一种具有挡光环结构的冷光阑

摘要

本发明公开了一种具有挡光环结构的冷光阑。其特点是在冷光阑的内壁合理的增加两个挡光环，同时挡光环的表面还涂覆一层性能良好的“黑色”涂层，从而能有效的减少杂散光。该设计能很好的提高系统的信噪比，增加对比度，改善整个系统的探测和识别能力。与不带挡光环的冷光阑相比，此发明能很有效的减少杂散光，让点源透过率PST值有相对几个数量级的衰减，制作易，成本低，能适用于任何冷光阑结构中。

权利要求

1.一种具有挡光环结构的冷光阑，其特征在于：在圆筒状或者锥状的冷光阑内部设置有两个可消除杂散光的柯伐挡光环；所述的两个挡光环采用中间孔直径相等的等高布置结构或者采用第一挡光环的中间孔比第二挡光环的中间孔大的梯度布置结构；各布置结构的挡光环尺寸和位置设计方法如下：(1)挡光环等高布置的圆筒状冷光阑第一挡光环距冷光阑入口的距离QB’：QB’＝(h3-h2)L/(h3+h1)；

第二挡光环距冷光阑入口的距离QD’：QD’＝(QB′+0.2)+M1+M2；

其中：

M1＝(h3-h2)(QB′+0.4)/2h2；

M2＝(h3-h2)(L-QB′+0.2-M1)/(h3+h1)；

挡光环中间孔直径与冷光阑入口直径相同，外径与冷光阑内径相同；

(2)挡光环梯度布置的圆筒状冷光阑第一挡光环距冷光阑入口的距离QB’：QB’＝(h3-h2)L/(2h1+h3-h2)；

第二挡光环距冷光阑入口的距离QD’：QD’＝QB’+B’C+CD’；

第一挡光环中间孔边缘至挡光环外缘长度距离BB’：BB’＝(h3-h2)+QB’(h2-h1)/L；

第二挡光环中间孔边缘至挡光环外缘长度距离DD’：DD′＝(h3-h2)+(QB′+B′C+CD′)(h2-h1)/L；

其中：

2

B’C＝0.2+(QB’+0.2QB′-0.2L)/(L-QB’)；

CD’＝DD’(L-QB’-B’C)/(h1+h3)；

(3)挡光环等高布置的锥状冷光阑第一挡光环距冷光阑入口的距离QB’：QB’＝(h3-h2)L/[(h1+h4)cosα]；

第二挡光环距冷光阑入口的距离QD’：QD’＝QB’+B’C+CD’；

第一挡光环中间孔边缘至挡光环外缘长度距离BB’：BB’＝h3-h2；

第二挡光环中间孔边缘至挡光环外缘长度距离DD’：DD’＝h3-h2；

其中：

B’C＝QB’(h3-h2)/2h2；

CD’＝[L/(cosα-QB’-B’C)](h3-h2)/(h4+h1)；

tgα＝(h3-h4)/L；

(4)挡光环梯度布置的锥状冷光阑第一挡光环距冷光阑入口的距离QB’：QB’＝(h3-h2)L/[(h1+h4)cosα-Lcosαtgβ+Lsinα]；

第二挡光环距冷光阑入口的距离QD’：QD’＝QB’+B’C+CD’；

第一挡光环中间孔边缘至挡光环外缘长度距离BB’：BB’＝h0+QB’(cosαtgβ-sinα)；

第二挡光环中间孔边缘至挡光环外缘长度距离DD’：DD’＝h0+(QB’+B’C+CD’)(cosαtgβ-sinα)；

其中：

B’C＝QB’BB’/(h3+h2-BB’)；

CD’ ＝ [L/(cosα-QB’-B’C)][h0+(QB’+B’C)(cosαtgβ-sinα)]/[(h4+h1)-(L/cosα-QB’-B’C)(cosαtgβ-sinα)]；

tgβ＝(h2-h1)/L；

tgα＝(h3-h4)/L；

上述公式中：h1为成像区域即探测器有效区域中心孔半径，h2为冷光阑入口半径，h3＝Q′O为冷光阑的内壁半径，h4为冷光阑出口处内圆半径，L为冷光阑的长度，h0＝A′Q为冷光阑入口端的内壁半径。

