CN114166340B - 消杂光遮光系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种消杂光遮光系统，包括在同一光轴上依次设置的一级遮光罩、二级遮光罩；一级遮光罩包括与光轴垂直设置的一级挡光环组，一级挡光环组包括M个一级挡光环，M个挡光环依次设置在一级遮光罩的镜筒内；二级遮光罩包括与光轴倾斜设置的二级挡光环组，二级挡光环组包括N个二级挡光环，N个挡光环依次设置在二级遮光罩的镜筒内。本发明所提供的消杂光遮光系统在有限的空间内将太阳离轴角为45°时，入射杂散辐射抑制到系统探测地球辐射的0.05％，具有高杂光抑制比，增加地球辐射观测时长，并且节约发射成本。

Description

消杂光遮光系统

技术领域

本发明属于光学系统设计技术领域，具体涉及一种消杂光遮光系统。

背景技术

地球辐射收支定量地解释了地气系统与外界环境存在的辐射能量不平衡，影响着天气和气候的变化。地球辐射仪通过测量入射太阳辐射、地球发射辐射、反射太阳辐射以实现获取地球辐射不平衡值的目的。在测量辐射信号时，外部杂散辐射将降低观测系统信噪比，甚至完全淹没观测信号导致观测系统失效，成为影响测量精度的关键因素。在观测过程中，太阳会不可避免地出现在望远系统视场内，系统所能观测到的地球辐射信号较弱，而太阳杂散辐射约为其10⁵倍，会完全淹没探测信号，需将其抑制为探测信号的0.05％。

现有技术中，地球辐射收支仪主要采用区域扫描的形式进行地球辐射观测，杂散辐射抑制要求不高，多采用一级遮光罩和其内部布置垂直挡光环的方法进行杂散光的抑制。但这种形式遮光罩难以满足杂光抑制需求并且系统所需体积很大。并且现有技术中，地球辐射收支仪并未采用二级遮光罩进行杂散辐射抑制，针对卡塞格林系统，多采用将一级遮光罩，主次镜筒间分布挡光环与内遮光罩进行组合，实现系统的强杂散辐射抑制能力，并且主要采用垂直挡光环，后向散射抑制能力较弱，消光能力有待提高。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，本发明提供一种消杂光遮光系统，从而在现有的卡塞格林式光学系统的基础上进一步改进内部消杂光结构，实现更高得抑制杂散光能力。

本发明提供一种消杂光遮光系统，包括在同一光轴上依次设置的一级遮光罩、二级遮光罩；其中，

一级遮光罩包括与光轴垂直设置的一级挡光环组，一级挡光环组包括M个一级挡光环，M个一级挡光环依次设置在一级遮光罩的镜筒内；

二级遮光罩包括与光轴倾斜设置的二级挡光环组，二级挡光环组包括N个二级挡光环，N个二级挡光环依次设置在二级遮光罩的镜筒内；其中，M≥6，N≥7；

光束依次经过一级遮光罩、二级遮光罩消除杂光后入射至光学系统。

进一步地，二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角。

进一步地，二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角为76°～90°。

进一步地，二级挡光环的刃口锥角为0°～45°。

进一步地，最靠近光学系统的一级挡光环的刃口方向背向光学系统，其他一级挡光环刃口方向均朝向光学系统；所有二级挡光环的刃口方向朝向光学系统。

进一步地，一级遮光罩和二级遮光罩的长度分别满足公式(1)和(2)：

其中，ω表示消杂光遮光系统的半视场角，θ表示太阳离轴角，D_o表示消杂光遮光系统的入瞳直径，L₁表示一级遮光罩的长度，L₂表示二级遮光罩的长度，D₁表示一级遮光罩的入光口径，D₂表示二级遮光罩的入光口径。

