CN117434779A - 大视场光学相机杂散光抑制装置 - Google Patents
大视场光学相机杂散光抑制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117434779A CN117434779A CN202311400889.8A CN202311400889A CN117434779A CN 117434779 A CN117434779 A CN 117434779A CN 202311400889 A CN202311400889 A CN 202311400889A CN 117434779 A CN117434779 A CN 117434779A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- camera
- stray light
- field optical
- wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims abstract description 31
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims description 4
- NMFHJNAPXOMSRX-PUPDPRJKSA-N [(1r)-3-(3,4-dimethoxyphenyl)-1-[3-(2-morpholin-4-ylethoxy)phenyl]propyl] (2s)-1-[(2s)-2-(3,4,5-trimethoxyphenyl)butanoyl]piperidine-2-carboxylate Chemical compound C([C@@H](OC(=O)[C@@H]1CCCCN1C(=O)[C@@H](CC)C=1C=C(OC)C(OC)=C(OC)C=1)C=1C=C(OCCN2CCOCC2)C=CC=1)CC1=CC=C(OC)C(OC)=C1 NMFHJNAPXOMSRX-PUPDPRJKSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 description 1
- 238000012538 light obscuration Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B11/00—Filters or other obturators specially adapted for photographic purposes
- G03B11/02—Sky masks
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B11/00—Filters or other obturators specially adapted for photographic purposes
- G03B11/04—Hoods or caps for eliminating unwanted light from lenses, viewfinders or focusing aids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
本发明公开了大视场光学相机杂散光抑制装置，包括：外遮光罩、挡光环和消光单元；其中，外遮光罩置于相机结构上，根据太阳照射角度将照射到遮光罩内壁的太阳光切除；挡光环，置于相机内遮光罩内壁，用于消除其它星体杂散辐射；消光单元，置于相机镜筒的内壁，用于抑制杂散光到达像面。
Description
技术领域
本发明涉及大视场光学相机杂散光抑制装置，属于红外成像技术领域。
背景技术
杂散光会造成相机成像信噪比降低，干扰成像信号的提取和识别，甚至对探测器造成损伤。FY-2静止轨道气象卫星、日本GMS气象卫星、美国静止轨道环境业务卫星-8均受到不同程度的杂散光影响。
光学相机的杂散光主要有以下三种：第一种，外部杂散辐射，主要由外部强光源产生的，如太阳发出的辐射、地球大气的散射等进入系统后，经过多次反射、散射或者衍射到达探测器；第二种光学元件透射面残余反射形成的鬼像；第三种内部杂散辐射，如光机结构、电机、温控热源等温度较高的元件产生的红外辐射经过系统内表面的反射、折射或衍射后到达探测器焦平面。
传统杂散光抑制装置采用光学系统圆筒型遮光罩，该装置对杂散光尤其是太阳光线有一定抑制作用，但是圆筒型遮光罩对于光线通过罩口照在罩体内壁可产生杂散光和热流量的问题无法避免。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供大视场光学相机杂散光抑制装置，提升图像信噪比。
本发明的技术解决方案是：
本发明公开了大视场光学相机杂散光抑制装置，包括：外遮光罩、挡光环和消光单元；其中，外遮光罩置于相机结构上，根据太阳照射角度将照射到遮光罩内壁的太阳光切除；挡光环，置于相机内遮光罩内壁，用于消除其它星体杂散辐射；消光单元，置于相机镜筒的内壁，用于抑制杂散光到达像面。
进一步地，在上述抑制装置中，所述外遮光罩为桶状结构，桶状结构的上表面为斜切平面结构；光线从所述斜切平面结构进入相机。
进一步地，在上述抑制装置中，所述桶状结构的上表面与桶壁之间的斜切角b为25°～50°；桶状结构的高度c为6～8米。
