杜瓦中冷光阑的杂散光抑制研究

1 引言
杂散 光 [ 也称 为杂光 , 它 是指光学 系统 中 1 l 除 了 目标 光 线和成 像光 线 以外 的扩 散于 探测 器 或 成像表 面 的其它 光 线 , 以及经 非正 常光 路到
达探测器 的 目标光 线
面的层次减少 !清晰度变差 !能量分布混 乱; ( 3) 可能会在像 面上产生光斑 , 直接 导致像质下 降;
关
我 们在 测得 入射 点 源辐 照度 和像 面上 的 出
射 辐 照度后 , 便可 通过式 (l 计算 出光学 系统的 )
点 源透过 率 [ . ] z 本 文采用 L gh T o S 软件对 空间光学 系统 内 i to l 部 的杂散 辐射进行分 析. L gh T o 软件是 一种 i to l 基 于蒙特卡洛法 的杂光追迹 软件, 它在杂散光计 算 上 的基 本 思想是 把杂 散辐射 看 作 由大 量相互 独 立的能 束光线组成 . 光线的发射位置和方 向 ! 到 达 反射 面 的 吸收或反 射情 况 以及 进入 半透 明 部 件后 的吸收 !折射 !透射或衍射 情况等一 系列 传递过程均 由相应 的概率模型来 确定 先跟 踪一 束光 线, 直到它被 吸收或逸 出系统, 然后再跟 踪 下一束光线 , 这样跟踪完一定数量的光束后 便可
层;
( 通过挡光 或增加反射 次数来 减 小最终的 3) 杂散光 能量 本 文 主要 研 究结 构设 计 方面 , 即第 三种 方 法: 采用冷光 阑结构和 挡光环 设计 3. 冷光 阑 1 由于探 测的是 红 外信 号 , 红外 探 测 光学 系
3 冷光 阑和 挡光 环 的研 究
辐 射能 量的传输 公式 [ ( l 杂光的能量 传输基 ∀
(4) 在某 些情况 下甚 至会导 致 系统失效 ; (5) 情
况严 重时会 使 目标信 号完全 被杂 散辐 射 噪声所 淹没. 因此 , 我 们必须 消除杂散 光 .
杂散辐射 的危 害性很 大, 其 中包括 : (l 降 ) 低像 面 的对 比度 和调制 传递函数 ; ( 使 整个像 2)
收 稿 日期 : 20 0刃3一 1 2 1
度 ; ( 冷光 阑的内壁本 身会传递热 辐射 至探测 3)
器 , 特别是 能量很大 的一次 散射光, 所 以需要通 过有效 的设计来改 善散射情 况
本文 主要研 究冷 光 阑的形 状对杂 散 光的抑
制效果 , 其 中包括圆柱形冷 光 阑 !圆锥状一 阶冷
光 阑和 圆锥状二 阶冷光 阑 3. 挡光环 2
ey l d ri l eold sh iel a n d th e d esig in ea d n p ri ei l o f a eold sh ield a n d a v n e . T h e f u r eom b in ati n s o f eo l n p es a o o d ols sof w ta re. T h e a aly si resu l sh o n s ts w
的一 个可 测量 指 标 , 它 与杂光 源 的辐 射强 度无
用以遮挡杂光传输路径 的专 门结构 , 如遮光 罩 ! 挡光 环和光 阑. 此项 因素最有可 能被忽 略 , 值 得
特 别重视
如果 上面 三个 要 素 中的任 意 一个 为零 , 到 达 是 , B R D F 永远 不可能为零 , 只有 另外 两项 可能为零 , 即 G C F二 , 方法是 完全 阻挡 杂 o
冷光 阑基本 结构 的基 础上 , 按 照冷 光 阑和 挡光环 的消杂光 设计原 理, 提 出了冷光 阑 -
挡光环 的四种 不 同组合 的结构设 计 首次采用 L gh T ol 软件 模拟 了设 计实例 , 并对 档 i to s
光环和冷 光 阑 的结构 形状 进行 了全 面 的对 比分析. 结果表 明, 在挡 光环 方面 , 垂 直挡 光环 的效果 更佳 ; 在 冷光 阑方 面, 圆锥 状二 阶冷光 阑的效果 更佳 最后得 出, 四种 结构 中带垂直挡 光环 的圆锥 状 二 阶冷光 阑设计 的效果更佳
关键词: 杂 散光; 遮 光罩; 挡 光环 ; 冷光 阑 中图分 类号: 0 439 文献标识 码 : A D o i: 10. 3969/j.s 1672一 2010. 001 i sn. 5755. 07.