进一步地，一级挡光环和二级挡光环，根据入射光束的角度不等距的设置在一级遮光罩内和二级遮光罩内。

进一步地，还包括圆锥筒形的内遮光罩，内遮光罩设置在光学系统中主镜的中心孔前端。

进一步地，一级遮光罩、二级遮光罩和内遮光罩的内表面喷涂吸收率>95％的消光漆。

进一步地，还包括设置在光学系统中主镜与探测器之间的滤光片。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明所提供的消杂光遮光系统通过一级遮光罩、二级遮光罩、垂直设置的一级挡光环、倾斜设置的二级挡光环和内遮光罩的技术方案组合，在有限的空间内将太阳离轴角为45°时入射杂散辐射抑制到系统探测地球辐射的0.05％，具有高杂光抑制比，增加地球辐射观测时长，并且节约发射成本；

2、本发明所提供的消杂光遮光系统通过在一级遮光罩、二级遮光罩、垂直设置的一级挡光环、倾斜设置的二级挡光环和内遮光罩上喷涂消光漆，相比现有技术中部分吸收部分反射式的消光系统，具有更好的杂散辐射抑制能力。

附图说明

图1是本发明实施例1中的消杂光遮光系统的结构示意图；

图2(a)和图2(b)是本发明实施例1中的一级消光罩和二级消光罩中的挡光环的设计原理示意图；

图3是本发明实施例1中的一级消光罩和二级消光罩中的挡光环的结构示意图；

图4是本发明实施例1中的内遮光罩设计原理示意图；

图5(a)和图5(b)是本发明实施例1中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图；

图6是本发明实施例2中的消杂光遮光系统的结构示意图；

图7(a)和图7(b)是本发明实施例2中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图；

图8是本发明实施例3中的消杂光遮光系统的结构示意图；

图9(a)和图9(b)是本发明实施例3中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图；

图10是本发明实施例4中的消杂光遮光系统的结构示意图；

图11(a)和图11(b)是本发明实施例4中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图；

图12是本发明实施例5中的消杂光遮光系统的结构示意图；

图13(a)和图13(b)是本发明实施例5中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图。

其中的附图标记如下：

二级遮光罩1、二级挡光环101、二级挡光环102、二级挡光环103、二级挡光环104、二级挡光环105、二级挡光环106、二级挡光环107、二级遮光罩2、一级挡光环201、一级挡光环202、一级挡光环203、一级挡光环204、一级挡光环205、一级挡光环206、次镜3、主镜4、内遮光罩5、滤光片6、探测器7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：二级挡光环刃口锥角为30°

图1示出了本发明实施例1中的消杂光遮光系统的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例1中的消杂光遮光系统，包括在同一光轴上依次设置的一级遮光罩、二级遮光罩。一级遮光罩包括与光轴垂直设置的一级挡光环组，一级挡光环组包括6个一级挡光环，6个一级挡光环依次设置在一级遮光罩的镜筒内。光束依次经过一级遮光罩、二级遮光罩消除杂光后，入射至光学系统的主镜4和次镜3，经主镜4反射至次镜3，对次镜3反射的光束进行探测。本发明实施例1中使用探测器7进行探测，即次镜3所反射的光束入射至探测器7。二级遮光罩包括与光轴倾斜设置的二级挡光环组，二级挡光环组包括7个二级挡光环，7个二级挡光环依次设置在二级遮光罩的镜筒内。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角。在一级遮光罩、二级遮光罩内部设置挡光环，形成光陷阱，增强挡光环消光能力。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角，设置夹角的技术方案，能够避免散射光束直接进入消杂光遮光系统。

本发明实施例1提供一种优选方案，为方便加工制造，7个二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角均为77°；7个二级挡光环的刃口角度均为30°。6个一级挡光环与光轴垂直设置。此设计方案能够提升消杂光遮光系统的消光能力，进一步抑制散射光束，防止其直接进入光学系统，将二级遮光罩内的挡光环倾斜一定角度。