进一步地，在上述抑制装置中，所述挡光环包括若干圆环叶片，所述圆环叶片垂直于相机内遮光罩内壁。
进一步地，在上述抑制装置中，所述叶片的端面为斜楔形。
进一步地，在上述抑制装置中，所述叶片按锥状梯度间隔分布在相机内遮光罩内壁上。
进一步地，在上述抑制装置中，所述每个叶片的表面涂覆光吸收率高于85％的黑漆。
进一步地，在上述抑制装置中，所述挡光环，使大于视场外抑制角的光束在相机内遮光罩内壁至少经过2次散射后入射到主镜。
进一步地，在上述抑制装置中，所述消光单元为圆筒结构，消光单元的内表面为螺纹结构，所述螺纹结构的顶角为20°～40°，螺距为0.2～0.8mm。
进一步地，在上述抑制装置中，所述消光单元的内表面为左旋螺纹结构。
本发明与现有技术的有益效果在于：
(1)本发明采用斜切式外遮光罩方案，可大幅抑制太阳光线，提高杂散光抑制能力；
(2)本发明采用斜切式外遮光罩可有效缩短内遮光罩长度，减小系统设计复杂度；
(3)本发明采用锥状梯度分布式挡光环相比传统设计，可有效抑制杂散光；
(4)本发明采用左旋多级消光螺纹，辐射抑制效率提升至90％以上，并可有效提升探测器照度均匀性；
(5)本发明采用斜切式外遮光罩、档光环及消光螺纹组合方案，可有效抑制空间杂散光，保证高信噪比图像。
附图说明
图1是本发明光学系统杂散光抑制系统光线图；
图2是本发明斜切式外遮光罩太阳光光线图；
图3是本发明挡光环结构图；
图4是本发明镜筒内消光螺纹结构图；
图5是本发明斜切式外遮光罩设计图；
图6是本发明挡光环设计图；
图7是本发明镜筒内壁消光螺纹设计图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明专利做进一步详细说明。
本发明公开了大视场光学相机杂散光抑制装置，包括：外遮光罩1、挡光环3和消光单元4；其中，外遮光罩1置于相机结构上，根据太阳照射角度将照射到遮光罩内壁的太阳光切除；挡光环3，置于相机内遮光罩内壁，用于消除其它星体杂散辐射；消光单元4，置于相机镜筒的内壁，用于抑制杂散光到达像面。
优选地，外遮光罩1为桶状结构，桶状结构的上表面为斜切平面结构；光线从所述斜切平面结构进入相机。
优选地，桶状结构的上表面与桶壁之间的斜切角b为25°～50°；桶状结构的高度c为6～8米。
优选地，挡光环3包括若干圆环叶片，圆环叶片垂直于相机内遮光罩内壁。
优选地，叶片的端面为斜楔形。
优选地，叶片按锥状梯度间隔分布在相机内遮光罩内壁上。
优选地，每个叶片的表面涂覆光吸收率高于85％的黑漆。
优选地，挡光环，使大于视场外抑制角的光束在相机内遮光罩内壁至少经过2次散射后入射到主镜。
优选地，消光单元4为圆筒结构，消光单元4的内表面为螺纹结构，螺纹结构的顶角为20°～40°，螺距为0.2～0.8mm。
优选地，消光单元4的内表面为左旋螺纹结构。
实施例
如图1所示，本发明提供大视场光学相机杂散光抑制装置，包括：斜切式外遮光罩1、挡光环3和消光单元4。所述斜切式外遮光罩1置于相机结构上。挡光环3置于相机内遮光罩内壁。镜筒内壁设计消光单元4。本发明可有效抑制杂散光2对焦面5成像的像质影响。
(1)斜切式外遮光罩
如图2所示，按照杂散光(太阳入射)2角度把能照射到遮光罩内壁的部分切除(虚线部分)8，即可实现斜切式外遮光罩1，同时利用有效的姿态控制措施，保证杂散光(太阳入射)2角度与斜切式外遮光罩1斜切角度保持一致，即可避免杂散光(太阳入射)2直射光学系统入光口6带来的杂散光和热能量问题。斜切角度与卫星轨道高度和观测地球区域7以及阳光规避策略相关。
(2)内遮光罩挡光环
如图3所示，杂散光2到达光学透镜10会出现光晕现象，所以需要设计挡光环3来抑制其它星体杂散光2达到光学透镜10。挡光环3结构采用叶片垂直内遮光罩内表面形式，为了防止叶片顶部将杂散光散射进系统，叶片端面设计为斜楔形。内遮光罩挡光环3主要的分布形式有等高布置和梯度布置9，挡光环梯度布置9的遮光罩总体上比等高布置的遮光罩的杂散光抑制效果要好。因此，选择叶片垂直于遮光罩内壁的锥状梯度分布9挡光环3，挡光环3表面涂覆光吸收率高于85％的黑漆。
(3)镜筒内壁消光单元
如图4所示，大口径透射式光学系统无一次像(光线第一次汇聚点)，无法通过设计一次像光阑减弱外杂散光，采用镜筒11内壁设计不同类型的消光单元4，进而改变表面散射属性，使光线在入射到消光单元4后尽可能多地在螺纹表面之间反射或散射，增加镜筒11内壁的螺纹对杂散光的吸收作用，使到达探测器的杂散光减弱为原来的高阶小量。通过对消光单元4的最优位置及形状进行设计，使其处于内部结构热辐射抑制的最佳位置，点源透射比(PST)可降低1～2个数量级。采用多级消光单元4并进行氧化发黑、喷砂处理，在减弱杂散光的同时，可确保探测器照度的均匀性控制在3％以内。
如图1所示，根据本发明的光学系统杂散光抑制装置包括斜切式外遮光罩1、挡光环3和消光单元4。
斜切式外遮光罩如图5所示，针对地球同步轨道卫星对地球全圆盘观测，相机视场18°×18°a，遮光罩斜切角根据阳光规避策略及工作盲时要求综合确定，本实施例中设计角度b为25°，遮光罩展开后高度c为6.7米。
挡光环设计原则如图6所示，准确计算相邻挡光环之间的间距12，并保证挡光环的排布不会遮挡视场内光线，确定挡光环的位置和长度13。挡光环附着区域长度13＝(档光环环数-1)×间距12。根据光路分析设计7级挡光环，相邻挡光环间距12为20mm,长度13为120mm。
