CN212567668U - 一种基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，解决现有此类非共轴光学系统存在加工精度要求高、装调空间紧凑、相位调整难度大的问题。该成像系统包括基板、编码组件、光学单元、探测器组件和第一精测镜组件；光学单元包括多个曲面棱镜，各曲面棱镜均采用方形曲面棱镜，曲面棱镜通过柔性支撑装置安装在基板上；在柔性装置上设置第二精测镜组件用于装调过程中监测光学单元中各组件的空间角度；第一精测镜组件安装于基板上，用于该offner高光谱成像系统与其他系统集成装配时，监测整机的空间角度。各光学元件均采用模块化设计，并通过柔性支撑装置保证各光学元件在复杂力热环境下具有较高的面型精度和位置精度。

Description

一种基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统

技术领域

本实用新型涉及光学遥感仪器领域，具体涉及一种基于曲面棱镜的offner 高光谱成像系统。

背景技术

色散型高光谱成像仪是一种可对目标成像且可同时获取目标光谱特性的光学遥感器，由于其光谱分辨率高、波段连续性强、图谱和一的特点，被广泛应用于军事、航空航天遥感、农业、生物医学等领域。

传统色散型成像光谱仪的色散元件必须放置于准直光路中，因此系统包含准直物镜，而准直物镜导致该系统的结构比较复杂、体积和重量较大。棱镜型光谱仪的成像原理为不同波长的光线通过光楔时，由于折射率不同使得出射光线发生不同偏折，从而达到光谱色散。相对于传统光谱仪所用器件，曲面棱镜具有自准直和成像两种功能，可放置在发散光路中，省去了传统色散光谱仪的准直物镜，因此能够简化系统，降低系统的体积和质量。

基于曲面棱镜的offner高光谱成像仪符合小型化趋势，在星载和机载高光谱载荷上得到了广泛应用。例如，2008年韩国研制的对地观测卫星STSAT3以及2012年德国研制Enmap卫星均搭载了采用offner光学系统的成像光谱仪。此外，基于曲面棱镜的offner高光谱成像仪还有效解决了宽谱段成像探测问题，该系统通过选取合适的曲面棱镜前表面曲率来消除系统像差，提高了成像质量。

现有基于曲面棱镜的offner成像系统中，单个曲面棱镜采用镜筒、斜隔圈和压圈的传统固定方式，先将单个曲面棱镜模块化设计，再将各个曲面棱镜安装在箱体中。这种设计往往需要对曲面棱镜的光学玻璃进行圆柱定位端面加工，而且斜隔圈的加工难度较大，加工精度要求较高。同时，该系统采用箱体结构，安装空间紧凑，装调空间受限，导致装调困难，且圆形曲面棱镜的相位问题难以实现高精度调整。此外，曲面棱镜装入镜框后还需要对其进行相位调整，其调整过程繁琐，在复杂力热环境下难以保证高精度的相位，从而导致高光谱系统成像质量下降，甚至难以成像。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有基于曲面棱镜的offner高光谱光学系统存在加工精度要求高、装调空间紧凑、相位调整难度大的问题，提供一种基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，该系统先将各光学元件模块化设计，再安装于基板上，从而降低了各光学零部件和结构零部件的装调难度；同时，各光学组件上设置有柔性支撑装置保证各光学元件在复杂力热环境下具有较高的面型精度和位置精度；此外，该系统还在各光学元件上设置有精测镜组件和激光靶标安装孔以辅助成像系统的装调。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，包括基板以及设置在基板上的编码组件、光学单元、探测器组件和第一精测镜组件；光线经编码组件入射至光学单元，光学单元的出射光入射至探测器组件进行成像；所述光学单元包括多个曲面棱镜，所述曲面棱镜通过柔性支撑装置设置在基板上；所述第一精测镜组件用于装调过程中监测光学单元中各镜片的位置姿态；所述柔性支撑装置包括曲面棱镜结构框、柔性件、柔性卡箍、柔性修切垫、压片、激光跟踪仪安装座和第二精测镜组件；所述曲面棱镜结构框内设置有棱镜安装孔，其前端面上设置有多个压片安装凸台和多个第一靶标安装孔，后端面上设置有多个拆卸缺口，左侧面和右侧面上均设置有上安装凸台、下安装凸台和多个调节孔，所述上安装凸台、下安装凸台均为U形凸台，所述U形凸台的开口端远离曲面棱镜结构框的前端面，且其内腔与拆卸缺口连通；所述调节孔用于调节曲面棱镜和曲面棱镜结构框的相对位置；所述曲面棱镜设置在棱镜安装孔内，其前端面上设置有基准平面；所述压片设置在压片安装凸台上，且压片与曲面棱镜的基准平面相接触，用于实现装调过程中曲面棱镜的轴向辅助定位；所述柔性件为筒体结构，其外壁上设置有多个柔性槽，用于降低柔性件的刚度，所述柔性件筒底的外侧设有凹槽，用于形成柔性件粘接区，筒底上设置有注胶孔，用于将连接胶注入柔性件粘接区内；所述柔性件通过柔性修切垫安装在上安装凸台和下安装凸台上，通过柔性件粘接区的连接胶与曲面棱镜粘接，所述柔性卡箍分别设置在曲面棱镜结构框两侧的拆卸缺口内，且与曲面棱镜结构框固定连接；所述激光跟踪仪安装座设置在第一靶标安装孔内，用于安装激光跟踪仪，所述激光跟踪仪用于监测和调整曲面棱镜的空间位置；所述第二精测镜组件通过设置在曲面棱镜结构框顶端的安装接口设置在曲面棱镜结构框上，用于监测曲面棱镜的位置姿态。

