一种光谱景象投射器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种光谱景象投射器，它包括宽波段照明光源，图像调制单元、光谱调制单元和投射光学系统；光谱调制单元的入射耦合光学系统将宽波段照明光源发出的光源光线进行耦合后，经准直系统出射及分光元件处理后得到不同波长的出射平行光，再经会聚光学系统会聚至空间光调制器，其输出的光信号经出射耦合光学系统耦合后输出至图像调制单元；图像调制单元产生的二维场景图像经投射光学系统将图像投射出去。本实用新型提供的光谱景象投射器能够对照明光源的光谱和空间信息分别进行调制，实现了场景光谱信息和空间信息的精确模拟，其生成的场景与实际场景更加吻合。采用光谱景象投射器进行模拟仿真，成像系统性能测试的结果更加准确、可靠。
【专利说明】一种光谱景象投射器
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种光谱图像投影装置。
【背景技术】
[0002]景象投射器能够根据实际典型场景目标的空间、光谱、辐射强度特征产生逼真的场景图像。成像系统采集该仿真图像，图像识别电路对该图像进行分析后捕捉目标位置，产生反馈信号，实时调整方位，从而实现目标追踪。光学景象投射器通过计算机产生的图像后利用光学系统投射模拟实景，从而可以在模拟试验的情况下验证成像跟踪系统的有效性。利用景象投射器进行模拟试验，能够大大缩短系统研制的周期，节省研制经费，因此研制高性能的景象投射器成为各国科研人员研究的重点问题。
[0003]根据使用波段的不同，景象投射器可以分为可见光景象投射器和红外景象投射器两大类。
[0004]可见光景象投射器要求具有较高分辨率、高刷新频率以及较高的对比度，同时对于输出图像光强稳定性有很高要求。目前国内的可见光景象投射器大致基于各种投影显示技术，如阴极射线管显示(CRT)技术、数字光处理(DLP)技术、液晶显示(LCD)技术等。红外景象投射器主要可以分为三类:一是可见光图像转换法，转换式红外图像模拟法采用薄膜转换器直接将可见光图像转换为红外图像。二是直接红外辐射法，主要有电阻阵列、激光二极管阵列和红外CRT。三是红外辐射调制法，主要有DMD红外投影系统和红外液晶光阀。
[0005]随着光谱成像技术的发展以及高精度成像仿真的需求，对景象投射器提出了新的要求，具有髙光谱分辨率的光谱景象投射器成为当前景象投射器的研究热点O
【发明内容】
[0006]本实用新型针对的是现有景象投射器存在的精度问题，提出一种能够对景象的光谱和空间信息进行调制，输出更加逼真图像场景的光谱景象投射器，为成像系统仿真提供精准可靠的仿真手段。
[0007]本实用新型提供一种光谱景象投射器，包括宽波段照明光源，图像调制单元，投射光学系统和光谱调制单元；所述的光谱调制单元包括入射耦合光学系统、狭缝、准直光学系统、棱镜、会聚光学系统、空间光调制器和出射耦合光学系统；入射耦合光学系统将宽波段照明光源发出的光源光线进行耦合后经狭缝进入准直光学系统，准直光学系统的前焦点与入射耦合光学系统的焦点重合；棱镜对准直系统出射的平行光进行分光处理，分光后得到的不同波长的出射平行光经会聚光学系统会聚至空间光调制器；空间光调制器输出的光信号经出射耦合光学系统耦合后输出至图像调制单元；图像调制单元产生的二维场景图像经投射光学系统将图像投射出去。
[0008]本实用新型提供另一种光谱景象投射器，包括宽波段照明光源，图像调制单元，投射光学系统和光谱调制单元；所述的光谱调制单元包括入射耦合光学系统、狭缝、准直反射镜、光栅、会聚反射镜、空间光调制器和出射耦合光学系统；入射耦合光学系统将宽波段照明光源发出的光源光线进行耦合后经狭缝进入准直光学系统，准直光学系统的前焦点与入射耦合光学系统的焦点重合；光栅对准直反射镜出射的平行光进行分光，分光后得到的不同波长的出射平行光经会聚反射镜会聚至空间光调制器；空间光调制器输出的光信号经出射耦合光学系统耦合后输出至图像调制单元；图像调制单元产生的二维场景图像经投射光学系统将图像投射出去。
[0009]本实用新型技术方案所述的空间光调制器为数字微镜器件，或为液晶空间光调制器。
[0010]与传统的景象投射器相比，本实用新型具有如下的特点:
