[發明專利]一種超長線列拼接探測器分布式冷光闌結構

在審

• 申請號: 201710563664.2
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107121200A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 張東閣;陳永和;劉曉華;傅雨田
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J5/08
• 分類號: G01J5/08
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所31311
• 代理人: 李秀蘭

技術領域

本發明涉及一種用于紅外光學遙感儀器或紅外成像儀器的超長線列拼接探測器分布式冷光闌結構，該冷光闌結構主要應用于線列推掃光學遙感儀器的拼接探測器，用以增加推掃光學遙感儀器的觀測范圍，同時抑制背景輻射，均化像面輻照度，為長線列拼接探測器提供一個良好的工作環境。同時超長線列拼接探測器分布式冷光闌結構能夠擬合大視場光學系統的畸變曲線，補償一部分大視場光學系統的成像畸變，有利于紅外遙感儀器和紅外成像儀器的高分辨率應用。

背景技術

隨著長線列和面陣探測器技術的發展，大視場光學遙感儀器得到越來越廣泛的關注和應用。特別是對于近地軌道上的對地遙感儀器，采用長線列探測器的推掃成像體制是一種很好的圖像獲取方式，大視場推掃成像光學遙感系統可以實現寬廣的地面覆蓋。例如Cook型離軸反射光學系統，視場角可達到20°或更大，在500km的近地圓軌道上，可以實現寬度約176km的地面覆蓋。

在上述條件下，假設每個像元對應地面分辨率10m，則推掃成像光學遙感系統需要至少17600個有效像元，才能覆蓋上述寬度，由此帶來了長線列探測器像元數量和拼接規模等要求的提高。

在常用的大視場推掃遙感儀器中，品字形交錯排列的長線陣探測器是最常見的大規模探測器實現形式。超長線列探測器通過短線列或小面陣探測器，通過首尾相接，交替排列的品字形拼接方式，在整個像面上間隔采樣，等效實現了超大規模的長線列或大面陣探測器。

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的17片CCD拼接的可見光探測器，中國科學院上海技術物理研究所研制的2048×1長波紅外探測器，以及美國的Kepler天文衛星、歐洲的GAIA天文衛星，都成功應用了拼接長線列探測器或多模塊拼接探測器。

超長線列拼接探測器結構采用短線列探測器模塊品字形拼接，交替排列組成超長線列，然后根據視場角和成像光束立體角共同決定的通光口徑，設置常規的整體式冷光闌結構，包括通光窗口、冷光闌以及濾光片組件。例如中國科學院上海技術物理所研制的2048元長波紅外探測器。該2048元長波紅外探測器采用8片256×1的MCT探測器首尾相接交錯排布的方式，連接成為2048×1的長線列探測器，然后在長線列探測器前設置一個常規的整體式通光窗口、冷光闌和濾光片，作為抑制背景輻射的措施。

紅外探測器是基于熱輻射的探測器，來自光機結構的背景輻射對紅外探測器的動態范圍和探測靈敏度有顯著影響。對于可見光系統，拼接焦平面組件并不需要過多的考慮光機結構的背景熱輻射問題。例如中國科學院長春光學精密機械與物理研究所提出了17片拼接的可見光CCD焦平面組件，只需要考慮探測器的排布及其相對位置關系即可，與紅外長線列拼接探測器有很大的不同。

在小規模面陣或短線列拼接情況下，超長線列紅外探測器使用常規的整體式冷光闌結構，中心視場的拼接探測器和邊緣視場拼接探測器之間的立體角差異并不明顯，此時中心視場和邊緣視場的像面輻照度均勻性較好，而且進入探測器的背景輻射能量較為有限。

對于工作在中長波紅外波段的超長線列拼接探測器，常規的整體式冷光闌結構對應的中心視場拼接探測器和邊緣視場拼接探測器的立體角差異較大，中心位置的拼接探測器和邊緣位置的拼接探測器像元對應的立體角不同，接收的背景輻射能量也不盡相同，給焦面帶來了附加的不均勻性。

隨著拼接線列數量的增加，超長線列拼接探測器在線列長度和寬度方向的尺寸差異增加，常規的整體式冷光闌對應的中心模塊和邊緣模塊的立體角差異變大。由于紅外波段背景輻射的影響，即使在均勻輻射能量作用下，常規的整體式冷光闌也會增加進入超長線列拼接探測器的背景輻射的不均勻性，限制了紅外系統的動態范圍和靈敏度。

紅外遙感儀器的地面分辨率和幅寬要求不斷提高，使得紅外遙感儀器的探測器拼接規模越來越大，常規的整體式冷光闌存在的中心視場和邊緣視場拼接探測器輻照度不均勻性，以及背景輻射增加等問題越來越嚴重，這些都影響超長線列拼接探測器的使用性能。

為實現大規模的超長線列拼接探測器，短線列探測器拼接的模塊數量越來越多，線列探測器長度越來越長，常規的整體式冷光闌結構并不能適應這樣的增長趨勢和應用需求。

發明內容

本發明結合了成熟的超長線列拼接探測器的優點，根據紅外成像儀器超長線列拼接探測器的結構特點和應用背景，提出了一種超長線列拼接探測器分布式冷光闌結構。