进一步地，所述光学单元包括第一曲面棱镜、第一曲面反射棱镜、次反射镜、第二曲面棱镜、第二曲面反射棱镜和折轴镜；光线经编码模板组件入射至成像系统，经第一曲面棱镜透射、第一曲面反射棱镜反射至次反射镜，再经第二曲面棱镜透射、第二曲面反射棱镜反射至折轴镜，最后经折轴镜折转至探测器组件进行成像；所述第一曲面棱镜、第一曲面反射棱镜、第二曲面棱镜、第二曲面反射棱镜和折轴镜均通过柔性支撑装置设置在基板上，所述次反射镜通过反射镜支撑装置设置在基板上。

进一步地，所述反射镜支撑装置包括次反射镜支架、次反射镜镜框、次反射镜光阑、次反射镜镜框修切垫、第二精测镜组件和靶标安装座；所述次反射镜设置在次反射镜镜框内，所述次反射镜光阑、次反射镜镜框、次反射镜镜框修切垫依次设置在次反射镜支架的一侧，多个靶标安装座设置在次反射镜支架的另一侧；第二精测镜组件设置在次反射镜支架的顶端，用于监测次反射镜的位置姿态和空间位置，所述次反射镜支架设置在基板上。

进一步地，所述编码组件包括编码模板、编码压片和编码支架，所述编码支架上设置有编码槽，所述编码槽的槽底设置有通光孔，所述编码模板通过编码压片设置在编码槽内，光线经编码模板的编码区和通光孔后进入成像系统。

进一步地，所述编码压片上设置有多个辅助定位点胶孔，通过在辅助定位点胶孔内注胶将编码压片与编码模板粘接固定，以降低编码压片对编码模板的面形影响。

进一步地，所述棱镜安装孔的拐角处设置有第一倒角槽，用于避免曲面棱镜结构框清根不彻底导致的装配应力；所述编码槽的拐角处开设有第二倒角槽，以避免清根不彻底影响编码模板的面形，所述柔性件采用与曲面棱镜膨胀系数匹配的4J32材料，所述压片采用铝合金2A12材料。