[0011]1、本实用新型提供的光谱景象投射器能够对照明光源的光谱和空间信息分别进行调制，实现了场景光谱信息和空间信息的精确模拟，其生成的场景与实际场景更加吻合。采用光谱景象投射器进行模拟仿真，成像系统性能测试的结果更加准确、可靠。
[0012]2、本实用新型提供的光谱景象投射器能够同时调制照明光的光谱分布和图像的空间分布,实现光谱图像的投射。光谱调制单元采用色散分光方式,具有光谱分辨率髙、结构紧凑等优点；光谱调制单元利用空间光调制器对色散分光后的光谱进行调制，具有调制方式灵活、调制速度快等优点。
[0013]3、本实用新型提供的光谱景象投射器结构紧凑，采用数字化控制，通用性强，能够产生光谱分布可调的“高仿真”图像场景。
[0014]【专利附图】
【附图说明】:
[0015]图1为本实用新型提供的一种光谱景象投射器的结构框图；
[0016]图2为本实用新型提供的一种光谱景象投射器图像调制单元结构框图；
[0017]图3为本实用新型提供的一种光谱景象投射器光谱调制单元结构框图；
[0018]图4为本实用新型实施例1提供的光谱调制单元的结构示意图；
[0019]图5为本实用新型所述光谱调制单元进行光谱调制的工作原理图；
[0020]图6为本实用新型提供的一种光谱景象投射器进行光谱景象投射的工作原理图；
[0021]图7为本实用新型实施例2提供的光谱调制单元的结构示意图。
[0022]其中:1、入射耦合光学系统；2、狭缝；3、准直光学系统；4、棱镜；5、会聚光学系统；
6、空间光调制器；7、出射稱合光学系统；8、准直反射镜；9、光栅；10、会聚反射镜。
具体实施方案
[0023]下面结合附图及实施例对本实用新型所述的一种光谱景象投射器作进一步详细说明。
[0024]实施例1
[0025]参见附图1，它为本实用新型提供的光谱景象投射器的原理框图。宽波段照明系统产生高强度宽谱辐射，其波段范围为0.4?1.lum，包括光源、照明光学系统和匀化器等。光谱调制单元对宽波段照明光源出射光的光谱进行调制后输出所需的照明光。根据需要，输出的照明光可以是单色光，也可以是光谱经过调制的宽波段照明光。图像调制单元产生不同波长照明光下的二维场景图像。投射光学系统将图像调制单元输出的图像投射出去。对于出瞳距较短、口径不大以及对投射器尺寸无特殊要求的情况，投射光学系统的光路设计可以采用一次成像方式。对于大出瞳距和长工作距离的情况，可以采用准直物镜和投影物镜相结合的二次成像方式。
[0026]参见附图2，它为本实用新型提供的图像调制单元的原理框图。主要包括匀化器、准直系统和空间光调制器等。光谱调制单元出射光经过匀化器后，形成均匀照明光。经过准直系统后，照明空间光调制器。空间光调制器上生成需要投射的图像，照明光经过空间光调制器后生成特定波长下的空间二维强度图，并输出至投射光学系统。[0027]参见附图3，它为本实用新型光谱调制单元的原理框图。入射耦合光学系统将照明系统产生的照明光进行会聚后耦合至狭缝中。进入狭缝的入射光经准直系统准直后入射至分光元件进行分光。经过分光元件分光，宽波段的照明光被分解成一系列的单色平行光出射，不同波长的平行光其出射角度不同。会聚系统对这些单色平行光进行会聚，空间光调制器位于会聚系统的焦面处。空间光调制器的每一行对应不同波长的光，空间光调制器的像元尺寸决定光谱调制单元所能达到的最小光谱分辨率。通过控制空间光调制器的开关以及灰度等级，可以根据需求调节出射光的光谱和强度分布。
[0028]参见附图4，它为本实施例提供的光谱调制单元的结构示意图，包括入射耦合光学系统1、狭缝2、准直光学系统3、棱镜4、会聚光学系统5、空间光调制器6和出射稱合光学系统7。棱镜4为分光元件，对准直系统3出射的平行光进行分光，分光后的不同波长的出射平行光经会聚光学系统5会聚至空间光调制器6，控制空间光调制器6的开关以及灰度等级调节出射光的光谱和强度分布，最后通过出射耦合光学系统7输出至图像调制单元。在本实施例中，空间光调制器采用数字微镜器件。
