CN102183803A

CN102183803A - 一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板

Info

Publication number: CN102183803A
Application number: CN 201110124434
Authority: CN
Inventors: 周建康; 石荣宝; 陈新华; 季轶群; 陈宇恒; 沈为民
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2011-05-14
Filing date: 2011-05-14
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板。它为薄板形单一主体结构，沿光线入射方向，薄板的两个端面依次为前端面和后端面；薄板上有多个贯通前后端面的微小通光孔；前端面和后端面的面型可根据需要做成不同面型。它可以单独使用在光学系统的镜片之间，也可以在端面进行曲率加工，使面板的端面曲率与光学系统的镜片曲率接近或一致，通过胶合和镜片连接在一起；光学镜片间隔中可以一次多次使用本面板；面板可以放置在镜片与探测器的焦平面之间单独使用，也可以通过粘结使面板和焦平面进行胶合，消除焦平面带来的杂光，使用灵活，且使用该装置几乎不会额外增加光学系统的重量和体积。

Description

一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板

技术领域

本发明涉及一种能有效消除光学系统杂光的装置，特别涉及一种用于光学系统整个成像过程中的消杂光面板。

背景技术

光学系统在成像时会引入非成像光线并会聚在成像探测器上面，造成图像质量下降，如图像对比度下降、信噪比降低、图像光晕等。造成非成像光线的因素主要有镜片、机械件、探测器等元件间的光散射、反射、衍射等，红外波段成像时系统元件的辐射也会造成辐射杂光。通常的做法是在光学系统前面加上遮光罩，为了更好起到消杂光的效果需要增加遮光罩的长度并设计一定形式的挡光环，这会造成系统重量、体积的增大，在许多条件下是不适用的。在成像视场附近有强光源时，即侧逆光成像，杂光的影响更为强烈。消除光学系统内部的杂光通常的做法是在内壁涂上消光漆，但这只会部分消除照射在其上的光线，很多杂光是通过镜片反射、透射等方式，直接传输到探测器上面，探测器的焦平面与镜片、机械件间的反射也会造成杂光，这部分存在于光学系统整个成像过程中的杂光消除却很少被关注。

在本发明作出之前，公开号为CN2662265Y的中国发明专利提供了一种光学系统的多孔径杂光抑制装置，它为单一主体圆柱筒的内部空间被分割成由多个孔组成的多孔径结构,多孔径结构中各个孔径的形状是圆形,或扇形,或正方形,或多边形,该装置能抑制杂光,特别是近处的杂光，其主要的应用例子是光学系统的多孔径遮光罩。目前，用于能有效消除光学系统整个成像过程中的杂光的装置未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种使用灵活、结构简单、且能有效抑制并消除光学系统成像过程中的杂光的装置，它可以被设置在光学系统入口处、光学系统内部、光学系统与焦平面间等处，使用该装置几乎不会额外增加光学系统的重量和体积。

本发明所采用的技术方案是：提供一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板，它为薄板形单一主体结构，沿光线入射方向，薄板的两个端面依次为前端面和后端面；薄板上有多个贯通前后端面的微小通光孔。

所述的微小通光孔为锥形孔，其前端面口径大于或小于后端面口径。

所述的微小通光孔内填有透光介质，其折射率与微小通光孔外的透光介质的折射率相同或不同。

所述的微小通光孔的内壁涂有高吸收系数的消光涂层，也可以加工消光螺纹或微型挡光环。

所述的前端面和后端面的面型相同或不同，其面型为平面或曲面。

本发明的工作原理是：提供的面板由微小通光孔构成，微小通光孔的长度、口径、内部形状、填充介质等确定了边缘光线的传输角度，大于此角度的光线被阻挡和吸收。根据传输光束的发散或集聚情况，把传输孔的内壁做成倾斜形状，有利于减少光晕和降低杂光。把多个微小通光孔通过适当排列构成一个轻、薄的消杂光面板，面板的端面可以根据需要做成一定的面型，便于与成像系统的其他元件耦合。该面板可放置在光学系统入口处，探测器前面，也可以放置在镜片前后与镜片耦合，也可以放置在光学系统的镜片之间。

与现有技术相比，本发明的特点在于：

1、由于本发明提供的消杂光面板为由多个微小通光孔组成的轻、薄型面板，微小孔内壁涂有高吸收系数的消光涂层，也可以在内壁加工消光螺纹或微型挡光环；微小通光孔根据光束的汇聚和发散情况，在内壁做成一定角度的倾斜，能够减少对成像光束的遮挡，并有利于消除杂光。

2、面板可以单独使用在光学系统的镜片之间，也可以在端面进行曲率加工，使面板的端面曲率与光学系统的镜片曲率接近或一致，通过胶合和镜片连接在一起。光学镜片间隔中可以一次或多次使用本面板。面板可以放置在镜片与探测器的焦平面之间单独使用，也可以通过粘结使面板和焦平面进行胶合，消除焦平面带来的杂光，使用灵活。

附图说明

图1是本发明实施例提供的消杂光面板的结构剖面示意图；

图2是本发明实施例提供的消杂光面板上的对称型微小通光孔的剖面示意图；

图3是为微小通光孔消杂光的原理示意图；

图4本发明实施例提供的消杂光面板上的非对称型微小通光孔的剖面示意图。

图中， 101、微小通光孔；102、微小通光孔的内壁；103、消杂光面板的前端面；104、消杂光面板的后端面；201、通光孔的消光涂层；202、通光孔的机械结构；301、中心线；401、进入通光孔的杂光光线；402、一次散射的一条传输光线；403、二次散射的传输光线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方案作进一步的具体阐述。