消光螺纹设计如图7所示，通过对不同螺距15(0.5mm、0.35mm)结构模型进行杂散光2能量模拟分析，螺距0.5mm杂散光占总辐照能量平均值为4.6％，螺距0.35mm杂散光占总辐照量平均值为4.03％，仿真表明减小螺距能够有效降低杂散光。通过对不同消光螺纹结构(左旋、右旋)进行消光比分析，左旋螺纹结构14相比右旋螺纹结构第一次光线反射接触面积大，左旋螺纹结构14抑制杂散光效果好，在扫描角度大于70°工况下，左旋结构的点源透射比(PST)相较右旋结构可降低1个数量级。本例采用左旋螺距0.35mm的消光螺纹。
通过上述实施方式对光学系统杂散光抑制效果使用点源透射比(PST)对杂散光情况进行分析。
点源透射比(PST)能够表征视场外部不同角度单位能量入射平行光在像面的照度，PST的值越小表征该装置对杂散光抑制能力越强，计算公式如下：
上式中Ei(θ)像面处照度，Ed(θ)为入瞳处照度。仿真计算结果如表1所示。
表1PST计算结果
| 扫描角度 | PST最大 | PST平均 |
| 0 | 7.90E+03 | 1.80E+01 |
| 3 | 7.80E+03 | 1.80E+01 |
| 6 | 7.80E+03 | 1.80E+01 |
| 13 | 4.70E-02 | 4.50E-02 |
| 14 | 6.70E-03 | 7.30E-03 |
| 20 | 2.70E-06 | 2.00E-06 |
| 24 | 7.90E-07 | 8.40E-07 |
| 28 | 5.50E-07 | 5.10E-07 |
采取本发明进行杂散光抑制后，相机的PST随轴外角度的增大整体呈下降趋势。太阳直射光与相机光轴夹角大于外遮光罩斜切角时，PST在E-007量级，杂散光对探测影响可忽略。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于，包括：外遮光罩(1)、挡光环(3)和消光单元(4)；其中，外遮光罩(1)置于相机结构上，根据太阳照射角度将照射到遮光罩内壁的太阳光切除；挡光环(3)，置于相机内遮光罩内壁，用于消除其它星体杂散辐射；消光单元(4)，置于相机镜筒的内壁，用于抑制杂散光到达像面。
2.根据权利要求1所述的大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于：所述外遮光罩(1)为桶状结构，桶状结构的上表面为斜切平面结构；光线从所述斜切平面结构进入相机。
3.根据权利要求2所述的大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于：所述桶状结构的上表面与桶壁之间的斜切角b为25°～50°；桶状结构的高度c为6～8米。
4.根据权利要求1所述的大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于：所述挡光环(3)包括若干圆环叶片，所述圆环叶片垂直置于相机内遮光罩内壁。
5.根据权利要求4所述的大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于：所述叶片的端面为斜楔形。
6.根据权利要求4所述的大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于：所述叶片按锥状梯度间隔分布在相机内遮光罩内壁上。
7.根据权利要求4所述的大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于：所述每个叶片的表面涂覆光吸收率高于85％的黑漆。
8.根据权利要求1所述的大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于：大于视场外抑制角的光束在相机内遮光罩内壁经过挡光环至少2次散射后入射到主镜。
9.根据权利要求1所述的大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于：所述消光单元(4)为圆筒结构，消光单元(4)的内表面为螺纹结构，所述螺纹结构的顶角为20°～40°，螺距为0.2～0.8mm。
10.根据权利要求1所述的大视场光学相机杂散光抑制装置，其特征在于：所述消光单元(4)的内表面为左旋螺纹结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311400889.8A CN117434779A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 大视场光学相机杂散光抑制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311400889.8A CN117434779A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 大视场光学相机杂散光抑制装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117434779A true CN117434779A (zh) | 2024-01-23 |
Family
