CN112492154B - 一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面 - Google Patents

一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，属于空间光学遥感技术领域，用于解决现有技术中焦面温度升高，导致多片传感器成像质量差的技术问题，本发明设置的基板，其一侧安装有多个分光镜组件，另一侧通过固定座组件安装有多个图像传感器；箱体罩设在图像传感器外部；相变储能盒组包括装设在基板上的第一相变储能盒组和装设在箱体上的第二相变储能盒组；第一相变储能盒组通过导热垫与固定座组件接触；第二相变储能盒组通过导热垫与图像传感器接触；其中，第一相变储能盒组和固定座组件上表面铺设有若干层导热膜，用于使第一相变储能盒组和固定座组件上表面连通，本发明具有高精度、高热稳定性，提高成像质量的有益效果。

Description

一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面
技术领域
本发明涉及空间光学遥感技术领域，尤其涉及一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面。
背景技术
随着光学遥感技术的不断发展，空间相机的拍摄视场不断增大，成像分辨率不断提高，需要图像传感器具有更多的像元数量，但是，受到制造工艺和技术条件的制约，图像传感器的尺寸不能很大，单片图像传感器已经不能满足使用要求，需采用多片进行拼接形成一个等效的大尺寸焦面；
光学拼接方案是多片图像传感器拼接方式的一种，其具有同时成像、能量利用率高等优点，光学拼接技术是利用分光镜的分光原理，将成像平面分割成空间分离的两个或多个像面，用以安置多片图像传感器，并使每相邻两片传感器首尾部分像元重叠，在像方空间内形成大视场的传感器阵列；
虽然，采用多片图像传感器拼接的方式可以满足大视场高分辨率的要求，但多片传感器同时工作会产生大量的热，引起焦面的温度升高，使每片图像传感器的暗电流噪声变大，导致每片传感器成像质量下降，而且，温度变化过大引起结构件热膨胀变形，导致焦面的拼接精度变差，不利于图像的合成，因此，亟需提供一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开的一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，包括：
基板，其一侧安装有多个分光镜组件，另一侧通过固定座组件安装有多个图像传感器；
箱体，其罩设在所述图像传感器外部，并且所述箱体与所述基板固定连接；
相变储能盒组，其包括装设在所述基板上的第一相变储能盒组和装设在所述箱体上的第二相变储能盒组；
所述第一相变储能盒组通过导热垫与所述固定座组件接触；
所述第二相变储能盒组通过所述导热垫与所述图像传感器接触；
其中，所述第一相变储能盒组和所述固定座组件上表面铺设有若干层导热膜，用于使所述第一相变储能盒组和所述固定座组件上表面连通，以便所述第一相变储能盒组和所述固定座组件之间热传导。
进一步的，所述基板呈L型结构，所述L型结构两条边夹角小于180°侧安装有所述分光镜组件，所述L型结构两条边夹角大于180°侧安装有所述图像传感器，且所述L型结构的两条边上均固连有所述图像传感器。
进一步的，所述基板对应所述图像传感器位置开设有通光孔；
其中，入射光被所述分光镜组件分光后通过所述通光孔照射到所述图像传感器，以使多个所述图像传感器能够同步成像。
进一步的，所述箱体外形与所述基板外形匹配，所述箱体内部对应所述图像传感器上方分层且间隔地布设有PCB板，所述PCB板对应所述图像传感器位置通过安装板固连有所述第二相变储能盒组。
进一步的，所述第一相变储能盒组通过柔性固定件与所述基板固定连接；
所述柔性固定件包括立柱和套设在所述立柱外部的弹簧；
所述立柱一端布设有挡肩，另一端贯穿所述第一相变储能盒组与所述基板固定连接；
所述弹簧为压缩弹簧，所述弹簧一端与所述挡肩接触，另一端与所述第一相变储能盒组接触。
进一步的，所述分光镜组件包括镜座和粘接在所述镜座上的分光镜；
所述分光镜为微晶材料制成的平面反射镜；
所述镜座为铟钢材料制成。
进一步的，所述固定座组件包括固定座和压板；
所述固定座与所述基板固定连接，所述固定座上安装有所述图像传感器，所述图像传感器通过所述压板与所述固定座固定连接；
所述第一相变储能盒组侧部通过所述导热垫与所述固定座侧部接触。
在上述技术方案中，本发明提供的一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，有益效果：
本发明设计的应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，包括基板和箱体，基板上固连有第一相变储能盒组，第一相变储能盒组底部通过基板、侧部通过导热垫与图像传感器接触，第一相变储能盒组顶部通过导热膜与图像传感器上表面建立导热路径，进而第一相变储能盒组能够从三个方向吸收图像传感器工作时产生的热量，使得该焦面整体温度降低，减小了温度波动范围，同时减小了温度升高引起的暗电流噪声，进而实现了提高焦面的成像质量；
其次，箱体内部对应图像传感器位置固连有第二相变储能盒组，第二相变储能盒组通过导热垫与图像传感器的针脚接触，有效利用图像传感器的针脚进行热传导，使第二相变储能盒组吸收图像传感器工作时产生的热量，缓解图像传感器温度过高、温度波动范围过大的问题，进一步提高了成像质量；
另外，第一相变储能盒组通过柔性固定件与基板固定连接，柔性固定件通过弹簧将第一相变储能盒组压紧在基板上，减弱第一相变储能盒组和基板的机械耦合，保证第一相变储能盒组在其安装面精度变差后依然不会影响焦面的精度，同时又实现了第一相变储能盒组能够与基板良好的接触，保证了第一相变储能盒组和基板之间的热传导效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明公开的一种用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面的整体结构示意图；
图2是本发明公开的一种用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面的内部结构示意图；
图3是图2的左视图；
图4是本发明公开的一种用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面基板的结构示意图；
图5是图4另一视角结构示意图；
图6是本发明公开的一种用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面固定座组件的结构示意图。
附图标记说明：
1、基板；
2、分光镜组件；201、分光镜；202、分光镜座；
3、图像传感器；
4、固定座组件；401、固定座；402、压板；
5、相变储能盒组；501、第一储能盒；502、第二储能盒；503、第三储能盒；504、第四储能盒；505、第五储能盒；
6、箱体；601、第一箱体；602、第二箱体；
7、PCB板；
8、安装板；
9、柔性固定组件；901、立柱；902、弹簧；
10、导热膜；
11、导热垫。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1-6所示；
发明一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，包括：
基板1，其一侧安装有多个分光镜组件2，另一侧通过固定座组件4安装有多个图像传感器3；
箱体6，其罩设在图像传感器3外部，并且箱体6与基板1固定连接；
相变储能盒组5，其包括装设在基板1上的第一相变储能盒组和装设在箱体6上的第二相变储能盒组；
第一相变储能盒组通过导热垫11与固定座组件4接触；
第二相变储能盒组通过导热垫11与图像传感器3接触；
其中，第一相变储能盒组和固定座组件4上表面铺设有若干层导热膜10，用于使第一相变储能盒组和固定座组件4上表面连通，以便第一相变储能盒组和固定座组件4之间热传导。
具体的，参见图3所示，该结构中，基板1一侧固连有两个分光镜组件2，另一侧通过固定座组件4固连有五个图像传感器3；
基板1呈L型结构，L型结构两条边夹角小于180°侧安装有分光镜组件2，L型结构两条边夹角大于180°侧安装有图像传感器3，且L型结构的两条边上均固连有图像传感器3。
本实施例中基板1为90°的L型结构，L型结构包括长边和短边，L型结构长边呈一字型排列固连有三个图像传感器3，L型结构短边呈一字型排列固连有两个图像传感器3；
参见图4所示，第一相变储能盒组包括三个第一相变储能盒，第一储能盒501、第二储能盒502、第三储能盒503；