进一步地，所述基板的X侧设置有X向定位凸台和多个第二靶标安装孔，用于作为装调X向基准，Y侧设置有Y向定位凸台和多个第二靶标安装孔，用于作为装调Y向基准。

进一步地，所述基板的上端面设置有多个安装凸台，所述编码组件、光学单元、探测器组件和第一精测镜组件均通过修切垫与基板的安装凸台连接。

进一步地，所述第一精测镜组件包括第一精测镜、第一精测镜底座、第一精测镜修切垫和第一精测镜支架；所述第一精测镜设置在第一精测镜底座上，所述第一精测镜底座经第一精测镜修切垫与第一精测镜支架连接，所述第一精测镜支架设置在基板上；所述第二精测镜组件包括第二精测镜修切垫、第二精测镜底座和第二精测镜，所述第二精测镜通过第二精测镜修切垫设置在第二精测镜底座上，所述第二精测镜底座设置在曲面棱镜结构框和次反射镜镜框的顶端。

进一步地，所述探测器组件包括探测器支架和探测器；所述探测器设置在探测器支架上，所述探测器支架设置在基板上。

本实用新型与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本实用新型offner高光谱成像系统通过柔性支撑装置对方形曲面棱镜进行支撑，柔性支撑装置可保证大口径方形曲面棱镜在复杂力热环境下具有较高的面型精度和位置精度。此外，在柔性件安装在曲面棱镜结构框的位置处设置有拆卸缺口，便于柔性件与曲面棱镜间的脱胶出框。

2.本实用新型offner高光谱成像系统除编码组件外，在各光学组件的顶部均安装有第二精测镜组件，同时还预留了可安装激光跟踪仪的靶标安装孔，便于系统在集成装调阶段监测各光学零件的位置姿态和空间位置。

3.本实用新型offner高光谱成像系统的各组件均模块化设计，装调时先将各组件单独装调完毕，再将各组件集成安装在基板上，降低了装调的难度。

4.本实用新型offner高光谱成像系统结构设计紧凑，可有效调节各光学元件的位置，在光学元件和基板之间设计有修切环节，可用于调整光学元件的俯仰与高度两个自由度。

5.本实用新型offner高光谱成像系统在基板上安装设置有第一精测镜组件，第一精测镜组件的X、Y面分别与基板X、Y侧基准面的平行度小于10″，将高光谱组件的基准引到精测镜上，便于在系统集成装调过程中监测各光学元件的位置姿态。

6.本实用新型offner高光谱成像系统采用基板替代箱体结构，从而增大了装调空间和装调自由度；采用方形曲面棱镜替代圆形曲面棱镜，减少了相位调整的难度，便于各光学元件组件的固定。

附图说明

图1为本实用新型基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统的结构示意图；

图2为本实用新型基于曲面棱镜的offner高光谱光学系统的原理示意图；

图3为本实用新型编码组件的结构示意图；

图4为本实用新型编码支架的结构示意图；

图5为本实用新型编码压片的结构示意图；

图6为本实用新型第一曲面棱镜组件的结构示意图；

图7为本实用新型第一曲面棱镜的结构示意图；

图8为本实用新型曲面棱镜结构框的结构示意图；

图9为本实用新型柔性件的结构示意图；

图10为本实用新型第一曲面棱镜组件的剖视图；

图11为本实用新型第二精测镜组件的结构示意图；

图12为本实用新型第一曲面棱镜组件的装调顺序示意图；

图13为本实用新型次反射镜组件的结构示意图；

图14为本实用新型第一精测镜组件的结构示意图；

图15为本实用新型基板的结构示意图。

附图标记：1-编码组件，2-第一曲面棱镜组件，3-第一曲面反射棱镜组件， 4-次反射镜组件，5-第二曲面棱镜组件，6-第二曲面反射棱镜组件，7-折轴镜组件，8-探测器组件，9-第一精测镜组件，10-基板，11-编码模板，12-编码压片，13-编码支架，121-辅助定位点胶孔，122-支架安装孔，131-编码槽，132- 通光孔，133-安装孔，134-第二倒角槽，21-第一曲面棱镜，22-曲面棱镜结构框，23-柔性修切垫，24-柔性卡箍，25-柔性件，26-压片，27-激光跟踪仪安装座，28-第二精测镜组件，211-基准平面，221-压片安装凸台，222-上安装凸台，223-调节孔，224-下安装凸台，225-安装接口，226-第一靶标安装孔，227-第一倒角槽，228-棱镜安装孔，229-拆卸缺口，251-柔性件粘接区，252-柔性槽， 253-注胶孔，281-第二精测镜，282-第二精测镜底座，283-第二精测镜修切垫， 31-第一曲面反射棱镜，51-第二曲面棱镜，61-第二曲面反射棱镜，71-折轴镜， 41-次反射镜，42-次反射镜支架，43-次反射镜镜框修切垫，44-次反射镜镜框， 45-次反射镜光阑，46-靶标安装座，81-探测器支架，82-探测器，91-第一精测镜，92-第一精测镜底座，93-第一精测镜修切垫，94-第一精测镜支架，101-安装凸台，102-X向定位凸台，103-第二靶标安装孔，104-Y向定位凸台。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的内容作进一步详细描述。