[0029]参见附图5，它为本实用新型所述光谱调制单元进行光谱调制的原理图。图中(a)为入射照明光源经过分光之后，在空间光调制器上不同波长光的分布。空间光调制器的每一列对应于不同的出射波长。出射光线的波长与空间光调制器上的列坐标成线性关系。调节空间光调制器每一列的开关和透过率，可以控制出射光线的光谱分布。(bl)表示空间光调制器上对应于波长λ I的像元透过率为最大，其他像元透过率为0，(cl)为对应的输出光谱；(b2)表示空间光调制器上对应于波长λ I的透过率为最大值的一半，其他像元透过率为0，(c2)为对应的输出光谱，其峰值强度为(Cl)的一半；(b3)表示空间光调制器上对应于波长λ?~λ4的像元具有不同透过率，其他像元透过率为0，(c3)为输出的光谱曲线。通过控制空间光调制器的开关以及灰度等级，可以根据需求调节出射光的光谱和强度分布。
[0030]参见附图6，它为本实用新型进行光谱景象投射的工作原理图，在一帧周期内依次生成多幅图像，利用成像仪器的“积分”特性，通过图像的叠加产生具有多光谱特性的图像场景输出。欲生成一幅如图中(a)所示的多光谱图像，需要将一帧周期分为tl、t2、t3和t4四个时段，由光谱调制单元在各个时段中依次输出红、黄、绿和蓝色照明光，与之对应的，图像调制单元在各个时段中依次输出对应于红、黄、绿和蓝光的灰度图像。通过一个帧周期内的图像强度叠加，得到所需的多光谱图像。
[0031]实施例2
[0032]参见附图7，它为本实施例提供的光谱调制单元的结构示意图，其中包括入射耦合光学系统1、狭缝2、准直反射镜8、光栅9、会聚反射镜10、空间光调制器6和出射稱合光学系统7。光栅9为分光兀件，对准直反射镜8出射的平行光进行分光，分光后的不同波长的出射平行光经会聚反射镜10会聚至空间光调制器6，控制空间光调制器6的开关以及灰度等级调节出射光的光谱和强度分布，最后通过出射耦合光学系统7输出至图像调制单元。在本实施例中，空间光调制器为液晶空间光调制器。
[0033]按实施例一的技术方案，光谱调制单元对宽波段照明光源出射光的光谱进行调制后输出所需的照明光。根据需要，输出的照明光可以是单色光，也可以是光谱经过调制的宽波段照明光。
[0034]图像调制单元产生不同波长照明光下的二维场景图像。投射光学系统将图像调制单元输出的图像投射出去。
【权利要求】
1.一种光谱景象投射器，包括宽波段照明光源，图像调制单元和投射光学系统，其特征在于:它还包括光谱调制单元；所述的光谱调制单元包括入射耦合光学系统(I)、狭缝(2)、准直光学系统(3)、棱镜(4)、会聚光学系统(5)、空间光调制器(6)和出射稱合光学系统(7);入射耦合光学系统(I)将宽波段照明光源发出的光源光线进行耦合后经狭缝(2)进入准直光学系统(3)，准直光学系统(3)的前焦点与入射耦合光学系统(I)的焦点重合；棱镜(4)对准直系统(3)出射的平行光进行分光处理，分光后得到的不同波长的出射平行光经会聚光学系统(5)会聚至空间光调制器(6);空间光调制器(6)输出的光信号经出射耦合光学系统(7)耦合后输出至图像调制单元；图像调制单元产生的二维场景图像经投射光学系统将图像投射出去。
2.根据权利要求1所述的一种光谱景象投射器，其特征在于:所述的空间光调制器为数字微镜器件。
3.根据权利要求1所述的一种光谱景象投射器，其特征在于:所述的空间光调制器为液晶空间光调制器。
4.一种光谱景象投射器，包括宽波段照明光源，图像调制单元和投射光学系统，其特征在于:它还包括光谱调制单元；所述的光谱调制单元包括入射耦合光学系统(I)、狭缝(2)、准直反射镜(8)、光栅(9)、会聚反射镜(10)、空间光调制器(6)和出射耦合光学系统(7);入射耦合光学系统(I)将宽波段照明光源发出的光源光线进行耦合后经狭缝(2)进入准直光学系统(3)，准直光学系统(3)的前焦点与入射耦合光学系统(I)的焦点重合；光栅(9)对准直反射镜(8)出射的平行光进行分光，分光后得到的不同波长的出射平行光经会聚反射镜(10)会聚至空间光调制器(6);空间光调制器(6)输出的光信号经出射耦合光学系统(7)耦合后输出至图像调制单元；图像调制单元产生的二维场景图像经投射光学系统将图像投射出去。
5.根据权利要求4所述的一种光谱景象投射器，其特征在于:所述的空间光调制器为数字微镜器件。
6.根据权利要求4所述的一种光谱景象投射器，其特征在于:所述的空间光调制器为液晶空间光调制器。
【文档编号】H04N5/74GK203606617SQ201320739309
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】陈新华, 陈宇恒, 马锁冬, 周建康, 季轶群, 沈为民 申请人:苏州大学