第一储能盒501固连在基板1的长边上，并通过导热垫11与固定座组件4侧部接触，第二储能盒502和第三储能盒503固连在基板1的短边上，并分布在两个图像传感器3端部，通过导热垫11与固定座组件4侧部接触，第一储能盒501、第二储能盒502、第三储能盒503与固定座组件4上表面均铺设有若干层导热膜10，通过导热膜10使第一相变储能盒组和固定座组件4上表面连通，进而实现热传导；
该结构中，第一相变储能盒组底部通过基板1、侧部通过导热垫11、顶部通过导热膜10三个方向吸收图像传感器3工作时产生的热量，减小了焦面的温度波动范围，提高了精度，同时减小了温度升高引起的暗电流噪声，进而实现了提高了焦面的成像质量；
参见图3所示，箱体6外形与基板1外形匹配，均呈L型结构，箱体6内部对应图像传感器3上方分层且间隔地布设有PCB板7，PCB板7对应图像传感器3位置通过安装板8固连有第二相变储能盒组。第二相变储能盒组包括第四储能盒504和第五储能盒505，第四储能盒504和第五储能盒505通过导热垫11与图像传感器3的针脚接触，该结构中，在箱体6上布设有第四储能盒504和第五储能盒505，第四储能盒504和第五储能盒505通过导热垫11与图像传感器3的针脚接触，有效利用图像传感器3的针脚进行热传导，实现吸收图像传感器3工作时产生的热量，缓解图像传感器温度过高、温度波动范围过大的问题，进一步地提高了成像质量。
该光学拼接焦面在工作时，图像传感器3产生大量的热量，热量从图像传感器3传到固定座组件4，再通过基板1、导热膜10和导热垫11热传导后被第一储能盒501、第二储能盒502、第三储能盒503吸收，实现降低焦面整体温度，保证热稳定性；
另外，图像传感器3产生的热量还可以直接沿着针脚被箱体6上的第四储能盒504、第五储能盒505吸收，进一步降低了焦面整体温度，保证热稳定性的目的；
参见图5所示；
优选的，基板1对应图像传感器3位置开设有通光孔；
其中，入射光被分光镜组件2分光后通过通光孔照射到图像传感器3，以使多个图像传感器3能够同步成像。
具体的，基板1长边上对应图像传感器3位置间隔地开设有三个通光孔，相邻两个通光孔之间固连有分光镜组件2，基板1短边对应分光镜组件2位置开设有两个通光孔，工作时，入射光进入后一部分直接照射在基板1长边的图像传感器3上，另一部分被分光镜组件2分光后通过通光孔照射在基板1短边的图像传感器3上，进而实现多个图像传感器3能够同步成像；参见图5所示；优选的，分光镜组件2包括镜座202和粘接在镜座202上的分光镜201；分光镜201为微晶材料制成的平面反射镜；镜座202为铟钢材料制成。该结构中镜座202采用与分光镜201具有同线胀系数的铟钢材料制成，保证了该分光镜组件2具有较高的稳定性；
参见图3所示；
优选的，第一相变储能盒组通过柔性固定件9与基板1固定连接；
柔性固定件9包括立柱901和套设在立柱901外部的弹簧902；
立柱901一端布设有挡肩，另一端贯穿第一相变储能盒组与基板1固定连接；弹簧902为压缩弹簧，弹簧902一端与挡肩接触，另一端与第一相变储能盒组接触。
具体的，立柱901为圆柱体结构，立柱901外壁套设有弹簧902，立柱901一端通过挡肩阻挡弹簧902脱离立柱，立柱901另一端贯穿第一相变储能盒组与基板1固定连接，弹簧902为压缩弹簧，其一端与挡肩接触，另一端与第一相变储能盒组接触，压缩弹簧伸展将第一相变储能盒组压紧在基板1上，减弱第一相变储能盒组和基板1的机械耦合，保证第一相变储能盒组在其安装面精度变差后依然不会影响焦面的精度，同时又实现了第一相变储能盒组能够与基座1良好的接触，保证了第一相变储能盒组和基座1之间的热传导效率；
参见图6所示；优选的，固定座组件4包括固定座401和压板402；
固定座401与基板1固定连接，固定座401上安装有图像传感器3，图像传感器3通过压板402与固定座401固定连接；第一相变储能盒组侧部通过导热垫11与固定座401侧部接触。
在上述技术方案中，本发明提供的一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面；
有益效果：
本发明设计的应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，包括基板和箱体，基板上固连有第一相变储能盒组，第一相变储能盒组底部通过基板、侧部通过导热垫与图像传感器接触，第一相变储能盒组顶部通过导热膜与图像传感器上表面建立导热路径，进而第一相变储能盒组能够从三个方向吸收图像传感器工作时产生的热量，使得该焦面整体温度降低，减小了温度波动范围，同时减小了温度升高引起的暗电流噪声，进而实现了提高焦面的成像质量；