基于曲面棱镜的offner高光谱成像光学系统为非共轴系统，结构设计和装调难度较大，结构设计时需配合装调环节，保证各光学元件多个自由度的调整；同时，还需确保成像系统在冲击、振动、高低温变化等复杂环境中成像质量不受影响。基于此，本实用新型提供了一种基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，该系统将各光学元件安装于镜框内，其轴向间隔、倾斜误差及偏心误差均符合高精度要求。同时，该系统在光学元件结构支撑中设计柔性件进行应力、应变的缓冲和释放，以确保各光学元件在冲击、振动等力学环境及高低温变化等复杂环境变化下具有较高的面型精度和位置精度。

如图1所示，本实用新型基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统包括基板 10、以及设置在基板10上的编码组件1、光学单元、探测器组件8和第一精测镜组件9；光线经编码组件1入射至光学单元，光学单元的出射光入射至探测器组件8进行成像。探测器组件8包括探测器支架81和探测器82，探测器82通过螺钉与探测器支架81连接，探测器支架81底部通过螺钉与基板10连接。

如图3、图4和图5所示，本实用新型编码组件1包括编码模板11、编码压片12和编码支架13，编码支架13固定设置在基板10上，其上部设置有编码槽131，编码槽131的槽底设置有通光孔132，编码模板11通过编码压片12设置在编码槽131内，编码压片12通过支架安装孔122与编码支架13的安装孔133通过螺钉固定。此时，光线经编码模板11的编码区和通光孔132后进入成像系统。为降低编码压片12对编码模板11的面形影响，编码压片12上设置有多个辅助定位点胶孔121，在辅助定位点胶孔121内注胶将编码压片12与编码模板11粘接固定。此外，编码槽131的拐角处开设有第二倒角槽134，以避免清根不彻底影响编码模板11面形。

本实用新型基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统中，对光学单元中的光路不进行限定，只要能够实现成像功能即可，但是光学单元中均包括多个曲面棱镜，而曲面棱镜通过柔性支撑装置设置在基板10上。如图2所示，本实用新型实施例中，光学单元具体可包括第一曲面棱镜21、第一曲面反射棱镜31、次反射镜41、第二曲面棱镜51、第二曲面反射棱镜61和折轴镜71；光线经编码模板11射入成像系统，先后经第一曲面棱镜21透射、第一曲面反射棱镜31 反射至次反射镜41，再先后经第二曲面棱镜51透射、第二曲面反射棱镜61反射，再经折轴镜71折转光路至探测器组件8进行成像。此时，第一曲面棱镜21、第一曲面反射棱镜31、第二曲面棱镜51、第二曲面反射棱镜61和折轴镜71均通过柔性支撑装置设置在基板10上，从而形成第一曲面棱镜组件2、第一曲面反射棱镜组件3、第二曲面棱镜组件5、第二曲面反射棱镜组件6、折轴镜组件 7，次反射镜41通过反射镜柔性支撑装置安装在基板10上，从而形成次反射镜组件4。此种设置使得各组件均模块化，装调时先将各组件单独装调完毕，再将各组件集成安装在组件的基板10上，降低了装调的难度。

