CN100552489C

CN100552489C - 一种空间遥感成像仪的视场分束器

Info

Publication number: CN100552489C
Application number: CNB2007103003567A
Authority: CN
Inventors: 颜昌翔; 马仁宏
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2027-12-29
Also published as: CN101216596A

Abstract

一种空间遥感成像仪的视场分束器，属于空间光学技术领域中涉及的一种视场分束器。要解决的技术问题是：提供一种空间遥感成像仪的视场分束器。解决的技术方案包括底座、PAN探测器、PAN反射镜、短波红外狭缝、基座、可见近红外反射镜、可见近红外狭缝等；基座26的柱形体的两斜侧面和左右两端面是安装相关反射镜、狭缝、狭缝座、PAN探测器等部件的工作体；在柱形体的左斜侧面安装PAN反射镜23，左端面安装PAN探测器；在柱形体的右斜侧面安装可见近红外反射镜27，右端面安装可见经红外狭缝；入射光的光轴通过两个反射镜刀口中心进入短波红外狭缝24；PAN探测器22、短波红外狭缝24、可见近红外狭缝30三者在同一水平的高度上。

Description

一种空间遥感成像仪的视场分束器

技术领域

本发明属于空间光学技术领域中涉及的一种空间遥感成像仪中用的视场分束器。

背景技术

空间遥感成像仪的波段范围是400nm-2500nm，在这样宽的光谱范围内，虽然可以用一台反射式望远镜全部覆盖，但光谱仪因受色散元件和焦平面器件性能的限制，不可能采用一台光谱仪实现宽光谱波段的要求(一般用2～4台光谱仪)。因此，在共用望远镜焦面上，要采用视场分束器，将望远镜观测到的不同视场的信息分离到不同方位，以实现可见近红外(VNIR)光谱仪波段范围(400nm-1000nm)、短波红外(SWIR)光谱仪波段范围(1000nm-2500nm)和PAN探测器全色成像波段范围(500nm-800nm)的同时观测。

视场分束器决定遥感成像仪能否实现400nm～2500nm的宽光谱范围成像，直接影响进入各光谱仪和PAN探测器能量的多少，还影响光谱仪的空间配准和光谱仪的谱面像质。从装调角度看，视场分束器是与它匹配的空间遥感成像仪的调试基准。前端望远***和后面两个光谱仪及PAN探测器都要以视场分束器的狭缝为基准，串并连接使与它匹配的空间遥感成像仪分层排列结构紧凑；视场分束器又是与它匹配的空间遥感成像仪的耦合器，前后四个部分在这里定位对接为统一完整的仪器，同时又可方便的分解成几个独立模块，单独装调和测试，实现模块化设计。因此视场分束器是空间遥感成像仪的一项重要的关键技术接口。

在国内外空间遥感成像仪中已采用的分束办法有的用光纤、有的用双色片，但透过率低，仪器信噪比低。与本发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所于1997年9月申请的发明专利，发明名称为成像光谱仪谱段分离方法及谱段分离装置，专利号为ZL97118726.6。如图1所示包括

螺钉1、 VNIR狭缝2、反射镜3、SWIR狭缝4、

压片5、狭缝座6、底板7、档块8、

螺钉9、上滑座10、档块11、压片12、

螺钉13、下滑座14、螺钉15、狭缝座16、

螺钉17、压片18、底座19、弹簧片20、

该空间遥感成像仪谱段分离装置，由被测目标上相距一定间隔的两物点发出的光，经前置望远镜投射到谱段分离器。其中一点发出的光经前置望远镜直接会聚到可见近红外(VNIR)光谱仪的入射狭缝处，另一点发出的光经前置望远镜、反射镜3汇聚到短波红外(SWIR)光谱仪的入射狭缝4处，调节反射镜3的位置，使一点发出的光束全部反射进入SWIR狭缝4，而又不遮挡另一点发出的光束进入VNIR狭缝2，实现两个光谱仪的同时观测。

该谱段分离装置只作了两个光谱仪的谱段分离，其装置中的主要件，VNIR狭缝2、SWIR狭缝4和反射镜3，它们的形状都是又细又长，都只靠底端很小面积的接触点，用胶和压片固定。而绝大面积也就是通光孔径部分全部无依托和支撑，这种结构不能适用于航天仪器抗冲击振动的要求。另外结构尺寸大，特别是反射镜的调整机构尺寸大，定位不可靠，不能用在位于望远镜和两个光谱仪、PAN探测器四个***的焦面，即狭小的空间尺寸内，实现三个视场分离的使用要求。

发明内容

为了克服已有技术存在的问题，本发明的目的在于使位于望远镜焦面上的视场分束器，能与多台光谱仪对接，实现宽光谱范围多台光谱仪的同时观测，特设计一种适于宽光谱波段分束的视场分束器。

