一种大靶面拼接光学模拟模块及光学仿真系统

本发明涉及光学成像，尤其涉及一种大靶面拼接光学模拟模块及光学仿真系统。

背景技术：

1、本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

2、数字微镜器件即dmd，是一种基于微机械结构的反射式空间光调制技术。美国的德州仪器公司于1987年研制出数字微镜器件，每个dmd是由成百上千个微镜组成，每个微镜代表一个像素点，每个微镜有两种稳定的状态，顺时针偏转12°和逆时针偏转12°，通过控制微镜的偏转状态来控制图像的显示。数字微镜器件具有分辨率高、帧频高、灰度等级高、无死像元、均匀度高等优点。

3、为了提高投影图像质量，要求dmd芯片的分辨率越高越好，但是无论从成本上看，还是从加工工艺上看，分辨率并不可能无限制地提高，从而限制了图片的投影质量。

4、为了提高dmd芯片的分辨率，现有的方法是：

5、(1)：

6、一、在计算机上将图像通过图像分割的方法分为两部分；二、将dmd1芯片放置在双层固定台的底层固定台上的滑动导轨上，dmd2芯片固定放置在双层固定台的上层固定台上；三、dmd控制芯片将上述两部分图像信号进行处理后，将上述两部分图像分别同时传输到dmd1芯片和dmd2芯片中；四、通过高分辨率ccd相机对dmd1芯片像素和dmd2芯片像素成像，再通过精确位置移动平台能驱动dmd1芯片做相对于双层固定台的底层固定台台面做精密平行位移，使dmd1芯片边缘像素与dmd2芯片边缘像素之间的距离达到标称值。能实现将两块dmd芯片图像无缝拼接，大幅度提高dmd芯片的分辨率。

7、(2)：

8、一、提供信号源的计算机将所需要探测器接收的4kx4k的图像分为4kx2k、4kx2k两部分；二、将两部分信号通过一个同步触发输出信号发送到控制芯片部分，dmd控制芯片经过信号处理，将两幅4kx2k的图像同时传输到两块芯片中；三、两块芯片中产生的图像经过准直光学系统后，平行光垂直于光学拼接部分入射，经过空间位置的调整，实现像面边缘的拼接，达到4kx4k的分辨率显示。

9、(3)：

10、将紫外光源、透镜组和dmd相对于投影镜头成对对称放置，反射棱镜与投影镜头垂直放置，投影图片信息分成两部分，通过两片dmd分别采集信息，光束反射后在棱镜处拼接完整，然后统一投影成像，使得在较高分辨率的情况下，又可以获得较大的成像面积。

11、然而现有技术无法实现大靶面显示的功能，最多仅仅能够实现双成像的拼接，由于dmd芯片的分辨率提高受到加工的工艺的限制。在基于dmd芯片的半物理仿真系统的设计过程中，当需要仿真的目标精度大于所用dmd芯片的分辨率，若仅仅依靠加工工艺的提升使得分辨率的提高则需要消耗大量的人力物力。

12、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种大靶面拼接光学模拟模块及光学仿真系统，实现大靶面的精准拼接，进而解决dmd光学模拟的分辨率难以继续提高的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大靶面拼接光学模拟模块，其包括：多个成像单元和一拼接单元，所述成像单元用于利用数字微镜阵列成像至一次像面，所述拼接单元用于将所述一次像面的投射成像进行拼接，构成拼接像面；所述拼接单元包括反射镜阵列，所述反射镜阵列包括对应于所述成像单元的多个拼接反射镜，且多个所述拼接反射镜以所述拼接单元的出光轴为旋转轴呈偏心螺旋式排列。

3、进一步地，所述拼接反射镜为矩形反射镜，多个所述矩形反射镜的顶点在所述出光轴处重叠。

4、进一步地，所述成像单元的数目为4个，所述反射镜阵列中的矩形反射镜按照垂直正交的方式进行所述偏心螺旋式排列；所述拼接单元还包括二次准直光学模组，其包含多个准直反射镜，用于使所述一次像面的成像投射至所述反射镜阵列。

5、进一步地，沿旋转方向，所述成像单元包括第一至第四成像单元；其中，第一和第三成像单元的投射方向与所述出光轴垂直，并经所述多个所述准直反射镜投射至对应的所述拼接反射镜；第二和第四成像单元的投射方向与所述出光轴平行，并指向所述拼接单元的出光方向，经过一所述准直反射镜投射至对应的所述拼接反射镜。由此，所形成的拼接模块的结构会更加紧凑。

6、进一步地，所述成像单元包括发光模组、dmd模组以及中继模组；所述发光模组作为光源，所述dmd模组利用数字微镜阵列实现光调制以形成成像，所述中继模组用于将所述dmd模组的成像投射至所述一次像面。

