CN105510001B

CN105510001B - 一种用于光学场景能量模拟的连续衰减系统

Info

Publication number: CN105510001B
Application number: CN201410538611.1A
Authority: CN
Inventors: 康为民; 张全
Original assignee: HARBIN XINGUANG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HARBIN XINGUANG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2019-10-15
Anticipated expiration: 2034-10-14
Also published as: CN105510001A

Abstract

本发明公开了一种用于光学场景能量模拟的连续衰减系统。本发明中，红外成像目标模拟器通过在实验室条件下模拟红外目标来对导引头系统性能进行测试，其最重要的组成部分是能量连续衰减系统。该系统结构包括高温黑体（1）、隔热套（2）、光源镜组1（3）、连接板（4）、光源镜组2（5）和光学渐变衰减片及驱动系统（6），它能够实现能量在目标源表面的均匀照射和输出能量的快速连续衰减，从而实现目标源对用来测试导引头系统性能的光学场景及目标的灰度模拟。应用本发明，可以在满足目标源表面光束均匀照射的同时，实现对目标源表面能量的连续调节。

Description

一种用于光学场景能量模拟的连续衰减系统

技术领域

本发明属于目标模拟仿真技术领域，主要涉及一种用于光学场景能量模拟的连续衰减系统。

背景技术

随着红外成像制导武器的发展，要求目标模拟器能够提供更逼真的目标与场景影像。光学目标与场景的能量模拟作为目标模拟器的重要组成部分，能够为导引头传感器提供实时的准确的目标和场景辐射源，从而可以通过仿真实验对导引头系统目标捕捉与追踪的能力进行测试，这样不仅可以减少导引头系统性能的测试成本，还大大缩短了武器的研制周期。因此，如何实现光学目标与场景辐射能量的精确模拟对红外成像制导武器的发展就具有了重要的意义。

红外目标模拟器由光学系统模拟空中目标的红外辐射特性，通过连续改变目标能量，模拟不同弹目距离时目标能量的大小。目前常用的能量调节方式有两种：一是利用中性衰减片进行能量调节，二是利用偏振衰减片进行能量调节。中性衰减片的透过率一般随波长而变，不能实现宽波段能量的均匀衰减；而偏振衰减片在高能量状态下需要对偏振片进行冷却才能工作，具有一定的弊端。

中国专利公开号CN 102419520 A，公开日2012年04月18日，发明创造的名称为“一种对准信号模拟发生装置”，该申请方案采用旋转连续衰减轮盘的方法控制能量连续变化，其中衰减轮盘上至少设置一个衰减率变化周期，在该周期内衰减率沿圆周方向由0%连续变化到100%，再从100%连续变化到0%，在径方向上衰减率则相同。但是，径向方向上的衰减率沿圆周方向连续变化不仅对衰减率的连续变化精度提出了很高的要求，而且工艺实施较为困难，影响了能量的连续变化精度。中国专利公开号CN 103309031 A，公开日2013年9月18日，发明创造的名称为“用于激光光束质量分析仪的机电复合式调光系统”，该申请方案采用机械式单轮可变光学衰减圆盘与CCD相机电子快门级联的方法控制能量连续变化，其中光学衰减圆盘上装有6个具有不同衰减倍率的圆形衰减片和两个相邻圆孔，它们的圆心均布在同一个圆上，而CCD相机电子快门曝光时间分为9档。但由于6个衰减片的衰减倍率和CCD相机电子快门的9档曝光时间都是取互不相同的确定值，且能量衰减过程是在6个相互间断的衰减片上逐个进行的，这就造成能量变化存在一定程度的量子化现象，不能保证能量的连续变化精度。由此来看，现有技术尚未解决目标源表面能量的连续调节问题。

发明内容

在本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种用于光学场景能量模拟的连续衰减系统，在满足目标源表面光束均匀照射的同时，实现了目标源表面能量的连续变化。

