空间遥感相机反射式曲面型遮光罩及其设计方法
【专利摘要】空间遥感相机反射式曲面型遮光罩及其设计方法，涉及空间遥感技术领域，解决了现有采用多个平面型挡光环片的圆桶形遮光罩存在的杂散光抑制效率低的问题。该曲面型遮光罩，其遮光罩外壳为圆桶形结构，在遮光罩外壳内部设置有多个均匀分布的曲面型挡光环片，多个曲面型挡光环片的形状均为自由曲面。通过合理设计挡光环片的形状使得杂散光一旦入射到挡光环片上就会被反射到遮光罩以外的区域，减少了杂散光在遮光罩内的二次及多次反射，提高了遮光罩的杂散光抑制能力，为空间遥感相机成像提供了保障，为空间遥感相机实现高精度弱光学信号的检测打下了坚实的基础。通过实验证实，与现有技术相比，该曲面型遮光罩杂散光抑制效率提高了近一倍。
【专利说明】
空间遥感相机反射式曲面型遮光罩及其设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及空间遥感技术领域，具体涉及一种空间遥感相机反射式曲面型遮光罩及其设计方法。
【背景技术】
[0002]空间遥感相机的杂散光主要是指到达探测器的非目标光线，也就是经非正常光路到达空间遥感相机像面的目标光线，一般都是来自视场外的强光，如太阳光、地气光等，而空间遥感相机所要探测的信号往往十分微弱，一旦外界的杂散光进入到空间遥感相机的光学系统中必然会对空间遥感相机的成像造成一定影响，因此对于空间遥感相机视场外杂散光的抑制是空间光学遥感器尤其是高精度空间光学遥感器的关键技术之一。
[0003]目前，为了抑制空间遥感相机视场外的杂散光，最直接的方式就是不让杂散光进入到空间遥感相机的光学系统中，因此，通过在空间遥感相机光学系统最前端设置遮光罩实现对杂散光的抑制。如图1所示，现有采用的遮光罩一般为圆桶形结构，并在其内部均匀设置有多个平面型挡光环片2，当杂散光进入遮光罩内部时，杂散光就会在各个平面型挡光环片2之间来回反射从而被吸收。但是由于采用这种设计的圆桶形遮光罩中平面型挡光环片2的数量较多，杂散光的反射方向不确定，导致杂散光抑制不是很理想，有可能导致一部分杂散光进入到空间遥感相机光学系统中而影响成像，因此，对于高精度空间遥感相机光学系统来说，上述的这种圆桶形遮光罩往往无法满足使用要求。
【发明内容】
[0004]为了解决现有采用多个平面型挡光环片的圆桶形遮光罩存在的杂散光抑制效率低的问题，本发明提供一种空间遥感相机反射式曲面型遮光罩及其设计方法。
[0005]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0006]本发明的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩，其遮光罩外壳为圆桶形结构，在遮光罩外壳内部设置有多个均匀分布的曲面型挡光环片，多个曲面型挡光环片的形状均为自由曲面。
[0007]进一步的，多个曲面型挡光环片均采用同一种自由曲面。
[0008]进一步的，所述自由曲面为泽尼克多项式、XY多项式或高斯多项式。
[0009]进一步的，该曲面型遮光罩的尺寸根据空间遥感相机光学系统的实际需求以及外包络要求进行确定。
[0010]进一步的，所述曲面型挡光环片的个数以及各个曲面型挡光环片之间的间距根据该曲面型遮光罩的尺寸进行确定。
[0011]本发明还提供了上述空间遥感相机反射式曲面型遮光罩的设计方法，包括以下步骤:
[0012]步骤一、依据空间遥感相机光学系统的实际需求以及外包络要求，设计遮光罩的尺寸；
[0013]步骤二、根据遮光罩的尺寸设计曲面型挡光环片的个数以及各个曲面型挡光环片之间的间距，多个曲面型挡光环片均勾分布在遮光罩外壳内部；
[0014]步骤三、根据空间遥感相机光学系统参数以及杂散光规避角设计曲面型挡光环片的形状，初步选择一种自由曲面；
[0015]步骤四、利用仿真软件建立仿真模型，调整自由曲面参数，直到将入射到曲面型挡光环片上的杂散光95%以上反射到遮光罩外部为止，最终确定出曲面型挡光环片的自由曲面形式；
[0016]步骤五、对遮光罩内壁涂覆低反射率涂层，对遮光罩外表面进行阳极氧化处理。
[0017]本发明的有益效果是:本发明中，将遮光罩内部的挡光环片设计成自由曲面形式，通过合理设计挡光环片的形状使得杂散光一旦入射到挡光环片上就会被反射到遮光罩以外的区域，减少了杂散光在遮光罩内的二次反射，特别是多次反射，有力地减少了进入到空间遥感相机光学系统内的杂散光，有效地提高了遮光罩的杂散光抑制能力，为空间遥感相机成像提供了保障，为空间遥感相机实现高精度弱光学信号的检测打下了坚实的基础。
[0018]通过实验证实，现有采用多个平面型挡光环片的圆桶形遮光罩杂散光抑制系数优于5%，而本发明的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩杂散光抑制系数优于3%，本发明的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩杂散光抑制效率提高了近一倍。
【附图说明】
[0019]图1为现有圆桶形遮光罩内部的结构示意图。
[0020]图2为本发明的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩内部的结构示意图。
[0021 ]图中:1、遮光罩外壳，2、平面型挡光环片，3、曲面型挡光环片。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0023]如图2所示，本发明以现有的圆桶形遮光罩为基础，在其内部均匀设置有多个曲面型挡光环片3，而不是采用平面型挡光环片2。通过合理设计曲面型挡光环片3的形状(自由曲面)以及各个曲面型挡光环片3之间的间距，使得杂散光一旦入射到遮光罩内部时就会被曲面型挡光环片3反射到遮光罩外部，减少了杂散光在遮光罩内的二次以及多次反射，有效地抑制杂散光。
[0024]本发明的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩的具体设计方法如下:
