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CN106482834B - 一种可主动调焦的干涉成像光谱仪 - Google Patents

一种可主动调焦的干涉成像光谱仪 Download PDF

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CN106482834B CN201610915938.5A CN201610915938A CN106482834B CN 106482834 B CN106482834 B CN 106482834B CN 201610915938 A CN201610915938 A CN 201610915938A CN 106482834 B CN106482834 B CN 106482834B
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张宏建
李立英
赵强
孙剑
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明属于光学领域，尤其涉及一种可主动调焦的干涉成像光谱仪，包括前置望远组件、准直镜组件、干涉仪组件、傅氏镜组件和焦面组件，所述前置望远组件上设置有温控系统；所述温控系统包括设置在前置望远组件主镜筒外表面的加热片和热敏电阻，所述加热片与电源连接，热敏电阻与温控仪连接。在保证干涉成像光谱仪载荷性能的条件下，没有增加运动部件，提高了系统的可靠性；控制精度较高，满足高分辨率干涉成像光谱仪的要求；有效减轻了系统质量，结构力学稳定性良好。

Description

一种可主动调焦的干涉成像光谱仪
技术领域
本发明属于光学领域，尤其涉及一种可主动调焦的干涉成像光谱仪。
背景技术
近年来，航天技术发展非常迅速，星载成像光谱仪的应用也越来越广泛。光谱成像技术是20世纪80年代才发展起来的新型成像技术，其在获得图像信息的同时获取物质光谱信息，可用于分类和辨识信息。但是随着科学技术的发展，对成像光谱仪的技术指标要求越来越高，成像光谱仪对工作环境要求十分苛刻，尤其是工作环境温度，当成像光谱仪工作环境温度变化时，会对系统带来十分不利的影响。在空间环境下，成像光谱仪的工作环境温度并不能十分稳定的控制在要求范围内，因此会导致成像光谱仪的光学成像面和干涉面不重合，从而严重影响成像光谱仪的质量。
为保证成像光谱仪的成像质量，要求成像光谱仪对环境温度的变化有良好的适应性，在对光学进行设计时，应对光机电进行充分的热设计，同时，在系统中增加调焦机构，通过微调机构来调整光学系统的成像面位置，补偿CCD的离焦量，使成像光谱仪的光学成像面和干涉面重合，达到最佳效果。
调焦方式主要由光学系统、结构形式及调焦精度及相机使用环境确定，不同的光学系统调焦方式不同，常用的方式主要由镜组移动式、焦面反射镜移动式、焦平面移动式及改变补偿镜厚度几种。其设计思路基本都是通过增加步进电机、滚珠丝杠、运动方向转换组件、涡轮箱和编码器组成调焦机构，将电机的回转运动转化为直线运动，带动光学部件或焦面沿光轴方向在一定范围内移动，最终实现调焦。此种调焦机构都采用了增加运动部件，结构设计较复杂，并且其在天基环境下的工作可靠性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可主动调焦的干涉成像光谱仪，用以解决现有技术中结构复杂，可靠性差的缺陷。
为解决所述技术问题，本发明所采用的技术方案是：提供一种可主动调焦的干涉成像光谱仪，包括前置望远组件、准直镜组件、干涉仪组件、傅氏镜组件和焦面组件，其特殊之处在于：所述前置望远组件上设置有温控系统；所述温控系统包括设置在前置望远组件主镜筒外表面的加热片和热敏电阻，所述加热片与电源连接，热敏电阻与温控仪连接。
所述温控系统还包括设置在前置望远组件内次镜组件与主镜筒之间的次镜隔热垫以及主镜组件与主镜筒之间的主镜隔热垫。
所述次镜隔热垫和主镜隔热垫为玻璃钢材质。
所述加热片为铜质加热片。
所述热敏电阻为铂电阻。
所述热敏电阻至少有四个。
本发明的有益效果是：在保证干涉成像光谱仪载荷性能的条件下，没有增加运动部件，提高了系统的可靠性；控制精度较高，满足高分辨率干涉成像光谱仪的要求；有效减轻了系统质量，结构力学稳定性良好。