本发明采用的技术方案是：红外成像目标模拟器通过在实验室条件下模拟红外目标来对导引头光学系统进行测试，其最重要的组成部分是能量连续衰减系统。该系统结构如图1所示，包括高温黑体（1）、隔热套（2）、光源镜组1（3）、连接板（4）、光源镜组2（5）和光学渐变衰减片及驱动系统（6），它能够实现能量在目标源表面的均匀照射和输出能量的快速连续衰减，从而实现目标源对用来测试导引头光学系统性能的光学场景及目标的灰度模拟。

所述光学渐变衰减片放在光源镜组2（5）的入瞳位置，即光源镜组2的物方焦面上，使光学渐变衰减片上每一光源像点发出的各个方向的光都以平行光形式入射在目标表面上，使得不同光源像点发出的平行光束在目标表面上均匀叠加，从而实现目标表面的均匀照射。

所述光学渐变衰减片为圆形，分为8个面积相等的扇形区域，每个扇形区域具有不同的透过率，且刚好使像光源孔径内切于其中，通过连续旋转光学渐变衰减片使相邻两区域内的能量透过率连续变化，可以实现输出能量的连续变化，从而对具有不同辐射特性的目标进行模拟。

所述的光学渐变衰减片的8个扇形区域的透过率分别为0%、15%、30%、45%、60%、75%、90%、100%。

与现有技术方法相比，本发明的有益效果是：能量连续衰减系统将光学渐变衰减片放在第二组镜片的入瞳位置，实现了能量在目标源表面的均匀照射；另外，光学渐变衰减片分成8个面积相等的扇形区域，每个扇形区域采用光刻和镀膜的办法实现了不同的透过率，从而通过连续旋转光学渐变衰减片实现了相邻两区域内能量透过率的连续控制。

附图说明

图1是能量连续衰减系统的结构图。

图2是光学渐变衰减片的结构图。

图3能量连续衰减系统的工作光路图。

具体实施方式

本下面结合附图对本发明作进一步详细的描述：

红外成像目标模拟器通过在实验室条件下模拟红外目标来对导引头系统性能进行测试，它是光电探测半实物仿真性能测试系统中最重要的设备，而能量连续衰减系统是该目标模拟器的重要组成部分，其结构如图1所示，包括高温黑体（1）、隔热套（2）、光源镜组1（3）、连接板（4）、光源镜组2（5）和光学渐变衰减片及驱动系统（6），它能够实现能量在目标源表面的均匀照射和输出能量的快速连续衰减，从而实现了目标源对用来测试导引头系统性能的光学场景及目标的灰度模拟。

所述高温黑体作为本照明系统的红外光源，其温度范围为50℃~1500℃，0.5℃步长可调，发射率≥98%。所述光学渐变衰减片如图2所示，是直径为50mm的圆形。光学渐变衰减片分成8个面积相等的扇形区域，每个扇形区域的弧度为45°，且高温黑体（1）经光源镜组1（3）在光学渐变衰减片上所成的像光源，其通光孔径即图2中的圆形剖线部分刚好内切于扇形之中。采用光刻和镀膜的办法改变不同扇形区域的透过率，使每个扇形区域的透过率依次为0%、15%、30%、45%、60%、75%、90%、100%。

