專利名稱：一種反射式星敏感器遮光罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天器光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種星敏感器的反射式遮光罩。
背景技術(shù)：
星敏感器遮光罩主要是抑制視場(chǎng)外的太陽光、地氣光以及月亮光等雜散光。與成像目標(biāo)恒星的亮度相比，這些雜散光源的亮度要強(qiáng)上幾個(gè)數(shù)量級(jí)甚至幾十個(gè)數(shù)量級(jí)，因此要求星敏感器必須具備極佳的抑制能力，使像面上視場(chǎng)外的強(qiáng)雜散光經(jīng)過多次衰減降到成像目標(biāo)亮度以下?，F(xiàn)有的星敏感器遮光罩，比如專利“CN 1502524 一種星敏感器遮光罩及其設(shè)計(jì)方法”，采用兩級(jí)型遮光罩，兩極消光部分均采用圓錐面結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)級(jí)次不夠，抑制的角度受到限制，同時(shí)，二級(jí)吸收錐面黑漆噴涂受到現(xiàn)有技術(shù)水平限制，使得抑制視場(chǎng)外強(qiáng)雜散光的效果大打折扣，不能達(dá)到理想效果。其他公開文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的遮光罩，均采用圓筒型擋光環(huán)結(jié)構(gòu)的兩級(jí)型遮光罩，體積重量較大，機(jī)械加工和噴涂黑漆都比較困難，抑制視場(chǎng)外強(qiáng)雜散光的能力也較難保證?，F(xiàn)有的直桶型遮光罩不能滿足如此高抑制能力的要求；比如專利CN201255802， CN201322836等，均不能滿足視場(chǎng)外強(qiáng)光源的抑制要求，且體積重量較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雜散光抑制能力更強(qiáng)， 尺寸小、重量輕、加工制造方便的反射式星敏感器遮光罩。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種反射式星敏感器遮光罩，包括一級(jí)遮光罩、二級(jí)遮光罩和三級(jí)遮光罩；三個(gè)遮光罩均為薄壁型圓錐桶結(jié)構(gòu)，其中一級(jí)遮光罩帶有內(nèi)擋光環(huán)； 三級(jí)遮光罩前端靠近入光口，一級(jí)遮光罩、二級(jí)遮光罩的前端分別與三級(jí)遮光罩尾端相連； 在遮光罩橫截面內(nèi)，一級(jí)遮光罩靠近星敏感器的上邊緣點(diǎn)A與二級(jí)遮光罩上邊緣點(diǎn)B的連線，與遮光罩回轉(zhuǎn)軸線的夾角等于星敏感器的半視場(chǎng)角ω。所述遮光罩橫截面內(nèi)三級(jí)遮光罩的上邊緣點(diǎn)C、二級(jí)遮光罩的上邊緣點(diǎn)B和一級(jí)遮光罩的下邊緣點(diǎn)Α’共線。所述三級(jí)遮光罩的半張角P和入射角β之間的關(guān)系滿足爐=(90° — β) / 3或者 φ 二 (90° — β)/4
O所述二級(jí)遮光罩的半張角Φ和入射角β之間的關(guān)系滿足Φ = 90° -β或者Φ =(90° -β)/2。所述一級(jí)遮光罩的內(nèi)壁為粗糙表面，噴涂有低反射率低散射率的黑漆或者黑膜。所述三級(jí)遮光罩和二級(jí)遮光罩的內(nèi)壁為光滑潔凈表面，噴涂有高反射率低散射率的黑漆或者黑膜。所述遮光罩橫截面內(nèi)三級(jí)遮光罩的上邊緣點(diǎn)C、二級(jí)遮光罩的上邊緣點(diǎn)B的連線與遮光罩回轉(zhuǎn)軸線的夾角θ與星敏感器半視場(chǎng)角ω和入射角β之間的關(guān)系滿足tan θ=(tan ω+tan β )/2。所述一級(jí)遮光罩、二級(jí)遮光罩和三級(jí)遮光罩采用鋁合金材料或復(fù)合材料制成。本發(fā)明的原理是太陽光等視場(chǎng)外強(qiáng)光以入射角β進(jìn)入三級(jí)遮光罩入口，絕大部分光線被遮光罩內(nèi)壁吸收，部分光線在三級(jí)遮光罩和二級(jí)遮光罩內(nèi)壁上發(fā)生多次鏡面反射返回入射空間；還有小部分光線在三級(jí)或者二級(jí)遮光罩內(nèi)壁散射后以大于θ角進(jìn)入一級(jí)遮光罩，并在一級(jí)遮光罩內(nèi)部經(jīng)多次反射或者散射致使能量衰減。通過上述辦法可以使視場(chǎng)外強(qiáng)光經(jīng)過遮光罩后下降好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而達(dá)到抑制視場(chǎng)外強(qiáng)雜散光的效果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明利用三個(gè)遮光罩組合消除雜光，通過設(shè)計(jì)遮光罩橫截面內(nèi)一級(jí)遮光罩靠近星敏感器的上邊緣點(diǎn)A與二級(jí)遮光罩上邊緣點(diǎn)B的連線，與遮光罩回轉(zhuǎn)軸線的夾角等于星敏感器的半視場(chǎng)角ω，使絕大部分雜散光被吸收或者反射返回入射空間，因此對(duì)于視場(chǎng)外強(qiáng)雜散光的抑制能力方面更強(qiáng)，特殊適合于星敏感器等深空探測(cè)光學(xué)遙感領(lǐng)域。(2)本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上采取了優(yōu)化計(jì)算，通過設(shè)定各級(jí)結(jié)構(gòu)的圓錐張角的代數(shù)關(guān)系， 使整個(gè)遮光罩具有最優(yōu)長度，在滿足遮光性能的前提下，尺寸減小。(3)本發(fā)明采用了反射式遮光罩，不需要加工復(fù)雜的擋光環(huán)，與傳統(tǒng)的遮光罩相比，尺寸小，重量輕，加工更為簡(jiǎn)單。(4)本發(fā)明通過對(duì)各級(jí)遮光罩內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)和涂層設(shè)計(jì)，合理采用散射、反射、吸收等方式，有效地使最終能夠進(jìn)入到星敏感器的能量衰減好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。


圖1為本發(fā)明的軸向截面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，為本發(fā)明遮光罩的基本形式，包括一級(jí)遮光罩1、二級(jí)遮光罩2和三級(jí)遮光罩3。三級(jí)遮光罩3前端靠近入光口，一級(jí)遮光罩1、二級(jí)遮光罩2的前端分別與三級(jí)遮光罩3尾端相連。三級(jí)遮光罩3和二級(jí)遮光2為薄壁型圓錐桶結(jié)構(gòu)，三級(jí)遮光罩3的張角小于二級(jí)遮光罩2的張角。二者的內(nèi)壁經(jīng)過高精度加工為光滑潔凈表面，并噴涂了高反射率低散射率的黑漆或者黑膜。本實(shí)施例中為LORD公司的^307?？拷R頭的一級(jí)遮光罩1的內(nèi)壁為擋光環(huán)或者消雜光螺紋結(jié)構(gòu)的為粗糙表面。其張角等于星敏感器視場(chǎng)角。一級(jí)遮光罩1的內(nèi)壁噴涂有低反射率低散射率的黑漆或者黑膜。本實(shí)施例中為LORD公司的B06。在遮光罩橫截面內(nèi)，一級(jí)遮光罩1靠近星敏感器的上邊緣點(diǎn)A與二級(jí)遮光罩2上邊緣點(diǎn)B的連線，與遮光罩回轉(zhuǎn)軸線的夾角等于星敏感器的半視場(chǎng)角ω。三個(gè)遮光罩均采用鋁合金或者復(fù)合材料或者其他重量輕的具有良好加工性能的材料制成。本實(shí)施例中為鋁合金。在遮光罩橫截面內(nèi)，三級(jí)遮光罩3的上邊緣點(diǎn)C、二級(jí)遮光罩2的上邊緣點(diǎn)B和一級(jí)遮光罩1的下邊緣點(diǎn)Α’共線。三級(jí)遮光罩3的上邊緣點(diǎn)C、二級(jí)遮光罩2的上邊緣點(diǎn)B的連線與遮光罩回轉(zhuǎn)軸線的夾角θ與星敏感器半視場(chǎng)角ω和入射角β之間的關(guān)系滿足 tan θ = (tan ω+tan β )/2 ο合理設(shè)定各級(jí)遮光罩的半張角，可以在保證遮光效果的前提下，進(jìn)一步減小整體結(jié)構(gòu)的尺寸。本發(fā)明中，三級(jí)遮光罩3的半張角P和入射角β之間的關(guān)系滿足 φ = (90。- β)I誠考φ 二 (90°-β)/4 。本實(shí)施例中，爐=(90°-夕)/3。二級(jí)遮
光罩2的半張角Φ和入射角β之間的關(guān)系滿足Φ = 90° -β或者φ = (90° -β)/2。 本實(shí)施例中，Φ = 90° -β。根據(jù)上述各級(jí)遮光罩圓錐張角的幾何關(guān)系，可得一級(jí)遮光罩1和二級(jí)遮光罩2的軸向長度差La La=--^-^
tan θ - tan ω二級(jí)遮光罩2、三級(jí)遮光罩3的長度軸向長度之和Lb
Γ00331 L =-----
b (tan β - tan 6>)(tan θ - tan ω)則遮光罩總的長度L為
_ J(taniy + tan β)L = La+Lb = (tany0_tan^)(tan0_tanio)令 f = (tan β -tan θ ) (tan θ -tan ω )，可知當(dāng) tan θ e (tan ω，tan β )，f > 0，L >0。并在tane = (tan β+tan ω )/2時(shí)，f存在最大值，此時(shí)，整個(gè)遮光罩具有最優(yōu)長度， 其最優(yōu)長度Lmin滿足Lmm = —----r-
(tan β - tan ω)本發(fā)明的遮光罩工作過程為當(dāng)太陽光等視場(chǎng)外強(qiáng)光以大于入射角β進(jìn)入三級(jí)遮光罩3入口，沿傳輸路徑將有部分光線分別落在三級(jí)遮光罩3和二級(jí)遮光罩2內(nèi)壁，由于遮光罩內(nèi)壁表面噴涂有黑漆或者黑膜，因此絕大部分能量被吸收；小部分落在三級(jí)遮光罩 3內(nèi)壁的光線將發(fā)生三次反射或者是四次反射返回入射空間，小部分落在二級(jí)遮光罩2內(nèi)壁的光線將發(fā)生一次反射或者是二次反射返回入射空間；還剩下極小部分能量的光線將在三級(jí)遮光罩3和二級(jí)遮光罩2內(nèi)壁發(fā)生散射。由于散射光線只能分布在遮光罩內(nèi)壁的半球內(nèi)，因此將以大于星敏感器半視場(chǎng)角的角度進(jìn)入一級(jí)遮光罩1，而不能直接入射到星敏感器。一級(jí)遮光罩1帶有擋光環(huán)，內(nèi)壁粗糙且噴涂有黑漆或者黑膜，將形成光陷阱，散射進(jìn)入的光線將再次在一級(jí)遮光罩1內(nèi)壁間多次反射或者散射，使最終能夠進(jìn)入到星敏感器的能量衰減好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。本發(fā)明遮光罩的長度小、重量輕、加工制造方便，對(duì)于視場(chǎng)外強(qiáng)光源比如太陽光、 地氣光具有極強(qiáng)的雜散光抑制能力?？梢杂糜谛敲舾衅髡诠?，也可以用于星相機(jī)等深空探測(cè)的光學(xué)遙感器。當(dāng)然，對(duì)本發(fā)明的各組成部件、位置關(guān)系及連接方式在不改變其功能的情況下，進(jìn)行的等效變換或替代，也落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明說明書未公開的技術(shù)屬本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種反射式星敏感器遮光罩，其特征在于包括一級(jí)遮光罩(1)、二級(jí)遮光罩(2)和三級(jí)遮光罩(3)；三個(gè)遮光罩均為薄壁型圓錐桶結(jié)構(gòu)，其中一級(jí)遮光罩(1)帶有內(nèi)擋光環(huán)； 三級(jí)遮光罩C3)前端靠近入光口，一級(jí)遮光罩(1)、二級(jí)遮光罩O)的前端分別與三級(jí)遮光罩(3)尾端相連；在遮光罩橫截面內(nèi)，一級(jí)遮光罩(1)靠近星敏感器的上邊緣點(diǎn)A與二級(jí)遮光罩(2)上邊緣點(diǎn)B的連線，與遮光罩回轉(zhuǎn)軸線的夾角等于星敏感器的半視場(chǎng)角ω。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式星敏感器遮光罩，其特征在于所述遮光罩橫截面內(nèi)三級(jí)遮光罩(3)的上邊緣點(diǎn)C、二級(jí)遮光罩O)的上邊緣點(diǎn)B和一級(jí)遮光罩1的下邊緣點(diǎn) Α’共線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反射式星敏感器遮光罩，其特征在于所述三級(jí)遮光罩 ⑶的半張角爐和入射角β之間的關(guān)系滿足0 = —廣)/3或者爐= (90° — Α)/4。
4.根據(jù)權(quán)利要求ι或2所述的反射式星敏感器遮光罩，其特征在于所述二級(jí)遮光罩(2)的半張角Φ和入射角β之間的關(guān)系滿足Φ= 90° -β或者φ = (90° -β)/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反射式星敏感器遮光罩，其特征在于所述一級(jí)遮光罩 (1)的內(nèi)壁為粗糙表面，噴涂有低反射率低散射率的黑漆或者黑膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反射式星敏感器遮光罩，其特征在于所述三級(jí)遮光罩(3)和二級(jí)遮光罩O)的內(nèi)壁為光滑潔凈表面，噴涂有高反射率低散射率的黑漆或者黑膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式星敏感器遮光罩，其特征在于所述遮光罩橫截面內(nèi)， 三級(jí)遮光罩(3)的上邊緣點(diǎn)C、二級(jí)遮光罩(2)的上邊緣點(diǎn)B的連線與遮光罩回轉(zhuǎn)軸線的夾角θ與星敏感器半視場(chǎng)角ω和入射角β之間的關(guān)系滿足tan θ = (tan ω+tan β )/20
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式星敏感器遮光罩，其特征在于所述一級(jí)遮光罩(1)、 二級(jí)遮光罩( 和三級(jí)遮光罩( 采用鋁合金材料或復(fù)合材料制成。
全文摘要
一種反射式星敏感器遮光罩，由三級(jí)薄壁圓錐桶依次連接組成。遠(yuǎn)離鏡頭的兩級(jí)圓錐桶內(nèi)壁為光滑潔凈表面，并噴涂了高反射率低散射率的黑漆或者黑膜；靠近鏡頭的一級(jí)圓錐桶內(nèi)壁為擋光環(huán)或者消雜光螺紋結(jié)構(gòu)的圓桶型結(jié)構(gòu)，噴涂有低反射率低散射率的黑漆或者黑膜。通過設(shè)定各級(jí)圓錐桶圓錐張角的代數(shù)關(guān)系，使整個(gè)遮光罩具有最優(yōu)長度。本發(fā)明的長度小、重量輕、加工制造方便，對(duì)于視場(chǎng)外強(qiáng)光源比如太陽光、地氣光具有極強(qiáng)的雜散光抑制能力，可用于星敏感器的遮光，也可用于星相機(jī)等深空探測(cè)光學(xué)遙感器。
文檔編號(hào)B64G1/66GK102243414SQ20101056083
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者伏瑞敏, 宗肖穎, 廖志波, 杜建祥, 焦文春 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所