本发明实施例1提供一种优选方案，消杂光遮光系统的半视场角为2°，太阳离轴角为45°，消杂光遮光系统的入瞳直径为40mm。

图2(a)和图2(b)示出了本发明实施例1中的一级消光罩和二级消光罩中的挡光环的设计原理示意图。

如图2(a)和图2(b)所示，一级遮光罩的长度和一级遮光罩的入光口径分别满足公式(1)和(2)：

D₁＝D_o+2L₁tanω(2)

根据一级遮光罩入光口径通过公式(3)和公式(4)可计算出二级遮光罩长度L₂与入光口径D₂，公式(3)和公式(4)如下所示：

D₂＝D₁+2L₂tanω(4)

其中，ω表示消杂光遮光系统的半视场角，θ表示太阳离轴角，D_o表示消杂光遮光系统的入瞳直径，L₁表示一级遮光罩的长度，L₂表示二级遮光罩的长度，D₁表示一级遮光罩的入光口径，D₂表示二级遮光罩的入光口径。

如图2(b)所示，二级遮光罩杂散辐射能力较一级遮光罩高，不仅增加了光线在消杂光遮光系统内的反射次数，杂散辐射源直接入射至消杂光遮光系统的最大角度为α＝15°，即消杂光遮光系统对离轴角大于15°的杂散辐射均能起到抑制作用。

本发明实施例1提供一种优选方案，一级遮光罩和二级遮光罩的总长度为172mm，即L₁+L₂＝172mm。

本发明实施例1提供一种优选方案，二级挡光环101、二级挡光环102、二级挡光环103、二级挡光环104、二级挡光环105、二级挡光环106、二级挡光环107。一级挡光环201、一级挡光环202、一级挡光环203、一级挡光环204、一级挡光环205、一级挡光环206，根据入射光束的角度不等距的设置在二级遮光罩内和一级遮光罩内。

图2(a)和图2(b)示出了本发明实施例1中的一级消光罩和二级消光罩中的挡光环的设计原理示意图。图3示出了本发明实施例1中的一级消光罩和二级消光罩中的挡光环的结构示意图。

如图2(a)和图2(b)所示，由于挡光环根据最大视场的边缘光束以及光路进行作图逐一确定，所以遮光罩内的挡光环呈不等距梯度高度分布形式，更好地抑制杂散辐射。通过作图得出一级遮光罩内部最少设置6个垂直挡光环，二级遮光罩内部最少设置7个倾斜挡光环。可根据消光比需求的提升，可在相邻的两个挡光环间适当增加不同个数挡光环，增加挡光环密度，进一步增大系统消光能力，目前设计为挡光环最少数量方案。

在一级消光罩和二级消光罩内部设置总计13个挡光环，形成光陷阱，增强挡光环消光能力。根据挡光环的设计原则，遮光罩入口处入射的光束至少经过一次反射至遮光罩出口，并且不遮挡视场。如图3为挡光环通过采用作图法的设计原理，首先分别根据一级遮光罩与二级遮光罩长度、入光口径以及出光口径确定挡光环顶端位置，AD与CD由视场确定，其延长线夹角则为系统视场角，AC为二级遮光罩入光口，EF为二级遮光罩出光口，也是一级遮光罩入光口，BD为一级遮光罩出光口。在AE、EB、CF、FD外进行高度延拓作为挡光环高度，为减小加工难度，将消光筒外部设置为圆形，CC’与AA’为二级遮光罩入光口处挡光环高度，EE’与FF’为二级遮光罩出光口挡光环高度,BB’与DD’为一级遮光罩出光口挡光环高度。根据作图法，二级遮光罩入光口处光束进入挡光环CC’，反射至二级遮光罩出光口处挡光环EE’底端，与CD交于点M，过M点作垂线交遮光罩内壁于点M’，则确定二级遮光罩出光口后的挡光环位置，以此类推，可通过作图法获得一级遮光罩与二级遮光罩内挡光环全部位置。由于挡光环根据最大视场的边缘光束以及光路进行作图逐一确定，所以遮光罩内的挡光环呈不等距梯度高度分布形式，更好地抑制杂散辐射。通过作图得出一级遮光罩内部最少设置6个垂直挡光环，二级遮光罩内部最少设置7个倾斜挡光环。可根据消光比需求的提升，可在相邻的两个挡光环间适当增加不同个数挡光环，增加挡光环密度，进一步增大系统消光能力，目前设计为挡光环最少数量方案。