如图6和图7所示，本实用新型第一曲面棱镜组件2、第一曲面反射棱镜组件3、第二曲面棱镜组件5、第二曲面反射棱镜组件6、折轴镜组件7设计思路相同，均采用柔性支撑装置固定光学元件，故以第一曲面棱镜组件2为例展开介绍，第一曲面棱镜21为方形曲面棱镜，其前后两个球面不共轴，在加工时需在其前端面的上侧和下侧均加工基准平面211，作为光学装调基准。柔性支撑装置包括曲面棱镜结构框22、多个结构相同的柔性件25、多个结构相同的柔性卡箍24、多个结构相同的柔性修切垫23、多个结构相同的压片26、多个结构相同的激光跟踪仪安装座27和第二精测镜组件28。

如图8所示，本实用新型曲面棱镜结构框22内设置有棱镜安装孔228，其前端面上设置有多个压片安装凸台221，后端面上设置有多个拆卸缺口229，左侧面和右侧面上均设置有上安装凸台222和下安装凸台224。第一曲面棱镜 21设置在棱镜安装孔228内，其前端面上设置有基准平面211，多个压片26分别通过螺钉安装在曲面棱镜结构框22的压片安装凸台221上，安装时与方形曲面棱镜基准面的一侧接触，用于装调过程中光学零件轴向位置的辅助定位。各安装凸台101的高度均可为1mm，通过研磨保证上述安装凸台101的平面度均在0.01mm以内。上安装凸台222、下安装凸台224具体为U形凸台，U形凸台的开口端远离曲面棱镜结构框22的前端面，且其内腔与拆卸缺口229连通；为了便于调节方形曲面棱镜与曲面棱镜结构框22的相对位置关系，在曲面棱镜结构框22四周每个面均布置有两个调节孔223，该调节孔223具体可为M8细牙的工艺螺纹孔。为了便于系统集成装调阶段监测各光学零件的位置姿态，曲面棱镜结构框22的顶部还预留了安装接口225、前端面还设置有多个第一靶标安装孔226。同时，棱镜安装孔228的拐角处设置有第一倒角槽227，用于避免曲面棱镜结构框22清根不彻底导致的光机装配应力。此外，曲面棱镜结构框 22的底端还设置有安装底座，用于对曲面棱镜结构框22进行稳定支撑，曲面棱镜结构框22的左侧面和右侧面上上还设置有加强筋板，用于增加曲面棱镜结构框22的强度。

如图9和图10所示，柔性件25具体为筒体结构，筒体外壁上设置有多个柔性槽252，多个柔性槽252沿柔性件25的外壁周向均布，且与柔性件25的轴线倾斜设置，用于降低柔性件25的刚度。柔性件25筒底的外侧设有凹槽，用于形成柔性件粘接区251，筒底上设置有注胶孔253，通过注胶孔253将环氧树脂胶EC2216-B/A注满柔性件粘接区251。柔性件25的柔性槽252宽度、角度和柔性件粘接区251面积大小需根据不同方形曲面棱镜尺寸、重量进行有限元分析优化获得。柔性件25通过柔性修切垫23安装在上安装凸台222和下安装凸台 224上，并通过设置在其外周面上的安装法兰与曲面棱镜结构框22固定连接。柔性件25通过柔性件粘接区251处的环氧树脂胶与方形曲面棱镜粘接，再通过螺钉与曲面棱镜结构框22固连，通过调整柔性修切垫23的厚度，可保证柔性件25与方形曲面棱镜周边的间距，同时通过控制胶层厚度，可保证粘接强度。

柔性卡箍24分别设置在曲面棱镜结构框22两侧的拆卸缺口229内，且与曲面棱镜结构框22通过螺钉固定连接。若出现注胶失误，导致曲面棱镜的面形较差，可通过拆卸柔性卡箍24将曲面棱镜与曲面棱镜结构框22分离，进行脱胶处理。在冲击、振动或高低温变化等复杂环境下，本实用新型曲面棱镜结构框22将冲击、振动等环境变化通过柔性件25进行应力、应变的缓冲和释放，避免环境变化产生的冲击、振动等变化直接传递至曲面棱镜，对曲面棱镜的工作产生影响。