附图说明
图1是实施例结构示意图；
图2是前置望远组件立体结构示意图；
图3是前置望远组件剖面立体结构示意图；
图4是前置望远组件剖面结构示意图；
图中，1-次镜组件，2-主镜组件，3-主镜筒，4-加热片，5-次镜隔热垫，6-主镜隔热垫，7-铂电阻，8-前置望远组件，9-准直镜组件，10-干涉仪组件，11-傅氏镜组件，12-焦面组件，13-一次像面。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图说明对本发明加以详细说明。
如图1、2、3所示，一种利用温控系统实现主动调焦的干涉成像光谱仪，包括沿光路传输放下依次设置的前置望远组件8、准直镜组件9、干涉仪组件10、傅氏镜组件11和焦面组件12。通过光学系统分析，傅氏镜组件采用消热化光学设计方案，保证干涉面在复杂的工作环境下稳定；前置望远组件采用长焦距、大相对口径卡塞格林系统；通过在前置望远组件增加温控系统，利用温控系统进行温度控制，通过结构材料的热胀冷缩实现了微调干涉成像光谱仪一次像面13的目的，从而保证成像光谱仪的成像面和干涉面重合。
前置望远组件包括长焦距、大相对口径卡塞格林成像系统和温控调焦组件，卡塞格林成像系统包括主镜、次镜、矫正镜及相关结构件。
温控调焦组件包括隔热垫、温控微调钛合金镜筒、加热片和热敏电阻。加热片用硅橡胶粘在温控微调钛合金镜筒外表面，加热片均匀布置保证温控微调钛合金镜筒热膨胀更均匀。同时，在温控微调钛合金镜筒上粘结4个热敏电阻，实时反馈测量温控微调钛合金镜筒的温度。隔热垫安装于温控微调钛合金镜筒和其它组件的连接处，采用隔热安装，避免热量传导至次镜组件和主镜组件。
本例以隔热垫为玻璃钢材质、热敏电阻为铂电阻，加热片为铜质加热片和钛合金镜筒为例，工作原理如下：
通过电源使铜质加电热片温度变化，传导于温控微调钛合金镜筒，利用温控微调钛合金镜筒的热膨胀性质调节主镜和次镜的间隔，实现改变系统微调干涉成像光谱仪一次像面13的目的。
根据ΔL＝L*α*(T1-T0),
其中ΔL为主镜和次镜的间隔，L为温控微调钛合金镜筒的长度，α为钛合金的热膨胀系数，T1为通过加热片使温控微调钛合金镜筒的温度值，T0温控微调钛合金镜筒的初始温度值。可以看出当加热片使温控微调钛合金镜筒温度较高时，主镜和次镜的间隔ΔL增大，系统一次像面往正方向微移；当加热片使温控微调钛合金镜筒温度较低时，主镜和次镜的间隔ΔL减小，系统一次像面往负方向微移，通过一次像面的正负向微移，最终实现一次像面的微调。
利用材料的热膨胀性质设计的调节驱动原件为具有良好热和力性能的温控微调钛合金镜筒。
本发明的干涉成像光谱仪的温控调焦组件位于系统的前置望远组件中，前置望远组件为长焦距、大相对口径的卡塞格林系统，由次镜组件1、主镜组件2、主镜筒3、加热片4、次镜隔热垫5、主镜隔热垫6和铂电阻7组成，其中，次镜组件1、主镜组件2安装在主镜筒3的两端，加热片4均匀的粘结在主镜筒的外边面上，同时安装有至少四个铂电阻7以反馈控制温度信息，为了避免热量传导至次镜组件1和主镜筒3，主镜组件2和主镜筒3中间分别装有次镜隔热垫5、主镜隔热垫6，如图4所示。

Claims (6)

1.一种可主动调焦的干涉成像光谱仪，包括前置望远组件、准直镜组件、干涉仪组件、傅氏镜组件和焦面组件，其特征在于：所述前置望远组件上设置有温控系统；
所述温控系统包括设置在前置望远组件主镜筒外表面的加热片和热敏电阻，所述加热片与电源连接，热敏电阻与温控仪连接。
2.根据权利要求1所述的可主动调焦的干涉成像光谱仪，其特征在于：所述温控系统还包括设置在前置望远组件内次镜组件与主镜筒之间的次镜隔热垫以及主镜组件与主镜筒之间的主镜隔热垫。
3.根据权利要求2所述的可主动调焦的干涉成像光谱仪，其特征在于：所述次镜隔热垫和主镜隔热垫为玻璃钢材质。
4.根据权利要求2所述的可主动调焦的干涉成像光谱仪，其特征在于：所述加热片为铜质加热片。
5.根据权利要求2所述的可主动调焦的干涉成像光谱仪，其特征在于：所述热敏电阻为铂电阻。
6.根据权利要求5所述的可主动调焦的干涉成像光谱仪，其特征在于：所述热敏电阻至少有四个。
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