其中，光刻工艺的步骤为：

（1）在按要求加工的硅基片分划面上按顺序镀亮铬、灰铬和中波红外减反膜。

（2）在金属薄膜表面涂覆光刻胶，并通过曝光、显影等光刻工艺在光刻胶上制作如光刻板图形完全相同的小孔图案。

（3）以金属薄膜表面的光刻胶作为掩模板，利用光刻在金属薄膜上形成许多透光小孔，透光小孔的形状与光刻胶图形完全一致，光刻后在双面镀增透膜。

去除金属薄膜表面的光刻胶掩膜后，相应功率的衰减片制作完成，其余对应功率的衰减片可按如上方法依次完成。

为了使光束通过光学渐变衰减片后，能够均匀的照射在目标源表面，能量连续衰减系统的光路原理图如图3所示，采用二次成像和科勒照明结构，即将光学渐变衰减片放在光源镜组2（5）的入瞳位置，该位置同时也是光源镜组2的物方焦面。光学渐变衰减片在不同扇形区域内具有不同的透过率，但是沿任一半径方向上衰减率是一致的。为了解决光学渐变衰减片本身的不均匀性影响目标源表面均匀照射的问题，黑体辐射面（1）通过光源镜组1（3）成像在光学渐变衰减片上，从光学原理来看，这相当于将黑体光源直接放在了光源镜组2（5）的入瞳位置，即物方焦面处。将黑体像光源沿半径方向分成一个个点光源，每个光源像点发出的各个方向的光束在通过光源镜组2（5）后都以平行光的形式均匀入射在目标源（7）表面上，使得不同光源像点发出的平行光束在目标源（7）表面均匀叠加，从而实现了能量在目标源表面的均匀照射。

为了使输出能量快速连续衰减，利用交流电机带动光学渐变衰减片进行连续旋转。这样，高温黑体（1）输出的能量就会通过光学渐变衰减片的两个相邻扇形区域。当光学渐变衰减片的旋转角度不同时，高温黑体的输出能量在相邻两扇形区域内就具有不同的透过面积。由于相邻两扇形区域具有不同的透过率，因此，它们在单位面积内透过的能量就不同，从而实现透过能量在相邻扇形区域内的连续变化。为了进一步解释上述内容，假设像光源在初始时刻内切于透过率0%的扇形区域内，像光源面积设为100，当光学渐变衰减片开始旋转后，设像光源进入透过率为15%的扇形区域内的面积为x，则像光源在透过率0%的扇形区域内的面积为100-x，于是，能量透过率为：

因为x是随光学渐变衰减片的旋转角度连续变化的，所以，能量透过率能够实现在0%到15%之间连续变化。其余相邻扇形区域内的透过率计算公式与上述相同，只需将0和0.15替换成相邻扇形区域的透过率即可。

另外，根据光学渐变衰减片的旋转角度，通过光学设计软件，模拟分析其与透过率的关系方程为：

其中，θ为光学渐变衰减片的旋转角度；η为要求的透过率即衰减率。根据透过率和光学渐变衰减片旋转角度的公式，可以实现系统能量的连续变化。

Claims

1.一种用于光学场景能量模拟的连续衰减系统，其特征是，红外成像目标模拟器通过在实验室条件下模拟红外光学目标来对导引头光学系统性能进行测试，能量连续衰减系统是其最重要的组成部分；该系统结构包括高温黑体(1)、隔热套(2)、光源镜组1(3)、连接板(4)、光源镜组2(5)和光学渐变衰减片及驱动系统(6)，它能够实现能量在目标源表面的均匀照射和输出能量的快速连续衰减，从而实现了目标源对用来测试导引头光学系统性能的光学场景及目标的灰度模拟；所述目标源是红外成像目标模拟器的成像器件；所述光学渐变衰减片(8)放在光源镜组2(5)的入瞳位置，即光源镜组2的物方焦面上，使光学渐变衰减片(8)上每一光源像点发出的各个方向的光都以平行光形式入射在目标源表面上，使得不同光源像点发出的平行光束在目标源表面上均匀叠加，从而实现目标源表面的均匀照射；所述光学渐变衰减片(8)为圆形，分为8个面积相等的扇形区域，每个扇形区域具有不同的透过率，且刚好使像光源孔径内切于其中，通过连续旋转光学渐变衰减片使相邻两区域内的能量透过率连续变化，可以实现输出能量的连续变化，从而对具有不同辐射特性的目标进行模拟；所述的光学渐变衰减片的8个扇形区域的透过率分别为0％、15％、30％、45％、60％、75％、90％、100％。