实施例一:

本实施例的技术方案是提供一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板。参见附图1，它是消杂光面板的结构剖面示意图，该消杂光面板为薄板形单一主体结构，沿光线入射方向，薄板的两个端面依次为前端面103和后端面104；薄板上有多个贯通前后端面的微小通光孔101，102为微小通光孔的内壁。消杂光面板的厚度可以做的很薄，端面可按需要作成一定的曲率。

由图1可以看到，本实施例提供的消杂光板面板由密集排列的微小通光孔组成（在图1中仅给出了12个），该通光孔呈中心对称，可根据需要设计微小通光孔径的排列形状和个数。微小通光孔内部可以是中空的，也可以根据需要填充高通光介质；通光孔的内壁上涂有高吸收系数的消光涂层，也可以加工成消光螺纹，然后再涂敷消光材料。

消杂光面板可以单独使用在光学系统的镜片之间，也可以在端面进行曲率加工，使面板的曲率与光学系统的镜片曲率接近或一致，通过胶合和镜片连接在一起，即消杂光面板的前后端面可以根据需要做成不同面型，在本实施例中，为了与光学系统中的镜片更好的耦合，其前表面103为平面，后表面104为球面。光学镜片间隔中可以一次或多次使用本面板；面板可以放置在镜片与探测器的焦平面之间单独使用，也可以使面板和焦平面胶合，消除焦平面带来的杂光。

当消杂光面板用在成像传输过程中时，光束会出现一定汇聚和发散，可以根据光束的汇聚和发散程度，适当调整消光板的厚度和通光孔径内壁的倾斜角度，减少光束的遮挡；当光束出现一定的汇聚时，消光板的前口径D1比后口径D2要大，反之如果光束出现发散时，前口径D1就会比D2小。在微小通光孔的内部可以根据需要填充不同的透光介质。

参见附图2，它是本实施例提供的消杂光面板上的对称型微小通光孔的剖面示意图；图中，201为通光孔的消光涂层，202为通光孔的机械结构，n1为孔内的填充介质，n2为面板外部的介质，D1和D2为微小通光孔的两端口径，θ为成像光线进入微小通光孔的最大角度，β为孔内光传输的最大角度。对称型通光孔是使用在同轴光学系统中，由于光束的对称性，消光板上微小通光孔呈中心对称。

在图2中通光孔内外介质折射率n2与n1相等时，最大的通光角度由微小通光孔的口径、消光板的厚度决定，最大的通光角度为：

Figure 2011101244349100002DEST_PATH_IMAGE002

（1）

其中，θ为成像光线进入微小通光孔的最大角度，β为孔内光传输的最大角度。

当光束的传输角度大于γ 时，会带来光学渐晕，应根据渐晕的大小合理选择消光板的口径和厚度确定。公式（2）为产生光渐晕的临界角度，

（2）

通光孔内外介质折射率n1与n2不相等时的最大通光角度是由微小通光孔的口径、消光板的厚度、介质的折射率等决定的。最大的通光角度为：

（3）

Figure 2011101244349100002DEST_PATH_IMAGE008

（4）

图3为本发明采用微小通光孔消除杂光的原理示意图；图中，401为视场外进入通光孔的杂光光线，402为一次散射的一条传输光线，403为二次散射的传输光线。当视场外的杂光光线401进行一次散射后，由于口径较小，绝大部分的能量被消光层吸收，微小通光孔可以实现更好的杂光消除效果，402为一次散射后的光线，其能量已经很弱，403为二次散射后的杂光，其能量会下降几个数量级。通过提高微小通光孔内壁消光涂层的吸收系数，可以进一步提高消除一次杂光的能力。由图3可以看出，本发明所采用的微小通光孔可对杂光二次散射进行消除。

实施例二

在离轴光学系统中，传输的光束是非对称的，按实施例一的技术方案，面板的微小通光孔的形状可根据光束的倾斜角度做出调整。

参见附图4，它是本实施例提供的非对称型微小通光孔径的剖面图；图中301为中心线，是由通光孔端面302和端面303中心确定的。

微小通光孔沿中心线是非对称的，端面302和端面303与中心线成一定的夹角，角度的大小可根据光束倾斜角度来调整。这种非对称通光孔的最大通光角度和光晕临界角的确定和实施例一提供的对称型通光孔相似，但由于端面倾斜，这个值在口径边缘的不同位置其角度会有变化。

Claims

1. 一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板，它为薄板形单一主体结构，沿光线入射方向，薄板的两个端面依次为前端面（103）和后端面（104）；薄板上有多个贯通前后端面的微小通光孔（101）。

2. 根据权利要求1所述的一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板，其特征在于：所述的微小通光孔（101）为锥形孔，其前端面口径（D1）大于或小于后端面口径（D2）。

3. 根据权利要求1所述的一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板，其特征在于：所述的微小通光孔内填有透光介质，其折射率（n₂）与微小通光孔外的透光介质的折射率（n₁）相同或不同。

4. 根据权利要求1所述的一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板，其特征在于：所述的微小通光孔的内壁（102）涂有高吸收系数的消光涂层。

5. 根据权利要求1所述的一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板，其特征在于：所述的微小通光孔的内壁（102）加工成消光螺纹或微型挡光环。

6. 根据权利要求1所述的一种用于光学系统成像过程中的消杂光面板，其特征在于：所述的前端面和后端面的面型相同或不同，其面型为平面或曲面。