CN111025631B - 一种遮光罩的制备方法、制备系统及遮光罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学遥感器技术领域，尤其涉及一种遮光罩的制备方法、制备系统及遮光罩，包括：获取遮光罩所适用的光学遥感器的系统参数，计算所述遮光罩的长度，遮光罩为方形；确定对角视场方向挡光环的位置与深度；结合位置和深度确定遮光罩边长方向口径；建立杂光分析模型进行杂光抑制分析；选择无杂光直接照射到所述遮光罩时的遮光罩模型参数，以根据遮光罩模型参数制备所述遮光罩。本发明遮光罩的制备方法所制备的遮光罩在保证同等杂光抑制能力的前提下，方形遮光罩与传统圆形遮光罩相比，外包络尺寸更小，重量更轻。同时，若方形遮光罩的外包络尺寸与重量与圆形遮光罩相当时，方形遮光罩能够获得更好的杂光抑制效果。

Description

一种遮光罩的制备方法、制备系统及遮光罩

技术领域

本发明涉及光学遥感器技术领域，尤其涉及一种遮光罩的制备方法制备系统及遮光罩。

背景技术

光学遥感器所探测信号多为暗弱光信号，在探测时杂散光会对敏感的微弱光信号形成干扰，降低系统的成像质量，严重时杂散光信号会淹没目标信号，使系统无法正常工作。光学遥感器的杂散光基本上有三种，第一种杂光是由视场外光线没有经过成像光路直接进入像面形成的，为一次散射杂光；第二种杂光是由于视场外光线经过结构原件表面反射和散射光进入像面而致；第三种杂光是由视场内的光线由于成像光学元件不完善而产生的杂散光。

三种杂散光中一次散射杂光危害最大，来源主要为太阳、月亮以及地气等空间环境中的较强光源，为了降低空间环境杂光对系统的影响，杂散光必须全部抑制，在系统的前端设置外遮光罩可彻底消除一次散射杂光。遮光罩通常为筒形结构，每隔一段距离在遮光罩内表面安装一个挡光环用于抑制杂光。在遮光罩内壁及挡光环涂覆低反射率的涂层或加工成为高反射率面，当杂散光照射进遮光罩时，经过多次反射后被遮光罩吸收或反射出遮光罩。

目前遮光罩的设计及优化方法很多，如专利CN108073014A《一种基于杂散光抑制角的挡光环设置方法》，结合消光漆BRDF特性对挡光环角度进行优化，提高遮光罩杂散光抑制性能；专利02292549.《百叶窗式遮光罩》，通过在遮光筒内壁、外壁分别设置两组遮光板提高杂散光抑制比；专利CN106019769A《空间遥感相机反射式曲面遮光罩及其设计方法》，通过设置自由曲面型挡光环，减少了杂散光在遮光罩内的多次反射。

上述优化设计方法重点在于提高遮光罩杂散光抑制性能上，优化设计对象为挡光环的形状、角度或挡光环与遮光筒的相对位置关系上，没有突破常规的遮光罩外形尺寸限制。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种遮光罩的制备方法制备系统及遮光罩，以解决现有技术中圆形遮光罩体积和质量较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种遮光罩的制备方法，所述制备方法包括：

