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一种低成本、小型化空间遥感相机

阅读：108发布：2024-02-26

专利汇可以提供一种低成本、小型化空间遥感相机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种低成本、小型化空间遥感相机，采用结构紧凑的离轴三反光学系统，有效减小空间遥感相机的体积，并通过对其结构及材料的改进，实现低成本和小型化。该空间遥感相机包括：相机框架、光栏、焦面结构和光学系统；相机框架用于支撑光学系统和焦面结构；光学系统用于将所摄目标影像反射于焦面结构内；包括：离轴三反光学系统和反射镜，所述离轴三反光学系统包括：主镜、次镜和三镜；其中所述主镜和次镜采用非球面镜，三镜采用球面镜；入射到所述主镜的光依次经主镜、次镜、三镜、反射镜反射后，将所摄目标影像反射于焦面结构内；焦面结构用于图像采集、光电转换、信号的承载与传输。，下面是一种低成本、小型化空间遥感相机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种低成本、小型化空间遥感相机；其特征在于，包括：相机框架(7)、光栏(1)、焦面结构(6)和光学系统；
所述相机框架(7)用于支撑光学系统和焦面结构(6)；
所述光学系统用于将所摄目标影像反射于焦面结构(6)内；所述光学系统包括：离轴三反光学系统和反射镜(5)，所述离轴三反光学系统包括：主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)；其中所述主镜(2)和次镜(3)采用非球面镜，三镜(4)采用球面镜；其中所述主镜(2)和三镜(4)位于同侧，次镜(3)和反射镜(5)位于主镜(2)和三镜(4)的相对侧；入射到所述主镜(2)的光依次经主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)反射后，进一步由所述反射镜(5)反射，将所摄目标影像从所述主镜(2)和三镜(4)之间射出，被位于所述主镜(2)和三镜(4)后方的焦面结构(6)接收。
2.如权利要求1所述的低成本、小型化空间遥感相机，其特征在于：所述相机框架(7)具有用于安装次镜(3)和反射镜(5)的前侧板，以及与前侧板相对的后侧板；所述次镜(3)和反射镜(5)固定安装在相机框架(7)前侧板的外端面上，且所述反射镜(5)和次镜(3)的镜面朝向相机框架(7)内部；
所述主镜(2)和三镜(4)固定安装在相机框架(7)内部的基板上；所述相机框架(7)的前侧板上，与主镜(2)相对的位置设置有用于使光射入的开口，作为入射口；
所述相机框架(7)的后侧板上，所述主镜(2)和三镜(4)之间的位置设置有用于使光射出的开口，作为出射口；所述焦面结构(6)固定安装在相机框架(7)的后侧板上，与所述出射口对应的位置。
3.如权利要求2所述的低成本、小型化空间遥感相机，其特征在于：所述入射口的下方向外延伸有光栏(2)。
4.如权利要求3所述的低成本、小型化空间遥感相机，其特征在于：所述光栏(2)以尼龙玻纤为材料，采用3D激光粉末打印技术制造。
5.如权利要求1或2所述的低成本、小型化空间遥感相机，其特征在于：所述相机框架(7)采用殷钢材料。

说明书全文

一种低成本、小型化空间遥感相机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种空间遥感相机，具体涉及一种小型化空间遥感相机，属于航天遥感技术领域。

背景技术

[0002] 随着在日常生活、地质勘探、抢险救灾中空对地物进行探测需求越来越多，在民用商业领域作为对地进行探测设备空间相机也来越受到关注，但地形的复杂性，情况的多变性对空间相机的要求越来越高。空间相机为了更方便，灵活，准确，时效性的对广袤范围内的目标地物进行精准勘测，对空间相机的设计逐渐趋于微型化。轻小型空间相机以其研发周期短，质量轻，便于设计，体积小，以及研发成本低廉等特点越来越在航空航天以及空间探索领域受到极大关注。民用商业领域对空间相机生产成本、研发周期、体积质量有着严苛要求。

[0003] 空间相机的研发成本，设计周期是与其质量及体积成正比，对空间相机进行轻小化设计在降低空间相机的研发成本，缩短空间相机的研发周期具有十分重要的意义。故在空间相机的设计中对其光学系统，结构部件进行优化设计是缩短相机制造周期，降低相机生产成本重要手段。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供一种低成本、小型化空间遥感相机，通过对其结构设计，实现空间遥感相机的低成本和小型化。

[0005] 所述的低成本、小型化空间遥感相机包括：相机框架、光栏、焦面结构和光学系统；

[0006] 所述相机框架用于支撑光学系统和焦面结构；

[0007] 所述光学系统用于将所摄目标影像反射于焦面结构内；所述光学系统包括：离轴三反光学系统和反射镜，所述离轴三反光学系统包括：主镜、次镜和三镜；其中所述主镜和次镜采用非球面镜，三镜采用球面镜；其中所述主镜和三镜位于同侧，次镜和反射镜位于主镜和三镜的相对侧；入射到所述主镜的光依次经主镜、次镜和三镜反射后，进一步由所述反射镜反射，将所摄目标影像从所述主镜和三镜之间射出，被位于所述主镜和三镜后方的焦面结构接收。

[0008] 作为本发明的一种优选方式：所述相机框架具有用于安装次镜和反射镜的前侧板，以及与前侧板相对的后侧板；所述次镜和反射镜固定安装在相机框架前侧板的外端面上，且所述反射镜和次镜的镜面朝向相机框架内部；

[0009] 所述主镜和三镜固定安装在相机框架内部的基板上；所述相机框架的前侧板上，与主镜相对的位置设置有用于使光射入的开口，作为入射口；

[0010] 所述相机框架的后侧板上，所述主镜和三镜之间的位置设置有用于使光射出的开口，作为出射口；所述焦面结构固定安装在相机框架的后侧板上，与所述出射口对应的位置。