2.根据权利要求1所述的一种具有挡光环结构的冷光阑，其特征在于：所述的挡光环表面镀有一层黑镍。

说明书

一种具有挡光环结构的冷光阑

技术领域

[0001] 本发明涉及光学元件技术领域，具体指一种具有挡光环结构的冷光阑，它用作杜瓦内部冷光阑，有效地减小到达探测器的杂光辐射能。

背景技术

[0002] 空间光学系统，特别是空间红外光学系统以及某些大型空间望远镜，都工作在系统视场外有强烈辐射源(如太阳、月亮、地球)的“恶劣”环境中；而且在红外长波波段，系统内部机械结构等自身的长波辐射达到面探测器的杂散辐射能也是不可忽视的因素。同时，探测目标信号又非常微弱的情况下，这些强烈杂散辐射比所探测目标辐射强度常常高出几个数量级，经过光学系统孔径的衍射，以及结构件与光学件表面的散射，达到像面探测器形成杂光。杂光轻者，使得系统的信噪比降低，传递函数下降，对比度下降，对扩展目标成像模糊，从而影响整个系统的探测或识别能力；重者，目标信号完全湮没在杂光背景中，系统无法提取目标，甚至因像面杂光分布不均匀，在系统探测器上形成虚假信号，导致系统探测到伪目标。伴随着空间光学技术以及多种类光电探测器件技术的飞跃发展，各种大孔径、长焦距光学系统相继问世，高灵敏度、低探测域值的光学系统也越来越多，杂光的抑制与分析被重新提高到了一个重要的地位。所以说系统杂散光抑制的成功与否，甚至成了某些空间环境使用的特种光学系统性能进一步提高的瓶颈，有必要设计相关结构改善杂散光情况。

[0003] 但是，当完成光学系统改进后，仍然不能完全消除杂散光，这时主要就是探测器器件本身或者器件封装不够完善而产生的杂散光。所以在探测器制作与封装设计阶段，杂散光分析起着很大的作用，有必要对探测器及其封装进行初步的杂散光抑制，指出杂光抑制的敏感地区，提出有针对性的改进意见，改善封装技术，从而增强系统杂光抑制能力，提高探测与成像性能，避免在系统集成后，出现达不到指标要求的颠覆性错误。

[0004] 红外探测器在信号接收时，由于是探测红外信号，因此目标以外的区域都会发射红外辐射，从而对探测器造成干扰，常用的一种方法是自身已被探测器冷却装置冷却的屏蔽罩即冷光阑，该冷光阑被冷却是为了减小它对探测器的热辐射，同时也能保护探测器免受杜瓦内壁的热辐射。杜瓦的冷光阑作为杜瓦的一个重要配件，主要起到减少背景光通量、降低背景噪声的作用。在器件响应率不变的情况下，通过减少背景噪声，可以提高组件的信噪比，从而提高组件的探测率。此外，通过适当的结构设计，冷光阑可以对进入其中的杂散光进行抑制，从而提高组件的成像质量，因而对其进行合理的设计，是十分必要的。然而，在实际中很难提供一种有效的冷光阑，是因为：(1)冷光阑内壁的黑色涂层不能很好的吸收杂散光(2)杜瓦的尺寸局限使得冷光阑不能做的足够大，而小的冷光阑又不能有效的去除杂散光辐射，假如只是尽量的加大冷光阑尺寸尤其是开口尺寸，又增加了制冷难度(3)冷光阑内壁本身能传递热辐射到探测器，特别是能量很大的一次散射光，所以需要有效的设计来改善散射情况。

[0005] 文献中已报道的冷光阑多为冷光阑设计还基本停留在几何尺寸设计的水平，一般只要求光学孔径匹配，形状为简单的圆柱形，材料也未经仔细筛选，很难达到最优设计。因而加强对冷光阑的优化设计是十分必要的。