如图3所示，二级挡光环101的通光口径为52mm，高度为10mm，与二级挡光环102距离为12.3mm；二级挡光环102的通光口径为51.2mm，高度为10.4mm，与二级挡光环103距离为13.2mm；二级挡光环103的通光口径为50.4mm，高度为10.8mm，与二级挡光环104距离为14.2mm；二级挡光环104的通光口径为49.4mm，高度为11.3mm，与二级挡光环105距离为15.1mm；二级挡光环105的通光口径为48.4mm，高度为11.8mm，与二级挡光环106距离为16.3mm；二级挡光环106的通光口径为47.2mm，高度为12.4mm，与二级挡光环107距离为14.8mm；二级挡光环107的通光口径为46.2mm，高度为9.9mm，与一级挡光环201距离为10.7mm；一级挡光环201的通光口径为45.2mm，高度为12.7mm，与一级挡光环202距离为12.6mm；一级挡光环202的通光口径为44mm，高度为12.7mm，与一级挡光环203距离为13.7mm；一级挡光环203的通光口径为43mm，环高度为12.7mm，与一级挡光环204距离为14.9mm；一级挡光环204的通光口径为41.8mm，高度为12.7mm，与一级挡光环205距离为16.2mm；一级挡光环205的通光口径为40.6mm，高度为12.7mm，与一级挡光环206距离为5mm；一级挡光环206的通光口径为40mm，高度为13mm。一级挡光环206的刃口背对卡塞格林光学系统，一级挡光环201～205的刃口和二级挡光环101～107的刃口均朝向消杂光遮光系统的内部，阻挡散射光束直接进入消杂光遮光系统。本发明实施例1中挡光环的位置确定方法和高度的确定方法，均采用现有技术中的几何作图法来确定，本发明实施例1对此不进行限定，可根据实际情况进行选择。

图4示出了本发明实施例1中的内遮光罩设计原理示意图。

本发明实施例1提供一种优选方案，如图4所示，消杂光遮光系统还包括圆锥筒形的内遮光罩5，内遮光罩5安装于主镜4中心开孔处。内遮光罩5的口径大小通过现有技术中光束追迹法或作图法确定，本发明实施例1对此不进行限定，可根据实际情况进行选择。本发明实施例1中根据作图法设计内遮光罩。光学系统的次镜3的支撑机械结构增加了遮拦比，由此遮拦口径决定的光线M’N’确定内遮光罩5的后口径，经主镜4反射后的内孔径光线Q’S’与反射后的边缘光线SZ交于点V，确定内遮光罩5的前口径(VP为半口径)，本发明实施例1通过内遮光罩5进一步限探测器7的视场，减少探测器7接收到的光学系统自身杂散辐射，所以将内遮光罩5的后口径缩小为与主镜4开孔相等的直径(QP’为半口径)。

内遮光罩5的前口径大小取决于经主镜4和次镜3反射后的轴上孔径边缘光束和遮拦比大小，后口径大小取决于主镜4中心孔、视场边缘光束。本发明实施例1中的遮光罩前口径为16.4mm，后口径为15mm，长7.7mm，厚度为1mm。通过设置内遮光罩5进一步限探测器7的视场，减少探测器7接收到的消杂光遮光系统自身的杂散辐射。

本发明实施例1提供一种优选方案，在二级遮光罩、二级遮光罩、内遮光罩5、二级挡光环101、二级挡光环102、二级挡光环103、二级挡光环104、二级挡光环105、二级挡光环106、二级挡光环107。一级挡光环201、一级挡光环202、一级挡光环203、一级挡光环204、一级挡光环205、一级挡光环206的表面喷涂吸收率>95％的消光漆。本发明实施例1中的消光漆为黑色漆。通过涂覆黑色消光漆的方案，相比现有技术中部分吸收部分反射式的消光系统，具有更好的杂散辐射抑制能力。