S tu d y o f S tra y
L ig h t
S u P P re ssio n b y
2. 代即 L ab o a 亡二 o f I f a red I a n g 九 e 眺 a d D e v ce , C j e e r y n r m g i 几亡 i r n i s h ns
A c del o Sd 即 ce , s a 助 面 2 00 3, C 初a a ny f s h n 0 8 h )
( 减小 d几 : 减 小杂光 能量在每 一级传递 3) c s 中的几何构成 因子 G C F , 即在光学 系统 中设 计
及 ( , 勺 的 比值 , 其 数学表达式 为 0
P S T (0, 入 = E d(夕入 ) , )/E (8, 入 ) (1)
点 源透 过 率是 表 征光学 系统本 身 衰减杂光 能力
收面 投影 的立体 角, 也称几 何构成 因子 G c F ,
声 可 以提 高组 件 的信 噪 比, 从而 提 高组 件 的探
测率 . 此外 , 通 过适 当的结构设 计, 冷 光 阑可以 对 进入 其 内部 的杂散光 进 行抑 制 , 从而提 高 组
它仅 取决 于系统 的结构 形式和 尺寸 等 从 式 ( 中可 以看 出, 我 们只要 减小等式 右 2)
2 评价指标 和研 究工具
作者简介: 张燕 (19 4一, 女, 湖北襄樊人, 硕士研究生, 现从事红外探测器组件杂散光消除的研究 8 )
ya 200 9 o b@ 163 . m n j eo
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http: /加 urnal. tp. en/hw si ae.
边 三 项 的值, 便可 以达 到 减少 传输 中的杂 散光
的 目的.
IN FRA REo (M o NT H二)/V oL.31, N o .7, Ju L 2010
件的成 像质量 因此 , 对冷光 阑进 行合理 的设计 是 十分 必要 的 然 而, 在实际 中人 们很难提 供一
http : j ournal. tp . en/hw // si ae.
式 中, d垂 为传递 到单位接收表 面的辐射通 量;
d如协 恻 )为源 面的 出射辐射通 量; B R D F 为源 面材料 的双 向反射分 布函数 ; 积 8 为源面对 接 c
热 辐射 , 同时也 能保 护探 测 器免 受 杜瓦 内壁 热
辐射 的影 响 冷光 阑作为 杜 瓦 中的一 个重 要 配 件 , 主要起 减少 背景 光通 量和 降低 背 景 噪声 的 作用 . 在器 件响应率不变 的情 况下 , 减少背景 噪
第 3 1 卷, 第 7 期
红
外
文章编号: 1672一 5755(2010)07 000 1一 08
杜瓦中冷 光阑的杂散光抑制研 究
张 燕 ,2
(1. 中国科学院上海技术物理研究所 , 上海 20008 ; 3 2. 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室 , 上海 200083 )
摘
要: 为 了深入研 究 红外探 测器杜 瓦 内部 的冷 光 阑 的消 杂光作用 , 在原 有 的圆柱 形
A b stra et : o T u f rth er stu d y th e stra y l igh t su P P ression ef et o f a eo l sh i e f d eld i a D ew a , f u r d if ren t n r o e f
eom b i ati n s o f eo l sh i n o d eld s a n d v n es a e P u t f rw ard a eeord in g to th e b a ie stru etu re o f th e o rig i a l a r o s n
sh i eld s a n d v a es a e sim u la ed an d a n al z ed b y usin g th e L i h tT n r t y g O th a t a m o n g th e v n es , th e v rti l o n e 1 b etter a n d a a e ea 5 m
o n g th e eo l sh iel s, th e eo n i al seeo n d 一 rd er o n e d d e o
1 b etter . It 1 f n a l y eo n e l d ed th a t th e eo niea l seeon d一 rd er eo l sh i 5 5 i l u o d eld w i th a v rtieal v an e 15 th e b est e on e o f th e f u r eo m b in a i n s. o t o K ey w o r d s: stra y li h t; b a f e ; v n e : eold sh i g i a eld
第 3 卷, 第 7 期 1
红
外
种有效 的冷光 阑, 原因在于 : ( 冷光 阑内壁的 ) l 黑色涂层 不能很好地 吸收 杂散光 ; ( 杜 瓦的尺 2)
本文 主要 研究 挡光 环 的改进 效 果 , 即 垂直 挡 光环和斜 挡光环之 间的效果差 异
寸限制使得冷光阑不能做得足够大, 而小尺寸的
冷 光 阑又不 能有效 地 去除杂 散 光 . 如 果加 大冷 光 阑的尺 寸尤其是开 口尺寸 , 则又会增加制冷难