发明内容

[0006] 本发明通过在冷光阑筒内设计一系列的挡光环，进入冷光阑的杂散光线在这些挡光环之间来回反射而被吸收，这样照射在探测器的杂光至少经过了两次反射衰减。可以通过控制相邻两环的高度和间隔，从而控制散射出射光的范围，使杂光源辐射照射到冷光阑后无一次散射光到达探测器。

[0007] 挡光环消杂光设计的基本原则：

[0008] 1)避免非成象光线直接到达光学系统象面。此发明是通过增加反射次数，从而避免光学系统直接“看到”任何被照明的内壁表面。

[0009] 2)使到达象面的杂散光至少经过两次以上的散射或反射，以对其能量进行有效的衰减。此发明通过在冷光阑内壁上设置挡光环结构来阻挡光学系统中从冷光阑到其它部分的杂光传播路径，此发明使光线在由相邻两片挡光环构成的腔体内产生多次反射。

[0010] 3)反射或散射表面应具有低的反射率.此发明通过在挡光环上涂覆高吸收涂层来满足，此处选择黑镍涂层(黑镍有高吸收率和低发射率)。

[0011] 4)应在杂散光抑制基本达到标准的情况下，尽量减少挡光环的个数及冷光阑结构的复杂性。少量的挡光环不但能减少质量和生产成本而且会减少能往探测器散射光线的挡光环顶端数目，此发明中两个挡光环的PST值已经能相对于不加挡光环的PST值产生了数量级的衰减，且此数量级的衰减效果随入射光线角度是一致的，但是三个挡光环时，其PST值相对于两个挡光环的PST值减小很微弱，而且它的PST值相对于入射光线角还很不稳定，有很大的波动，同时再考虑到多个挡光环会带来制造成本的增加，所以此发明设计为两个挡光环。接着，采用光学系统建模软件lighttools对比分析了该冷光阑不加和加挡光环时的PST值，如图5所示，从图中可以看出加两个挡光环的冷光阑比不加挡光环的冷光阑的PST值有明显的几个数量级的衰减，尤其是在大角度情况下。所以可以得出该发明能有效的消除杂散光。

[0012] 挡光环具体设计方法为：

[0013] (1)L为冷光阑的筒长.h1为成像区域即探测器有效区域中心孔半径，h2为冷光阑入口口径半径，h3＝Q′O为冷光阑的内壁半径。

[0014] (2)设计原则是自冷光阑中心孔边缘点A出射的杂光经筒壁产生的一次漫反射光不得落到像面的成像范围内；也可以说就是要保证探测器只能看到冷光阑的不被直接照亮(除了挡光环的边缘)的那部分，同时保证挡光环的布置不遮拦视场角以内的光线。

[0015] (3)首先先从冷光阑的墙壁Q点到像边缘点(此处为探测器的有效边界)T画一条线QT，这样由冷光阑壁端点Q产生的漫反射光TQ与光管壁交于点B，由B点设置第一道挡光环BB′。这样就可以确保任何低于T点的位置，比如探测器上的某点，都不能看到任何被直接照亮的侧墙QB′.

[0016] (4)然后求出经过B点的光线AB与冷光阑内壁交点C，由C点产生的漫反射光CT与光管壁交于D点，由D点设置第二道挡光环DD′.这样可以确保任何低于T点的位置，比如探测器上的某点，都不能看到任何被直接照亮的侧墙CD′。

[0017] 此发明可适用于任何形状的冷光阑结构上，比如圆柱状冷光阑和锥状冷光阑，总共有四种带挡光环的冷光阑结构：圆柱状且挡光环等高布置、圆柱状且挡光环梯度布置、锥状且挡光环等高布置和锥状且挡光环梯度布置，其总共对应了六种具体结构。本发明在实施例中将对其具体设计进行详细描述。

[0018] 本发明的另一个实施方案是，当外部入射的杂散光很大或寻求更精确的杂散光消除措施时，可以依照上述挡光环设计方法依此类推设计更多的挡光环，直至由A点发出的杂光射出筒壁外为止。