本发明实施例1提供一种优选方案，消杂光遮光系统还包括设置在内遮光罩5后方的滤光片6，滤光片6根据所探测的波长进行选择。例如，观测的波长为0.2μm、5μm，选择0.2-5μm低通滤光片6将不符合这个波长的杂散光进行滤除，能够进一步提高杂散辐射抑制能力，获得更好的探测效果。

图5(a)和图5(b)示出了本发明实施例1中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图。

如图5(a)所示，能过够反映出杂光在入瞳的功率，左侧竖条代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，纵坐标表示光束照度的区间，横坐标是探测器接收功率的区间，表明杂散光在探测器7的位置分布；如图5(b)所示，能过够反映出探测器7所接收到的杂光强度，纵坐标代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，横坐标是光束的照度区间的功率。本发明实施例1中的消杂光遮光系统为热辐射探测系统，所以采用利用消光比作为系统消光能力评判的指标。消光比定义为探测器7接收到的杂散辐射与消杂光遮光系统入射杂散辐射的比值。在软件中进行仿真模拟，设置圆形栅格光源，消光系统表面吸收率设置为0.95，仿真得到太阳离轴角为45°时，如图5(a)和图5(b)所示，入瞳处辐照度图中显示在系统入瞳处入射光线总功率为0.99586W，探测器处辐照度图显示探测器所接收到的杂散辐射功率为1.7969×10^-11W，消杂光遮光系统的消光比约为1.8044×10^-11，从仿真数据可以看出，本发明杂散辐射抑制能力较好。

实施例2：二级挡光环刃口锥角为15°

图6示出了本发明实施例2中的消杂光遮光系统的结构示意图。

实施例2与实施例1中的原理相同，但二级挡光环刃口锥角的角度不同。如图6所示，本发明实施例2中的消杂光遮光系统，包括在同一光轴上依次设置的一级遮光罩、二级遮光罩。一级遮光罩包括与光轴垂直设置的一级挡光环组，一级挡光环组包括6个一级挡光环，6个一级挡光环依次设置在一级遮光罩的镜筒内。光束依次经过一级遮光罩、二级遮光罩消除杂光后，入射至光学系统的主镜4和次镜3，经主镜4反射至次镜3，对次镜3反射的光束进行探测。本发明实施例2中使用探测器7进行探测，即次镜3所反射的光束入射至探测器7。二级遮光罩包括与光轴倾斜设置的二级挡光环组，二级挡光环组包括7个二级挡光环，7个二级挡光环依次设置在二级遮光罩的镜筒内。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角。在一级遮光罩、二级遮光罩内部设置挡光环，形成光陷阱，增强挡光环消光能力。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角，设置夹角的技术方案，能够避免散射光束直接进入消杂光遮光系统。

本发明实施例2提供一种优选方案，为方便加工制造，7个二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角均为77°；7个二级挡光环的刃口角度均为15°。6个一级挡光环与光轴垂直设置。此设计方案能够提升消杂光遮光系统的消光能力，进一步抑制散射光束，防止其直接进入光学系统，将二级遮光罩内的挡光环倾斜一定角度。

图7(a)和图7(b)示出了本发明实施例2中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图。如图7(a)所示，能过够反映出杂光在入瞳的功率，左侧竖条代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，纵坐标表示光束照度的区间，横坐标是探测器接收功率的区间，表明杂散光在探测器7的位置分布；如图7(b)所示，能过够反映出探测器7所接收到的杂光强度，纵坐标代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，横坐标是光束的照度区间的功率。本发明实施例2中的消杂光遮光系统为热辐射探测系统，所以采用利用消光比作为系统消光能力评判的指标。消光比定义为探测器7接收到的杂散辐射与消杂光遮光系统入射杂散辐射的比值。在软件中进行仿真模拟，设置圆形栅格光源，消光系统表面吸收率设置为0.95，仿真得到太阳离轴角为45°时，如图7(a)和图7(b)所示，入瞳处辐照度图中显示在系统入瞳处入射光线总功率为0.99586W，探测器处辐照度图显示探测器所接收到的杂散辐射功率为1.1042×10^-11W，消杂光遮光系统的消光比约为1.1088×10^-11，从仿真数据可以看出，本发明杂散辐射抑制能力较好。消杂光遮光系统的消光比约为2.0451×10^-10，从仿真数据可以看出，本发明杂散辐射抑制能力较好。

