一种多波段光学仿真系统及方法

本发明涉及一种多波段光学仿真系统及方法，属于光学仿真。

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、利用数字微镜器件进行光学模拟与仿真的技术方案层出不穷，而单个数字微镜器件模组往往难以适应比较宽广的波段，因此，通常针对一些特定波段会设置多个独立的不同波段的数字微镜器件模组。然而一些光学模拟任务却需要涉及到比较宽广的波段，因此这就涉及到了不同波段的数字微镜器件的合并。

4、一些现有技术提供了一种空间双波段复合动态场景投影仿真系统，利用分光片实现可见波段和短波红外波段的复合模拟，然而，这些现有技术所模拟的波段仍旧有限，面对更加复杂的任务无法实现较为精准的模拟，难以反映真实的物理特性。

5、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、完整地说明，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多波段光学仿真系统及方法，覆盖可见、短波、中波的多波段高帧频光学仿真系统，实现在实验室环境下对光电探测系统功能和性能的仿真测试。

2、为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种多波段光学仿真系统，其特征在于，包括：可见光仿真模块、短波红外仿真模块、中波红外仿真模块以及合光模块；所述可见光仿真模块、短波红外仿真模块以及中波红外仿真模块分别用于投射对应波段的模拟图像，所述合光模块用于将对应的多个所述模拟图像进行复合，获得复合图像。

3、进一步地，沿光路方向，所述可见光仿真模块所投射的可见光图像首先与所述短波红外仿真模块所投射的短波红外图像进行一次复合，形成中间图像；所述中间图像与所述中波红外仿真模块所投射的中波红外图像进行二次复合，形成复合图像。

4、进一步地，所述合光模块包括合光单元及投影单元；所述合光单元包括多个分光片，所述可见光仿真模块、短波红外仿真模块以及中波红外仿真模块所投射的模拟图像通过所述分光片的透射-反射作用而复合；所述投影单元用于投射所述复合图像。

5、进一步地，所述合光单元包括第一分光片和第二分光片；所述可见光图像透射所述第一分光片，与所述第一分光片的透出面所反射的所述短波红外图像进行所述一次复合；所述中间图像透射所述第二分光片，与所述第二分光片的透出面所反射的所述中波红外图像进行所述二次复合。

6、进一步地，所述可见光仿真模块至所述第一分光片的光路距离与所述短波红外仿真模块至所述第一分光片的光路距离相等；所述可见光仿真模块至所述第二分光片的光路距离与所述中波红外仿真模块至所述第二分光片的光路距离相等。由于系统最终出射的是平行光，且三个波段的光需要复合，因此三个模块对于后续投影系统来说是需要满足共焦面的关系，在结构上的体现即为光路距离相等。

7、进一步地，所述第一分光片在800nm以下，优选为400-800nm的波段具有不低于90％的透过率，在1000nm以上的波段，优选为1000-2300nm波段具有90％以上的反射率；

8、所述第二分光片在2300nm以下的波段，优选为400-2300nm的波段具有75％以上的透过率，在3000nm以上波段具有60％以上的反射率，进一步优选为在4000-5000nm波段具有80％以上的反射率。

9、进一步地，所述第一分光片和第二分光片的材质通常采用石英玻璃作为基础材料，通过在表面进行镀膜来改变其反射与透射特性，但也不仅限于此种实施方式，能够依照上述光学特性，参照现有技术方案得到具有等效光学性质的分光片即可。

10、进一步地，所述可见光仿真模块、短波红外仿真模块以及中波红外仿真模块均沿光路方向依次包括对应波段的光源、数字微镜芯片、投射镜组以及拼接镜；所述光源、数字微镜芯片、投射镜组设置有多组，且多个所述数字微镜芯片经所述投射镜组投射出的独立图像经过所述拼接镜拼接为所述模拟图像。

11、进一步地，所述拼接镜包括四面矩形反射镜，所述矩形反射镜以所述拼接镜的出光轴为轴心呈中心旋转排列，且任一所述矩形反射镜的其中一个顶点均处于所述出光轴上且单点重叠，任一所述矩形反射镜的法向与所述出光轴呈45°角。

12、进一步地，所述系统还包括散热模块和支撑结构；所述散热模块至少用于调节所述多波段光学仿真系统的温度，所述支撑结构至少用于固设所述可见光仿真模块、短波红外仿真模块、中波红外仿真模块以及合光模块的相对位置。

13、对应于上述多波段光学仿真本发明第二方面还提供了一种多波段光学仿真方法，包括：利用上述多波段光学仿真系统进行多波段光学仿真。

14、借由以上的技术方案，本发明的有益效果至少包括：

15、本发明所提供的技术方案通过将可见、短波红外和中波红外波段的模拟图像进行复合，得到复合图像，可以实现覆盖可见、短波、中波多个波段的综合光学仿真测量任务，最大程度上仿真实物的物理特性，实现多波段的光学半物理仿真。

技术特征：

1.一种多波段光学仿真系统，其特征在于，包括：可见光仿真模块、短波红外仿真模块、中波红外仿真模块以及合光模块；

2.根据权利要求1所述的多波段光学仿真系统，其特征在于，沿光路方向，所述可见光仿真模块所投射的可见光图像首先与所述短波红外仿真模块所投射的短波红外图像进行一次复合，形成中间图像；

3.根据权利要求2所述的多波段光学仿真系统，其特征在于，所述合光模块包括合光单元及投影单元；

4.根据权利要求3所述的多波段光学仿真系统，其特征在于，所述合光单元包括第一分光片和第二分光片；

5.根据权利要求4所述的多波段光学仿真系统，其特征在于，所述可见光仿真模块至所述第一分光片的光路距离与所述短波红外仿真模块至所述第一分光片的光路距离相等；

6.根据权利要求4所述的多波段光学仿真系统，其特征在于，所述第一分光片在800nm以下，优选为400-800nm的波段具有不低于90％的透过率，在1000nm以上的波段，优选为1000-2300nm波段具有90％以上的反射率；

7.根据权利要求1所述的多波段光学仿真系统，其特征在于，所述可见光仿真模块、短波红外仿真模块以及中波红外仿真模块均沿光路方向依次包括对应波段的光源、数字微镜芯片、投射镜组以及拼接镜；

8.根据权利要求7所述的多波段光学仿真系统，其特征在于，所述拼接镜包括四面矩形反射镜，所述矩形反射镜以所述拼接镜的出光轴为轴心呈中心旋转排列，且任一所述矩形反射镜的其中一个顶点均处于所述出光轴上且单点重叠，任一所述矩形反射镜的法向与所述出光轴呈45°角。

9.根据权利要求1所述的多波段光学仿真系统，其特征在于，还包括散热模块和支撑结构；

10.一种多波段光学仿真方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种多波段光学仿真系统及方法。所述多波段光学仿真系统，其特征在于，包括：可见光仿真模块、短波红外仿真模块、中波红外仿真模块以及合光模块；所述可见光仿真模块、短波红外仿真模块以及中波红外仿真模块分别用于投射对应波段的模拟图像，所述合光模块用于将对应的多个所述模拟图像进行复合，获得复合图像。所述方法包括采用上述多波段光学仿真系统进行多波段光学仿真。本发明所提供的技术方案通过将可见、短波红外和中波红外波段的模拟图像进行复合，得到复合图像，可以实现覆盖可见、短波、中波多个波段的综合光学仿真测量任务，最大程度上仿真实物的物理特性，实现多波段的光学半物理仿真。

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