[0019] 本发明的优点是：

[0020] 1，增加挡光环，可以使入射光线在各挡光环之间发生多次反射而衰减，一部分光能被反射出冷光阑，一部分光因多次衰减而消失，其余一部分光即使传入到探测器也因多次反射使携带的能量远远小于没有挡光环时的能量所以所引起的杂散光能量也很微小；

[0021] 2，挡光环的表面涂覆高吸收率的材料能大大吸收传输在其上面的光线；

[0022] 3，此发明制作简单，只需在内壁上增加两个挡光环即可，且挡光环是平行于开口孔径也省去了角度问题；

[0023] 4，此发明消除杂散光的效果很好，根据杂散光模拟分析软件可得出挡光环能带来PST值的几个数量级的衰减；

附图说明

[0024] 图1为挡光环的设计图

[0025] 其中1即BB′为第一个挡光环，2即DD′为第二个挡光环，FF′为第三个挡光环，AA′即为入口孔经也即图4中的4，TT′为探测器的有效面积也即探测器的外接圆直径同时是图4中的3。

[0026] 图2为现有冷光阑的原理图(只是一个圆筒)。

[0027] 图3为本发明的冷光阑图(有挡光环)，其中1为第一个挡光环，2为第二个挡光环，3为探测器。

[0028] 图4为具体实施例的说明图，其中1为第一个冷光阑，2为第二个冷光阑，3为探测器，4为冷光阑6的入口孔径，5为第一个挡光环的孔，6为圆筒状的冷光阑。

[0029] 图5两种冷光阑的PST值说明图。

[0030] 图6圆柱状且挡光环等高布置1冷光阑设计示意图。

[0031] 图7圆柱状且挡光环等高布置2冷光阑设计示意图。

[0032] 图8圆柱状且挡光环梯度布置冷光阑设计示意图。

[0033] 图9锥状且挡光环等高布置冷光阑设计示意图。

[0034] 图10锥状且挡光环梯度布置1冷光阑设计示意图。

[0035] 图11锥状且挡光环梯度布置2冷光阑设计示意图。具体实施例

[0036] 这里冷光阑尺寸数据都是内壁尺寸数据，且其厚度为0.2毫米；挡光环尺寸数据都是相对于入口孔径AA′而言的，且厚度为0.2毫米；探测器始终以O点为对称轴其外接圆直径为TT′.所有数据单位均为毫米。其中L＝QP′＝Q′P为冷光阑的筒长.h0＝A′Q为冷光阑入口端的内壁半径，h1为成像区域即探测器有效区域中心孔半径，h2＝AO为冷光阑入口口径半径，h3＝Q′O为冷光阑的内壁半径，BB′代表第一个挡光环的高度，DD′代表第二个挡光环的高度，QB′代表第一个挡光环相对于冷光阑内壁的位置，QD′代表第二个挡光环相对于冷光阑内壁的位置

[0037] 实施例1：圆柱状且挡光环等高布置1(见图6)

[0038] 此处，该冷光阑是圆筒形状如图4中的1(其内壁长度L＝19.3毫米，厚度为2毫米，前端直径QQ′＝23.4毫米，后端直径PP′＝23.4毫米)，入口孔径为一圆形如图4中的4(去口孔径AA′＝12.8毫米)，底端放置探测器如图4中的3(外接圆直径TT′＝12.8毫米)，QQ′＝PP′，AA′＝TT′。材料为科伐，内部镀有一层厚度为12μm的黑镍(计算挡光环时忽略此厚度)。详细参数见表1设计步骤是：(见图6)

[0039] (1)连接QT交A′T′于点B，过B做BB′垂直于QP′，BB′即为第一挡光环的高度，QB′即为第一挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得BB′＝5.3，QB′＝5.6513812；

[0040] (2)做AB的延长线交QP′于点C；

[0041] (3)连接CT交A′T′于点D，过D做DD′垂直于QP′，DD′即为第二挡光环的高度，QD′即为第二挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得DD′＝5.3，QD′＝11.561325。

