一種用于紅外目標(biāo)模擬器的三組元式內(nèi)全反射棱鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于紅外目標(biāo)模擬器的三組元式紅外TIR棱鏡，由三塊棱鏡組成，充分利用光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)中會(huì)發(fā)生全反射的特點(diǎn)，通過精確計(jì)算棱鏡斜邊傾角，實(shí)現(xiàn)對DMD“開”、“關(guān)”狀態(tài)的調(diào)制。通過選用不同的紅外材料，可用于工作波段為3-5μm的中波紅外波段及工作波段為8-12μm的長波紅外波段的紅外目標(biāo)模擬器的光學(xué)引擎中。
【專利說明】—種用于紅外目標(biāo)模擬器的三組元式內(nèi)全反射棱鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于紅外目標(biāo)模擬器的三組元式內(nèi)全反射(Total InternalReflect1n,簡稱TIR)棱鏡,尤指一種用于基于DMD景象生成器件的紅外目標(biāo)模擬器光學(xué)引擎的TIR棱鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈的出現(xiàn)，為測試與評估導(dǎo)引頭的性能，迫切地需要發(fā)展紅外成像半實(shí)物仿真技術(shù)。而紅外成像半實(shí)物仿真技術(shù)的核心就是紅外目標(biāo)模擬器，紅外光學(xué)引擎作為紅外目標(biāo)模擬器的關(guān)鍵組成，決定了紅外目標(biāo)模擬器的大部分性能參數(shù)，包括對比度、分辨率、空間均勻性等等。由于DMD無論從分辨率、空間均勻性、幀頻等性能參數(shù)均較其它景象生器具有一定的優(yōu)勢，故對基于DMD的紅外目標(biāo)模擬器光學(xué)引擎的研究是十分必要的。
[0003]基于DMD的紅外光學(xué)引擎采用遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)時(shí)，需使用TIR棱鏡，提高對比度的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)照明光學(xué)系統(tǒng)與投影光學(xué)系統(tǒng)分開單獨(dú)設(shè)計(jì)，節(jié)省了開發(fā)時(shí)間。但是目前，包括可見光波段的光學(xué)引擎，均采用兩組元式的TIR棱鏡進(jìn)行分光，并未對DMD “關(guān)”狀態(tài)的光束進(jìn)行調(diào)制，而且整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸較大，降低系統(tǒng)的能量利用率。若不使用TIR棱鏡，為保證能量利用率，需使投影系統(tǒng)與照明系統(tǒng)光軸成24°的夾角，使得投影系統(tǒng)與照明系統(tǒng)的口徑相互制約，此外，為保證照明光路不被遮擋，勢必要增加投影系統(tǒng)的后工作距離，增加投影系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種用于基于DMD的紅外目標(biāo)模擬器光學(xué)引擎的三組元式紅外TIR棱鏡，避免了不使用TIR棱鏡的遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)的弊端，同時(shí)增加對DMD “關(guān)”狀態(tài)的光束進(jìn)行調(diào)制，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，提高紅外光學(xué)引擎的能量利用率。
[0005]三組元式紅外TIR棱鏡結(jié)構(gòu)如圖1。其中10為棱鏡1，將入射的照明光束在其斜邊表面處發(fā)生全反射，實(shí)現(xiàn)對DMD的照明。11為棱鏡2，將DMD“開”態(tài)的反射光線入射到投影系統(tǒng)中，將DMD “關(guān)”態(tài)的光線反射出投影系統(tǒng)。本三組元式的紅外TIR棱鏡適用于中、遠(yuǎn)紅外波段。TIR棱鏡的引入具有以下五個(gè)優(yōu)勢:
(I)紅外TIR棱鏡的使用可以實(shí)現(xiàn)對P光和S光的100%反射。
