CN111103671B - 用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件及其操作方法 - Google Patents
用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件及其操作方法 Download PDFInfo
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Abstract
用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件及其操作方法属于光学元件支撑技术领域，分光棱镜组件包括支撑架、分光棱镜、CCD探测器、斜面压板和线路板。本发明中支撑架为一体化结构，减少了装调的复杂性，支撑架中采用定位凸台进行定位，减少了接触面，提高了装配精度。分光棱镜的上部采用斜面压板固定，之后用胶封固，实现低应力联接为组合体，不会形成过约束或者欠约束，从而保证了定位安装过程中分光棱镜的安全。一体化结构保证分光棱镜在重力、温度等载荷作用下具有较好的面形精度。把CCD底座安装在支撑架左右两端面上，再安装CCD支架，把CCD探测器放置到CCD支架里，根据实际光路进行调整，最后固定，进一步保证了装配精度。
Description
技术领域
本发明属于光学元件支撑技术领域，特别是涉及到一种用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件及其操作方法。
背景技术
离轴三反光学系统具有中心无遮拦、无色差、光路可折叠、易于轻量化，可实现大口径以及对温度和气压变化不敏感等优势在生物医学成像、遥感相机等方面得到广泛应用，三反射系统具有充足的设计自由度，能够很好地校正和平衡系统的像差，结构紧凑，像质良好。
在空间光学领域，随着航天遥感技术的发展，为了获取更大空间范围及更多空间细节的目标图像信息，空间遥感相机逐步向大视场、高分辨、小型化和轻量化的方向发展。单片成像探测器的像素规模不能满足实际项目的需求，需要将多片现有像素的探测器进行拼接来实现更大像素规模的集成。现有技术中为了实现大视场亿级像素成像，将多个小规模的CCD探测器通过机械拼接来获取大规模亿级像素的焦平面阵列，结构复杂，体积大并且重量重，不能满足空间遥感相机体积小、质轻、结构紧凑的要求，因此需要设计一种提高稳定性和分光能力的分光棱镜组件来满足离轴三反光学系统空间相机的成像要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件及其操作方法用于解决现有技术中多个小规模的CCD探测器通过机械拼接来获取大规模亿级像素的焦平面阵列，结构复杂，体积大并且重量重，不能满足空间遥感相机体积小、质轻、结构紧凑的要求的技术问题。
用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件，包括支撑架、分光棱镜、CCD探测器、斜面压板和线路板,
所述支撑架为长方体框架结构，支撑架的两端端面上均固定安装有接收反射光线的CCD探测器，支撑架的一个侧面为光线入射面，光线入射面的对应面为背面，支撑架的另外两个侧面其中一个是安装面另一个是后端面，支撑架的内部临近安装面和后端面处均设置有固定板；所述安装面上设置有顶丝；
所述分光棱镜的镜面均镀有反射膜，分光棱镜的上端面朝向支撑架的安装面并通过顶丝固定，分光棱镜的下端面与支撑架的后端面连接，分光棱镜的侧壁镜面中包括至少一组呈90°夹角的两个垂直分光面；所述两个垂直分光面均通过固定板固定安装在支撑架的内部，并且两个垂直分光面均与支撑架的光线入射面均呈45°；
所述斜面压板压在分光棱镜的侧镜面上，斜面压板通过螺栓与固定板固定连接；
所述线路板安装在CCD探测器的外侧，线路板与CCD探测器电性连接。
所述分光棱镜为侧部包括连续三个直角棱的五棱镜，连续三个直角棱中位于中间的直角棱朝向光线入射面。
所述CCD探测器固定安装在CCD支架上。
所述CCD支架通过CCD底座固定安装在支撑架的端面上。
所述线路板通过螺栓与CCD支架固定连接。
所述固定板上设置有定位凸台。
用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件的操作方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、将分光棱镜的两个垂直分光面安装到支撑架的定位凸台上，分光棱镜的上端面朝向支撑架的安装面，分光棱镜的下端面与支撑架的后端面靠紧，旋入顶丝使分光棱镜的上端面与顶丝紧密接触并且分光棱镜无移动，为防止分光棱镜受压变形，分光棱镜的上侧面通过斜面压板轻压固定，用胶封固；
步骤二、把CCD底座安装在支撑架两端的端面上并用螺钉固定，CCD支架安装在CCD底座上并用螺钉固定，把CCD探测器安装到CCD支架里，根据实际光路调整CCD探测器的角度并固定；