[0042] 设计公式：

[0043] QB′＝(h3-h2)L/(h3+h1)；

[0044] QD′＝(QB′+0.2)+M1+M2；

[0045] 其中：M1＝(h3-h2)(QB′+0.4)/2h2；

[0046] M2＝(h3-h2)(L-QB′+0.2-M1)/(h3+h1)；

[0047] h1＝h2；

[0048] 此时，探测器TT′＝入口孔径AA′，挡光环中间孔直径与冷光阑入口直径相同。安装步骤是：

[0049] (1).使用科伐制作两个直径为23.4毫米，厚度为2毫米的圆盘；

[0050] (2).按前面挡光环的设计方法算出圆盘的中心孔直径为12.8毫米。然后采用线剪割技术将步骤2中所述的两个圆盘的中心处各挖掉一个直径为12.8毫米的圆盘，也即挖掉图4中的5；

[0051] (3).采用表面镀黑镍的方法将步骤3中的两个中间带孔的圆盘的所有表面上镀上黑镍，所镀黑镍厚度为12μm。具体镀黑镍的工艺是：化学除油一电解除油一清洗一活化一清洗一镀红铜一清洗一浸稀酸一清洗一镀酸铜一清洗一镀黑镍；

[0052] (4).按照前面挡光环的设计方法算出第一个挡光环的位置是此挡光环的左端边界距离冷光阑入口处的内壁边界约为5.6513812毫米，此位值为图4中的4，然后将步骤4中的一个带孔圆盘采用碰焊的方法焊在图4中的4位置，碰焊过程中电压控制在10V；

[0053] (5).按照前面关于挡光环的设计方法算出第二个挡光环的位置是此挡光环的左端边界距离冷光阑入口处的内壁边界约为11.561325毫米，此位值为图4中的2处，将步骤4中的一个带孔圆盘采用碰焊的方法焊在图4中的2位置，碰焊过程中电压控制在10V。

[0054] 实施例2：圆柱状且挡光环等高布置2(见图7)

[0055] 此处，该冷光阑是圆筒形状如图4中的1(其内壁长度L＝19.3毫米，厚度为2毫米，前端直径QQ′＝23.4毫米，后端直径PP′＝23.4毫米)，入口孔径为一圆形如图4中的4(入口孔径AA′＝12.8毫米)，底端放置探测器如图4中的3(外接圆直径TT′＝8毫米)，QQ′＝PP′，AA′＞TT′。材料为科伐，内部镀有一层厚度为12μm的黑镍(计算挡光环时忽略此厚度)。详细参数见表1

[0056] 设计步骤是：(见图7)

[0057] (1)由于此处TT′＜AA′，为了求等高挡光环，先做辅助线A′K′//QP′，AK//Q′P；

[0058] (2)连接QK交A′K′于点B，过B做BB′垂直于QP′，BB′即为第一挡光环的高度，QB′即为第一挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得BB′＝5.3，QB′＝5.6513812；

[0059] (3)做AB的延长线交QP′于点C；

[0060] (4)连接CK交A′K′于点D，过D做DD′垂直于QP′，DD′即为第二挡光环的高度，QD′即为第二挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得DD′＝5.3，QD′＝11.561325。

[0061] 设计公式：

[0062] QB′＝(h3-h2)L/(h3+h1)；

[0063] QD′＝(QB′+0.2)+M1+M2；

[0064] 其中：M1＝(h3-h2)(QB′+0.4)/2h2；

[0065] M2＝(h3-h2)(L-QB′+0.2-M1)/(h3+h1)；

[0066] h1＜h2.