[0025]步骤一、依据空间遥感相机光学系统的实际需求以及外包络要求，设计遮光罩的尺寸(内径R1、内径R2和长度D)，遮光罩尺寸的设计依据(需要满足的条件)是:R1 = R0+2D.tanw，R0+D.tanw = D.tan9，其中w为半视场角，Θ为杂散光抑制角。
[0026]步骤二、根据遮光罩的尺寸设计曲面型挡光环片3的个数以及各个曲面型挡光环片3之间的间距，多个曲面型挡光环片3均匀分布在遮光罩外壳I内部。曲面型挡光环片3的个数设置以及多个曲面型挡光环片3之间的间距设置依据文献《遮光罩和挡光环程序化设计的原理及实现》进行计算即可。
[0027]步骤三、多个曲面型挡光环片3的形状设计:首先，从空间遥感相机光学系统参数(入瞳、出瞳、视场、焦距、相对孔径、F数等)以及要抑制的杂散光规避角θ(30°或者20°)入手，考虑常用的自由曲面，例如泽尼克多项式、XY多项式、高斯多项式等，综合考虑各方面条件初步选择一种现有的自由曲面，即多个曲面型挡光环片3均采用同一种自由曲面。
[0028]步骤四、自由曲面的优化:利用仿真软件建立仿真模型，以能够将尽可能多的入射到曲面型挡光环片3上的杂散光反射到遮光罩外部为优化目标，不断地调整自由曲面参数，直到满足上述条件为止，最终能够确定出曲面型挡光环片3的自由曲面形式。
[0029]步骤五、最后对遮光罩内壁涂覆低反射率涂层(例如ERB-2B黑漆)，对遮光罩外表面进行阳极氧化处理。
[0030]采用上述的本发明的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩的设计方法对某一型号的空间遥感相机进行遮光罩设计。该型号的空间遥感相机所需要的遮光罩的尺寸为内径RlX内径R2X长度D = 120mmX105mmX150mm，需要采用8个曲面型挡光环片3，相邻两个曲面型挡光环片3之间的间距d2为20mm，前端第一个曲面型挡光环片3与遮光罩外壳I前端边缘的距离dl为5mm，后端最后一个曲面型挡光环片3与遮光罩外壳I后端边缘的距离也为5mm，8个曲面型挡光环片3均采用泽尼克多项式的自由曲面，所设计的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩的结构如图2所示。利用现有技术设计现有的圆桶形遮光罩，该现有圆桶形遮光罩的尺寸也为内径町\内径!?2\长度0=120111111\105111111\150111111，采用8个平面型挡光环片2，相邻两个平面型挡光环片2之间的间距d2为20mm，前端第一个平面型挡光环片2与遮光罩外壳I前端边缘的距离dl为5mm，后端最后一个平面型挡光环片2与遮光罩外壳I后端边缘的距离也为5_，所设计的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩的结构如图1所示。通过实验验证，现有采用多个平面型挡光环片2的圆桶形遮光罩杂散光抑制系数为5%，而本发明的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩杂散光抑制系数优为3%，由此可见，本发明的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩杂散光抑制效率提高了近一倍。
[0031]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.空间遥感相机反射式曲面型遮光罩，其遮光罩外壳(I)为圆桶形结构，其特征在于，在遮光罩外壳(I)内部设置有多个均匀分布的曲面型挡光环片(3)，多个曲面型挡光环片(3)的形状均为自由曲面。2.根据权利要求1所述的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩，其特征在于，多个曲面型挡光环片(3)均采用同一种自由曲面。3.根据权利要求1或2所述的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩，其特征在于，所述自由曲面为泽尼克多项式、XY多项式或高斯多项式。4.根据权利要求1所述的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩，其特征在于，该曲面型遮光罩的尺寸根据空间遥感相机光学系统的实际需求以及外包络要求进行确定。5.根据权利要求1所述的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩，其特征在于，所述曲面型挡光环片(3)的个数以及各个曲面型挡光环片(3)之间的间距根据该曲面型遮光罩的尺寸进行确定。6.权利要求1至5中任意一项所述的空间遥感相机反射式曲面型遮光罩的设计方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、依据空间遥感相机光学系统的实际需求以及外包络要求，设计遮光罩的尺寸； 步骤二、根据遮光罩的尺寸设计曲面型挡光环片(3)的个数以及各个曲面型挡光环片(3)之间的间距，多个曲面型挡光环片(3)均匀分布在遮光罩外壳(I)内部； 步骤三、根据空间遥感相机光学系统参数以及杂散光规避角设计曲面型挡光环片(3)的形状，初步选择一种自由曲面； 步骤四、利用仿真软件建立仿真模型，调整自由曲面参数，直到将入射到曲面型挡光环片(3)上的杂散光95%以上反射到遮光罩外部为止，最终确定出曲面型挡光环片(3)的自由曲面形式； 步骤五、对遮光罩内壁涂覆低反射率涂层，对遮光罩外表面进行阳极氧化处理。
【文档编号】G02B27/00GK106019769SQ201610458397
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】朱磊, 邵明东, 龚大鹏, 李宪斌, 王浩, 李元鹏
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所