[发明专利]一种具有挡光环结构的冷光阑

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件技术领域，具体指一种具有挡光环结构的冷光阑，它用作杜瓦内部冷光阑，有效地减小到达探测器的杂光辐射能。

背景技术

空间光学系统，特别是空间红外光学系统以及某些大型空间望远镜，都工作在系统视场外有强烈辐射源(如太阳、月亮、地球)的“恶劣”环境中；而且在红外长波波段，系统内部机械结构等自身的长波辐射达到面探测器的杂散辐射能也是不可忽视的因素。同时，探测目标信号又非常微弱的情况下，这些强烈杂散辐射比所探测目标辐射强度常常高出几个数量级，经过光学系统孔径的衍射，以及结构件与光学件表面的散射，达到像面探测器形成杂光。杂光轻者，使得系统的信噪比降低，传递函数下降，对比度下降，对扩展目标成像模糊，从而影响整个系统的探测或识别能力；重者，目标信号完全湮没在杂光背景中，系统无法提取目标，甚至因像面杂光分布不均匀，在系统探测器上形成虚假信号，导致系统探测到伪目标。伴随着空间光学技术以及多种类光电探测器件技术的飞跃发展，各种大孔径、长焦距光学系统相继问世，高灵敏度、低探测域值的光学系统也越来越多，杂光的抑制与分析被重新提高到了一个重要的地位。所以说系统杂散光抑制的成功与否，甚至成了某些空间环境使用的特种光学系统性能进一步提高的瓶颈，有必要设计相关结构改善杂散光情况。

但是，当完成光学系统改进后，仍然不能完全消除杂散光，这时主要就是探测器器件本身或者器件封装不够完善而产生的杂散光。所以在探测器制作与封装设计阶段，杂散光分析起着很大的作用，有必要对探测器及其封装进行初步的杂散光抑制，指出杂光抑制的敏感地区，提出有针对性的改进意见，改善封装技术，从而增强系统杂光抑制能力，提高探测与成像性能，避免在系统集成后，出现达不到指标要求的颠覆性错误。

红外探测器在信号接收时，由于是探测红外信号，因此目标以外的区域都会发射红外辐射，从而对探测器造成干扰，常用的一种方法是自身已被探测器冷却装置冷却的屏蔽罩即冷光阑，该冷光阑被冷却是为了减小它对探测器的热辐射，同时也能保护探测器免受杜瓦内壁的热辐射。杜瓦的冷光阑作为杜瓦的一个重要配件，主要起到减少背景光通量、降低背景噪声的作用。在器件响应率不变的情况下，通过减少背景噪声，可以提高组件的信噪比，从而提高组件的探测率。此外，通过适当的结构设计，冷光阑可以对进入其中的杂散光进行抑制，从而提高组件的成像质量，因而对其进行合理的设计，是十分必要的。然而，在实际中很难提供一种有效的冷光阑，是因为：(1)冷光阑内壁的黑色涂层不能很好的吸收杂散光(2)杜瓦的尺寸局限使得冷光阑不能做的足够大，而小的冷光阑又不能有效的去除杂散光辐射，假如只是尽量的加大冷光阑尺寸尤其是开口尺寸，又增加了制冷难度(3)冷光阑内壁本身能传递热辐射到探测器，特别是能量很大的一次散射光，所以需要有效的设计来改善散射情况。

文献中已报道的冷光阑多为冷光阑设计还基本停留在几何尺寸设计的水平，一般只要求光学孔径匹配，形状为简单的圆柱形，材料也未经仔细筛选，很难达到最优设计。因而加强对冷光阑的优化设计是十分必要的。

发明内容

本发明通过在冷光阑筒内设计一系列的挡光环，进入冷光阑的杂散光线在这些挡光环之间来回反射而被吸收，这样照射在探测器的杂光至少经过了两次反射衰减。可以通过控制相邻两环的高度和间隔，从而控制散射出射光的范围，使杂光源辐射照射到冷光阑后无一次散射光到达探测器。

挡光环消杂光设计的基本原则：

1)避免非成象光线直接到达光学系统象面。此发明是通过增加反射次数，从而避免光学系统直接“看到”任何被照明的内壁表面。

2)使到达象面的杂散光至少经过两次以上的散射或反射，以对其能量进行有效的衰减。此发明通过在冷光阑内壁上设置挡光环结构来阻挡光学系统中从冷光阑到其它部分的杂光传播路径，此发明使光线在由相邻两片挡光环构成的腔体内产生多次反射。

3)反射或散射表面应具有低的反射率.此发明通过在挡光环上涂覆高吸收涂层来满足，此处选择黑镍涂层(黑镍有高吸收率和低发射率)。