本发明涉及一种航天遥感技术领域，特别是一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法。
背景技术
高灵敏度、大动态范围的微光相机属于强杂散光背景下的微弱信号探测系统，对于杂散光的抑制水平要求很高，而且一般还要高于对于星敏相机的要求。但是在偏场使用的情况下，现有的设计方法并没有考虑到视场的不对称性，遮光罩内部的挡光环设置仍然遵循着对称视场条件下的一体化设计，并没有将挡光环一分为二，分别进行上、下两组挡光半环的设计，无法保证内部挡光环与不对称视场的匹配。为解决上述问题，本发明提出了一种基于不对称视场下的遮光罩的设计方法，该方法能够以不对称的方式在遮光罩内部来设置上、下两组挡光半环，以保证遮光罩挡光环与不对称视场可以严格匹配。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，实现了微光相机高灵敏度度、大动态范围的成像要求，并可应用于星敏感器相机遮光罩的设计中，具有较高的可移植性和通用性。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，包括如下步骤：
步骤(一)、测量杂散光光源的最小入射角度αmin，αmin为偏视场微光相机的杂散光抑制角度；测量得到偏视场微光相机的动态范围的下限lmin，测量得到杂散光光源的能量esl，计算偏视场微光相机遮光罩的抑制比δ；
步骤(二)、测量得到偏视场微光相机最大对角线半视场ωdia、测量得到第一片透镜入光口径d、测量杂散光在遮光罩内的反射次数n和偏视场微光相机的杂散光抑制角度αmin，计算偏视场微光相机遮光罩的长度l；n＝1或2；
步骤(三)、设定偏视场微光相机偏视场的上边界为lup1；计算遮光罩的上边界lup2；
步骤(四)、设定偏视场微光相机偏视场的下边界为ldw1；计算遮光罩的下边界ldw2；
步骤(五)、根据步骤(三)和步骤(四)的计算结果，完成遮光罩的建模。
在上述的一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，所述步骤(一)中，偏视场微光相机遮光罩的抑制比δ的计算方法为：
式中，τ为预先设定的光学系统的透过率；
u′0为预先设定的中心视场像方孔径角；
p为杂散能量照度最大值与成像能量照度值之比，p＝0.1。
在上述的一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，所述步骤(二)中，偏视场微光相机遮光罩的长度l的计算方法为：
s1：当n＝2时，
s2：当n＝1时，
在上述的一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，所述步骤(三)中，遮光罩的上边界lup2的计算方法为：
测量得到到达相机第一透镜下边的临界杂散光cd；则lup1与cd的交点m1即为第一个上挡光半环的位置；设定偏视场下边界最前端为f，光线fm1经由遮光罩上边界的n1点反射后与lup1交于m2，m2为第二个上挡光半环的位置；光线fm2经由遮光罩上边界的n2点反射后与lup1交于m3，m3即为第三个上挡光半环的位置，依次类推，直到反射点的坐标大于遮光罩的长度l。
在上述的一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，所述步骤(四)中，遮光罩的下边界ldw2的计算方法为：
测量得到到达相机第一透镜上边的临界杂散光ab；则ldw1与ab的交点p1即为第一个下挡光半环的位置；设定偏视场下边界最前端为e；光线ep1经由遮光罩下边界的q1点反射后与ldw1交于p2；p2即为第二个下挡光半环的位置；光线ep2经由遮光罩上边界的q2点反射后与ldw1交于p3，p3即为第三个下挡光半环的位置；依次类推，直到反射点的坐标大于遮光罩的长度l。
在上述的一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，所述步骤(二)中，当n＝1时，表示入射在遮光罩的杂散光在遮光罩内壁发生1次反射；当n＝2时，表示入射在遮光罩的杂散光在遮光罩内壁发生2次反射。
在上述的一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，所述步骤(二)中，杂散光的入射角度大于等于抑制角度。
在上述的一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，所述遮光罩内部的挡光环包括上、下独立的两个半环。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明针对性的考虑了偏视场的不对称性对于高灵敏度、大动态范围微光相机遮光罩设计的影响，由于无法进行一体化挡光环的设计，采取了一种分组设计遮光罩内部挡光半环的方法，满足了挡光半环与不对称视场的严格匹配，提高了挡光环的利用效率；
