱成像仪光学系统示意图；图4为本专利技术前置望远镜组的结构示意图；图5为本专利技术前置镜组九的结构示意图；图6为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统，其特征在于：包括箱体(5)、前置望远镜组(1)、Dyson棱镜镜组(2)、后置镜组件(3)、电子学焦面组件(4)和精测镜组件(6)；/n入射光经前置望远镜组(1)入射，依次通过Dyson棱镜镜组(2)和后置镜组件(3)，经后置镜组件(3)反射后实现光路复用，再通过后置镜组件(3)和Dyson棱镜镜组(2)成像于电子学焦面组件(4)；/n所述前置望远镜组(1)设置在箱体(5)的前端，包括前置镜筒(110)、前部遮光罩(112)和多组前置镜组；所述前部遮光罩(112)设置在前置镜筒(110)前端，用于遮挡外部杂散光，提高光谱仪成像质量；多组前置镜组设置在前置镜筒(110)内，其中最后一组前置镜组包括玻璃狭缝(1091)和保护玻璃(1092)，玻璃狭缝(1091)用于形成光学狭缝，便于系统成像，保护玻璃(1092)用于实现狭缝清洁度；/n所述Dyson棱镜镜组(2)设置在箱体(5)内，包括Dyson棱镜(21)、Dyson棱镜安装座(22)和Dyson棱镜安装座修切垫(23)；所述Dyson棱镜(21)设置在Dyson棱镜安装座(22)上，所述Dyson棱镜安装座(22)通过Dyson棱镜安装座修切垫(23)设置在箱体(5)内；所述Dyson棱镜(21)包括入射面(211)、出射面(212)、透射面(213)和反射面(214)，所述入射面(211)、出射面(212)垂直设置，所述反射面(214)均与入射面(211)、出射面(212)呈45度设置，所述透射面(213)为曲面；入射光通过入射面(211)、透射面(213)出射，经后置镜组件(3)反射后实现光路复用后再次通过透射面(213)入射至反射面(214)，然后通过反射面(214)反射至出射面(212)，最后成像于电子学焦面组件(4)；/n所述后置镜组件(3)设置在箱体(5)的后端，包括后置镜筒(305)、凹面光栅组件(304)和多组后置镜组；多组后置镜组设置在后置镜筒(305)内，所述凹面光栅组件(304)通过凹面光栅修切垫(309)与后置镜筒(305)连接，凹面光栅修切垫(309)用于调节凹面光栅组件(304)的空间位置；/n所述精测镜组件(6)包括精测镜和精测镜粘接座，所述精测镜通过精测镜粘接座设置在箱体(5)的前端，用于系统集成时调整Dyson棱镜(21)的俯仰角度与旋转角度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统，其特征在于：包括箱体(5)、前置望远镜组(1)、Dyson棱镜镜组(2)、后置镜组件(3)、电子学焦面组件(4)和精测镜组件(6)；
入射光经前置望远镜组(1)入射，依次通过Dyson棱镜镜组(2)和后置镜组件(3)，经后置镜组件(3)反射后实现光路复用，再通过后置镜组件(3)和Dyson棱镜镜组(2)成像于电子学焦面组件(4)；
所述前置望远镜组(1)设置在箱体(5)的前端，包括前置镜筒(110)、前部遮光罩(112)和多组前置镜组；所述前部遮光罩(112)设置在前置镜筒(110)前端，用于遮挡外部杂散光，提高光谱仪成像质量；多组前置镜组设置在前置镜筒(110)内，其中最后一组前置镜组包括玻璃狭缝(1091)和保护玻璃(1092)，玻璃狭缝(1091)用于形成光学狭缝，便于系统成像，保护玻璃(1092)用于实现狭缝清洁度；
所述Dyson棱镜镜组(2)设置在箱体(5)内，包括Dyson棱镜(21)、Dyson棱镜安装座(22)和Dyson棱镜安装座修切垫(23)；所述Dyson棱镜(21)设置在Dyson棱镜安装座(22)上，所述Dyson棱镜安装座(22)通过Dyson棱镜安装座修切垫(23)设置在箱体(5)内；所述Dyson棱镜(21)包括入射面(211)、出射面(212)、透射面(213)和反射面(214)，所述入射面(211)、出射面(212)垂直设置，所述反射面(214)均与入射面(211)、出射面(212)呈45度设置，所述透射面(213)为曲面；入射光通过入射面(211)、透射面(213)出射，经后置镜组件(3)反射后实现光路复用后再次通过透射面(213)入射至反射面(214)，然后通过反射面(214)反射至出射面(212)，最后成像于电子学焦面组件(4)；
所述后置镜组件(3)设置在箱体(5)的后端，包括后置镜筒(305)、凹面光栅组件(304)和多组后置镜组；多组后置镜组设置在后置镜筒(305)内，所述凹面光栅组件(304)通过凹面光栅修切垫(309)与后置镜筒(305)连接，凹面光栅修切垫(309)用于调节凹面光栅组件(304)的空间位置；
所述精测镜组件(6)包括精测镜和精测镜粘接座，所述精测镜通过精测镜粘接座设置在箱体(5)的前端，用于系统集成时调整Dyson棱镜(21)的俯仰角度与旋转角度。


2.根据权利要求1所述的星载小型轻量化Dyson高光谱成像仪系统，其特征在于：所述电子学焦面组件(4)设置在箱体(5)内，包括焦面板(41)、处理板(42)、接插件(43)、电子学板框(44)、电子学后盖板(45)、焦面修切垫(46)和接插件压板(47)；所述焦面板(41)设置在电子学板框(44)的一侧，用于布置CCD靶面；所述处理板(42)设置在电子学板框(44)的另一侧，用于电子学信号控制与传输；所述接插件(43)设置在处理板(42)上，用于数传与电信号线缆的接通；所述接插件压板(47)设置在电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾昕胤，邹纯博，杨凡超，闫鹏，李思远，胡炳樑，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61