获取遮光罩所适用的光学遥感器的系统参数，计算所述遮光罩的长度，所述遮光罩为方形；

根据所述光学系统入射光线与散射光线的角度确定所述对角视场方向挡光环的位置与深度；

获取所述遮光罩边长方向的视场，结合所述位置和所述深度确定所述遮光罩边长方向口径；

根据所述位置和所述深度以及所述遮光罩边长方向口径建立杂光分析模型进行杂光抑制分析；

选择无杂光直接照射到所述遮光罩时的遮光罩模型参数，以根据所述遮光罩模型参数制备所述遮光罩。

可选地，所述系统参数包括所述光学遥感器的通光口径、成像视场以及规避角度。

可选地，所述获取遮光罩所适用的光学遥感器的系统参数，计算所述遮光罩的长度，包括：

根据所述通光口径确定所述遮光罩对角线方向的尺寸；

根据如下公式计算所述遮光罩的长度L：L＝D×cot(α)，其中，D为所述遮光罩对角线方向的尺寸，α为所述规避角度。

可选地，所述挡光环包含至少两级。

可选地，所述挡光环中第一挡光环的位置d1与深度h1的计算过程为：

h1＝d1×tan(α)，其中，ω为所述成像视场的1/2，Φ为所述光学遥感器的通光口径。

可选地，所述挡光环中第n挡光环的位置dn与深度hn的计算过程为：

h_n-1-h_n＝(d_n-d_n-1)×tan(ω)，a2+b_n＝d_n-d_n-1

其中，n为不小于2的正整数，所述光学遥感器上边沿与第一挡光环定点连线延长线与筒壁的交点为O1，O1到第一挡光环的距离a₂，到第n个环的距离为b_n。

可选地，所述遮光罩为一级遮光罩或N级遮光罩，N为不小于2的正整数。

可选地，所述遮光罩中挡光环为竖直方向的挡光环。

本发明实施例的第二方面提供了一种遮光罩的制备系统，所述制备系统包括：

参数获取模块，用于获取遮光罩所适用的光学遥感器的系统参数，计算所述遮光罩的长度，所述遮光罩为方形；

位置与深度计算模块，用于根据所述光学系统入射光线与散射光线的角度确定所述对角视场方向挡光环的位置与深度；

口径计算模块，用于获取所述遮光罩边长方向的视场，结合所述位置和所述深度确定所述遮光罩边长方向口径；

分析模块，用于根据所述位置和所述深度以及所述遮光罩边长方向口径建立杂光分析模型进行杂光抑制分析；

参数选择模块，用于选择无杂光直接照射到所述遮光罩时的遮光罩模型参数，以根据所述遮光罩模型参数制备所述遮光罩。

本发明实施例的第三方面提供了一种遮光罩，所述遮光罩通过上述第一方面提供的方法中任一项所述的遮光罩的制备方法制备而成。

本发明遮光罩的制备方法所制备的遮光罩在保证同等杂光抑制能力的前提下，方形遮光罩与传统圆形遮光罩相比，外包络尺寸更小，重量更轻。同时，若方形遮光罩的外包络尺寸与重量与圆形遮光罩相当时，方形遮光罩能够获得更好的杂光抑制效果。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为本发明提供的遮光罩的制备方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的方形遮光罩视场与圆形遮光罩视场的示意图；

图3为本发明实施例提供的方形遮光罩视场的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的遮光罩挡光环位置、深度及尺寸关系示意图；

图5为本发明实施例提供的方形遮光罩相对圆形遮光罩压缩部分示意图；

图6为本发明实施例提供的方形遮光罩杂光仿真示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明实施例解决的技术问题、所采用的技术方案以及实现的技术效果进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，并不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其它等同或明显变型的实施例均落在本发明的保护范围内。本发明实施例可以按照权利要求中限定和涵盖的多种不同方式来具体化。

需要说明的是，在下面的描述中，为了方便理解，给出了许多具体细节。但是很明显，本发明的实现可以没有这些具体细节。

需要说明的是，在没有明确限定或不冲突的情况下，本发明中的各个实施例及其中的技术特征可以相互组合而形成技术方案。

请参照图1，本发明的遮光罩的制备方法包括以下步骤：

步骤S101:获取遮光罩所适用的光学遥感器的系统参数，计算所述遮光罩的长度，所述遮光罩为方形。

步骤S102:根据所述光学系统入射光线与散射光线的角度确定所述对角视场方向挡光环的位置与深度。

步骤S103:获取所述遮光罩边长方向的视场，结合所述位置和所述深度确定所述遮光罩边长方向口径。

步骤S104:根据所述位置和所述深度以及所述遮光罩边长方向口径建立杂光分析模型进行杂光抑制分析。

步骤S105:选择无杂光直接照射到所述遮光罩时的遮光罩模型参数，以根据所述遮光罩模型参数制备所述遮光罩。

本发明遮光罩的制备方法所制备的遮光罩在保证同等杂光抑制能力的前提下，方形遮光罩与传统圆形遮光罩相比，外包络尺寸更小，重量更轻。同时，若方形遮光罩的外包络尺寸与重量与圆形遮光罩相当时，方形遮光罩能够获得更好的杂光抑制效果。