(2)本发明针对非称遮光罩内壁不同类型表面的反射率无法统一设置的问题，提出了一种基于光线追迹的、能够建立起遮光罩内壁各个表面反射率与抑制比之间关系的方法，依据遮光罩内壁各个表面对于遮光罩抑制比的影响进行反射率的设计。
附图说明
图1为本发明遮光罩设计流程图；
图2为本发明挡光半环设计的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法偏视场、高灵敏度、大动态范围的微光相机遮光罩的设计，包括针对相机偏视场的特点，将挡光环的设计一分为二，进行两组挡光半环的设计，解决了与不对称视场匹配的问题。以及为了解决不同类型表面和不对称挡光半环反射率无法统一设置的问题，通过光线追迹的方法，逐一确立各个内壁表面与遮光罩抑制比的关系，从而完成各个内壁表面反射率的设置。
本发明用于偏视场微光相机遮光罩的设计，能够保证微光相机高灵敏度度、大动态范围的成像要求，并可应用于星敏感器相机遮光罩的设计中，具有较高的可移植性和通用性。
如图1所示为遮光罩设计流程图，由图可知，一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法，包括如下步骤：
步骤(一)、测量杂散光光源的最小入射角度αmin，αmin为偏视场微光相机的杂散光抑制角度；测量得到偏视场微光相机的动态范围的下限lmin，测量得到杂散光光源的能量esl，计算偏视场微光相机遮光罩的抑制比δ；
偏视场微光相机遮光罩的抑制比δ的计算方法为：
式中，τ为预先设定的光学系统的透过率；
u′0为预先设定的中心视场像方孔径角；
p为杂散能量照度最大值与成像能量照度值之比，p＝0.1。
步骤(一)中散光光源入射的最小角度αmin、散光光源的能量esl为可查询的相机在轨状态参数；相机动态范围的下限lmin为可查询的相机焦面电子学参数；杂散能量照度最大值与成像能量照度值之比p为一个经验数值
步骤(二)、测量得到偏视场微光相机最大对角线半视场ωdia、测量得到第一片透镜入光口径d、测量杂散光在遮光罩内的反射次数n和偏视场微光相机的杂散光抑制角度αmin，计算偏视场微光相机遮光罩的长度l；n＝1或2；
偏视场微光相机遮光罩的长度l的计算方法为：
s1：当n＝2时，
s2：当n＝1时，
当n＝1时，表示入射在遮光罩的杂散光在遮光罩内壁发生1次反射；当n＝2时，表示入射在遮光罩的杂散光在遮光罩内壁发生2次反射；杂散光的入射角度大于等于抑制角度。
步骤(三)、遮光罩内部的挡光环包括上、下独立的两个半环。设定偏视场微光相机偏视场的上边界为lup1；计算遮光罩的上边界lup2；
遮光罩的上边界lup2的计算方法为：
测量得到到达相机第一透镜下边的临界杂散光cd；则lup1与cd的交点m1即为第一个上挡光半环的位置；设定偏视场下边界最前端为f，光线fm1经由遮光罩上边界的n1点反射后与lup1交于m2，m2为第二个上挡光半环的位置；光线fm2经由遮光罩上边界的n2点反射后与lup1交于m3，m3即为第三个上挡光半环的位置，依次类推，直到反射点的坐标大于遮光罩的长度l。
步骤(四)、设定偏视场微光相机偏视场的下边界为ldw1；计算遮光罩的下边界ldw2；
遮光罩的下边界ldw2的计算方法为：
测量得到到达相机第一透镜上边的临界杂散光ab；则ldw1与ab的交点p1即为第一个下挡光半环的位置；设定偏视场下边界最前端为e；光线ep1经由遮光罩下边界的q1点反射后与ldw1交于p2；p2即为第二个下挡光半环的位置；光线ep2经由遮光罩上边界的q2点反射后与ldw1交于p3，p3即为第三个下挡光半环的位置；依次类推，直到反射点的坐标大于遮光罩的长度l。
临界杂散光ab和cd为可查询的光机设计结果，遮光罩上、下边界lup2和ldw2为偏视场微光相机遮光罩设计的边界输入条件用于限制遮光罩尺寸，偏视场上、下边界lup1和ldw1为可查询的光学设计结果
步骤(五)、根据步骤(三)和步骤(四)的计算结果，完成遮光罩的建模；并以步骤(一)计算所得的抑制比δ为阈值，进行光线追迹确定遮光罩内壁的反射系数。
在杂散光分析软件中建立光机模型，进行光线追迹，得到遮光罩入口和出口处的能量，用出口处的能量值除以入口处的能量值，得到遮光罩的抑制比，如果抑制比大于公式(1)所确定的阈值，则减小遮光罩内部的反射率，直到抑制比小于阈值，本实例最终确定遮光罩内部的反射率为7％。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。