[发明专利]一种光学系统中消一次杂散光遮光罩的结构设计方法

说明书

一种光学系统中消一次杂散光遮光罩的结构设计方法，涉及光学系统设计技术领域，解决现有挡光环的设计存在光学系统重量增加，装配难度高，且无法满足光学系统消一次入射杂散光抑制要求的问题，设定入口处光学孔径的半径值，遮光罩半孔径，挡光环之间的轴向间距，挡光环的总数量，遮光罩总长，遮光罩的杂光抑制角以及光学系统视场角；在确定杂光抑制角后，对遮光罩半孔径，挡光环之间的轴向间距进行矩阵式离散采样；确定光线入射的位置范围；计算获得满足条件的交点的取值范围；记录该入射角度下不能满足条件的光线数目；实现消杂散光设计。本发明计算出来的遮光罩结构具有等高度等间距挡光环，解决工程应用中遮光罩结构复杂难加工难装配的问题。

技术领域

本发明涉及光学系统设计技术领域，具体涉及一种光学系统中消一次杂散光遮光罩的结构设计方法。

背景技术

在光学系统中，杂散光通常指的是达到光学系统像面的非成像光线，相当于光学系统的“噪声”。它对相机星像点的影响非常明显，可使像面的对比度大大降低，清晰度变坏；杂散光辐射引起的噪声严重时甚至会盖过目标信号。因此杂散光抑制设计是成像相机的关键技术之一，常采用的方法是为相机设计遮光罩以抑制杂散光的影响。

通常遮光罩设计分为外形设计和挡光环设计，挡光环的存在可以有效的减小离轴角较小的杂散光入射。遮光罩外形有圆柱状和锥状两种，挡光环的布置也有两种：挡光环等高布置和挡光环梯度布置。无论采取哪种布置形式的遮光罩和挡光环，中心思想是不让大于杂光抑制角入射一级散射杂光直接照射到主镜上，且保证挡光环的布置不遮拦视场角以内的光线。

在以往研究中发现，挡光环的分布虽然越密越好，但实际工程中挡光环的数量同样会使光学系统自身重量增加，且增加装配难度，所以要适量减少其数量。挡光环提高高度是为了提升杂散光在其内部的反射次数，该次数与挡光环分布也有一定的关系。在考虑加工和装调难度的情况下，对挡光环数量、高度都要有一定的要求，不仅便于光机装调，同时还能满足光学系统消一次入射杂散光抑制要求。

目前的设计中，挡光环都是等高度或者等间距，为了便于工程化，本发明针对等间距且等高度挡光遮光罩结构的设计空缺，提供了一种新的计算思路。在工程项目中应用本发明设计方法，可以有效地简化遮光罩和挡光环的生产流程及装配流程，减少加工成本，缩短工程周期。

发明内容

本发明为解决现有挡光环的设计存在光学系统重量增加，装配难度高，且无法满足光学系统消一次入射杂散光抑制要求的问题，提供一种光学系统中消一次杂散光遮光罩的结构设计方法。

一种光学系统中消一次杂散光遮光罩的结构设计方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、设定a为入口处光学孔径的半径值，a⁺为遮光罩半孔径，d为挡光环之间的轴向间距，M为挡光环的总数量，遮光罩总长为Md；θ₀为遮光罩的杂光抑制角，ω为光学系统视场角，所述遮光罩的杂光抑制角θ₀和光学系统视场角ω均为正数，d为负数；

在确定杂光抑制角θ₀后，根据工程经验给出a⁺和d的取值范围，并对a⁺和d进行矩阵式离散采样；

步骤二、设定边缘位置光线与X轴夹角小于等于杂光抑制角θ₀，即

整理之后得到

对步骤一中每一组a⁺和d离散采样得到的数值，计算对应的M，获得M矩阵；

步骤三、取一个入射光线方向，记为θ，确定光线入射的位置范围；设定所述入射光线的方程为：

y＝tanθ(x+b)

b为入射光线与X轴的交点位置，则进入遮光罩内部的光线应满足：