一种超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构的制作方法

本发明涉及一种用于红外光学遥感仪器或红外成像仪器的超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构，该冷光阑结构主要应用于线列推扫光学遥感仪器的拼接探测器，用以增加推扫光学遥感仪器的观测范围，同时抑制背景辐射，均化像面辐照度，为长线列拼接探测器提供一个良好的工作环境。同时超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构能够拟合大视场光学系统的畸变曲线，补偿一部分大视场光学系统的成像畸变，有利于红外遥感仪器和红外成像仪器的高分辨率应用。

背景技术：

随着长线列和面阵探测器技术的发展，大视场光学遥感仪器得到越来越广泛的关注和应用。特别是对于近地轨道上的对地遥感仪器，采用长线列探测器的推扫成像体制是一种很好的图像获取方式，大视场推扫成像光学遥感系统可以实现宽广的地面覆盖。例如cook型离轴反射光学系统，视场角可达到20°或更大，在500km的近地圆轨道上，可以实现宽度约176km的地面覆盖。

在上述条件下，假设每个像元对应地面分辨率10m，则推扫成像光学遥感系统需要至少17600个有效像元，才能覆盖上述宽度，由此带来了长线列探测器像元数量和拼接规模等要求的提高。

在常用的大视场推扫遥感仪器中，品字形交错排列的长线阵探测器是最常见的大规模探测器实现形式。超长线列探测器通过短线列或小面阵探测器，通过首尾相接，交替排列的品字形拼接方式，在整个像面上间隔采样，等效实现了超大规模的长线列或大面阵探测器。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的17片ccd拼接的可见光探测器，中国科学院上海技术物理研究所研制的2048×1长波红外探测器，以及美国的kepler天文卫星、欧洲的gaia天文卫星，都成功应用了拼接长线列探测器或多模块拼接探测器。

超长线列拼接探测器结构采用短线列探测器模块品字形拼接，交替排列组成超长线列，然后根据视场角和成像光束立体角共同决定的通光口径，设置常规的整体式冷光阑结构，包括通光窗口、冷光阑以及滤光片组件。例如中国科学院上海技术物理所研制的2048元长波红外探测器。该2048元长波红外探测器采用8片256×1的mct探测器首尾相接交错排布的方式，连接成为2048×1的长线列探测器，然后在长线列探测器前设置一个常规的整体式通光窗口、冷光阑和滤光片，作为抑制背景辐射的措施。

红外探测器是基于热辐射的探测器，来自光机结构的背景辐射对红外探测器的动态范围和探测灵敏度有显著影响。对于可见光系统，拼接焦平面组件并不需要过多的考虑光机结构的背景热辐射问题。例如中国科学院长春光学精密机械与物理研究所提出了17片拼接的可见光ccd焦平面组件，只需要考虑探测器的排布及其相对位置关系即可，与红外长线列拼接探测器有很大的不同。

在小规模面阵或短线列拼接情况下，超长线列红外探测器使用常规的整体式冷光阑结构，中心视场的拼接探测器和边缘视场拼接探测器之间的立体角差异并不明显，此时中心视场和边缘视场的像面辐照度均匀性较好，而且进入探测器的背景辐射能量较为有限。

对于工作在中长波红外波段的超长线列拼接探测器，常规的整体式冷光阑结构对应的中心视场拼接探测器和边缘视场拼接探测器的立体角差异较大，中心位置的拼接探测器和边缘位置的拼接探测器像元对应的立体角不同，接收的背景辐射能量也不尽相同，给焦面带来了附加的不均匀性。

随着拼接线列数量的增加，超长线列拼接探测器在线列长度和宽度方向的尺寸差异增加，常规的整体式冷光阑对应的中心模块和边缘模块的立体角差异变大。由于红外波段背景辐射的影响，即使在均匀辐射能量作用下，常规的整体式冷光阑也会增加进入超长线列拼接探测器的背景辐射的不均匀性，限制了红外系统的动态范围和灵敏度。

红外遥感仪器的地面分辨率和幅宽要求不断提高，使得红外遥感仪器的探测器拼接规模越来越大，常规的整体式冷光阑存在的中心视场和边缘视场拼接探测器辐照度不均匀性，以及背景辐射增加等问题越来越严重，这些都影响超长线列拼接探测器的使用性能。

为实现大规模的超长线列拼接探测器，短线列探测器拼接的模块数量越来越多，线列探测器长度越来越长，常规的整体式冷光阑结构并不能适应这样的增长趋势和应用需求。

技术实现要素：

本发明结合了成熟的超长线列拼接探测器的优点，根据红外成像仪器超长线列拼接探测器的结构特点和应用背景，提出了一种超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构。

超长线列拼接探测器组件中的拼接探测器呈品字形交替排列，如果能够为每个拼接探测器添加独立的通光窗口、冷光阑和滤光片，构建独立的光学接口，使超长线列拼接探测器的每个拼接探测器只能通过独立的、专属的滤光片组件、冷光阑和通光窗口接收来自光学系统的辐射能量，这样中心视场和边缘视场的拼接探测器从分立冷光阑接收的背景辐射立体角大为减小，既能大幅度抑制背景辐射，同时各拼接探测器的立体角更为接近，提高像面辐照度的均匀性。