实施例3：二级挡光环刃口锥角为40°

图8示出了本发明实施例3中的消杂光遮光系统的结构示意图。

实施例3与实施例1中的原理相同，但二级挡光环刃口锥角的角度不同。如图8所示，本发明实施例3中的消杂光遮光系统，包括在同一光轴上依次设置的一级遮光罩、二级遮光罩。一级遮光罩包括与光轴垂直设置的一级挡光环组，一级挡光环组包括6个一级挡光环，6个一级挡光环依次设置在一级遮光罩的镜筒内。光束依次经过一级遮光罩、二级遮光罩消除杂光后，入射至光学系统的主镜4和次镜3，经主镜4反射至次镜3，对次镜3反射的光束进行探测。本发明实施例3中使用探测器7进行探测，即次镜3所反射的光束入射至探测器7。二级遮光罩包括与光轴倾斜设置的二级挡光环组，二级挡光环组包括7个二级挡光环，7个二级挡光环依次设置在二级遮光罩的镜筒内。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角。在一级遮光罩、二级遮光罩内部设置挡光环，形成光陷阱，增强挡光环消光能力。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角，设置夹角的技术方案，能够避免散射光束直接进入消杂光遮光系统。

本发明实施例3提供一种优选方案，为方便加工制造，7个二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角均为77°；7个二级挡光环的刃口角度均为40°。6个一级挡光环与光轴垂直设置。此设计方案能够提升消杂光遮光系统的消光能力，进一步抑制散射光束，防止其直接进入光学系统，将二级遮光罩内的挡光环倾斜一定角度。

图9(a)和图9(b)示出了本发明实施例3中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图。如图9(a)所示，能过够反映出杂光在入瞳的功率，左侧竖条代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，纵坐标表示光束照度的区间，横坐标是探测器接收功率的区间，表明杂散光在探测器7的位置分布；如图9(b)所示，能过够反映出探测器7所接收到的杂光强度，纵坐标代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，横坐标是光束的照度区间的功率。本发明实施例3中的消杂光遮光系统为热辐射探测系统，所以采用利用消光比作为系统消光能力评判的指标。消光比定义为探测器7接收到的杂散辐射与消杂光遮光系统入射杂散辐射的比值。在软件中进行仿真模拟，设置圆形栅格光源，消光系统表面吸收率设置为0.95，仿真得到太阳离轴角为45°时，如图9(a)和图9(b)所示，入瞳处辐照度图中显示在系统入瞳处入射光线总功率为0.99586W，探测器处辐照度图显示探测器所接收到的杂散辐射功率为4.7577×10^-11W，消杂光遮光系统的消光比约为1.1088×10^-11，从仿真数据可以看出，本发明杂散辐射抑制能力较好。消杂光遮光系统的消光比约为4.7775×10^-11，从仿真数据可以看出，本发明杂散辐射抑制能力较好。

