第12期 刘鑫等：多谱段相机红外光学系统杂散辐射分析 3203 机入瞳光线的最小入射角。技术要求中，为了使系统 能在不同的工作状态下正常工作，像面的杂散辐射 照度需要小于一定的阈值，即不超过5×10-5W/m2。 Sunlight Earth Satellite Normal of 图4光学系统结构示意图 Fig.4 Optical system model 3.2建立物理参数模型 相机材料及光学器件材料的表面吸收率和发射 图1卫星，地球与太阳光夹角关系 率在相机的两个工作谱段内相差很小。选取两个谱 Fig.I Position of satellite,earth and sunlight 段的平均吸收率和发射率，在杂散光分析软件 (TracePro)中建立多谱段相机系统物理参数模型如 3.1建立光机系统模型 表2所示。 利用杂光分析软件(TracePro)建立某型号多谱 表2多谱段相机系统物理参数模型 段相机光机系统模型如下图所示。图2为光机系统 整机外形结构：图3为指向镜结构。指向镜位于相机 Tab.2 Physical parameters of camera system 遮阳罩内端口处，由滚动轴和俯仰轴传动，可在两个 Reflectance Components Absorptivity /Transmittance 平面内转动。外部辐射经遮阳罩入射至指向镜表面， 再经指向镜反射，以不同角度进入相机内部光学系 Pointing mirror 3% 97% 统。这一结构决定了相机系统的非对称性。图4为相 Color separation filter 5% 90% 机光学系统结构。 Lens surface 2% 98% Optical filter 1.5% 97% Baffle and inside of lens cone 95% 5% 2-D pointing device 85% 15% Other structures 85% 15% Pointing mirror 4杂散辐射分析 图2光机系统模型 4.1追迹光线数的选择依据 Fig.2 Opto-mechanical system model 为了保证运算结果的有效性，光线追迹时要有足 够的光线数量。在同一系统工作状态下，分别设追迹 光线数为800万，1000万、1500万、2000万、3000万， 进行光线追迹。根据像平面上接收到的辐照度值的 稳定性，确定杂散辐射分析时所需的追迹光线数。 表3为追迹光线数与像面辐射能量关系。 由表3可以看到，当光线数为1500万以上时， 像面上接收到的辐照度已经趋于稳定，考虑到光线 图3指向镜 数的增加会大大增加光线追迹所需的时间，综合考 Fig.3 Pointing mirror 虑选取光线数1500万为系统分析时的追迹光线数。第 12 期 机入瞳光线的最小入射角。 技术要求中，为了使系统 能在不同的工作状态下正常工作 ， 像面的杂散辐射 照度需要小于一定的阈值，即不超过 5×10-5 W/m2 。 图 1 卫星 、地球与太阳光夹角关系 Fig.1 Position of satellite, earth and sunlight 3.1 建立光机系统模型 利用杂光分析软件(TracePro)建立某型号多谱 段相机光机系统模型如下图所示 。 图 2 为光机系统 整机外形结构；图 3 为指向镜结构。 指向镜位于相机 遮阳罩内端口处 ，由滚动轴和俯仰轴传动 ，可在两个 平面内转动。 外部辐射经遮阳罩入射至指向镜表面， 再经指向镜反射 ， 以不同角度进入相机内部光学系 统。 这一结构决定了相机系统的非对称性。 图 4 为相 机光学系统结构。 图 2 光机系统模型 Fig.2 Opto鄄mechanical system model 图 3 指向镜 Fig.3 Pointing mirror 图 4 光学系统结构示意图 Fig.4 Optical system model 3.2 建立物理参数模型 相机材料及光学器件材料的表面吸收率和发射 率在相机的两个工作谱段内相差很小 。 选取两个谱 段的平均吸收率和发射率 ， 在杂散 光分析软件 (TracePro)中建立多谱段相机系统物理参数模型如 表 2 所示。 表 2 多谱段相机系统物理参数模型 Tab.2 Physical parameters of camera system 4 杂散辐射分析 4.1 追迹光线数的选择依据 为了保证运算结果的有效性，光线追迹时要有足 够的光线数量。 在同一系统工作状态下，分别设追迹 光线数为 800 万、1 000 万、1 500 万、2 000 万、3 000万 ， 进行光线追迹 。 根据像平面上接收到的辐照度值的 稳定性 ， 确定杂散辐射分析时所需的追迹光线数 。 表3 为追迹光线数与像面辐射能量关系。 由表 3 可以看到 ， 当光线数为 1 500 万以上时 ， 像面上接收到的辐照度已经趋于稳定 ， 考虑到光线 数的增加会大大增加光线追迹所需的时间 ， 综合考 虑选取光线数 1 500 万为系统分析时的追迹光线数。 Components Absorptivity Reflectance /Transmittance Pointing mirror 3% 97% Color separation filter 5% 90% Lens surface 2% 98% Optical filter 1.5% 97% Baffle and inside of lens cone 95% 5% 2-D pointing device 85% 15% Other structures 85% 15% 刘 鑫等:多谱段相机红外光学系统杂散辐射分析 3203