本发明要解决的技术问题是：提供一种空间遥感成像仪的视场分束器。解决技术问题的技术方案如图2和图3所示包括底座21、PAN探测器22、PAN反射镜23、短波红外狭缝24、后盖25、基座26、可见近红外反射镜27、前档片28、缝座29、可见近红外狭缝30、压盖31、基座定位销32、基座长槽33、底座定位销34、底座长槽35

底座21上的左右两端分别有一个底座长槽35，将底座定位销34穿过底座长槽35固定在成像光谱仪上，沿底座21上的两个长槽35前后移动，可使底座21只能做Y向移动，准确安装在望远镜的焦面上，然后用螺钉拧紧。基座26的下底面前后两侧各有一个基座长槽33，用基座定位销32穿过基座长槽33固定在底座21上定位，使基座26只作沿基座长槽33移动，使视场分束器与空间遥感成像仪的光轴重合，然后把与底座21固定的螺钉拧紧。在基座26的上表面的中央部位，是一个与基座表面垂直的柱形体，柱形体与基座26是一体的，柱形体的两斜侧面和左右两侧面是安装相关反射镜、狭缝、狭缝座、PAN探测器部件的工作体；在入射光的传播光路上，在望远镜焦平面前H距离，在柱形体的左斜侧面上安装PAN反射镜23，PAN反射镜23可在左斜侧面上左右微调，改变相应的位置，定位后两者用螺钉固连；在柱形体的右斜侧面上，安装可见近红外反射镜27，可见近红外反射镜27可在右斜侧面上左右微调，改变相应的位置，定位后两者用螺钉固连；PAN反射镜23的反射面与可见近红外反射镜27的反射面之间的夹角成90°角，该两个反射镜可在各自的斜侧面上左右微调，改变着两个反射面夹角端反射镜刀口的距离，使入射光线的光轴通过两个反射镜刀口的中心线进入短波红外狭缝24；在柱形体的左侧面安装PAN探测器22，使PAN探测器22的像面与PAN反射镜23的反射面的夹角成45°角，两者高度相同；在柱形体的右侧面通过固定在柱形体上的缝座29和压盖31安装可见近红外狭缝30，使可见近红外狭缝30与可见近红外反射镜27的反射面之间成45°角，在可见近红外狭缝30的左面，装有前档片28，用螺钉与缝座29固定；在距PAN反射镜23和可见近红外反射镜27所形成反射面的后面H距离的望远镜焦平面位置，通过固定在柱形体上的后盖25安装有短波红外狭缝24；使得PAN探测器22、短波红外狭缝24、可见近红外狭缝30三者在同一水平的高度上。

工作原理说明：视场分束器工作原理如图4所示。选取来自地面目标不同视场的光线，分别成像在望远镜焦面处短波红外狭缝24上的a、b、c三点，它们的视场间隔是B，在望远镜焦平面前H距离加PAN反射镜23和可见近红外反射镜27，可见近红外反射镜27将可见近红外视场对应的像点a光束向右折转90°至可见近红外狭缝30；PAN反射镜23将PAN探测器22全色成像仪视场对应的像点c光束向左折转90°至PAN探测器像面；短波红外视场对应的像点b光束从PAN反射镜23和可见近红外反射镜27的刀口中间穿过，直接成像在短波红外狭缝24处。PAN反射镜23和可见近红外反射镜27的位置需精心设置，确保a、b、c三束光分三路各自进入可见-近红外光谱仪、短波红外光谱仪和PAN探测器，三个视场的光束完全分离，又要保证不产生各光束相混。

本发明的积极效果：该视场分束器经过试验和检测表明，在400nm-2500nm波段范围，其透过率均高于96％，两反射镜反射比大于97％，视场分束像元配准误差小于0.0023mm。光束相混误差(非选取光线进入所带来的杂光)小于1.6％。

采用全新设计的视场分束器将空间遥感成像仪望远***焦平面上不同视场的光准确地按一定间隔分成不同宽度的三束光，一束进入可见-近红外光谱仪，一束进入短波红外光谱仪，另一束进入PAN探测器，它不仅解决了光纤法和双色片法光学性能差、透过率低、光谱抖动大、仪器信噪比低等问题，同时能够抗冲击振动。

附图说明：

图1是已有技术的结构示意图；

图2是本发明视场分束器主视结构示意图；

图3是图2的俯视结构示意图；

图4是本发明工作原理说明的参照示意图；

图5是具体实施方式中基座26安装有关反射镜、狭缝、PAN探测器的参照示意图。

具体实施方式

本发明按图2和图3所示的结构实施，图2和图3包括底座21、PAN探测器22、PAN反射镜23、红外狭缝24、后盖25、基座26、可见近红外反射镜27、前档片28、缝座29、可见近红外狭缝30、压盖31、基座定位销32、基座长槽33、底座定位销34、底座长槽35。

