一种大出瞳距、大视场、宽波段LCD型景象模拟系统的制作方法

本实用新型属于半实物仿真技术领域，涉及一种可评价可见光导引头探测性能的大出瞳距、大视场、宽波段LCD(液晶显示)型景象模拟系统。

背景技术：

可见光电视制导技术被越来越多地应用于空地导弹、空空导弹的研制中。如何对导引头的性能进行综合评估一直限制着该技术的发展。外场试验虽然精度高，但是存在外界测试条件不全面和费用偏高等缺点。半实物视景仿真的方法是建立逼真的可见光目标-背景环境，通过计算机仿真软件和景象模拟器，实时地模拟复杂战场背景下被攻击目标的特征变化，具有测试环境全面，节约成本等优点。

目前国内的哈尔滨工业大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、中国科学院西安光学精密机械研究所、北京仿真中心以及浙江大学都有类似产品的问世。其中国科学院长春光学精密机械与物理研究院的模拟器虽然具有大出瞳距、大视场，但其波段适用于500nm-700nm窄波段，且其视场角仅为7°；西安光学精密机械研究所的模拟器镜头视场仅为3.27°；浙江大学的目标模拟器出瞳距离仅为250mm，对于已有转台的适应性较弱。模拟器中的光学系统作关键组成单元，其性能直接影响景象模拟器的应用范围。而大出瞳距、大视场、宽波段的景象模拟器成为设计中的难点。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种大出瞳距、大视场、宽波段LCD型景象模拟系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种大出瞳距、大视场、宽波段LCD型景象模拟系统，所述系统包括准直光学系统、偏振分光棱镜、液晶成像系统、照明系统和光源；所述准直光学系统包括一次成像系统和二次成像系统；

液晶成像系统置于准直光学系统的像面位置，作为准直光学系统的景象靶标，对外部输入的模拟景象进行成像；

光源用于为液晶成像系统提供照明；

照明系统用于汇聚光源并将光线均匀的出射至偏振分光棱镜；

偏振分光棱镜用于将照明系统出射的光线反射至液晶成像系统上，同时还用于透射照明后的液晶成像系统的模拟景象；

准直光学系统用于出射平行光束，将照明后的液晶成像系统的模拟景象投射至无穷远，以备被待测设备观测。

进一步的，所述照明系统包括光源汇聚透镜和临界照明系统。

进一步的，所述照明系统的孔径角与准直光学系统的像方孔径角相匹配。

进一步的，所述准直光学系统的一次成像系统包括依次同轴设置的光焦度为正的一次成像第一透镜组，光焦度为负的一次成像第二透镜组、光阑和光焦度为负的一次成像第三透镜组。

进一步的，所述一次成像第一透镜组由一个光焦度为正的透镜和一个光焦度为正的双胶合透镜组成；所述一次成像第二透镜组为高斯结构，由一个负光焦度的双胶合透镜和一个负光焦度的双胶合透镜组成；所述一次成像第三透镜组由一个正光焦度的透镜和一个负光焦度的双胶合透镜组成。

进一步的，所述准直光学系统的二次成像系统包括依次同轴设置的光焦度为正的二次成像第一透镜组和光焦度为正的二次成像第二透镜。

进一步的，所述二次成像第一透镜组为双胶合透镜。

有益效果

1、所述系统通过二次成像系统的引入实现了较长的出瞳距离、大视场、宽波段，相比现有的模拟系统，不仅增强了模拟器对转台的适应性，而且可适用于更宽波段的测试需求，提高了测试精度。

2、所述系统实现给该特定的准直系统均匀照明，令其孔径角与准直光学系统的像方孔径角相匹配，并用会聚透镜将光源汇聚在照明系统的物面上。

3、所述准直光学系统的一次成像系统采用正-负-正的光焦度分配结构来校正光学系统轴上像差及色差。第一组透镜总的光焦度为正，作用为将光线快速向光轴偏折；第二组为高斯结构，总光焦度为负，其对称结构可用来平衡畸变和彗差；后组总光焦度为正，用来平衡像差。

