一种用于红外目标模拟器的三组元式内全反射棱镜的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于红外目标模拟器的三组元式红外TIR棱镜，由三块棱镜组成，充分利用光从光密介质入射到光疏介质中会发生全反射的特点，通过精确计算棱镜斜边倾角，实现对DMD“开”、“关”状态的调制。通过选用不同的红外材料，可用于工作波段为3-5μm的中波红外波段及工作波段为8-12μm的长波红外波段的红外目标模拟器的光学引擎中。
【专利说明】—种用于红外目标模拟器的三组元式内全反射棱镜
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于红外目标模拟器的三组元式内全反射(Total InternalReflect1n,简称TIR)棱镜,尤指一种用于基于DMD景象生成器件的红外目标模拟器光学引擎的TIR棱镜。
【背景技术】
[0002]随着红外成像制导导弹的出现，为测试与评估导引头的性能，迫切地需要发展红外成像半实物仿真技术。而红外成像半实物仿真技术的核心就是红外目标模拟器，红外光学引擎作为红外目标模拟器的关键组成，决定了红外目标模拟器的大部分性能参数，包括对比度、分辨率、空间均匀性等等。由于DMD无论从分辨率、空间均匀性、帧频等性能参数均较其它景象生器具有一定的优势，故对基于DMD的红外目标模拟器光学引擎的研究是十分必要的。
[0003]基于DMD的红外光学引擎采用远心光路结构时，需使用TIR棱镜，提高对比度的同时，可以实现照明光学系统与投影光学系统分开单独设计，节省了开发时间。但是目前，包括可见光波段的光学引擎，均采用两组元式的TIR棱镜进行分光，并未对DMD “关”状态的光束进行调制，而且整个系统结构尺寸较大，降低系统的能量利用率。若不使用TIR棱镜，为保证能量利用率，需使投影系统与照明系统光轴成24°的夹角，使得投影系统与照明系统的口径相互制约，此外，为保证照明光路不被遮挡，势必要增加投影系统的后工作距离，增加投影系统的设计难度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种用于基于DMD的红外目标模拟器光学引擎的三组元式红外TIR棱镜，避免了不使用TIR棱镜的远心光路结构的弊端，同时增加对DMD “关”状态的光束进行调制，使整个系统结构紧凑，提高红外光学引擎的能量利用率。
[0005]三组元式红外TIR棱镜结构如图1。其中10为棱镜1，将入射的照明光束在其斜边表面处发生全反射，实现对DMD的照明。11为棱镜2，将DMD“开”态的反射光线入射到投影系统中，将DMD “关”态的光线反射出投影系统。本三组元式的红外TIR棱镜适用于中、远红外波段。TIR棱镜的引入具有以下五个优势:
(I)红外TIR棱镜的使用可以实现对P光和S光的100%反射。
[0006](2)红外TIR棱镜可以实现对DMD “平”态以及窗口处的反射光进行调制，使其反射出投影光学系统，提高系统的对比度。
[0007](3)红外TIR棱镜的使用可以使光学引擎设计成远心光路结构，即入射光经DMD反射后平行于投影系统光轴。
[0008](4)红外TIR棱镜的使用使整个光学引擎的结构更加紧凑，提高系统的能量利用率。
[0009](5)相较于二组元式红外TIR棱镜，提高了投影的对比度。[0010]对于长波红外波段的红外目标模拟器，以ZnS材料为例，其三组元式红外TIR棱镜结构如图4所示。
[0011]Pl棱镜的斜边倾角Θ ^可由下式确定:
【权利要求】
1.本发明的用于一种基于DMD的红外目标模拟器光学引擎的三组元式红外TIR棱镜，充分利用光从光密介质入射到光疏介质中会发生全反射的特点，通过精确计算棱镜斜边倾角，实现对DMD“开”、“关”状态的调制，通过选用不同的红外材料，可用于工作波段为3-5 μ m的中波红外波段及工作波段为8-12 μ m的长波红外波段的红外目标模拟器的光学引擎中，照明光束入射到棱镜I中，在其斜表面处发生全反射，入射到DMD上，当DMD为“开”态时，反射光线经棱镜I和棱镜2后被投影系统接收；当DMD为“关”态时，反射光线经棱镜2后，在其斜表面处发生全反射，此时，DMD “平”态，及DMD窗口处的反射光亦在此处发生全反射，将照明光束反射出投影光学系统，提高了投影系统的对比度，为保证全反射现象的发生，棱镜对应全反射面处要有一定的空气间隔，为保证能量利用率，空气间隔不宜过大，以小于10 μ m为佳。
2.本发明的用于一种基于DMD的红外目标模拟吕光学引擎的三组元式红外TIR棱镜，以ZnS为材料时，适用于长波红外波段，其棱镜I的斜边倾角为21.8°，棱镜2的斜边倾角亦为21.8°，形成对称结构，保证成像的同时降低加工难度；棱镜I沿光轴厚度为18_，棱镜2沿光轴厚度为6.4mm ;棱镜I照光束入射端面的斜边倾角为40.5° ;以AMTIR-3为棱镜材料时，适用于中红外波段，其棱镜I的斜边倾角为18°，棱镜2的斜边倾角亦为18°，形成对称结构，保证成像的同时降低加工难度；棱镜I沿光轴厚度为31.52mm，棱镜2沿光轴厚度为2.6mm ;棱镜I照明光束入射端面的斜边倾角为45°。
3.权利要求1中所述的三组元式红外TIR棱镜，当工作波段为8-12μ m的长波红外波段时，棱镜的材料可为 ZnS，ZnSe, AMTIR-1, AMTIR-3, AMTIR-4, GASIRl, GASIR2, Ge, GaAs0
4.权利要求1中所述的三组元式红外TIR棱镜，当工作波段为3-5μ m的中波红外波段时，棱镜的材料可为 BaF2，CaF2, Sapphire, MgO, Silicon, As2S3, AMTIR-1, AMTIR-3,AMTIR-4, GASIRl, GASIR2, Ge, GaAs, ZnS, ZnSe0
【文档编号】G02B1/00GK104035193SQ201310071235
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2013年3月6日
【发明者】徐熙平, 乔杨, 刘涛, 母一宁 申请人:徐熙平, 长春理工大学