上述原理可参考附图3超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构的光学接口和孔径角模型和附图4常规的整体式冷光阑的光学接口和孔径角模型示意图。

本发明所涉及的超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构如附图1所示。超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构包括分立通光窗口、分立冷光阑、分立滤光片组件和超长线列拼接探测器组件。

所述的分立通光窗口1通过钎焊安装在冷平台外罩5-2的凹槽中；分立冷光阑2通过螺钉固定在分立滤光片组件3上；分立滤光片组件3通过螺钉安装在冷平台5的冷板5-3上；超长线列拼接探测器组件通过胶结固定在冷平台5的冷板5-3上；

超长线列拼接探测器组件4中的拼接探测器呈品字形交替排列，每个拼接探测器都有一组相同的分立通光窗口1、分立冷光阑2和分立滤光片组件3；

成像光束依次通过分立通光窗口1、分立冷光阑2和分立滤光片组件3，到达超长线列拼接探测器组件4中的的拼接探测器。

本发明的优点是：

1.结构和装配简单，分立冷光阑和分立滤光片组件自成模块，可以独立完成装配，有利于确保超长线列拼接探测器的装配精度；

2.背景辐射抑制效果好，分立冷光阑和分立滤光片组件能够匹配超长线列拼接探测器组件每个拼接探测器的成像光束孔径角，可以有效减少超长线列拼接探测器组件接收背景辐射的立体角，从而限制进入超长线列拼接探测器组件的背景辐射能量；

3.减少了超长线列拼接探测器组件中心视场和边缘视场对应的立体角差异，降低了超长线列拼接探测器组件每个拼接探测器的辐照度波动，改善了焦面辐照度均匀性，有利于提高成像系统的动态范围和探测灵敏度。

4.超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构便于拟合大视场光学系统的成像畸变，补偿和校正大视场光学系统的成像畸变，有利于红外遥感仪器和红外成像仪器的高分辨率应用。

附图说明

图1是超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构俯视图，图1显示了超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构品字形排列的分立通光窗口。在图1中，1是分立通光窗口，2是分立冷光阑，3是分立滤光片组件(其中3-1是分立滤光片，3-2是滤光片保持架)，4是超长线列拼接探测器组件，5是冷平台。

图2是超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构在线列宽度方向的剖视图。

图3是常规的整体式冷光阑结构在线列长度方向的剖视图。在图3中，i-1是通光窗口，i-2是冷光阑，i-3是滤光片组件(其中i-3-1是分立滤光片，i-3-2是滤光片保持架)，i-4是超长线列拼接探测器组件，i-5是冷平台。

图4是常规的整体式冷光阑结构在线列宽度方向的剖视图。

图5是超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构的光学接口和孔径角模型示意图，图(a)是线列宽度方向的光学接口和孔径角模型，图(b)是线列长度方向的光学接口和孔径角模型。

图6是常规的整体式冷光阑结构的光学接口和孔径角模型示意图，图(a)是线列宽度方向的光学接口和孔径角模型，图(b)是线列长度方向的光学接口和孔径角模型。

具体实施方式

下面结合附图予以详细描述，以便能更好地说明本发明的结构特征和功能特点，而不是限定本发明的保护范围。

图1和图2详细标识了本发明——超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构的组成，包括分立通光窗口、分立冷光阑、分立滤光片组件和超长线列拼接探测器组件以及冷平台。

图3和图4是常规的整体式冷光阑结构示意图，图5是图1超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构的光学接口和孔径角模型示意图，图6是图3和图4常规的整体式冷光阑结构的光学接口和孔径角模型示意图。

图1、图2和图3、图4具有相同的光学设计参数，而图5的孔径角小于图6的孔径角，且图5中心视场和边缘视场拼接探测器的孔径角差异减小。

分立通光窗口1的尺寸和厚度参数，选取的原则主要是根据光学设计的结果确定分立通光窗口的有效通光口径，厚度参数根据冷平台外罩5-2凹槽的尺寸进行设计。

分立冷光阑2的尺寸和厚度参数，选择的主要原则是根据光学设计的结果确定分立冷光阑的通光口径，由此确定分立冷光阑的开孔尺寸和位置。分立冷光阑的厚度可参照薄壁结构的设计原则进行选取。

分立滤光片组件3的尺寸和厚度参数，选择的主要原则是根据光学设计的结果确定分立滤光片组件的通光口径，由此确定分立滤光片3-1的尺寸。分立滤光片组件的厚度参照一般光学元件的厚度设计原则进行选取。

超长线列拼接探测器组件4的位置参数，选择的主要原则是根据光学设计的结果确定超长线列拼接探测器组件中每个拼接探测器的排布。

冷平台5为超长线列拼接探测器组件4提供真空和低温工作环境，同时也是分立通光窗口1、分立冷光阑2、分立滤光片组件3和超长线列拼接探测器组件4的安装和定位基准。

超长线列拼接探测器分布式冷光阑结构的装配可以通过模块化装配和检测完成。分立通光窗口1、分立冷光阑2、分立滤光片组件3以及超长线列拼接探测器组件4在工艺上相对独立，可以完全并行装配和检测。避免了附图2常规的整体式冷光阑设计方法存在的串行装配和精度相互干涉的情况发生。