專利名稱：自視式球形紅外光學冷屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光學領(lǐng)域，是一種除透鏡外的光學零件，特別是一種自視式球形紅外光學冷屏。
在對地觀察系統(tǒng)中，空間紅外光學遙感儀器的控測靈敏度，與紅外背景輻射有關(guān)。每個探測器像元所接收到的紅外輻射是通過光學系統(tǒng)從場景中接收到目標信號與探測器通過它前面的冷屏而觀看到的儀器內(nèi)腔輻射之和。通常情況下探測器是通過一個比數(shù)值孔徑大的多的立體角觀看儀器腔體，因此，背景輻射是目標信號的數(shù)倍之多。以往解決問題的方法是在光路中加一平板狀或其它形狀的機械式冷屏，用來屏蔽儀器的內(nèi)腔輻射，該方法只能屏蔽一次輻射。由于普通冷屏的溫度高于探測器溫度，所以無法解決普通冷屏自身的二次輻射。如果采用將冷屏進行致冷的方法，則增加能耗，而且因為存在溫度梯度，仍舊有殘余的二次輻射。
本實用新型的目的是在于提供一種利用光學反射原理進行紅外輻射屏蔽的自視式球形紅外光學冷屏。
自視式球形紅外光學冷屏，是完全不同概念的新型光學冷屏。本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案達到光學冷屏的內(nèi)腔形狀為球面，球形殼體以金屬材料制成，并且內(nèi)外都鍍有光學反射膜，基底平面為安裝平面。紅外探測器的光敏面中心與冷屏內(nèi)腔的球心重合。球形殼體頂點處有一個與光束截面形狀相匹配的光欄孔。冷屏外表面的光學反射膜層，將儀器內(nèi)腔對冷屏的熱輻射能量反射掉，消除冷屏因此產(chǎn)生溫度升高的現(xiàn)象。除有效視場外，光敏面的中心點，無論從那個角度“看”出去，根據(jù)光學反射定律，光線的入射角等于反射角，都將“看”到自己(光線沿原光路返回)；偏離中心的點，都將“看”到法線反射點與球心的連線)另一側(cè)的點。半球面內(nèi)腔實際上是一個凹球面反射鏡，凹球面反射鏡的焦距為f′=r2]]>其中r為曲率半徑。當光敏面中心與球心重合時，物距L=r，可以由高斯公式1L′-1L=1f′]]>求得像距L′=r，結(jié)果物像距相等，物平面與像平面重合，說明像點都位于光敏面，“看”到的是探測器自身。因是同一探測器溫度，沒有溫度梯度，所以沒有背景輻射噪聲。
本實用新型
如下圖1是本實用新型的工作原理示意圖，圖中1．面陣探測器的光敏元2．法線的另一側(cè)點3．內(nèi)腔殼體的球心，光敏元中心與球心重合4．偏離光敏元中心的點5．中心點的“自視”光線6．內(nèi)反射膜7．安裝平面8．安裝孔9．球形殼體10．外反射膜11．光欄孔圖2為本實用新型第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中3．殼體球心6．內(nèi)反射膜7．安裝平面8．安裝孔9．球形殼體10．外反射膜11．光欄孔圖3為本實用新型第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中3．殼體球心6．內(nèi)反射膜7．安裝平面8．安裝孔9．球形殼體10．外反射膜12．透射式平面光欄13．增透膜14．低溫密封膠
以下結(jié)合附圖對本實用新型作詳細的闡述。