下面结合具体实施例对本申请提供的遮光罩的制备方法进行说明。

本申请中设计遮光罩所需要的主要参数包括光学遥感器的口径、成像视场、杂散光抑制角度及杂散光抑制比等。当上述参数确定后，遮光罩的外形尺寸、重量即基本确定。光学遥感器的探测器通常为方形靶面，为保证光学遥感器全靶面的成像质量及杂光抑制能力，光学系统及遮光罩通常按照方形靶面的外接圆形视场设计，这使得遮光罩设计上存在一定冗余。

本发明提供的方形遮光罩的视场与方形探测器视场匹配，其对角线视场方向与圆形遮光罩具有相同尺寸。通过将圆形遮光罩外接圆部分视场进行压缩，可减小在边长方向上遮光罩的尺寸。压缩后的方形遮光罩与圆形遮光罩比有效视场更小(如图2所示)，从而拥有更小的体积、更轻的重量，所设计的方形遮光罩如图3所示。

以对直筒形式(遮光罩两端开口尺寸相同)方形遮光罩为例，其设计方法如下：

1.依据光学系统通光口径Φ、对角线成像视场2ω、规避角度要求α、遮光罩开口尺寸D(相同设计输入下，D为圆形遮光罩开口的直径，在本发明中，D为方形遮光罩对角线方向尺寸)，方形遮光罩的长度L由公式1确定(如图3所示)：

L＝D×cot(α) (1)

2.依据入射光线与散射光线角度，确定方形遮光罩对角线方视场方向挡光环的位置与深度(如图4所示)：

第一个挡光环的位置d1及深度h1由公式2和公式3确定：

h1＝d1×tan(α) (3)

为保证无一次散射杂光照射到光学系统，第二个挡光环的位置d2及深度h2由第一个挡光环位置确定。光学系统上边沿与第一个挡光环定点连线延长线与筒壁的交点为O1，O1到第一个环的距离a2，到第二个环的距离为b2，则第二个环的位置及深度可由公式4至公式7确定：

h1-h2＝(d2-d1)×tan(ω) (4)

a2+b2＝d2-d1 (5)

后续n个挡光环的位置和深度均可由前一个挡光环的位置迭代确认，按照相同的方法计算。

3.依据步骤2所确认的对角线方视场方向挡光环的位置与深度，结合边长方向的视场，确定方形遮光罩边长方向的环的深度：

边长方向的挡光环位置、深度与对角线视场方向相同，但由于边长方向视场2ω’小于对角线视场2ω，因此该方向遮光罩的开口尺寸可以压缩。在保持与对角线方向视场挡光环深度位置一致的同时，挡光环的上端更靠近光轴，因此遮光罩的外筒尺寸由D减小为D’(如图5所示，虚线部分为方形遮光罩相对于圆形遮光罩压缩的体积及重量)。

4.利用杂光仿真软件建立杂光分析模型，确认仿真结果中无一次散射杂光直接照射到遮光罩出口，遮光罩设计完成：

将所设计的遮光罩结构建模并利用Lightools软件进行杂光分析(如图6所示)，在子午平面内及弧矢平面内多个角度下分析遮光罩杂光抑制效果，并与相同设计输入条件下的圆形遮光罩仿真结果相比较。仿真结果表明，本发明提供的方形遮光罩能够抑制全部一次散射杂光，杂光抑制能力与圆形遮光罩相同。

本发明为方形遮光罩设计方法中以直筒型、对称形式为例，但不局限于该结构形式；方形遮光罩的局部(如根据杂光要求对方形遮光罩进行切割后局部使用)，也属于本发明保护的范畴。上述方法中方形遮光罩以一级遮光罩为例，但不局限于一级遮光罩；如高抑制比杂光要求下，需延伸为二级遮光罩或更高级遮光罩，也属于本发明保护的范畴；方形遮光罩的挡光环以竖直方向为例，但不局限于竖直方向；以本发明方式所确定挡光环的位置并在此基础上对挡光环角度、深度的优化也属于本发明保护的范畴。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种遮光罩的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