步骤三、光线从光线入射面进入，到达分光棱镜的两个垂直分光面后，分成左右两束光，分别成像在左右两侧的CCD探测器上，通过线路板将成像信息传输至外接图像处理装置进行图像拼接和图像处理，把左右两侧的图形拼接成一幅无缝对接图像。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、本发明中支撑架为一体化结构，减少了装调的复杂性，支撑架中采用定位凸台进行定位，减少了接触面，提高了装配精度。
2、能够独立完成对分光棱镜的定位、安装和拆卸，简单易操作。
3、分光棱镜组件的重量轻，结构紧凑，避免低频共振，消减环境力/热不良影响。
4、支撑架的装配精度通过精密制造来保证，减少装调环节，降低了装调难度，使用更方便。
5、采用斜面压板固定，之后用胶封固，实现低应力联接为组合体，不会形成过约束或者欠约束，从而保证了定位安装过程中分光棱镜的安全。一体化结构保证分光棱镜在重力、温度等载荷作用下具有较好的面形精度。
6、把CCD底座安装在支撑架左右两端面上，螺钉固定，然后安装CCD支架，把CCD探测器安装到CCD支架里，然后根据实际光路进行调整，最后固定，进一步保证了装配精度。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件及其操作方法中分光棱镜组件的结构示意图。
图2为本发明用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件及其操作方法中分光棱镜组件的剖视工作原理图。
图3为本发明用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件及其操作方法中支撑架的结构示意图。
图4为本发明用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件及其操作方法中分光棱镜的结构示意图。
图中1-支撑架、2-分光棱镜、3-CCD探测器、4-斜面压板、5-线路板、101-固定板、102-CCD底座、103-CCD支架、104-定位凸台。
具体实施方式
如图所示，用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件，包括支撑架1、分光棱镜2、CCD探测器3、斜面压板4和线路板5,
所述支撑架1为长方体框架结构，支撑架1的两端端面上均固定安装有CCD底座102，支撑架1的一个侧面为光线入射面，光线入射面的对应面为背面，支撑架1的另外两个侧面其中一个是安装面另一个是后端面，支撑架1的内部临近安装面和后端面处均设置有固定板101；所述安装面上设置有顶丝；所述CCD支架103固定安装在CCD底座102的外部，CCD支架103的中部安装CCD探测器3；
所述分光棱镜2的镜面均镀有反射膜，分光棱镜2的上端面朝向支撑架1的安装面并通过顶丝固定，顶丝在与分光棱镜2接触位置设置有柔性垫，分光棱镜2的下端面与支撑架1的后端面连接，分光棱镜2的侧壁镜面中包括至少一组呈90°夹角的两个垂直分光面；所述两个垂直分光面均通过固定板101固定安装在支撑架1的内部，并且两个垂直分光面均与支撑架1的光线入射面均呈45°；
所述斜面压板4压在分光棱镜2临近背面的镜面上，斜面压板4通过螺栓与固定板101固定连接；
所述线路板5通过螺栓固定安装在CCD支架103的外侧，线路板5与CCD探测器3电性连接。线路板5用于将成像信息传输至外接图像处理装置进行图像拼接和图像处理。
优选地，分光棱镜2为侧部包括连续三个直角棱的五棱镜，连续三个直角棱中位于中间的直角棱朝向光线入射面。
所述固定板101上设置有定位凸台104。
所述的分光棱镜2的两个分光面，一个通过支撑架1上定位凸台104三点支撑定位，另一个面通过定位凸台104两点定位，如图3所示，一个固定板101上有三个定位凸台104，另一个固定板101上有两个定位凸台104，分光棱镜2的两个垂直面分别放置在支撑架1两侧的定位凸台104上，分光棱镜2放置在支撑架1内后，其临近支撑架1背面的侧镜面通过四个斜面压板4固定，分光棱镜2在竖直方向形成静定结构。前后方向上，分光棱镜2的下端面靠在支撑架1的后端面上，分光棱镜2的上端面通过三个顶丝与柔性垫和分光棱镜2顶紧固定，因此整个分光棱镜2限制了X、Y、Z方向和绕X、Y、Z旋转的6个自由度，结构满足系统高比刚度要求，保证了分光棱镜2与支撑架1之间的稳定性及分光能力，所有定位凸台104均与支撑架1为一体化结构，通过精密机械加工保证定位凸台104与分光棱镜2的定位精度，减少装调环节，分光棱镜2在重力、温度等载荷作用下具有较好的面形精度。
分光棱镜2要求质轻，材料为碳化硅，由于工作环境温差变化大，因此支撑架1和斜面压板4均采用与碳化硅棱镜热膨胀系数相近的殷钢材料。
用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件的操作方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、将分光棱镜2的两个垂直分光面安装到支撑架1的定位凸台104上，分光棱镜2的上端面朝向支撑架1的安装面，分光棱镜2的下端面与支撑架1的后端面靠紧，旋入顶丝使分光棱镜2的上端面与顶丝紧密接触并且分光棱镜2无移动，为防止分光棱镜2受压变形，分光棱镜2的上侧面通过斜面压板4轻压固定，用胶封固；
步骤二、把CCD底座102安装在支撑架1两端的端面上并用螺钉固定，CCD支架103安装在CCD底座102上并用螺钉固定，把CCD探测器3安装到CCD支架103里，根据实际光路调整CCD探测器3的角度并固定；
步骤三、光线从光线入射面进入，到达分光棱镜2的两个垂直分光面后，分成左右两束光，分别成像在左右两侧的CCD探测器3上，通过线路板5将成像信息传输至外接图像处理装置进行图像拼接和图像处理，把左右两侧的图形拼接成一幅无缝对接图像。
Claims (7)
1.用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件，其特征是：包括支撑架（1）、分光棱镜（2）、CCD探测器（3）、斜面压板（4）和线路板（5）,
所述支撑架（1）为长方体框架结构，支撑架（1）的两端端面上均固定安装有接收反射光线的CCD探测器（3），支撑架（1）的一个侧面为光线入射面，光线入射面的对应面为背面，支撑架（1）的另外两个侧面其中一个是安装面另一个是后端面，支撑架（1）的内部临近安装面和后端面处均设置有固定板（101）；所述安装面上设置有顶丝；
所述分光棱镜（2）的镜面均镀有反射膜，分光棱镜（2）的上端面朝向支撑架（1）的安装面并通过顶丝固定，分光棱镜（2）的下端面与支撑架（1）的后端面连接，分光棱镜（2）的侧壁镜面中包括至少一组呈90°夹角的两个垂直分光面；所述两个垂直分光面均通过固定板（101）固定安装在支撑架（1）的内部，并且两个垂直分光面均与支撑架（1）的光线入射面均呈45°；
所述斜面压板（4）压在分光棱镜（2）的侧壁镜面上，斜面压板（4）通过螺栓与固定板（101）固定连接；
所述线路板（5）安装在CCD探测器（3）的外侧，线路板（5）与CCD探测器（3）电性连接。
2.根据权利要求1所述的用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件，其特征是：所述分光棱镜（2）为侧部包括连续三个直角棱的五棱镜，连续三个直角棱中位于中间的直角棱朝向光线入射面。
3.根据权利要求1所述的用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件，其特征是：所述CCD探测器（3）固定安装在CCD支架（103）上。
4.根据权利要求3所述的用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件，其特征是：所述CCD支架（103）通过CCD底座（102）固定安装在支撑架（1）的端面上。
5.根据权利要求4所述的用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件，其特征是：所述线路板（5）通过螺栓与CCD支架（103）固定连接。
6.根据权利要求1所述的用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件，其特征是：所述固定板（101）上设置有定位凸台（104）。
7.根据权利要求1-6任一项所述用于离轴三反光学系统的分光棱镜组件的操作方法，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、将分光棱镜（2）的两个垂直分光面安装到支撑架（1）的定位凸台（104）上，分光棱镜（2）的上端面朝向支撑架（1）的安装面，分光棱镜（2）的下端面与支撑架（1）的后端面靠紧，旋入顶丝使分光棱镜（2）的上端面与顶丝紧密接触并且分光棱镜（2）无移动，为防止分光棱镜（2）受压变形，分光棱镜（2）上部的侧壁镜面通过斜面压板（4）轻压固定，用胶封固；
步骤二、把CCD底座（102）安装在支撑架（1）两端的端面上并用螺钉固定，CCD支架（103）安装在CCD底座（102）上并用螺钉固定，把CCD探测器（3）安装到CCD支架（103）里，根据实际光路调整CCD探测器（3）的角度并固定；
步骤三、光线从光线入射面进入，到达分光棱镜（2）的两个垂直分光面后，分成左右两束光，分别成像在左右两侧的CCD探测器（3）上，通过线路板（5）将成像信息传输至外接图像处理装置进行图像拼接和图像处理，把左右两侧的图形拼接成一幅无缝对接图像。
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