[發(fā)明專利]一種具有擋光環(huán)結(jié)構(gòu)的冷光闌

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910055330.X
• 申請(qǐng)日: 2009-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN101614834A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張燕;賀香榮;王小坤;曾志江;李淘;張文靜;范廣宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G02B5/00
• 分類號(hào): G02B5/00;G01J5/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭 英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種具有擋光環(huán)結(jié)構(gòu)的冷光闌，它用作杜瓦內(nèi)部冷光闌，有效地減小到達(dá)探測(cè)器的雜光輻射能。

背景技術(shù)

空間光學(xué)系統(tǒng)，特別是空間紅外光學(xué)系統(tǒng)以及某些大型空間望遠(yuǎn)鏡，都工作在系統(tǒng)視場(chǎng)外有強(qiáng)烈輻射源(如太陽、月亮、地球)的“惡劣”環(huán)境中；而且在紅外長(zhǎng)波波段，系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)等自身的長(zhǎng)波輻射達(dá)到面探測(cè)器的雜散輻射能也是不可忽視的因素。同時(shí)，探測(cè)目標(biāo)信號(hào)又非常微弱的情況下，這些強(qiáng)烈雜散輻射比所探測(cè)目標(biāo)輻射強(qiáng)度常常高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)孔徑的衍射，以及結(jié)構(gòu)件與光學(xué)件表面的散射，達(dá)到像面探測(cè)器形成雜光。雜光輕者，使得系統(tǒng)的信噪比降低，傳遞函數(shù)下降，對(duì)比度下降，對(duì)擴(kuò)展目標(biāo)成像模糊，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的探測(cè)或識(shí)別能力；重者，目標(biāo)信號(hào)完全湮沒在雜光背景中，系統(tǒng)無法提取目標(biāo)，甚至因像面雜光分布不均勻，在系統(tǒng)探測(cè)器上形成虛假信號(hào)，導(dǎo)致系統(tǒng)探測(cè)到偽目標(biāo)。伴隨著空間光學(xué)技術(shù)以及多種類光電探測(cè)器件技術(shù)的飛躍發(fā)展，各種大孔徑、長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)相繼問世，高靈敏度、低探測(cè)域值的光學(xué)系統(tǒng)也越來越多，雜光的抑制與分析被重新提高到了一個(gè)重要的地位。所以說系統(tǒng)雜散光抑制的成功與否，甚至成了某些空間環(huán)境使用的特種光學(xué)系統(tǒng)性能進(jìn)一步提高的瓶頸，有必要設(shè)計(jì)相關(guān)結(jié)構(gòu)改善雜散光情況。

但是，當(dāng)完成光學(xué)系統(tǒng)改進(jìn)后，仍然不能完全消除雜散光，這時(shí)主要就是探測(cè)器器件本身或者器件封裝不夠完善而產(chǎn)生的雜散光。所以在探測(cè)器制作與封裝設(shè)計(jì)階段，雜散光分析起著很大的作用，有必要對(duì)探測(cè)器及其封裝進(jìn)行初步的雜散光抑制，指出雜光抑制的敏感地區(qū)，提出有針對(duì)性的改進(jìn)意見，改善封裝技術(shù)，從而增強(qiáng)系統(tǒng)雜光抑制能力，提高探測(cè)與成像性能，避免在系統(tǒng)集成后，出現(xiàn)達(dá)不到指標(biāo)要求的顛覆性錯(cuò)誤。

紅外探測(cè)器在信號(hào)接收時(shí)，由于是探測(cè)紅外信號(hào)，因此目標(biāo)以外的區(qū)域都會(huì)發(fā)射紅外輻射，從而對(duì)探測(cè)器造成干擾，常用的一種方法是自身已被探測(cè)器冷卻裝置冷卻的屏蔽罩即冷光闌，該冷光闌被冷卻是為了減小它對(duì)探測(cè)器的熱輻射，同時(shí)也能保護(hù)探測(cè)器免受杜瓦內(nèi)壁的熱輻射。杜瓦的冷光闌作為杜瓦的一個(gè)重要配件，主要起到減少背景光通量、降低背景噪聲的作用。在器件響應(yīng)率不變的情況下，通過減少背景噪聲，可以提高組件的信噪比，從而提高組件的探測(cè)率。此外，通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，冷光闌可以對(duì)進(jìn)入其中的雜散光進(jìn)行抑制，從而提高組件的成像質(zhì)量，因而對(duì)其進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，是十分必要的。然而，在實(shí)際中很難提供一種有效的冷光闌，是因?yàn)椋?1)冷光闌內(nèi)壁的黑色涂層不能很好的吸收雜散光(2)杜瓦的尺寸局限使得冷光闌不能做的足夠大，而小的冷光闌又不能有效的去除雜散光輻射，假如只是盡量的加大冷光闌尺寸尤其是開口尺寸，又增加了制冷難度(3)冷光闌內(nèi)壁本身能傳遞熱輻射到探測(cè)器，特別是能量很大的一次散射光，所以需要有效的設(shè)計(jì)來改善散射情況。

文獻(xiàn)中已報(bào)道的冷光闌多為冷光闌設(shè)計(jì)還基本停留在幾何尺寸設(shè)計(jì)的水平，一般只要求光學(xué)孔徑匹配，形狀為簡(jiǎn)單的圓柱形，材料也未經(jīng)仔細(xì)篩選，很難達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。因而加強(qiáng)對(duì)冷光闌的優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過在冷光闌筒內(nèi)設(shè)計(jì)一系列的擋光環(huán)，進(jìn)入冷光闌的雜散光線在這些擋光環(huán)之間來回反射而被吸收，這樣照射在探測(cè)器的雜光至少經(jīng)過了兩次反射衰減?？梢酝ㄟ^控制相鄰兩環(huán)的高度和間隔，從而控制散射出射光的范圍，使雜光源輻射照射到冷光闌后無一次散射光到達(dá)探測(cè)器。

擋光環(huán)消雜光設(shè)計(jì)的基本原則：

1)避免非成象光線直接到達(dá)光學(xué)系統(tǒng)象面。此發(fā)明是通過增加反射次數(shù)，從而避免光學(xué)系統(tǒng)直接“看到”任何被照明的內(nèi)壁表面。

2)使到達(dá)象面的雜散光至少經(jīng)過兩次以上的散射或反射，以對(duì)其能量進(jìn)行有效的衰減。此發(fā)明通過在冷光闌內(nèi)壁上設(shè)置擋光環(huán)結(jié)構(gòu)來阻擋光學(xué)系統(tǒng)中從冷光闌到其它部分的雜光傳播路徑，此發(fā)明使光線在由相鄰兩片擋光環(huán)構(gòu)成的腔體內(nèi)產(chǎn)生多次反射。

3)反射或散射表面應(yīng)具有低的反射率.此發(fā)明通過在擋光環(huán)上涂覆高吸收涂層來滿足，此處選擇黑鎳涂層(黑鎳有高吸收率和低發(fā)射率)。