CN110967113B - 一种光谱仪支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光谱仪支撑结构，包括：用以固定安装主镜组件、次镜组件和三镜组件的第一支撑构件；与所述第一支撑构件通过桁架连接、用以固定安装狭缝组件和焦面探测器的第二支撑构件。上述光谱仪支撑结构通过桁架结构和框架结构的混合结构可以缩短制造周期，降低生产加工和装调的难度及成本，并可以提高整机的可靠性；同时光谱仪支撑结构具有比刚度高、空间紧凑、定位精度高和便于安装调试的特点，其应用空间较大。

Description

一种光谱仪支撑结构

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，特别涉及一种光谱仪支撑结构。

背景技术

Offner结构形式的光谱仪，具有成像质量高、光谱谱线弯曲以及色畸变小、整体结构紧凑等优点，被广泛应用在各种高光谱成像仪器中，其色散元件可以是凸面光栅，也可以是一个或多个色散棱镜。入射光线首先通过光谱仪的狭缝01进行视场分割，分割后的光线通过主镜02反射进入到次镜系统，次镜03由凸面光栅或是棱镜构成，通过次镜系统的光线被色散成不同波长的谱线，经由三镜04反射并汇聚到焦面05，如图1所示。

目前常用的光谱仪，主要采用框架式和桁架式两种支撑方式。框架式结构一般采用完整的金属材料通过数控机床加工获得，或者采用纤维复合材料铺放或模压制作；然而，整体框架式结构，对加工制造工艺要求较高、生产周期长、制作费用高，并且由于采用整体式加工，无论是金属材料或是纤维复合材料，加工过程一旦出现问题，很难进行补修，存在较高风险。桁架式结构通过多桁架杆的使用，获得较高的比刚度，空间安装方式较为灵活，可控性较强；然而，由于桁架需要使用接头固定安装，一般应用于尺寸较大的光机结构，由于Offner结构形式的光谱仪结构较为紧凑，次镜位置相对于主镜、三镜的位置较近，很难通过桁架进行连接。

因此，如何避免传统框架式和桁架式结构无法满足小型Offner光谱仪的支撑要求，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光谱仪支撑结构，该支撑结构可以缩短制造周期，降低生产加工和装调的难度及成本。