4、所述准直光学系统的二次成像系统的总光焦度为正，用来进一步衰减系统的色差和像差，并起到延长出瞳距及收缩口径的作用。

附图说明

图1为本实用新型所述系统结构示意图；

图2为本实用新型所述准直光学系统光路图；

图3为本实用新型所述准直光学系统传递函数(MTF)曲线；

图4为本实用新型所述准直光学系统场曲和畸变曲线；

图5为本实用新型所述照明系统光学系统图；

图6为本实用新型所述照明系统能量分布图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种大出瞳距、大视场、宽波段LCD型场景模拟系统，所述系统包括准直光学系统1、照明系统2、偏振分光棱镜3、光源4和液晶成像系统5。

所述的准直光学系统1为二次成像系统；偏振分光棱镜3位于准直光学系统1透射光路上，照明系统2的反射光路上；照明系统2包括光源汇聚透镜2-1及临界照明系统2-2；液晶成像系统5位于准直光学系统1透射光路上，照明系统2的反射光路上。

液晶成像系统5用于接收外部输入的模拟景象，同时至于准直光学系统的像面位置，作为准直光学系统的景象靶标，照明系统2用于为液晶成像系统5提供均匀亮度可调的照明光，准直光学系统1用于出射平行光束，把照明后的液晶成像系统5的模拟景象投射至无穷远；

使用时，光源4经照明系统2至偏振分光棱镜3后反射至液晶成像系统5，给液晶显示成像系统5均匀照明，液晶成像系统5中的模拟景象经偏振分光棱镜3透射后由准直光学系统1出射，已被待测设备观测。

所述的准直光学系统1，通过二次成像系统的使用，实现了长出瞳距700mm，出瞳直径40mm，大视场角7°，宽工作波段400nm～1000nm，焦距170mm的高性能场景模拟系统。

所述准直光学系统1的一次成像系统1-1包括依次同轴设置的光焦度为正的一次成像第一透镜组1-1-1，光焦度为负的一次成像第二透镜组1-1-2、光阑STO和光焦度为负的一次成像第三透镜组1-1-3，其成像的一次像面记为S1。

准直光学系统1的一次成像系统1-1采用正-负-正的光焦度分配结构来校正光学系统轴上像差及色差。一次成像第一透镜组1-1-1总的光焦度为正，作用为将光线快速向光轴偏折，由一个光焦度为正的透镜和一个光焦度为正的胶合镜组成；一次成像第二透镜组1-1-2为高斯结构，总光焦度为负，其对称结构可用来平衡畸变和彗差，由一个负光焦度的胶合镜和一个负光焦度的胶合镜组成；后组1-1-3总光焦度为正，用来平衡像差，由一个正光焦度的透镜和一个负光焦度的胶合镜组成。

所述准直光学系统1的二次成像系统1-2包括依次同轴设置的光焦度为正的二次成像第一透镜组1-2-1和光焦度为正的二次成像第二透镜1-2-2。

准直光学系统1的二次成像系统1-2用来进一步衰减系统的色差和像差，并起到延长出瞳距及收缩口径的作用。其总的光焦度为正，由一个光焦度为正的胶合镜和一个光焦度为正的透镜组成。

一次成像系统的具体参数如表一所示。

二次成像系统的具体参数如表二所示。

光源4为卤钨灯，其光谱范围为380μm～1100nm。

照明系统2的作用是为液晶成像系统5提供均匀的照明光。照明系统2采用临界照明结构，将光源4成在准直光学系统的像面(液晶成像系统)上。为实现给液晶成像系统5均匀照明，其孔径角与准直光学系统1的像方孔径角相匹配，并用汇聚透镜2-1将光源汇聚在照明系统1的物面上。

液晶成像系统5接收计算机或视频信号发生器产生的静态或动态图像视频信号。系统采用的液晶成像系统规格为分辨率1280×720，像元尺寸为8.4μm。

所述系统使用液晶成像系统接收计算机或视频信号发生器产生的静态或动态图像视频信号，由照明系统提供均匀亮度可调的可见光照明光，经准直光学系统准直投射出去，形成平行光进入被测设备，使被测件观测相当于远距离的、清晰的可见光目标及背景图像，从而实现对被测设备的测试和半实物仿真试验。该系统出瞳距离达到700mm，使模拟器对转台的适应性大为增强；工作视场达到8°；工作波段达到400nm～1000nm；出瞳直径为40mm。

综上所述，实用新型包括但不限于以上实施例，凡是在本实用新型的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本实用新型的保护范围之内。