[0011] 作为本发明的一种优选方式：所述入射口的下方向外延伸有光栏。

[0012] 作为本发明的一种优选方式：所述光栏以尼龙玻纤为材料，采用3D激光粉末打印技术制造。

[0013] 作为本发明的一种优选方式：所述相机框架采用殷钢材料。

[0014] 有益效果：

[0015] (1)光学系统中通过在离轴三反光学系统中增加反射镜，经反射镜反射后的光线经主镜和三镜之间射出，被位于主镜和三镜后方的焦面结构接收；由此改变焦面结构相对离轴三反光学系统的位置，且能够使焦面结构在高度方向上位于主镜和三镜的包络范围内，且采用单个靶面尺寸较大的焦面结构(传统光学系统中，为满足使用要求，需多个焦面结构拼接使用，导致光学系统尺寸较大)，相比于传统离轴三反光学系统，结构更为紧凑，为实现空间遥感相机整体结构小型化提供基础。

[0016] (2)本发明的离轴三反光学系统中仅主镜和次镜采用非球面反射镜，三镜采用球面反射镜，使用了较少的非球面反射镜，球面反射镜易于非球面反射镜加工制造，且非球面的加工成本远远高于球面反射镜；相比传统离轴三反光学系统，能够降低约1/3的生产成本。

[0017] (3)相机框架采用殷钢材料，仅用被动热控手段即能适应严苛的空间环境，能够降低空间遥感相机的复杂性和加工成本。殷钢材料相比于高体份铝基碳化硅、钛合金等材料对工作环境温热响应反应灵敏度较低，利用利用殷钢材料对温热环境不敏感这一特性，既能解决微纳相机热控问题，又同时降低了空间相机框架的生产成本。

[0018] (4)光栏以尼龙玻纤为材料，采用3D激光粉末打印技术制造，相比于传统采用碳纤维材料，采用模具固化制造工艺制造光栏，具有生产成本低，制造周期短等优点。附图说明

[0019] 图1为该空间遥感相机的整体结构示意图；

[0020] 图2为该空间遥感相机的光学系统示意图；

[0021] 图3为焦面结构示意图；

[0022] 图4为该空间遥感相机框架的结构示意图。

[0023] 其中：1-光栏、2-主镜、3-次镜、4-三镜、5-反射镜、6-焦面结构、7-相机框架具体实施方式

[0024] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

[0025] 本实施例提供一种适用于微纳卫星的结构紧凑的低成本、小型化空间遥感相机，采用结构紧凑的离轴三反光学系统，有效减小空间遥感相机的体积，并通过对其结构及材料的改进，实现低成本和小型化。

[0026] 如图1所示，该空间遥感相机包括：相机框架7、光栏1、焦面结构6和光学系统。其中相机框架7用于承载光栏1、光学系统和焦面结构6；光学系统用于将所摄目标影像反射于焦面结构6内，焦面结构6用于图像采集，光电转换，信号的承载与传输。

[0027] 如图2所示，光学系统包括：离轴三反光学系统和反射镜5，离轴三反光学系统包括：主镜2、次镜3和三镜4；其中主镜2和次镜3采用非球面镜，三镜4采用球面镜，即离轴三反光学系统中只有两个非球面镜。其中主镜2和三镜4位于同侧，次镜3和反射镜5其相对侧；入射到主镜2的光依次经主镜2、次镜3和三镜4反射后，再反射到反射镜5上，最后经反射镜5将所摄目标影像反射于焦面结构6内；光学系统中通过增设反射镜5改变反射线路，能够调整焦面结构6的位置，使光学系统结构紧凑。本方案中设反射镜5反射后的光线经主镜2和三镜4之间射出，被位于主镜2和三镜4后方的焦面结构6接收。

[0028] 相机框架7采用殷钢材料，虽然大口径空间相机相比于微纳相机热控性能好，但热控系统本身成本高昂。相机框架采用殷钢材料，能够较好的利用殷钢材料对温热环境不敏感这一特性，既解决了微纳相机热控问题，又同时降低了相机框架的生产成本。

[0029] 本例中相机框架7的结构如图4所示，光学系统支撑在该相机框架7上，为适应微纳卫星的结构，相机框架7采用长方体框架机构，其具有用于安装次镜3和反射镜5的前侧板，以及与前侧板相对的后侧板，次镜3和反射镜5固定安装在相机框架7前侧板的外端面上，且反射镜5位于次镜3上方，反射镜5和次镜3的镜面朝向相机框架7内部。主镜2和三镜4固定安装在相机框架7内部的基板上，该基板固定安装在相机框架7后侧板的内端面上，由此使得主镜2和三镜4共基板，保证该空间遥感相机结构紧凑。其中三镜4位于主镜2上方。在相机框架7的前侧板上，与主镜2相对的位置设置有用于使光射入的开口，令该开口为入射口。在相机框架7的后侧板上主镜2和三镜4之间的位置设置有用于使光射出的开口，令该开口为出射口。

[0030] 入射口的下方向外延伸有光栏2，光栏2用于过滤所需拍摄视场外的杂光。光栏2以尼龙玻纤为材料，采用3D激光粉末打印技术制造，相比于传统采用碳纤维为材料，采用模具固化制造工艺制造光栏，具有生产成本低，制造周期短等优点。

[0031] 单个焦面结构6固定安装在相机框架7后侧板的外端面上，出射口对应的位置，接收光学系统所摄目标影像；且焦面结构6的高度和宽度不大于相机框架7的高度和宽度(令相机框架7的前后方向为长度方向)。

[0032] 综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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