获取遮光罩所适用的光学遥感器的系统参数，计算所述遮光罩的长度，所述遮光罩为方形；

根据光学系统入射光线与散射光线的角度确定对角视场方向挡光环的位置与深度；

获取所述遮光罩边长方向的视场，结合所述位置和所述深度确定所述遮光罩边长方向口径；

根据所述位置和所述深度以及所述遮光罩边长方向口径建立杂光分析模型进行杂光抑制分析；

选择无杂光直接照射到所述遮光罩时的遮光罩模型参数，以根据所述遮光罩模型参数制备所述遮光罩；

所述系统参数包括所述光学遥感器的通光口径、成像视场以及规避角度；

所述获取遮光罩所适用的光学遥感器的系统参数，计算所述遮光罩的长度，包括：

根据所述通光口径确定所述遮光罩对角线方向的尺寸；

根据如下公式计算所述遮光罩的长度L：L＝D×cot(α)，其中，D为所述遮光罩对角线方向的尺寸，α为所述规避角度；

所述挡光环包含至少两级；

所述挡光环中第一挡光环的位置d1与深度h1的计算过程为：

h1＝d1×tan(α)，其中，ω为所述成像视场的1/2，Φ为所述光学遥感器的通光口径；

所述挡光环中第n挡光环的位置d_n与深度h_n的计算过程为：

h_n-1-h_n＝(d_n-d_n-1)×tan(ω)，a2+b_n＝d_n-d_n-1

其中，n为不小于2的正整数，所述光学遥感器上边沿与第一挡光环定点连线延长线与筒壁的交点为O1，O1到第一挡光环的距离a₂，到第n个环的距离为b_n。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述遮光罩为一级遮光罩或N级遮光罩，N为不小于2的正整数。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述遮光罩中挡光环为竖直方向的挡光环。

4.一种遮光罩的制备系统，其特征在于，所述制备系统包括：

参数获取模块，用于获取遮光罩所适用的光学遥感器的系统参数，计算所述遮光罩的长度，所述遮光罩为方形；

位置与深度计算模块，用于根据光学系统入射光线与散射光线的角度确定对角视场方向挡光环的位置与深度；

口径计算模块，用于获取所述遮光罩边长方向的视场，结合所述位置和所述深度确定所述遮光罩边长方向口径；

分析模块，用于根据所述位置和所述深度以及所述遮光罩边长方向口径建立杂光分析模型进行杂光抑制分析；

参数选择模块，用于选择无杂光直接照射到所述遮光罩时的遮光罩模型参数，以根据所述遮光罩模型参数制备所述遮光罩；

所述系统参数包括所述光学遥感器的通光口径、成像视场以及规避角度；

所述获取遮光罩所适用的光学遥感器的系统参数，计算所述遮光罩的长度，包括：

根据所述通光口径确定所述遮光罩对角线方向的尺寸；

根据如下公式计算所述遮光罩的长度L：L＝D×cot(α)，其中，D为所述遮光罩对角线方向的尺寸，α为所述规避角度；

所述挡光环包含至少两级；

所述挡光环中第一挡光环的位置d1与深度h1的计算过程为：

h1＝d1×tan(α)，其中，ω为所述成像视场的1/2，Φ为所述光学遥感器的通光口径；

所述挡光环中第n挡光环的位置d_n与深度h_n的计算过程为：

h_n-1-h_n＝(d_n-d_n-1)×tan(ω)，a2+b_n＝d_n-d_n-1

其中，n为不小于2的正整数，所述光学遥感器上边沿与第一挡光环定点连线延长线与筒壁的交点为O1，O1到第一挡光环的距离a₂，到第n个环的距离为b_n。

5.一种遮光罩，其特征在于，所述遮光罩通过1-4任一项所述的遮光罩的制备方法制备而成。

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