本实用新型柔性支撑装置在曲面棱镜结构框22上设置有多个第一靶标安装孔226，多个激光跟踪仪安装座27通过紧间隙配合安装在第一靶标安装孔 226内，此时，激光跟踪仪安装在激光跟踪仪安装座27上，用于系统集成装调阶段监测、调整曲面棱镜的空间位置。

如图11所示，本实用新型第二精测镜组件28通过设置在曲面棱镜结构框 22顶端的安装接口225设置在曲面棱镜结构框22上，便于系统集成装调阶段监测曲面棱镜的位置姿态。第二精测镜组件28包括第二精测镜修切垫283、第二精测镜底座282和第二精测镜281，第二精测镜281通过第二精测镜修切垫283 设置在第二精测镜底座282上，第二精测镜底座282通过安装接口225设置在曲面棱镜结构框22顶端。

如图13所示，反射镜支撑装置包括次反射镜支架42、次反射镜镜框44、次反射镜光阑45、次反射镜镜框修切垫43、第二精测镜组件28和靶标安装座 46；次反射镜41与次反射镜镜框44通过注胶孔253注胶的方式固连，次反射镜光阑45、次反射镜镜框44、次反射镜镜框修切垫43依次设置在次反射镜支架 42的一侧，多个靶标安装座46与次反射镜支架42的另一侧紧间隙配合连接；具体连接时，次反射镜镜框44、次反射镜镜框修切垫43与次反射镜支架42通过螺钉连接，次反射镜光阑45通过螺钉与次反射镜镜框44连接。次反射镜支架42设置在基板10上；第二精测镜组件28设置在次反射镜支架42的顶端。

如图14所示，第一精测镜组件9包括第一精测镜91、第一精测镜底座92、第一精测镜修切垫93和第一精测镜支架94；第一精测镜91通过胶粘的方式设置在第一精测镜底座92上，第一精测镜底座92经第一精测镜修切垫93与第一精测镜支架94通过螺钉连接，第一精测镜支架94设置在基板10上；第一精测镜组件的X、Y面分别与基板X、Y侧基准面的平行度小于10″，将高光谱组件的基准引到精测镜上，便于在系统集成装调过程中监测各光学元件的位置姿态。

本实用新型系统将第一精测镜组件安装于基板上，主要用于该offner高光谱成像系统与其他系统集成装配时，监测高光谱成像系统的空间角度。将第二精测镜组件安装于各光学组件结构框顶部，作为各组件空间角度的监视基准。修研各组件与基板间的修切垫时，可通过监视精测镜的角度变化来判断各组件俯仰和方位角度的变化，反之，可根据需要调整的空间角度大小，计算出所需修研的修切垫尺寸。此外，各组件结构框均设置有3个以上靶标安装孔用于安装激光跟踪仪，利用3点确定一个平面的原理可拟合出各组件的空间角度，用于辅助第二精测镜组件测量空间角度。

如图15所示，基板10的上端面设置有多个安装凸台101，编码组件1、光学单元、探测器组件8和第一精测镜组件9均通过修切垫与基板10的安装凸台 101连接。基板1010作为整个高光谱组件的安装面，一方面需要其具有很好的强度，另一方面，为了降低设备重量，需对其进行合适的轻量化处理。在基板10的X侧设置有X向定位凸台102和3个第二靶标安装孔103，作为装调X向基准，在基板10的Y侧设置有Y向定位凸台104和多个第二靶标安装孔103，作为装调Y向基准，在编码组件11安装前端面设置有三个第二靶标安装孔103，第二靶标安装孔103安装有三个激光跟踪仪，3点形成一个平面，用于辅助调整编码组件的空间角度。与基板底面垂直的两个侧面都预留了三个激光跟踪仪靶标安装孔和定位凸台，三个测量点确定一个平面，通过激光跟踪仪可拟合出基板侧面A、B的空间角度，定位凸台作为安装编码组件11的基准，用于调整编码组件的空间位置，将编码组件安装完成后，再将其作为安装其他光学组件的基准，作为高光谱组件系统级装调的基准。