7、进一步地，沿光线传播方向，所述中继模组包括第一平面反射镜、球面反射镜组以及第二平面反射镜；所述球面反射镜组包括配合设置的凹反射镜和凸反射镜，光线在所述凹反射镜和凸反射镜之间多次反射到达所述第二平面反射镜。

8、进一步地，所述光线的传播过程具体为由所述第一平面反射镜-所述凹反射镜-所述凸反射镜-所述凹反射镜-所述第二平面反射镜；所述第一平面反射镜、凸反射镜以及第二平面反射镜一体设置。

9、进一步地，所述成像单元投射的成像面与一次像面与投射光轴非垂直设置。

10、进一步地，所述第一平面反射镜与所述投射光轴的夹角为(45-α)°，所述第二平面反射镜与所述投射光轴的夹角为(45+α)°。

11、进一步地，α的取值在1以下，优选为0.3-0.5，进一步优选为0.4。在本发明提供的技术方案中，α的值越小越有利于系统结构的紧凑，由此，α的值应小于等于1°，但考虑到为了防止光线碰撞，优选的取值为0.4°。

12、进一步地，所述成像单元还包括光吸收模组，用于对所述成像单元中的杂散光进行吸收。

13、本发明还提供了一种光学仿真系统，其包括上述大靶面拼接光学模拟模块以及投影模块；所述投影模块用于对所述大靶面拼接光学模拟模块拼接形成的拼接像面进行投影以进行光学仿真。

14、借由以上的技术方案，本发明的有益效果至少包括：

15、本发明所提供的大靶面拼接光学模拟模块利用偏心螺旋排列的多个拼接反射镜构成的拼接单元对成像单元所提供的一次像面进行拼接，实现了多个数字微镜阵列的成像拼接，优选数目为4个，无需大幅度提升单个成像单元的分辨率，通过精准拼接的方式显著提高了所获得的成像的分辨率，易于实现；且基于偏心螺旋式反射镜设计，易于布置对应光路，并使得整体结构紧凑，具有极佳的应用前景。

技术特征：

1.一种大靶面拼接光学模拟模块，其特征在于，包括：多个成像单元和一拼接单元，所述成像单元用于利用数字微镜阵列成像至一次像面，所述拼接单元用于将所述一次像面的投射成像进行拼接，构成拼接像面；

2.根据权利要求1所述的大靶面拼接光学模拟模块，其特征在于，所述拼接反射镜为矩形反射镜，多个所述矩形反射镜的顶点在所述出光轴处重叠。

3.根据权利要求2所述的大靶面拼接光学模拟模块，其特征在于，所述成像单元的数目为4个，所述反射镜阵列中的矩形反射镜按照垂直正交的方式进行所述偏心螺旋式排列；

4.根据权利要求3所述的大靶面拼接光学模拟模块，其特征在于，沿旋转方向，所述成像单元包括第一至第四成像单元；

5.根据权利要求1所述的大靶面拼接光学模拟模块，其特征在于，所述成像单元包括发光模组、dmd模组以及中继模组；

6.根据权利要求5所述的大靶面拼接光学模拟模块，其特征在于，沿光线传播方向，所述中继模组包括第一平面反射镜、球面反射镜组以及第二平面反射镜；

7.根据权利要求6所述的大靶面拼接光学模拟模块，其特征在于，所述光线的传播过程具体为由所述第一平面反射镜-所述凹反射镜-所述凸反射镜-所述凹反射镜-所述第二平面反射镜；

8.根据权利要求6所述的大靶面拼接光学模拟模块，其特征在于，所述成像单元投射的成像面与一次像面与投射光轴非垂直设置；

9.根据权利要求5所述的大靶面拼接光学模拟模块，其特征在于，所述成像单元还包括光吸收模组，用于对所述成像单元中的杂散光进行吸收。

10.一种光学仿真系统，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的大靶面拼接光学模拟模块以及投影模块；

技术总结
本发明公开了一种大靶面拼接光学模拟模块及光学仿真系统。包括：多个成像单元和一拼接单元，成像单元用于利用数字微镜阵列成像至一次像面，拼接单元用于将一次像面的投射成像进行拼接，构成拼接像面；拼接单元包括反射镜阵列，反射镜阵列包括对应于成像单元的多个拼接反射镜，且多个拼接反射镜以拼接单元的出光轴为旋转轴呈偏心螺旋式排列。本发明利用偏心螺旋排列的多个拼接反射镜构成的拼接单元对成像单元所提供的一次像面进行拼接，实现了多个数字微镜阵列的成像拼接，通过精准拼接的方式显著提高了所获得的成像的分辨率，易于实现；且基于偏心螺旋式反射镜设计，易于布置对应光路，并使得整体结构紧凑，具有极佳的应用前景。

技术研发人员：柳铮,崔文楠,张涛,王加科,张凯,初永强
受保护的技术使用者：中国科学院上海技术物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17