底座21采用钛合金加工；PAN探测器22是外购件；PAN反射镜23和可见近红外反射镜27基底采用不锈钢，表面镀银。由于在不产生各视场光线相混之间，两反射镜刃口的位置精度要保证0.29mm以内。另一方面，为了避免杂光，PAN反射镜23和可见近红外反射镜27尖刃部分很锐，平直度要好，采用通常的光学玻璃制造是不可能的，必须采用金属材料加工经过研磨后精调装配，否则很难保证精度。我们采用不锈钢精研磨后表面镀银，保证表面疵病好于III级，波面局部误差PV值λ/3；在420nm～1000nm反射率≥96％。短波红外狭缝24和可见近红外狭缝30，由于狭缝直接在焦平面阵列探测器成像，狭缝上的任何微小疵病都被光谱仪色散展开在像平面上，因此对狭缝各项误差要求非常严格：缝宽误差0.002mm，位置误差0.005mm，狭缝表面不允许有大于0.001mm的麻点、毛刺、划痕等疵病，暗背景不允许有0.005mm的针孔、气泡等疵病。可见近红外狭缝30和短波红外狭缝24采用在石英玻璃表面镀黑铬再光刻出亮狭缝的方法加工。后盖25选用钛合金加工，基座26选用钛合金加工，基座26作为视场分束器的安装定位基准，两个反射镜和两个狭缝四个光学元件都安装在视场分束器基座上。如图5所示，短波红外狭缝24靠基座26的A面、F面定位，(由基座尺寸L₁和SWIR狭缝尺寸L₂的精度保证)，使SWIR狭缝中心位于望远镜光轴中心。可见近红外狭缝30位置由基座26的C面即尺寸L₃的精度保证，可见近红外狭缝30可以沿着C面调节，使狭缝中心对准可见近红外光轴。PAN反射镜23装在基座26的D面上，可见近红外反射镜27装在基座26的B面上。A面、B面和D面夹角分别为α、β，α、β角度以及C面加工精度是致关重要的，它们之间相对位置准确与否，直接影响视场分束器的精度。视场分束器的基座26可做X、Y方向调整，保证视场分束器和望远镜同轴。前档片28用铜片加工，装在缝座29上起固定作用。缝座29选用钛合金加工，见图5中的C面为基准，缝座29底面及装狭缝的四端面与C面垂直，与狭缝的配合尺寸公差+0.010至+0.030。压盖31也用钛合金加工，用来固定狭缝。

Claims

1一种空间遥感成像仪的视场分束器，包括可见近红外狭缝、可见近红外反射镜、短波红外狭缝、狭缝座、底座；其特征在于还包括PAN探测器(22)、PAN反射镜(23)、后盖(25)、基座(26)、前档片(28)、缝座(29)、压盖(31)、基座定位销(32)、基座长槽(33)、底座定位销(34)、底座长槽(35)；底座(21)上的左右两端分别有一个底座长槽(35)，将底座定位销(34)穿过底座长槽(35)固定在成像光谱仪上，沿底座(21)上的两个长槽(35)前后移动；基座(26)的下底面前后两侧各有一个基座长槽(33)，用基座定位销(32)穿过基座长槽(33)固定在底座(21)上定位，使基座(26)只作沿基座长槽(33)移动；在基座(26)的上表面的中央部位，是一个与基座表面垂直的柱形体，柱形体与基座(26)是一体件，柱形体的两斜侧面和左右两侧面是安装相关反射镜、狭缝、狭缝座、PAN探测器部件的工作体；在入射光的传播光路上，在望远镜焦平面前H距离，在柱形体的左斜侧面上安装PAN反射镜(23)，PAN反射镜(23)可在左斜侧面上左右微调，定位后两者用螺钉固连；在柱形体的右斜侧面上，安装可见近红外反射镜(27)，可见近红外反射镜(27)可在右斜侧面上左右微调，定位后两者用螺钉固连；PAN反射镜(23)的反射面与可见近红外反射镜(27)的反射面之间的夹角成90°角，该两个反射镜可在各自的斜侧面上左右微调，改变着两个反射面夹角端反射镜刀口的距离；在柱形体的左侧面安装PAN探测器(22)，使PAN探测器(22)的像面与PAN反射镜(23)的反射面的夹角成45°角，两者高度相同；在柱形体的右侧面通过固定在柱形体上的缝座(29)和压盖(31)安装可见近红外狭缝(30)，使可见近红外狭缝(30)与可见近红外反射镜(27)的反射面之间成45°角，在可见近红外狭缝(30)的左面，装有前档片(28)，用螺钉与缝座(29)固定；在距PAN反射镜(23)和可见近红外反射镜(27)所形成反射面的后面H距离的望远镜焦平面位置，通过固定在柱形体上的后盖(25)安装有短波红外狭缝(24)；PAN探测器(22)、短波红外狭缝(24)、可见近红外狭缝(30)三者在同一水平的高度上。