CN105571823B - 一种基于光刻技术的光学场景灰度模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光刻技术的光学场景灰度模拟方法。在本发明中，红外静态图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，而目标源是该目标模拟器的重要组成部分，其上至少一个像元与探测器的一个像元相对应。在目标源上每个像元分为n行n列个大小、形状都相同的方框元，每个方框元又划分成256×m个大小、形状都相同的微框元。在每个方框元的相同位置光刻掉的微框元的数量从0开始逐渐增加m，就能够对全部256个灰度级进行高精度的模拟，从而使目标模拟器能够生成具有高对比度的目标灰度图像。
Description
技术领域
本发明属于红外目标仿真技术领域，主要涉及一种基于光刻技术的光学场景灰度模拟方法。
背景技术
在红外目标模拟器通过对远距离的目标场景进行灰度模拟来对导引头系统的性能进行评价，它不仅能大量减少外场飞行试验，降低费用开支，同时还缩短了武器的研制周期。因此，红外成像目标模拟器的研制对未来制导武器的发展具有重要意义。
红外目标模拟器要求其生成的灰度模拟图像具有高空间分辨率、高温度分辨率和高对比度，只有满足上述要求才能对导引头系统的性能进行有效的评价。现有技术中，灰度模拟方法主要有可变光阑调节技术和微电子光刻技术。其中可变光阑调节技术通过改变光阑开口大小来调节透射能量的多少，从而进行目标场景的灰度模拟。但是光阑开口大小的变化很难实现透过率高精度的连续变化，这使得灰度模拟图像很难具有较高的分辨率和对比度。微电子光刻技术通过生成模拟目标源，利用先进的激光拍照技术生成高精度的目标灰度图像。激光拍照技术利用两束激光的干涉完成对目标信息的摄取采集，但该技术比较容易受到环境因素，如温度变化、空气流动等的影响，致使目标灰度图很难具有较高的分辨率和对比度。由此来看，现有技术还是未能解决灰度模拟图像高分辨率与高对比度的问题。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种基于光刻技术的光学场景灰度模拟方法，能够对全部256个灰度级进行高精度的模拟，从而使目标模拟器能够生成具有高对比度的目标灰度图像。
本发明采用的技术方案是：红外静态图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，而目标源是该目标模拟器的重要组成部分，其上至少一个像元与探测器的一个像元相对应。在目标源上每个像元通过光刻的方式改变其整体透光面积，使它们能够模拟全部256个灰度级，从而实现目标模拟器对不同目标场景的灰度模拟。
所述像元，每一个又分为n行n列个大小、形状都相同的方框元，为保证透过能量在像元上均匀变化，方框元的方阵阶数n应该不小于3。
所述方框元，每一个划分成256×m个大小、形状都相同的微框元；当所有方框元全不透光时该像元的灰度级为0，当所有方框元全透光时该像元的灰度级为255；在每一个方框元的相同位置令h×m个微框元透光时，该像元的灰度级为h。
与现有技术方法相比，本发明的有益效果是：将每一个像元都分为n行n列个方框元，再将每个方框元划分成256×m个微框元，通过在方框元的相同位置改变微框元的透光个数，可以实现对全部256个灰度级的精确模拟，从而使目标模拟器能够生成高精度的目标灰度图像。
附图说明
图1为目标源上某一个像元的内部布局图。
图2为4个灰度级连续的像元光刻图及局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述：
目标源的光刻工艺步骤为：
（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。
图1所示为目标源上的一个像元，且目标源上的一个像元尺寸需与探测器上的一个像元尺寸相对应。为了使像元能够模拟全部256个灰度级，将每一个像元都如图1所示，分为n行n列个大小、形状都相同的方框元，且方框元之间应该等间距排列。在图1中，20×20个小方框即为方框元，且这些方框元全部透光，而方框元之间的间隔区域不透光。方框元的方阵阶数n应该不小于3（本图n值为20），这样可以保证透过能量在像元上的均匀性。再将每个方框元划分成256×m个大小、形状都相同的微框元，其中，m≥1，其最大值应当根据当前光刻分辨率的最小值而定。目前，光刻分辨率能够达到亚微米级（100nm—1000nm）以下，这里假设光刻分辨率是0.1um，另外假设目标源尺寸100mm，分别率320×240。则目标源的长度为80mm，宽度为60mm，像元尺寸为80mm/320=0.25mm。假设n值为20，将每个方框元划分成16×16个微框元，则微框元的尺寸为250um/(20×16)=0.78125um。于是，m的最大值为(0.78125/0.1)²≈61。需要注意的是，上述计算方法认为所有方框元是紧邻在一起的，即彼此间间距为0；当方框元之间存在间隔时，m值小于61。
如果所有方框元全不透光，该像元模拟的灰度级为0；如果所有方框元全透光，该像元模拟的灰度级为255；如果在每一个方框元的相同位置都令m个微框元透光，该像元模拟的灰度级为1；如果在每一个方框元的相同位置都令h×m个微框元透光，该像元模拟的灰度级为h。图2（A）、（B）、（C）、（D）分别列举了4个像元的光刻图和它们各自的局部放大图，在这4组图中小方框所围区域即为方框元的透光区域，每个像元的透光区域都具有相同的大小和形状，并且透光区域的尺寸也在图中标出。这4个像元a、b、c、d模拟了4个连续的灰度级。为了实现灰度级由a到d逐渐减1，每一个像元比后一个像元在每个方框元的相同位置光刻掉的微框元的数量多m，即a像元比b像元在每个方框元的相同位置光刻掉的微框元的数量多m，其余依此类推。这样，以m为公差，在每个方框元的相同位置光刻掉的微框元的数量从0开始逐渐增加m，就可以实现全部256级的灰度模拟，从而能够模拟高对比度的目标灰度图像。
Claims (1)
1.一种基于光刻技术的光学场景灰度模拟方法，其特征是，该方法应用在红外静态图像目标模拟器中，该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，而目标源是该目标模拟器的重要组成部分，目标源上至少一个像元与探测器的一个像元相对应；在目标源上每个像元通过光刻的方式改变其整体透光面积，使它们能够模拟全部256个灰度级，从而实现目标模拟器对不同目标场景的灰度模拟；所述像元，每一个又分为n行n列个大小、形状都相同的方框元，为保证透过能量在像元上均匀变化，方框元的方阵阶数n不小于3；所述方框元，每一个划分成256×m个大小、形状都相同的微框元；当所有方框元全不透光时该像元的灰度级为0，当所有方框元全透光时该像元的灰度级为255；在每一个方框元的相同位置令h×m个微框元透光时，该像元的灰度级为h。
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