[0006](2)紅外TIR棱鏡可以實(shí)現(xiàn)對DMD “平”態(tài)以及窗口處的反射光進(jìn)行調(diào)制，使其反射出投影光學(xué)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的對比度。
[0007](3)紅外TIR棱鏡的使用可以使光學(xué)引擎設(shè)計(jì)成遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)，即入射光經(jīng)DMD反射后平行于投影系統(tǒng)光軸。
[0008](4)紅外TIR棱鏡的使用使整個(gè)光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)更加緊湊，提高系統(tǒng)的能量利用率。
[0009](5)相較于二組元式紅外TIR棱鏡，提高了投影的對比度。[0010]對于長波紅外波段的紅外目標(biāo)模擬器，以ZnS材料為例，其三組元式紅外TIR棱鏡結(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0011]Pl棱鏡的斜邊傾角Θ ^可由下式確定:
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明的用于一種基于DMD的紅外目標(biāo)模擬器光學(xué)引擎的三組元式紅外TIR棱鏡，充分利用光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)中會(huì)發(fā)生全反射的特點(diǎn)，通過精確計(jì)算棱鏡斜邊傾角，實(shí)現(xiàn)對DMD“開”、“關(guān)”狀態(tài)的調(diào)制，通過選用不同的紅外材料，可用于工作波段為3-5 μ m的中波紅外波段及工作波段為8-12 μ m的長波紅外波段的紅外目標(biāo)模擬器的光學(xué)引擎中，照明光束入射到棱鏡I中，在其斜表面處發(fā)生全反射，入射到DMD上，當(dāng)DMD為“開”態(tài)時(shí)，反射光線經(jīng)棱鏡I和棱鏡2后被投影系統(tǒng)接收；當(dāng)DMD為“關(guān)”態(tài)時(shí)，反射光線經(jīng)棱鏡2后，在其斜表面處發(fā)生全反射，此時(shí)，DMD “平”態(tài)，及DMD窗口處的反射光亦在此處發(fā)生全反射，將照明光束反射出投影光學(xué)系統(tǒng)，提高了投影系統(tǒng)的對比度，為保證全反射現(xiàn)象的發(fā)生，棱鏡對應(yīng)全反射面處要有一定的空氣間隔，為保證能量利用率，空氣間隔不宜過大，以小于10 μ m為佳。
2.本發(fā)明的用于一種基于DMD的紅外目標(biāo)模擬呂光學(xué)引擎的三組元式紅外TIR棱鏡，以ZnS為材料時(shí)，適用于長波紅外波段，其棱鏡I的斜邊傾角為21.8°，棱鏡2的斜邊傾角亦為21.8°，形成對稱結(jié)構(gòu)，保證成像的同時(shí)降低加工難度；棱鏡I沿光軸厚度為18_，棱鏡2沿光軸厚度為6.4mm ;棱鏡I照光束入射端面的斜邊傾角為40.5° ;以AMTIR-3為棱鏡材料時(shí)，適用于中紅外波段，其棱鏡I的斜邊傾角為18°，棱鏡2的斜邊傾角亦為18°，形成對稱結(jié)構(gòu)，保證成像的同時(shí)降低加工難度；棱鏡I沿光軸厚度為31.52mm，棱鏡2沿光軸厚度為2.6mm ;棱鏡I照明光束入射端面的斜邊傾角為45°。
3.權(quán)利要求1中所述的三組元式紅外TIR棱鏡，當(dāng)工作波段為8-12μ m的長波紅外波段時(shí)，棱鏡的材料可為 ZnS，ZnSe, AMTIR-1, AMTIR-3, AMTIR-4, GASIRl, GASIR2, Ge, GaAs0
4.權(quán)利要求1中所述的三組元式紅外TIR棱鏡，當(dāng)工作波段為3-5μ m的中波紅外波段時(shí)，棱鏡的材料可為 BaF2，CaF2, Sapphire, MgO, Silicon, As2S3, AMTIR-1, AMTIR-3,AMTIR-4, GASIRl, GASIR2, Ge, GaAs, ZnS, ZnSe0
【文檔編號】G02B1/00GK104035193SQ201310071235
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】徐熙平, 喬楊, 劉濤, 母一寧 申請人:徐熙平, 長春理工大學(xué)