实施例4：二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角为80°

图10示出了本发明实施例4中的消杂光遮光系统的结构示意图。

实施例4与实施例1中的原理相同，但二级挡光环刃口锥角的角度不同。如图10所示，本发明实施例4中的消杂光遮光系统，包括在同一光轴上依次设置的一级遮光罩、二级遮光罩。一级遮光罩包括与光轴垂直设置的一级挡光环组，一级挡光环组包括6个一级挡光环，6个一级挡光环依次设置在一级遮光罩的镜筒内。光束依次经过一级遮光罩、二级遮光罩消除杂光后，入射至光学系统的主镜4和次镜3，经主镜4反射至次镜3，对次镜3反射的光束进行探测。本发明实施例4中使用探测器7进行探测，即次镜3所反射的光束入射至探测器7。二级遮光罩包括与光轴倾斜设置的二级挡光环组，二级挡光环组包括7个二级挡光环，7个二级挡光环依次设置在二级遮光罩的镜筒内。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角。在一级遮光罩、二级遮光罩内部设置挡光环，形成光陷阱，增强挡光环消光能力。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角，设置夹角的技术方案，能够避免散射光束直接进入消杂光遮光系统。

本发明实施例4提供一种优选方案，为方便加工制造，7个二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角均为80°；7个二级挡光环的刃口角度均为30°。6个一级挡光环与光轴垂直设置。此设计方案能够提升消杂光遮光系统的消光能力，进一步抑制散射光束，防止其直接进入光学系统，将二级遮光罩内的挡光环倾斜一定角度。

图11(a)和图11(b)示出了本发明实施例4中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图。如图11(a)所示，能过够反映出杂光在入瞳的功率，左侧竖条代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，纵坐标表示光束照度的区间，横坐标是探测器接收功率的区间，表明杂散光在探测器7的位置分布；如图11(b)所示，能过够反映出探测器7所接收到的杂光强度，纵坐标代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，横坐标是光束的照度区间的功率。本发明实施例4中的消杂光遮光系统为热辐射探测系统，所以采用利用消光比作为系统消光能力评判的指标。消光比定义为探测器7接收到的杂散辐射与消杂光遮光系统入射杂散辐射的比值。在软件中进行仿真模拟，设置圆形栅格光源，消光系统表面吸收率设置为0.95，仿真得到太阳离轴角为45°时，如图11(a)和图11(b)所示，入瞳处辐照度图中显示在系统入瞳处入射光线总功率为0.99586W，探测器处辐照度图显示探测器所接收到的杂散辐射功率为4.7577×10^-11W，消杂光遮光系统的消光比约为1.1088×10^-11，从仿真数据可以看出，本发明杂散辐射抑制能力较好。消杂光遮光系统的消光比约为4.7775×10^-11，从仿真数据可以看出，本发明杂散辐射抑制能力较好。

实施例5：二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角为89°

图12示出了本发明实施例5中的消杂光遮光系统的结构示意图。

实施例5与实施例1中的原理相同，但二级挡光环刃口锥角的角度不同。如图12所示，本发明实施例4中的消杂光遮光系统，包括在同一光轴上依次设置的一级遮光罩、二级遮光罩。一级遮光罩包括与光轴垂直设置的一级挡光环组，一级挡光环组包括6个一级挡光环，6个一级挡光环依次设置在一级遮光罩的镜筒内。光束依次经过一级遮光罩、二级遮光罩消除杂光后，入射至光学系统的主镜4和次镜3，经主镜4反射至次镜3，对次镜3反射的光束进行探测。本发明实施例4中使用探测器7进行探测，即次镜3所反射的光束入射至探测器7。二级遮光罩包括与光轴倾斜设置的二级挡光环组，二级挡光环组包括7个二级挡光环，7个二级挡光环依次设置在二级遮光罩的镜筒内。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角。在一级遮光罩、二级遮光罩内部设置挡光环，形成光陷阱，增强挡光环消光能力。二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与光轴的夹角，设置夹角的技术方案，能够避免散射光束直接进入消杂光遮光系统。

本发明实施例4提供一种优选方案，为方便加工制造，7个二级挡光环与二级遮光罩的镜筒的夹角均为89°；7个二级挡光环的刃口角度均为30°。6个一级挡光环与光轴垂直设置。此设计方案能够提升消杂光遮光系统的消光能力，进一步抑制散射光束，防止其直接进入光学系统，将二级遮光罩内的挡光环倾斜一定角度。