ID=89557911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311400889.8A Pending CN117434779A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 大视场光学相机杂散光抑制装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117434779A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118330896A (zh) * | 2024-04-26 | 2024-07-12 | 江苏北方湖光光电有限公司 | 一种有效消除合束镜杂散光的结构 |
-
2023
- 2023-10-26 CN CN202311400889.8A patent/CN117434779A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118330896A (zh) * | 2024-04-26 | 2024-07-12 | 江苏北方湖光光电有限公司 | 一种有效消除合束镜杂散光的结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108535838B (zh) | 基于联合消杂光的微纳化星敏感器光学系统 | |
| CN117434779A (zh) | 大视场光学相机杂散光抑制装置 | |
| US4542963A (en) | Optical system with reflective baffles | |
| CN111929967B (zh) | 一种高杂光抑制比的遮光罩系统及其设计方法 | |
| CN109520929B (zh) | 一种用于油气污染物激光检测的杂散光抑制装置 | |
| US4521068A (en) | Cooled field optical system for infrared telescopes | |
| CN112666704B (zh) | 一种光学系统中消一次杂散光遮光罩的结构设计方法 | |
| CN115877353B (zh) | 一种激光测距的接收光机系统 | |
| CN114166340A (zh) | 消杂光遮光系统 | |
| Hu et al. | Design of CASSEGRAIN telescope baffles with honeycomb entrance | |
| KR20170095273A (ko) | 웨이퍼 검사를 위한 렌즈 어레이 기반 조명 | |
| Pompea et al. | Stray light analysis of the Apache Point Observatory 3.5-m telescope system | |
| CN114114787B (zh) | 一种宽视场相机遮光罩及其设计方法 | |
| Scaduto et al. | Baffle design and analysis of stray-light in multispectral camera of a Brazilian satellite | |
| Gach et al. | C-MORE: the laser guide star wavefront sensor | |
| Kawano et al. | Suppression of sun interference in the star sensor baffling stray light by total internal reflection | |
| CN114235346A (zh) | 一种基于光腔吸收的衍射杂光抑制比测试系统及方法 | |
| CN114415312A (zh) | 一种适用于亮背景成像条件下的镜筒结构 | |
| Goto et al. | Development of a method for aligning lobster eye optics onboard HiZ-GUNDAM with visible light and shape measurements | |
| Li et al. | Stray light suppression of ocean camera | |
| CN217543538U (zh) | 一种天基内遮掩极紫外离轴两反成像系统 | |
| Defise et al. | Design and tests for the heliospheric imager of the STEREO mission | |
| Kent et al. | Preliminary optical design for a 2.2 degree diameter prime focus corrector for the Blanco 4 meter telescope | |
| Tümer et al. | Solar One Gamma Ray Observatory for Intermediate High Energies of 10 to 500 GeV | |
| Holzlöhner | Towards a stray light analysis of the ELT |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |