本發(fā)明涉及一種用于紅外光學(xué)遙感儀器或紅外成像儀器的超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)，該冷光闌結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于線列推掃光學(xué)遙感儀器的拼接探測器，用以增加推掃光學(xué)遙感儀器的觀測范圍，同時抑制背景輻射，均化像面輻照度，為長線列拼接探測器提供一個良好的工作環(huán)境。同時超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)能夠擬合大視場光學(xué)系統(tǒng)的畸變曲線，補償一部分大視場光學(xué)系統(tǒng)的成像畸變，有利于紅外遙感儀器和紅外成像儀器的高分辨率應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著長線列和面陣探測器技術(shù)的發(fā)展，大視場光學(xué)遙感儀器得到越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。特別是對于近地軌道上的對地遙感儀器，采用長線列探測器的推掃成像體制是一種很好的圖像獲取方式，大視場推掃成像光學(xué)遙感系統(tǒng)可以實現(xiàn)寬廣的地面覆蓋。例如cook型離軸反射光學(xué)系統(tǒng)，視場角可達到20°或更大，在500km的近地圓軌道上，可以實現(xiàn)寬度約176km的地面覆蓋。

在上述條件下，假設(shè)每個像元對應(yīng)地面分辨率10m，則推掃成像光學(xué)遙感系統(tǒng)需要至少17600個有效像元，才能覆蓋上述寬度，由此帶來了長線列探測器像元數(shù)量和拼接規(guī)模等要求的提高。

在常用的大視場推掃遙感儀器中，品字形交錯排列的長線陣探測器是最常見的大規(guī)模探測器實現(xiàn)形式。超長線列探測器通過短線列或小面陣探測器，通過首尾相接，交替排列的品字形拼接方式，在整個像面上間隔采樣，等效實現(xiàn)了超大規(guī)模的長線列或大面陣探測器。

中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所的17片ccd拼接的可見光探測器，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制的2048×1長波紅外探測器，以及美國的kepler天文衛(wèi)星、歐洲的gaia天文衛(wèi)星，都成功應(yīng)用了拼接長線列探測器或多模塊拼接探測器。

超長線列拼接探測器結(jié)構(gòu)采用短線列探測器模塊品字形拼接，交替排列組成超長線列，然后根據(jù)視場角和成像光束立體角共同決定的通光口徑，設(shè)置常規(guī)的整體式冷光闌結(jié)構(gòu)，包括通光窗口、冷光闌以及濾光片組件。例如中國科學(xué)院上海技術(shù)物理所研制的2048元長波紅外探測器。該2048元長波紅外探測器采用8片256×1的mct探測器首尾相接交錯排布的方式，連接成為2048×1的長線列探測器，然后在長線列探測器前設(shè)置一個常規(guī)的整體式通光窗口、冷光闌和濾光片，作為抑制背景輻射的措施。

紅外探測器是基于熱輻射的探測器，來自光機結(jié)構(gòu)的背景輻射對紅外探測器的動態(tài)范圍和探測靈敏度有顯著影響。對于可見光系統(tǒng)，拼接焦平面組件并不需要過多的考慮光機結(jié)構(gòu)的背景熱輻射問題。例如中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所提出了17片拼接的可見光ccd焦平面組件，只需要考慮探測器的排布及其相對位置關(guān)系即可，與紅外長線列拼接探測器有很大的不同。

在小規(guī)模面陣或短線列拼接情況下，超長線列紅外探測器使用常規(guī)的整體式冷光闌結(jié)構(gòu)，中心視場的拼接探測器和邊緣視場拼接探測器之間的立體角差異并不明顯，此時中心視場和邊緣視場的像面輻照度均勻性較好，而且進入探測器的背景輻射能量較為有限。

對于工作在中長波紅外波段的超長線列拼接探測器，常規(guī)的整體式冷光闌結(jié)構(gòu)對應(yīng)的中心視場拼接探測器和邊緣視場拼接探測器的立體角差異較大，中心位置的拼接探測器和邊緣位置的拼接探測器像元對應(yīng)的立體角不同，接收的背景輻射能量也不盡相同，給焦面帶來了附加的不均勻性。

隨著拼接線列數(shù)量的增加，超長線列拼接探測器在線列長度和寬度方向的尺寸差異增加，常規(guī)的整體式冷光闌對應(yīng)的中心模塊和邊緣模塊的立體角差異變大。由于紅外波段背景輻射的影響，即使在均勻輻射能量作用下，常規(guī)的整體式冷光闌也會增加進入超長線列拼接探測器的背景輻射的不均勻性，限制了紅外系統(tǒng)的動態(tài)范圍和靈敏度。

紅外遙感儀器的地面分辨率和幅寬要求不斷提高，使得紅外遙感儀器的探測器拼接規(guī)模越來越大，常規(guī)的整體式冷光闌存在的中心視場和邊緣視場拼接探測器輻照度不均勻性，以及背景輻射增加等問題越來越嚴重，這些都影響超長線列拼接探測器的使用性能。

為實現(xiàn)大規(guī)模的超長線列拼接探測器，短線列探測器拼接的模塊數(shù)量越來越多，線列探測器長度越來越長，常規(guī)的整體式冷光闌結(jié)構(gòu)并不能適應(yīng)這樣的增長趨勢和應(yīng)用需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明結(jié)合了成熟的超長線列拼接探測器的優(yōu)點，根據(jù)紅外成像儀器超長線列拼接探測器的結(jié)構(gòu)特點和應(yīng)用背景，提出了一種超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)。

超長線列拼接探測器組件中的拼接探測器呈品字形交替排列，如果能夠為每個拼接探測器添加獨立的通光窗口、冷光闌和濾光片，構(gòu)建獨立的光學(xué)接口，使超長線列拼接探測器的每個拼接探測器只能通過獨立的、專屬的濾光片組件、冷光闌和通光窗口接收來自光學(xué)系統(tǒng)的輻射能量，這樣中心視場和邊緣視場的拼接探測器從分立冷光闌接收的背景輻射立體角大為減小，既能大幅度抑制背景輻射，同時各拼接探測器的立體角更為接近，提高像面輻照度的均勻性。

上述原理可參考附圖3超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)的光學(xué)接口和孔徑角模型和附圖4常規(guī)的整體式冷光闌的光學(xué)接口和孔徑角模型示意圖。

本發(fā)明所涉及的超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)如附圖1所示。超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)包括分立通光窗口、分立冷光闌、分立濾光片組件和超長線列拼接探測器組件。

所述的分立通光窗口1通過釬焊安裝在冷平臺外罩5-2的凹槽中；分立冷光闌2通過螺釘固定在分立濾光片組件3上；分立濾光片組件3通過螺釘安裝在冷平臺5的冷板5-3上；超長線列拼接探測器組件通過膠結(jié)固定在冷平臺5的冷板5-3上；

超長線列拼接探測器組件4中的拼接探測器呈品字形交替排列，每個拼接探測器都有一組相同的分立通光窗口1、分立冷光闌2和分立濾光片組件3；

成像光束依次通過分立通光窗口1、分立冷光闌2和分立濾光片組件3，到達超長線列拼接探測器組件4中的的拼接探測器。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1.結(jié)構(gòu)和裝配簡單，分立冷光闌和分立濾光片組件自成模塊，可以獨立完成裝配，有利于確保超長線列拼接探測器的裝配精度；

2.背景輻射抑制效果好，分立冷光闌和分立濾光片組件能夠匹配超長線列拼接探測器組件每個拼接探測器的成像光束孔徑角，可以有效減少超長線列拼接探測器組件接收背景輻射的立體角，從而限制進入超長線列拼接探測器組件的背景輻射能量；

3.減少了超長線列拼接探測器組件中心視場和邊緣視場對應(yīng)的立體角差異，降低了超長線列拼接探測器組件每個拼接探測器的輻照度波動，改善了焦面輻照度均勻性，有利于提高成像系統(tǒng)的動態(tài)范圍和探測靈敏度。

4.超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)便于擬合大視場光學(xué)系統(tǒng)的成像畸變，補償和校正大視場光學(xué)系統(tǒng)的成像畸變，有利于紅外遙感儀器和紅外成像儀器的高分辨率應(yīng)用。

附圖說明

圖1是超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)俯視圖，圖1顯示了超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)品字形排列的分立通光窗口。在圖1中，1是分立通光窗口，2是分立冷光闌，3是分立濾光片組件(其中3-1是分立濾光片，3-2是濾光片保持架)，4是超長線列拼接探測器組件，5是冷平臺。

圖2是超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)在線列寬度方向的剖視圖。

圖3是常規(guī)的整體式冷光闌結(jié)構(gòu)在線列長度方向的剖視圖。在圖3中，i-1是通光窗口，i-2是冷光闌，i-3是濾光片組件(其中i-3-1是分立濾光片，i-3-2是濾光片保持架)，i-4是超長線列拼接探測器組件，i-5是冷平臺。

圖4是常規(guī)的整體式冷光闌結(jié)構(gòu)在線列寬度方向的剖視圖。

圖5是超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)的光學(xué)接口和孔徑角模型示意圖，圖(a)是線列寬度方向的光學(xué)接口和孔徑角模型，圖(b)是線列長度方向的光學(xué)接口和孔徑角模型。

圖6是常規(guī)的整體式冷光闌結(jié)構(gòu)的光學(xué)接口和孔徑角模型示意圖，圖(a)是線列寬度方向的光學(xué)接口和孔徑角模型，圖(b)是線列長度方向的光學(xué)接口和孔徑角模型。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖予以詳細描述，以便能更好地說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和功能特點，而不是限定本發(fā)明的保護范圍。

圖1和圖2詳細標識了本發(fā)明——超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)的組成，包括分立通光窗口、分立冷光闌、分立濾光片組件和超長線列拼接探測器組件以及冷平臺。

圖3和圖4是常規(guī)的整體式冷光闌結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是圖1超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)的光學(xué)接口和孔徑角模型示意圖，圖6是圖3和圖4常規(guī)的整體式冷光闌結(jié)構(gòu)的光學(xué)接口和孔徑角模型示意圖。

圖1、圖2和圖3、圖4具有相同的光學(xué)設(shè)計參數(shù)，而圖5的孔徑角小于圖6的孔徑角，且圖5中心視場和邊緣視場拼接探測器的孔徑角差異減小。

分立通光窗口1的尺寸和厚度參數(shù)，選取的原則主要是根據(jù)光學(xué)設(shè)計的結(jié)果確定分立通光窗口的有效通光口徑，厚度參數(shù)根據(jù)冷平臺外罩5-2凹槽的尺寸進行設(shè)計。

分立冷光闌2的尺寸和厚度參數(shù)，選擇的主要原則是根據(jù)光學(xué)設(shè)計的結(jié)果確定分立冷光闌的通光口徑，由此確定分立冷光闌的開孔尺寸和位置。分立冷光闌的厚度可參照薄壁結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則進行選取。

分立濾光片組件3的尺寸和厚度參數(shù)，選擇的主要原則是根據(jù)光學(xué)設(shè)計的結(jié)果確定分立濾光片組件的通光口徑，由此確定分立濾光片3-1的尺寸。分立濾光片組件的厚度參照一般光學(xué)元件的厚度設(shè)計原則進行選取。

超長線列拼接探測器組件4的位置參數(shù)，選擇的主要原則是根據(jù)光學(xué)設(shè)計的結(jié)果確定超長線列拼接探測器組件中每個拼接探測器的排布。

冷平臺5為超長線列拼接探測器組件4提供真空和低溫工作環(huán)境，同時也是分立通光窗口1、分立冷光闌2、分立濾光片組件3和超長線列拼接探測器組件4的安裝和定位基準。

超長線列拼接探測器分布式冷光闌結(jié)構(gòu)的裝配可以通過模塊化裝配和檢測完成。分立通光窗口1、分立冷光闌2、分立濾光片組件3以及超長線列拼接探測器組件4在工藝上相對獨立，可以完全并行裝配和檢測。避免了附圖2常規(guī)的整體式冷光闌設(shè)計方法存在的串行裝配和精度相互干涉的情況發(fā)生。