工作原理，請參考圖1，光學冷屏由內(nèi)外為半球面構(gòu)成球形殼體9，并且內(nèi)外面都鍍有光學反射膜6與10。紅外探測器的光敏元1中心與冷屏內(nèi)腔的球心3重合。冷屏外表面的光學反射膜層10，將儀器內(nèi)腔對冷屏的熱輻射能量反射掉，消除冷屏因此產(chǎn)生溫度升高的現(xiàn)象。除有效視場外，光敏面的中心點，無論從那個角度“看”出去，根據(jù)光學反射定律，光線的入射角等于反射角，都將“看”到自己，如光線5沿原光路返回。偏離中心的點4，將“看”到法線(反射點與球心3的連線)另一側(cè)的點2，無疑這些點都位于反射像平面即光敏元所在的平面上，“看”到的是探測器自身。
實施例一，請參考圖2，這是一個用金屬材料制造的空心半球殼體9，因固定的需要，有一個安裝平面7與數(shù)個安裝孔8，安裝平面7到球形頂點的高正好等于球體的半徑，內(nèi)外半徑的球心可以位于同一點，此時內(nèi)外半徑的差值為球體殼的厚度。球體頂點處有一個與光束截面形狀相同的光欄孔11，光欄孔11的開口大小與光束的數(shù)值孔徑一致。空心半球體的內(nèi)外表面都鍍有光學反射膜層6與10。
實施例二，為密封式紅外光學冷屏的結(jié)構(gòu)示意圖，請參考圖3。除了有與第一實施例一樣的半球體外，頂點光孔處有一個用紅外光學晶體材料制造的透射式平面光欄12，平面光欄12的內(nèi)外表面鍍有與光束截面形狀一致的光欄孔，兩個表面的透過區(qū)域還鍍有光學增透膜層13。平面光欄與球面冷屏用耐低溫的密封膠14粘結(jié)。
本自視式紅外光學冷屏具有如下有益效果(1)．新穎的光學屏蔽原理與機械式冷屏不同，本實用新型采用的是光學反射原理的紅外輻射屏蔽技術(shù)。
(2)．沒有殘余二次輻射冷屏的球形外表面鍍有光學反射膜層，儀器內(nèi)腔的輻射能量將被反射掉，冷屏自身不會因輻射傳導而產(chǎn)生二次輻射的能量。
(3)．沒有背景輻射噪聲通過內(nèi)腔的光學反射原理，在視場以外探測器“看”到的是自身(同一焦平面)，溫度相同，沒有背景輻射噪聲。
(4)．無需對冷屏制冷在不對冷屏制冷的情況下，冷屏的自身溫度不受儀器內(nèi)腔的輻射熱能的影響，減少能源的消耗(能耗是空間遙感儀器技術(shù)指標之一)。
(5)．結(jié)構(gòu)簡潔，便于推廣應用不需要改變原有的儀器結(jié)構(gòu)，也無需消耗能源，可以很方便地得到應用。如果使用第二實施例產(chǎn)品，則可以代替探測器原有的部分管殼。
權(quán)利要求1．一種自視式球形紅外光學冷屏，包括反射膜的和光欄孔，其特征在于其內(nèi)腔形狀為球面，球體內(nèi)外表面都鍍有光學反射膜，紅外探測器的光敏面中心與冷屏內(nèi)腔的球心重合，球心殼體的頂點處有一個與光束截面形狀相匹配的光欄孔。
2．如權(quán)利要求1所述的自視式球心紅外光學冷屏，其特征在于在所說的光欄孔處有一個有紅外光學晶體材料制造的透射式平面光欄。
專利摘要本實用新型是一種利用光學反射原理進行紅外輻射屏蔽的光學冷屏。光學冷屏的內(nèi)腔形狀為球面,內(nèi)外表面都鍍有光學反射膜層。外表面的反射膜用于反射儀器內(nèi)腔的紅外輻射。探測器的光敏面中心處于腔體的球心,除有效場外,通過內(nèi)表面的反射,探測器看到自身或同一光敏面。沒有殘余的二次輻射,沒有輻射背景噪聲,無需對冷屏制冷。如果在光孔處安置透射式平面光欄,做成密封型,則可代替探測器管殼,結(jié)構(gòu)簡潔,便于應用。
文檔編號G02B5/12GK2334038SQ9822374
公開日1999年8月18日 申請日期1998年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月16日
發(fā)明者胥學榮, 鄭親波, 丁雷, 鈕新華 申請人:中國科學院上海技術(shù)物理研究所