[發明專利]基于雙DMD的紅外投影儀光學系統

有效

• 申請號: 201910319980.4
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110022468B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 鄭雅衛;胡煜;王軍;李俊娜;劉方;高教波;吳江輝;高飛;陳青;成娟
• 申請（專利權）人: 西安應用光學研究所
• 主分類號: H04N9/31
• 分類號: H04N9/31;H04N5/33
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明公開了一種基于雙DMD的紅外投影儀光學系統，該投影儀光學系統包括紅外光源、DMD紅外圖像轉換器、照明系統、準直投影光學系統。本發明通過兩個DMD完成時間?空間同步調制提高紅外場景投影儀的幀速和顯示灰度等級。照明系統折轉銜接光路，使兩片DMD上的紅外輻射強度調制和圖像空間分布調制相疊加，同時避免雜散光進入準直投影光學系統，影響圖像對比度；準直投影光學系統滿足了紅外場景投影儀長出瞳距、特大孔徑、高像質的要求。本系統適用于中波、大相對孔徑紅外導引頭的測試與評估，具有結構緊湊、動態范圍大、高幀速、高灰度等級等特點。

技術領域

本發明屬于紅外光電系統測試與評估技術領域，主要涉及一種紅外投影儀光學系統，尤其涉及一種基于雙DMD的紅外投影儀光學系統。

背景技術

紅外場景投影儀可實時生成動態紅外場景，模擬目標/背景的紅外輻射特性，用于實驗室內紅外導引頭的仿真測試與評估。照明系統和準直投影光學系統是紅外場景投影儀中的關鍵部件。

為了提高紅外圖像的幀速和灰度等級，紅外場景投影儀采用兩片DMD紅外圖像轉換器對紅外光束進行時間-空間同步調制，兩片DMD上紅外輻射強度調制和圖像空間分布調制的疊加必須由照明系統來實現。而現有的照明系統，如姚園在2011年6月完成的哈爾濱工業大學碩士論文《紅外成像制導目標仿真器的設計》以及邊疆在在2013年3月完成的長春理工大學碩士論文《基于DMD動態紅外景象模擬控制系統的研究》中，介紹了一種基于兩片DMD的紅外成像制導目標仿真器，系統采用兩片DMD和一個灰度輪來提高灰度等級。高溫光源和受灰度輪調制的高溫光源，通過各自的照明系統均勻照亮DMD1表面，再通過轉向照明鏡組1:1成像至DMD2器件表面，投影物鏡組將DMD器件調制后的反射光投射至無窮遠處。轉向鏡組采用4片透鏡的遠心結構，并加入反射鏡對光路進行折轉，需要保證兩片DMD器件的共軛關系以及兩器件上的像元一一對應成像，對彌散斑大小及畸變等像質指標要求很高。整個系統包括4個光源和4個照明鏡組，設計難度大且結構復雜，外形也不能滿足紅外場景投影儀照明系統結構必須緊湊的要求。

準直投影光學系統為紅外導引頭的測試與評估提供來自無窮遠的動態紅外場景，為了滿足紅外場景投影儀與轉臺的接口尺寸以及紅外導引頭測試的需要，紅外場景投影儀中的準直投影光學系統必須具有長出瞳距和特大相對孔徑。中國期刊《光學儀器》在2011年2月出版的第40卷第2期35～40頁刊登了關英姿、楊亮發表的題為“數字微鏡陣列動態紅外景象投射器光學系統設計”的論文。文中介紹了一種用于中波紅外的大相對孔徑、長出瞳距投影系統，該投影系統采用二次成像結構，其焦距為71.6mm，視場8.5°，相對孔徑為1：1.06，出瞳距為860mm，整個光學系統采用鍺和硅兩種材料，包含11片透鏡，整個光學系統透鏡多，成本高且光學參數仍不能保證紅外投影儀所要求的868mm的長出瞳距和1：0.98的特大相對孔徑。

發明內容

本發明的目的是要提供一種基于雙DMD的紅外投影儀光學系統，該光學系統可使紅外投影儀為紅外導引頭的測試和評估提供高幀速、高灰度等級的動態紅外場景且滿足紅外投影儀長出瞳距、特大相對孔徑的要求。

本發明的技術方案為：

所述基于雙DMD的紅外投影儀光學系統，其特征在于：包括紅外光源(1)、第一DMD紅外圖像轉換器(2)、第二DMD紅外圖像轉換器(4)、照明系統(3)和準直投影光學系統(5)；

第一DMD紅外圖像轉換器(2)、照明系統(3)、第二DMD紅外圖像轉換器(4)沿照明方向依次排列且第一DMD紅外圖像轉換器(2)位于照明系統(3)的物方焦平面上；

第二DMD紅外圖像轉換器(4)、照明系統(3)中的第二TIR棱鏡組(3-4)、準直投影光學系統(5)沿投影方向依次排列且第二DMD紅外圖像轉換器(4)位于準直投影光學系統的物方焦平面上；