为实现上述目的，本发明提供一种光谱仪支撑结构，包括：

用以固定安装主镜组件、次镜组件和三镜组件的第一支撑构件；

与所述第一支撑构件通过桁架连接、用以固定安装狭缝组件和焦面探测器的第二支撑构件。

可选地，所述第一支撑构件包括：

用以固定安装主镜组件和三镜组件的第一框架；

用以固定安装次镜组件的第二框架；

两个连接所述第一框架和所述第二框架的连接件。

可选地，所述第二支撑构件具体为板体，所述板体上设有：

位于所述板体中间的矩形孔；

位于所述矩形孔的第一侧、用以安装焦面探测器的第一安装位；

位于所述矩形孔的第二侧、用以安装狭缝组件的第二安装位。

可选地，所述第一框架包括：

具有多个用以安装主镜组件的第一接口的第一外周部；

具有多个用以安装三镜组件的第二接口的第二外周部；

其中，所述第一外周部具有用以供主镜反射的光线通过的第一通光孔，所述第二外周部具有用以供三镜反射的光线通过的第二通光孔。

可选地，所述第一安装位包括：

两组用以供焦面探测器安装定位的第四接口；

设于任一组所述第四接口之间、用以供光线汇聚至焦面探测器的第三通光孔。

可选地，所述第二框架包括具有多个用以安装次镜组件的第三接口的第三外周部；所述第三外周部具有在厚度方向将其贯穿、用以容置次镜组件的安装槽。

可选地，所述第二安装位包括：

两组用以供狭缝组件安装定位的第五接口；

设于任一组所述第五接口之间、用以供狭缝分割后的光线通过的第四通光孔。

可选地，所述第一框架还包括若干个设于所述第一外周部和所述第二外周部之间、用以供所述第一框架实现轻量化的轻量化孔。

可选地，任一所述连接件的截面呈“A”字形设置。

可选地，所述桁架包括两组碳纤维杆组件，任一组所述碳纤维杆组件包括两个相对设置并与所述第一支撑构件和所述第二支撑构件连接的碳纤维杆组件；

任一所述碳纤维杆组件包括：

两个以预设夹角相连的碳纤维杆；

两个与所述碳纤维杆一一对应设置并固接于所述碳纤维杆的第一端的第一接头；

用以连接两个所述碳纤维杆的第二端的第二接头；

其中，一组所述碳纤维杆组件中两个所述第二接头的中心连线垂直于另一组所述碳纤维杆组件中两个所述第二接头的中心连线。

相对于上述背景技术，本发明针对光谱成像仪器的不同要求，设计了一种光谱仪支撑结构，具体来说，上述光谱仪支撑结构包括第一支撑构件、第二支撑构件和桁架，其中，第一支撑构件用于固定安装主镜组件、次镜组件和三镜组件；第二支撑构件与第一支撑构件通过桁架连接，第二支撑构件用于固定安装狭缝组件和焦面探测器。这样一来，入射光线首先通过光谱仪的狭缝进行视场分割，分割后的光线通过主镜反射至次镜，次镜可以由凸面光栅或是棱镜组成，通过次镜的光线被色散成不同波长的谱线，并经由三镜反射并汇聚到焦面探测器。上述光谱仪支撑结构通过桁架结构和框架结构的混合结构可以缩短制造周期，降低生产加工和装调的难度及成本，并可以提高整机的可靠性；同时光谱仪支撑结构具有比刚度高、空间紧凑、定位精度高和便于安装调试的特点，其应用空间较大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中Offner光谱仪的光学示意图；

图2为本发明实施例公开的一种光谱仪支撑结构的整体示意图；

图3为本发明实施例公开的一种光谱仪支撑结构与小型Offner光谱仪装配的结构示意图；

图4为图2中第一支撑构件的结构示意图；

图5为图2中桁架的结构示意图。

其中：

01-狭缝、02-主镜、03-次镜、04-三镜、05-焦面、1-第一支撑构件、11-第一框架、111-第一外周部、1111-第一接口、1112-第一通光孔、112-第二外周部、1121-第二接口、1122-第二通光孔、113-轻量化孔、12-第二框架、121-第三外周部、1211-第三接口、1212-安装槽、13-连接件、2-第二支撑构件、21-第四接口、22-第三通光孔、23-矩形孔、24-第五接口、25-第四通光孔、3-桁架、31-第一接头、32-第二接头、33-碳纤维杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种光谱仪支撑结构，该支撑结构可以缩短制造周期，降低生产加工和装调的难度及成本。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。

请参考图2至图5，图2为本发明实施例公开的一种光谱仪支撑结构的整体示意图；图3为本发明实施例公开的一种光谱仪支撑结构与小型Offner光谱仪装配的结构示意图；图4为图2中第一支撑构件的结构示意图；图5为图2中桁架的结构示意图。

本发明实施例所提供的光谱仪支撑结构，主要用于固定支撑小型Offner光谱仪，该支撑结构包括第一支撑构件1、第二支撑构件2和桁架3，其中，第一支撑构件1用于固定安装主镜组件、次镜组件和三镜组件；第二支撑构件2与第一支撑构件1通过桁架3连接，第二支撑构件2用于固定安装狭缝组件和焦面探测器，即狭缝组件和焦面探测器二者固定于同一构件上。具体地，在安装时，主镜02、次镜03、三镜04首先固定在相应的镜室中，之后可以通过相应的接口固定在第一支撑构件1中。

当然，根据实际需要，第一支撑构件1作为核心支撑框架，可以采用分体式设计，第一支撑构件1可以设置为包括用于固定安装主镜组件和三镜组件的第一支撑部以及用于固定支撑次镜组件的第二支撑部，第一支撑部可以设置为框体，第二支撑部可以设置为板状，并且第一支撑部和第二支撑部相对设置，二者之间可以通过两个连接板连接，其中，第一支撑部和第二支撑部可以采用同种金属材料制成，由于结构材料线胀系数的一致性，因此可以消除因线胀系数不同导致的热变形对光学件的影响。

此外，第二支撑构件2具体可以设置为板状，第二支撑构件2可以将狭缝组件和焦面探测器安装于同一板体上；同时，桁架3可以设置为由若干组碳纤维材质的杆件构成，并最终与第一支撑构件1和第二支撑构件2组成整体框架结构，其结构具有比刚度高、定位精度高和便于安装调试的特点。

在整体装配时，第二支撑部位于第一支撑部和第二支撑构件2之间。这样一来，入射光线首先通过光谱仪的狭缝01进行视场分割，分割后的光线通过主镜02反射至次镜03，次镜03可以由凸面光栅或是棱镜组成，通过次镜03的光线被色散成不同波长的谱线，并经由三镜04反射并汇聚到焦面探测器。

上述光谱仪支撑结构通过桁架结构和框架结构的混合结构可以缩短制造周期，降低生产加工和装调的难度及成本，并可以提高整机的可靠性；并且第一支撑构件1采用分体式设计，既方便加工制造，又可以对分部件更换替代，其可塑性强、加工风险和加工成本低；同时光谱仪支撑结构具有比刚度高、空间紧凑、定位精度高和便于安装调试的特点，其应用空间较大。