图13(a)和图13(b)示出了本发明实施例4中的经消杂光遮光系统的抑制杂光后的入射光通量示意图。如图13(a)所示，能过够反映出杂光在入瞳的功率，左侧竖条代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，纵坐标表示光束照度的区间，横坐标是探测器接收功率的区间，表明杂散光在探测器7的位置分布；如图13(b)所示，能过够反映出探测器7所接收到的杂光强度，纵坐标代表辐照度，不同深浅代表了照度大小不同，横坐标是探测器接收功率的区间，表明杂散光在探测器7的位置分布。本发明实施例4中的消杂光遮光系统为热辐射探测系统，所以采用利用消光比作为系统消光能力评判的指标。消光比定义为探测器7接收到的杂散辐射与消杂光遮光系统入射杂散辐射的比值。在软件中进行仿真模拟，设置圆形栅格光源，消光系统表面吸收率设置为0.95，仿真得到太阳离轴角为45°时，如图13(a)和图13(b)所示，入瞳处辐照度图中显示在系统入瞳处入射光线总功率为0.99586W，探测器处辐照度图显示探测器所接收到的杂散辐射功率为3.1043×10^-11W，消杂光遮光系统的消光比约为1.1088×10^-11，从仿真数据可以看出，本发明杂散辐射抑制能力较好。消杂光遮光系统的消光比约为3.1172×10^-11，从仿真数据可以看出，本发明杂散辐射抑制能力较好。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种消杂光遮光系统，其特征在于，包括在同一光轴上依次设置的一级遮光罩、二级遮光罩；其中，

所述一级遮光罩包括与所述光轴垂直设置的一级挡光环组，所述一级挡光环组包括M个一级挡光环，M个一级挡光环依次设置在所述一级遮光罩的镜筒内；

所述二级遮光罩包括与所述光轴倾斜设置的二级挡光环组，所述二级挡光环组包括N个二级挡光环，N个二级挡光环依次设置在所述二级遮光罩的镜筒内；其中，M≥6，N≥7；

光束依次经过所述二级遮光罩、所述一级遮光罩消除杂光后入射至光学系统；

最靠近所述光学系统的所述一级挡光环的刃口方向背向所述光学系统，其他所述一级挡光环刃口方向均朝向所述光学系统；所有所述二级挡光环的刃口方向朝向所述光学系统；

所述一级遮光罩和所述二级遮光罩的长度分别满足公式(1)和(2)：

其中，ω表示所述消杂光遮光系统的半视场角，θ表示太阳离轴角，D_o表示所述消杂光遮光系统的入瞳直径，L₁表示所述一级遮光罩的长度，L₂表示所述二级遮光罩的长度，D₁表示所述一级遮光罩的入光口径，D₂表示所述二级遮光罩的入光口径；

所述一级挡光环和所述二级挡光环，根据入射光束的角度不等距的设置在所述一级遮光罩内和所述二级遮光罩内。

2.根据权利要求1所述的消杂光遮光系统，其特征在于，所述二级挡光环与所述二级遮光罩的镜筒的夹角大于入射光束与所述光轴的夹角。

3.根据权利要求2所述的消杂光遮光系统，其特征在于，所述二级挡光环与所述二级遮光罩的镜筒的夹角为76°～90°。

4.根据权利要求3所述的消杂光遮光系统，其特征在于，所述二级挡光环的刃口锥角为0°～45°。

5.根据权利要求1所述的消杂光遮光系统，其特征在于，还包括圆锥筒形的内遮光罩，所述内遮光罩设置在所述光学系统中主镜的中心孔前端。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的消杂光遮光系统，其特征在于，所述一级遮光罩、所述二级遮光罩和内遮光罩的内表面，以及所有所述一级挡光环、所述二级挡光环上，均喷涂吸收率>95％的消光漆。

7.根据权利要求6所述的消杂光遮光系统，其特征在于，还包括设置在所述光学系统中主镜与探测器之间的滤光片。

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