[0067] 挡光环中间孔直径与冷光阑入口直径相同，安装步骤是：与实施例1一样。

[0068] 实施例3：圆柱状且挡光环梯度布置(见图8)

[0069] 此处，该冷光阑是圆筒形状如图4中的1(其内壁长度L＝19.3毫米，厚度为2毫米，前端直径QQ′＝23.4毫米，后端直径PP′＝23.4毫米)，入口孔径为一圆形如图4中的4(去口孔径AA′＝12.8毫米)，底端放置探测器如图4中的3(外接圆直径TT′＝8毫米)，QQ′＝PP′，AA′＞TT′。材料为科伐，内部镀有一层厚度为12μm的黑镍(计算挡光环时忽略此厚度)。详细参数见表1

[0070] 设计步骤是：(见图8)

[0071] (1)连接QT交A′T′于点B，过B做BB′垂直于QP′，BB′即为第一挡光环的高度，QB′即为第一挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得BB′＝6.256390977，QB′＝7.6909774444；

[0072] (2)做AB的延长线交QP′于点C；

[0073] (3)连接CT交A′T′于点D，过D做DD′垂直于QP′，DD′即为第二挡光环的高度，QD′即为第二挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得DD′＝7.264808596，QD′＝15.8003358。

[0074] 设计公式：

[0075] QB′＝(h3-h2)L/(2h 1+h3-h2)；

[0076] QD′＝QB′+B′C+C D′；

[0077] BB′＝(h3-h2)+QB′·(h2-h1)/L；

[0078] DD′＝(h3-h2)+(QB′+B′C+CD′)(h2-h1)/L；

[0079] 其中：

[0080] B′C＝0.2+(QB′2+0.2.QB′-0.2.L)/(L-QB′)；

[0081] C D′＝DD′·(L-QB′-B′C)/(h1+h3)；

[0082] h1＜h2.

[0083] 安装步骤是：与实施例1类似，但是第一个挡光环的开口由5.3改为6.256390977，位置由5.6513812改为7.6909774444，第二个挡光环的开口由5.3改为7.264808596，位置由11.561325改为15.8003358。

[0084] 实施例4.锥状且档光环等高布置(见图9)

[0085] 此处，该冷光阑是锥形如图9(其内壁长度L＝19.3毫米，厚度为2毫米，前端直径QQ′＝23.4毫米，后端直径PP′＝22毫米)，入口孔径为一圆形如图4中的4(去口孔径AA′＝12.8毫米)，底端放置探测器如图4中的3(外接圆直径TT′＝8毫米)，QQ′＞PP′，AA′＞TT′。材料为科伐，内部镀有一层厚度为12μm的黑镍(计算挡光环时忽略此厚度)。详细参数见表1

[0086] 设计步骤是：(见图9)

[0087] (1)由于此处TT′＜AA′，为了求等高挡光环，先做辅助线A′W′//QP′，AW//Q′P；

[0088] (2)连接QT交A′W′于点B，过B做BB′//A′Q，BB′即为第一挡光环的高度，QB′即为第一挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得BB′＝5.3，QB′＝6.823817141；

[0089] (3)做AB的延长线交QP′于点C；

[0090] (4)连接CT交A′W′于点D，过D做DD′//A′Q，DD′即为第二挡光环的高度，QD′即为第二挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得DD′＝5.3，QD′＝13.06370035。

[0091] 设计公式：

[0092] QB′＝(h3-h2)·L/[(h1+h4)·cosα；

[0093] QD′＝QB′+B′C+C D′；

[0094] BB′＝h3-h2；

[0095] DD′＝h3-h2；

[0096] 其中：B′C＝QB′*(h3-h2)/2h2；

[0097] CD′＝[L/cosα-QB′-B′C)]*(h3-h2)/[(h4+h1)；

[0098] tgβ＝(h2-h1)/L；

[0099] tgα＝(h3-h4)/L；

[0100] h1＜h2.

[0101] 安装步骤是：与实施例1类似，但是第一个挡光环的位置由5.6513812改为6.823817141，第二个挡光环的位置由11.561325改为13.06370035。

[0102] 实施例5：锥状且挡光环梯度布置1(见图10)

[0103] 此处，该冷光阑是锥形如图10(其内壁长度L＝19.3毫米，厚度为2毫米，前端直径QQ′＝23.4毫米，后端直径PP′＝22毫米)，入口孔径为一圆形如图4中的4(去口孔径AA′＝12.8毫米)，底端放置探测器如图4中的3(外接圆直径TT′＝8毫米)，QQ′＞PP′，AA′＞TT′。材料为科伐，内部镀有一层厚度为12μm的黑镍(计算挡光环时忽略此厚度)。详细参数见表1。