在结构的材料选择方面，主要考虑结构零件与光学零件的热胀匹配和轻量化设计。与光学零件直接接触的柔性件25选择与其线胀系数匹配的殷钢4J32 材料，而起轴向辅助定位的压片26，由于和光学零件没有直接粘固，因此选择铝合金2A12材料，为保证组件的强度和刚度，其余结构件材料均选用钛合金TC4材料。

如图12所示，本实用新型第一曲面棱镜组件的装调方法具体包括以下步骤：

步骤一、修研四个压片26，将其装入曲面棱镜结构框22，保证四个压片 26共面度优于0.02mm；

步骤二、以四个压片26为轴线限位基准，将曲面棱镜装入曲面棱镜结构框22，通过曲面棱镜结构框22上M8细牙的工艺螺纹孔调节两者间的相互位置关系，保证曲面棱镜和曲面棱镜结构框22上下、左右对称放置；

步骤三、修研柔性修切垫23的厚度，将柔性件25通过柔性修切垫23与曲面棱镜结构框22固连；

步骤四、在柔性件25的注胶孔253注入连接胶，确保柔性件粘接区251充满连接胶，连接胶固化后实测方形曲面棱镜的面型，保证满足光学设计要求；

步骤五、将四个柔性卡箍24分别与曲面棱镜结构框22通过螺钉固连，增强组件的强度与刚度；

步骤六、依次将四个完全相同的激光跟踪仪安装座27、精测镜组件与曲面棱镜结构框22固连，便于辅助系统集成装调。

Claims (10)

1.一种基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：包括基板(10)以及设置在基板(10)上的编码组件(1)、光学单元、探测器组件(8)和第一精测镜组件(9)；

光线经编码组件(1)入射至光学单元，光学单元的出射光入射至探测器组件(8)进行成像；所述光学单元包括多个曲面棱镜，所述曲面棱镜通过柔性支撑装置设置在基板(10)上；所述第一精测镜组件(9)用于装调过程中监测光学单元中各镜片的位置姿态；

所述柔性支撑装置包括曲面棱镜结构框(22)、柔性件(25)、柔性卡箍(24)、柔性修切垫(23)、压片(26)、激光跟踪仪安装座(27)和第二精测镜组件(28)；

所述曲面棱镜结构框(22)内设置有棱镜安装孔(228)，其前端面上设置有多个压片安装凸台(221)和多个第一靶标安装孔(226)，后端面上设置有多个拆卸缺口(229)，左侧面和右侧面上均设置有上安装凸台(222)、下安装凸台(224)和多个调节孔(223)，所述上安装凸台(222)、下安装凸台(224)均为U形凸台，所述U形凸台的开口端远离曲面棱镜结构框(22)的前端面，且其内腔与拆卸缺口(229)连通；所述调节孔(223)用于调节曲面棱镜和曲面棱镜结构框(22)的相对位置；

所述曲面棱镜设置在棱镜安装孔(228)内，其前端面上设置有基准平面(211)；所述压片(26)设置在压片安装凸台(221)上，且压片(26)与曲面棱镜的基准平面(211)相接触，用于实现装调过程中曲面棱镜的轴向辅助定位；

所述柔性件(25)为筒体结构，其外壁上设置有多个柔性槽(252)，用于降低柔性件(25)的刚度，所述柔性件(25)筒底的外侧设有凹槽，用于形成柔性件粘接区(251)，筒底上设置有注胶孔(253)，用于将连接胶注入柔性件粘接区(251)内；所述柔性件(25)通过柔性修切垫(23)安装在上安装凸台(222)和下安装凸台(224)上，通过柔性件粘接区(251)的连接胶与曲面棱镜粘接，所述柔性卡箍(24)分别设置在曲面棱镜结构框(22)两侧的拆卸缺口(229)内，且与曲面棱镜结构框(22)固定连接；