进一步地，第一支撑构件1具体可以包括用于固定安装主镜组件和三镜组件的第一框架11(第一支撑部)以及用于固定安装次镜组件的第二框架12(第二支撑部)；第一框架11和第二框架12可以通过两个相对于第一支撑构件1的轴线对称设置的连接件13连接。该连接件13可以设置为上述的连接板，当然也可以设置为组合件；优选地，任一连接件13的截面可以呈“A”字形设置，也就是说，任一连接件13可以包括两块以预设夹角设置的矩形板，并且两个矩形板的第一端平齐并紧密连接，第二端以预设间距设置，同时，为了保证连接件13结构的稳定性，可以在两个矩形板之间的设置与两个矩形板的内侧面固接的连接条，这样即可形成“A”字形截面的连接件13。

此外，任一连接件13的第一端可以通过螺钉与第二框架12的外侧壁固定，第二端也可以通过螺钉与第一框架11靠近第二框架12的端面固定，并且可以在每一个接触处采用两个销钉进行定位。这样一来，第一支撑构件1可以形成一个等腰梯形结构的框架结构，两个连接件13即为等腰梯形的腰，其结构稳定可靠，位置定位精度高。

具体地说，第一框架11具体可以设置为包括第一外周部111和第二外周部112，其中，第一外周部111具有多个用于安装主镜组件的第一接口1111；第二外周部112具有多个用于安装三镜组件的第二接口1121；同时，第一外周部111具有第一通光孔1112，第一通光孔1112用于供主镜02反射的光线通过，第二外周部112具有第二通光孔1122，第二通光孔1122用于供三镜04反射的光线通过。

当然，根据实际需要，上述第一通光孔1112和第二通光孔1122的孔型可以有不同设置，比如二者均可以设置为多边形孔，如八边形孔；第一接口1111和第二接口1121的数量也可以根据实际安装需要进行调整，一般至少设置三个。

此外，第一框架11还包括若干个设于第一外周部111和第二外周部112之间的轻量化孔113，轻量化孔113用于供第一框架11实现轻量化。当然，上述第一框架11的横截面可以设置为等腰梯形结构，并且第一外周部111和第二外周部112二者的结构可以有不同的设置，本文对此并不做具体限制，比如二者可以相对于第一框架11的轴线对称设置，而第一框架11的中间可以设置为矩形框体，该矩形框体上可以设置若干个沿其轴线分布的轻量化孔113，且矩形框体与两侧的第一外周部111和第二外周部112可以为一体成型的结构。

第二框架12具体可以设置为包括第三外周部121，第三外周部121具有多个用于安装次镜组件的第三接口1211；第三外周部121具有在厚度方向将其贯穿的安装槽1212，该安装槽1212用于容置次镜组件。当然，安装槽1212的结构和形状可以根据次镜组件的结构进行调整，在本实施例中，该安装槽1212可以设置为优弧型槽。

更加具体地说，上述第二支撑构件2具体可以设置为具有一定厚度的板体，板体上设有位于中间的矩形孔23以及位于矩形孔23的第一侧的第一安装位、位于矩形孔23的第二侧的第二安装位，其中，第一安装位用于安装焦面探测器，第二安装位用于安装狭缝组件，矩形孔23的设置一方面可以使第二支撑构件2轻量化，另一方面可以方便外部仪器的装调。

在上述基础上，上述第一安装位和第二安装位均可以设置为包括位于中间的长条孔和若干组分布于长条孔两侧的接口。具体地，第一安装位可以包括两组用于供焦面探测器安装定位的第四接口21，任一组第四接口21之间设有用于供光线汇聚至焦面探测器的第三通光孔22；第二安装位可以包括两组用于供狭缝组件安装定位的第五接口24，任一组第五接口24之间设有用于供狭缝01分割后的光线通过的第四通光孔25。

在本申请中，上述主镜组件、次镜组件、三镜组件、狭缝组件和焦面探测器均通过相应的接口安装于支撑机构，接口的设置可以有不同的方式，比如可以在整体加工制作第一支撑构件1和第二支撑构件2时预留接口，主镜组件、次镜组件、三镜组件、狭缝组件和焦面探测器的安装可以参照现有技术，此处将不再一一展开。

为了优化上述实施例，桁架3具体可以设置为包括两组碳纤维杆组件，且任一组碳纤维杆组件包括两个相对设置的碳纤维杆组件，任一碳纤维杆组件的一端与第一支撑构件1连接，另一端与第二支撑构件2连接。