其次，箱体内部对应图像传感器位置固连有第二相变储能盒组，第二相变储能盒组通过导热垫与图像传感器的针脚接触，有效利用图像传感器的针脚进行热传导，使第二相变储能盒组吸收图像传感器工作时产生的热量，缓解图像传感器温度过高、温度波动范围过大的问题，进一步提高了成像质量；
另外，第一相变储能盒组通过柔性固定件与基板固定连接，柔性固定件通过弹簧将第一相变储能盒组压紧在基板上，减弱第一相变储能盒组和基板的机械耦合，保证第一相变储能盒组在其安装面精度变差后依然不会影响焦面的精度，同时又实现了第一相变储能盒组能够与基板良好的接触，保证了第一相变储能盒组和基板之间的热传导效率。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，其特征在于，包括：
基板(1)，其一侧安装有多个分光镜组件(2)，另一侧通过固定座组件(4)安装有多个图像传感器(3)；
箱体(6)，其罩设在所述图像传感器(3)外部，并且所述箱体(6)与所述基板(1)固定连接；
相变储能盒组(5)，其包括装设在所述基板(1)上的第一相变储能盒组和装设在所述箱体(6)上的第二相变储能盒组；
所述第一相变储能盒组通过导热垫(11)与所述固定座组件(4)接触；
所述第二相变储能盒组通过所述导热垫(11)与所述图像传感器(3)接触；
其中，所述第一相变储能盒组和所述固定座组件(4)上表面铺设有若干层导热膜(10)，用于使所述第一相变储能盒组和所述固定座组件(4)上表面连通，以便所述第一相变储能盒组和所述固定座组件(4)之间热传导。
2.根据权利要求1所述的一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，其特征在于；
所述基板(1)呈L型结构，所述L型结构两条边夹角小于180°侧安装有所述分光镜组件(2)，所述L型结构两条边夹角大于180°侧安装有所述图像传感器(3)，且所述L型结构的两条边上均固连有所述图像传感器(3)。
3.根据权利要求2所述的一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，其特征在于；
所述基板(1)对应所述图像传感器(3)位置开设有通光孔；
其中，入射光被所述分光镜组件(2)分光后通过所述通光孔照射到所述图像传感器(3)，以使多个所述图像传感器(3)能够同步成像。
4.根据权利要求2所述的一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，其特征在于；
所述箱体(6)外形与所述基板(1)外形匹配，所述箱体(6)内部对应所述图像传感器(3)上方分层且间隔地布设有PCB板(7)，所述PCB板(7)对应所述图像传感器(3)位置通过安装板(8)固连有所述第二相变储能盒组。
5.根据权利要求1所述的一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，其特征在于；
所述第一相变储能盒组通过柔性固定件(9)与所述基板(1)固定连接；
所述柔性固定件(9)包括立柱(901)和套设在所述立柱(901)外部的弹簧(902)；
所述立柱(901)一端布设有挡肩，另一端贯穿所述第一相变储能盒组与所述基板(1)固定连接；
所述弹簧(902)为压缩弹簧，所述弹簧(902)一端与所述挡肩接触，另一端与所述第一相变储能盒组接触。
6.根据权利要求1所述的一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，其特征在于；
所述分光镜组件(2)包括镜座(202)和粘接在所述镜座(202)上的分光镜(201)；
所述分光镜(201)为微晶材料制成的平面反射镜；
所述镜座(202)为铟钢材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种应用于空间相机的高精度、高热稳定性光学拼接焦面，其特征在于；
所述固定座组件(4)包括固定座(401)和压板(402)；
所述固定座(401)与所述基板(1)固定连接，所述固定座(401)上安装有所述图像传感器(3)，所述图像传感器(3)通过所述压板(402)与所述固定座(401)固定连接；
所述第一相变储能盒组侧部通过所述导热垫(11)与所述固定座(401)侧部接触。
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