[0104] 设计步骤是：(见图10)

[0105] (1)连接QT交A′T′于点B，过B做BB′//A′Q，BB′即为第一挡光环的高度，QB′即为第一挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得BB′＝5.977443613，QB′＝7.696034374；

[0106] (2)做AB的延长线交QP′于点C；

[0107] (3)连接CT交A′T′于点D，过D做DD′//A′Q，DD′即为第二挡光环的高度，QD′即为第二挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得DD′＝6.615123261，QD′＝14.94033397。

[0108] 设计公式：

[0109] QB′＝(h3-h2)·L/[(h1+h4)·cosα-L·cosα·tgβ+L·sinα]；

[0110] QD′＝QB′+B′C+C D′；

[0111] BB′＝h0+QB′·(cosα·tgβ-sinα)；

[0112] DD′＝h0+(QB′+B′C+CD′)·(cosα·tgβ-sinα)；

[0113] 其中：

[0114] B′C＝QB′·BB′/(h3+h2-BB′)；

[0115] CD′＝[L/cosα-QB′-B′C)]·[h0+(QB′+B′C)·(cosα·tgβ-sinα)]/[(h4+h1)-(L/cosα-QB′-B′C)·(cosα·tgβ-sinα)]；

[0116] tgβ＝(h2-h1)/L；

[0117] tgα＝(h3-h4)/L；

[0118] h1＜h2.

[0119] 安装步骤是：与实施例1类似，但是第一个挡光环的开口由5.3改为5.97744361，位置由5.6513812改为7.696034374，第二个挡光环的开口由5.3改为6.615123261，位置由11.561325改为14.94033397。

[0120] 实施例6：锥状且挡光环梯度布置2(见图11)

[0121] 此处，该冷光阑是锥形如图11(其内壁长度L＝19.3毫米，厚度为2毫米，前端直径QQ′＝23.4毫米，后端直径PP′＝22毫米)，入口孔径为一圆形如图4中的4(入口孔径AA′＝12.8毫米)，底端放置探测器如图4中的3(外接圆直径TT′＝12.8毫米)，QQ′＞PP′，AA′＝TT′。材料为科伐，内部镀有一层厚度为12μm的黑镍(计算挡光环时忽略此厚度)。详细参数见表1。设计步骤是：(见图11)

[0122] (1)连接QT交A′T′于点B，过B做BB′//A′Q，BB′即为第一挡光环的高度，QB′即为第一挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得BB′＝5.095027625，QB′＝5.655097078；

[0123] (2)做AB的延长线交QP′于点C；

[0124] (3)连接CT交A′T′于点D，过D做DD′//A′Q，DD′即为第二挡光环的高度，QD′即为第二挡光环相对于内壁的位置，由下面给出的公式可求得DD′＝4.933211754，QD′＝10.11952529。

[0125] 设计公式：

[0126] QB′＝(h3-h2)·L/[(h1+h4)·cosα+L·sinα]；

[0127] QD′＝QB′+B′C+C D′；

[0128] BB′＝h0-QB′sinα；

[0129] DD′＝h0-(QB′+B′C+CD′)sinα；

[0130] 其中：B′C＝QB′BB′/(h3+h2-BB′)；

[0131] CD′＝[L/cosα-QB′-B′C)]·[h0+(QB′+B′C)·sinα]/[(h4+h1)-(L/cosα-QB′-B′C)·sinα]；

[0132] tgα＝(h3-h4)/L；

[0133] h1＝h2.

[0134] 安装步骤是：与实施例1类似，但是第一个挡光环的开口由5.3改为5.095027625，位置由5.6513812改为5.655097078，第二个挡光环的开口由5.3改为4.933211754，位置由11.561325改为10.11952529。

[0135] 总结：六个实施例的各自设计图分别参见图6、7、8、9、10、11，具体设计参数参见表1。

[0136] 表1

[0137]

[0138]