具体地，任一碳纤维杆组件包括两个碳纤维杆33、两个第一接头31和一个第二接头32，其中，两个碳纤维杆33的第二端对齐并以预设夹角相连，两个碳纤维杆33的第一端以预设间距间隔开，且该预设夹角应当设置为锐角；两个第一接头31与碳纤维杆33一一对应设置，第一接头31固接于碳纤维杆33的第一端；第二接头32用于连接两个碳纤维杆33的第二端。当然，上述第一接头31即为单接头，第二接头32即为双接头，由于双接头能够同时连接两根碳纤维杆33，无法对角度误差进行调整，因此碳纤维杆33的另一端采用单接头进行独立连接，这样可以通过对单接头的修整，完成整机桁架杆的装配。

换句话说，上述桁架3具有八根碳纤维杆33，其中，一个碳纤维杆组件由两个以预设夹角设置的碳纤维杆33组成，即桁架3包括四个碳纤维杆组件，并且四个碳纤维杆组件两两相对设置，其中两个相对设置的碳纤维杆组件为一组。这样一来，桁架3具有四个连接面，每个面包括一个碳纤维杆组件，且全部碳纤维杆组件的安装端面均平齐，同时，一组碳纤维杆组件中两个双接头的中心连线垂直于另一组碳纤维杆组件中两个双接头的中心连线，如图5所示；桁架3与第一支撑构件1相连的一面采用单接头固定，桁架3与第二支撑构件2相连的一面采用双接头固定。当然，该桁架3也可以有其他不同的设置方式，本文对此并不作具体限制。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的光谱仪支撑结构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光谱仪支撑结构，其特征在于，包括：

用以固定安装主镜组件、次镜组件和三镜组件的第一支撑构件(1)；

与所述第一支撑构件(1)通过桁架(3)连接、用以固定安装狭缝组件和焦面探测器的第二支撑构件(2)；

所述第二支撑构件(2)具体为板体，所述板体上设有：

位于所述板体中间的矩形孔(23)；

位于所述矩形孔(23)的第一侧、用以安装焦面探测器的第一安装位；

位于所述矩形孔(23)的第二侧、用以安装狭缝组件的第二安装位。

2.根据权利要求1所述的光谱仪支撑结构，其特征在于，所述第一支撑构件(1)包括：

用以固定安装主镜组件和三镜组件的第一框架(11)；

用以固定安装次镜组件的第二框架(12)；

两个连接所述第一框架(11)和所述第二框架(12)的连接件(13)。

3.根据权利要求2所述的光谱仪支撑结构，其特征在于，所述第一框架(11)包括：

具有多个用以安装主镜组件的第一接口(1111)的第一外周部(111)；

具有多个用以安装三镜组件的第二接口(1121)的第二外周部(112)；

其中，所述第一外周部(111)具有用以供主镜反射的光线通过的第一通光孔(1112)，所述第二外周部(112)具有用以供三镜反射的光线通过的第二通光孔(1122)。

4.根据权利要求1所述的光谱仪支撑结构，其特征在于，所述第一安装位包括：

两组用以供焦面探测器安装定位的第四接口(21)；

设于任一组所述第四接口(21)之间、用以供光线汇聚至焦面探测器的第三通光孔(22)。

5.根据权利要求3所述的光谱仪支撑结构，其特征在于，所述第二框架(12)包括具有多个用以安装次镜组件的第三接口(1211)的第三外周部(121)；所述第三外周部(121)具有在厚度方向将其贯穿、用以容置次镜组件的安装槽(1212)。

6.根据权利要求4所述的光谱仪支撑结构，其特征在于，所述第二安装位包括：

两组用以供狭缝组件安装定位的第五接口(24)；

设于任一组所述第五接口(24)之间、用以供狭缝分割后的光线通过的第四通光孔(25)。

7.根据权利要求5所述的光谱仪支撑结构，其特征在于，所述第一框架(11)还包括若干个设于所述第一外周部(111)和所述第二外周部(112)之间、用以供所述第一框架(11)实现轻量化的轻量化孔(113)。

8.根据权利要求7所述的光谱仪支撑结构，其特征在于，任一所述连接件(13)的截面呈“A”字形设置。

9.根据权利要求1至8任一项所述的光谱仪支撑结构，其特征在于，所述桁架(3)包括两组碳纤维杆组件，任一组所述碳纤维杆组件包括两个相对设置并与所述第一支撑构件(1)和所述第二支撑构件(2)连接的碳纤维杆组件；

任一所述碳纤维杆组件包括：

两个以预设夹角相连的碳纤维杆(33)；

两个与所述碳纤维杆(33)一一对应设置并固接于所述碳纤维杆(33)的第一端的第一接头(31)；

用以连接两个所述碳纤维杆(33)的第二端的第二接头(32)；

其中，一组所述碳纤维杆组件中两个所述第二接头(32)的中心连线垂直于另一组所述碳纤维杆组件中两个所述第二接头(32)的中心连线。

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