所述激光跟踪仪安装座(27)设置在第一靶标安装孔(226)内，用于安装激光跟踪仪，所述激光跟踪仪用于监测和调整曲面棱镜的空间位置；

所述第二精测镜组件(28)通过设置在曲面棱镜结构框(22)顶端的安装接口(225)设置在曲面棱镜结构框(22)上，用于监测曲面棱镜的位置姿态。

2.根据权利要求1所述的基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：所述光学单元包括沿光路依次设置的第一曲面棱镜(21)、第一曲面反射棱镜(31)、次反射镜(41)、第二曲面棱镜(51)、第二曲面反射棱镜(61)和折轴镜(71)；所述第一曲面棱镜(21)、第一曲面反射棱镜(31)、第二曲面棱镜(51)、第二曲面反射棱镜(61)和折轴镜(71)均通过柔性支撑装置设置在基板(10)上，所述次反射镜(41)通过反射镜支撑装置设置在基板(10)上。

3.根据权利要求2所述基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：所述反射镜支撑装置包括次反射镜支架(42)、次反射镜镜框(44)、次反射镜光阑(45)、次反射镜镜框修切垫(43)、第二精测镜组件(28)和靶标安装座(46)；所述次反射镜(41)设置在次反射镜镜框(44)内，所述次反射镜光阑(45)、次反射镜镜框(44)、次反射镜镜框修切垫(43)依次设置在次反射镜支架(42)的一侧，多个靶标安装座(46)设置在次反射镜支架(42)另一侧；所述第二精测镜组件(28)设置在次反射镜支架(42)的顶端，用于监测次反射镜(41)的位置姿态和空间位置，所述次反射镜支架(42)设置在基板(10)上。

4.根据权利要求1或2或3所述基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：所述编码组件(1)包括编码模板(11)、编码压片(12)和编码支架(13)，所述编码支架(13)上设置有编码槽(131)，所述编码槽(131)的槽底设置有通光孔(132)，所述编码模板(11)通过编码压片(12)设置在编码槽(131)内，光线经编码模板(11)的编码区和通光孔(132)后进入成像系统。

5.根据权利要求4所述基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：所述编码压片(12)上设置有多个辅助定位点胶孔(121)，在辅助定位点胶孔(121)内注胶将编码压片(12)与编码模板(11)粘接固定，以降低编码压片(12)对编码模板(11)的面形影响。

6.根据权利要求5所述基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：所述棱镜安装孔(228)的拐角处设置有第一倒角槽(227)，用于避免曲面棱镜结构框(22)清根不彻底导致的装配应力；所述编码槽(131)的拐角处开设有第二倒角槽(134)，用于避免清根不彻底影响编码模板(11)的面形，所述柔性件(25)采用与曲面棱镜膨胀系数匹配的4J32材料，所述压片(26)采用铝合金2A12材料。

7.根据权利要求6所述基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：所述基板(10)的X侧设置有X向定位凸台(102)和多个第二靶标安装孔(103)，用于作为装调X向基准，Y侧设置有Y向定位凸台(104)和多个第二靶标安装孔(103)，用于作为装调Y向基准。

8.根据权利要求7所述基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：所述基板(10)的上端面设置有多个安装凸台(101)，所述编码组件(1)、光学单元、探测器组件(8)和第一精测镜组件(9)均通过修切垫与基板(10)的安装凸台(101)连接。

9.根据权利要求8所述基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：所述第一精测镜组件(9)包括第一精测镜(91)、第一精测镜底座(92)、第一精测镜修切垫(93)和第一精测镜支架(94)；所述第一精测镜(91)设置在第一精测镜底座(92)上，所述第一精测镜底座(92)通过第一精测镜修切垫(93)与第一精测镜支架(94)连接，所述第一精测镜支架(94)设置在基板(10)上；

所述第二精测镜组件(28)包括第二精测镜修切垫(283)、第二精测镜底座(282)和第二精测镜(281)，所述第二精测镜(281)通过第二精测镜修切垫(283)设置在第二精测镜底座(282)上，所述第二精测镜底座(282)设置在曲面棱镜结构框(22)和次反射镜镜框(44)的顶端。

10.根据权利要求9所述基于曲面棱镜的offner高光谱成像系统，其特征在于：所述探测器组件(8)包括探测器支架(81)和探测器(82)；所述探测器(82)设置在探测器支架(81)上，所述探测器支架(81)设置在基板(10)上。

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