雙波段平行光管目標模擬器的製作方法

2023-06-05 09:11:11 1

專利名稱：雙波段平行光管目標模擬器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙波段平行光管目標模擬器，屬於空間探測技術領域。
背景技術：
光學目標模擬器是光電探測半實物仿真性能測試系統中最重要的設備，它為測試光電探測系統提供了真實目標的光學、幾何和運動特性。為保證仿真目標的真實性，光學目標模擬器的設計應遵循以下三個仿真原則一在工作波段內，仿真目標與真實目標在光電探測系統入瞳處的輻照度積分值相等；二 仿真目標在光電探測系統像面上形成的像斑輪廓尺寸及相應波段的輻照度與真實目標相等；三仿真目標相對光電探測系統的空間運動特性與真實目標相同。光電探測半實物仿真系統主要由五軸轉臺、待測光電探測系統、光學目標模擬器、 綜合控制器等組成。半實物仿真系統為光電探測系統的性能測試及評價提供了一種經濟、 安全、精確、可控制和可重複的實驗條件，在縮短研製周期，節省經費，提高產品性能等方面
有著重要意義。目前使用的光學目標模擬器一般採用單一波段、透射式的結構。由於出射光只含有一個波段的信息，模擬的目標不夠精確；同時透射式結構存在消像差困難，系統光路長的問題，導致模擬器結構複雜、整體體積大，使用不方便。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有目標模擬器為單一波段並且結構複雜的問題，提供一種雙波段平行光管目標模擬器。本發明包括光源組件、濾光片、靶標、平面鏡、離軸拋物面反射鏡、電控箱和機械框體，其中平面鏡和離軸拋物面反射鏡組成投影系統，電控箱的電壓輸出端連接光源組件的電壓輸入端，光源組件發出的光束，經過濾光片到達靶標，靶標位於投影系統的焦面上，靶標投射的光束經平面鏡反射後入射至離軸拋物面反射鏡，離軸拋物面反射鏡的反射光束為平行光束，所述平行光束為雙波段平行光管目標模擬器的輸出光束，所述機械框體用於對光源組件、濾光片、靶標、平面鏡和離軸拋物面反射鏡的定位、支撐及密封，所述機械框體上與所述平行光束輸出位置相對應處開有出光孔；所述濾光片的基底材料為aiS，所述基底材料的表面鍍有多層介質膜，所述多層介質膜使波長為7 μ m-12 μ m的紅外光的透過率大於等於0. 96，所述多層介質膜使波長為 0.4 μ m-0. 8 μ m的可見光的透過率小於等於0. 15。本發明的優點是本發明為空間光電探測系統的性能測試提供了一種仿真目標， 它採用濾光片來濾除光源的雜光輻射，提供可見光和特定長波紅外雙波段的輻射，並使能量匹配；通過靶標模擬真實目標相對於測試系統的大小與形狀，由平面鏡和離軸拋物面反射鏡組成投影光學系統，將靶標投影至無窮遠。本發明結構簡單，體積小，能夠實現雙波段設計，性能穩定，並且動態範圍大，使用方便。


圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式包括光源組件1、濾光片2、靶標3、平面鏡4、離軸拋物面反射鏡5、電控箱6和機械框體7，其中平面鏡4和離軸拋物面反射鏡5組成投影系統，電控箱6的電壓輸出端連接光源組件1的電壓輸入端，光源組件1發出的光束，經過濾光片2到達靶標3，靶標3位於投影系統的焦面上， 靶標3投射的光束經平面鏡4反射後入射至離軸拋物面反射鏡5，離軸拋物面反射鏡5的反射光束為平行光束，所述平行光束為雙波段平行光管目標模擬器的輸出光束，所述機械框體7用於對光源組件1、濾光片2、靶標3、平面鏡4和離軸拋物面反射鏡5的定位、支撐及密封，所述機械框體7上與所述平行光束輸出位置相對應處開有出光孔；所述濾光片2的基底材料為aiS，所述基底材料的表面鍍有多層介質膜，所述多層介質膜使波長為7 μ m-12 μ m的紅外光的透過率大於等於0. 96，所述多層介質膜使波長為 0.4 μ m-0. 8 μ m的可見光的透過率小於等於0. 15。電控箱6內集成有電控系統，它通過可調電位器控制精密直流電源輸出，進而控制光源組件1的工作電壓，工作電壓的調節範圍為O至30V，精度為0. 01V，它能夠高精度、 大動態範圍控制模擬器出瞳處的輻射照度。通過實驗利用紅外測溫熱像儀和可見光照度計，調節光源組件1的電壓，在模擬器的出瞳處標定光源電壓-出瞳照度-模擬溫度的關係，使可見光與紅外波段能量相互匹配，可見光輻射照度範圍為0至4. 3X ΙΟΛχ,精度為 1X10_8Lx，紅外模擬溫度範圍為室溫至300°C，精度為0. 1°C。平面鏡4和離軸拋物面反射鏡5組成的投影光學系統，能夠實現與光電探測系統的完善耦合，投影系統的出瞳光束始終充滿待測光電系統的入瞳。投影光學系統的成像質量滿足在0度視場時，其成像質量調製傳遞評價函數(MTF)在171p/mm時大於0. 5的設計要求。本實施方式中機械框體7用於對各零部件定位，並能提供接口與小型五軸轉臺連接固定，它有利於使模擬器保持足夠的剛度，對空間雙通道光電探測系統進行性能測試。各光學零件與機械框體7可利用矽橡膠固定連接，可以通過微調機械框體來調整光學鏡片位置及角度。靶標3和濾光片2可使用壓圈固定在機械框體7上，並與光源組件 1通過套筒連接，能夠保證同軸性且光源位置可調，同時方便焦面位置的微調。電控系統通過控制滷鎢燈的工作電壓，控制模擬器出瞳處的輻射照度。在濾光片2的基底表面鍍多層介質膜，是用來模擬目標的光學特性，能夠實現雙波段輸出和兩個波段能量的相互匹配。入射光波在濾光片2的介質膜層與基底界面處發生幹涉，透射光波的能量與波長、膜層厚度及膜層材料的折射率有關。濾光片2的介質膜採用多層結構，通過控制各膜層厚度，選用介質材料，能精確控制光束在全波段範圍上任意波段的能量分布。本發明所述模擬器只模擬目標在可見光和7 μ m-12 μ m的紅外光這兩個波段的光學特性，要求出射光束在這兩個光譜範圍上有能量並且與真實目標在這兩個波段的能量分布成比例，它利用多層介質膜透過率的不同實現了兩個波段能量的相互匹配，其它波段為高反射率，基本沒有能量透射過濾光片2。該多層介質膜的原理簡單，但設計過程及加工工藝複雜，膜層厚度為Pm量級。本實施方式採用的滷鎢燈1-1，其出射光束在光源出瞳處口徑為Φ 64. 5mm，光強為lOOOcd，即亮度約為3.06X 105cd/m2，投射角度為10°。
具體實施方式
二 本實施方式為對實施方式一的進一步說明，所述平面鏡4和離軸拋物面反射鏡5形成離軸雙反式結構。本實施方式中形成的離軸雙反式結構，相對於同軸雙反射式結構的設計，能夠避免中心擋光，既避免了出射光能量的損失，又使結構簡單緊湊，有利於減小整個模擬器的外形尺寸和重量。
具體實施方式
三本實施方式為對實施方式二的進一步說明，所述光源組件1由滷鎢燈1-1和反光罩1-2組成，所述反光罩1-2為半封閉式結構，滷鎢燈1-1固定於反光罩 1-2內的幾何焦點處；所述光源組件1的電壓輸入端連接滷鎢燈1-1的電源輸入端，所述光源組件1發出的光束為滷鎢燈1-1產生的光束。
具體實施方式
四本實施方式為對實施方式三的進一步說明，所述滷鎢燈1-1為 64832FL型滷鎢燈，所述反光罩1_2為鋁質拋物面反光罩。所述的64832FL型滷鎢燈為歐司朗64832FL型滷鎢燈。
具體實施方式
五本實施方式為與實施方式一、二、三或四的不同之處在於，它還包括溫度傳感器和製冷風扇8，溫度傳感器用於採集光源組件1所處位置的環境溫度，製冷風扇8用於對光源組件1進行降溫。其它組成及連接關係與實施方式一、二、三或四相同。本實施方式所述的製冷風扇9與半封閉式結構的反光罩1-2相配合，更利於光源組件1的散熱，實現對光源組件1的保護作用，通過溫度傳感器8獲取溫度信息，當溫度達到預設值時，即時進行製冷，能滿足模擬器48小時連續穩定工作的要求。
權利要求
1.一種雙波段平行光管目標模擬器，其特徵在於它包括光源組件(1)、濾光片O)、靶標(3)、平面鏡G)、離軸拋物面反射鏡(5)、電控箱(6)和機械框體(7)，其中平面鏡(4)和離軸拋物面反射鏡(5)組成投影系統，電控箱(6)的電壓輸出端連接光源組件(1)的電壓輸入端，光源組件⑴發出的光束，經過濾光片⑵到達靶標(3)，靶標(3)位於投影系統的焦面上，靶標(3)投射的光束經平面鏡(4)反射後入射至離軸拋物面反射鏡(5)，離軸拋物面反射鏡(5)的反射光束為平行光束，所述平行光束為雙波段平行光管目標模擬器的輸出光束，所述機械框體(7)用於對光源組件(1)、濾光片O)、靶標(3)、平面鏡(4)和離軸拋物面反射鏡( 的定位、支撐及密封，所述機械框體(7)上與所述平行光束輸出位置相對應處開有出光孔；所述濾光片O)的基底材料為&iS，所述基底材料的表面鍍有多層介質膜，所述多層介質膜使波長為7 μ m-12 μ m的紅外光的透過率大於等於0. 96，所述多層介質膜使波長為 0.4 μ m-0. 8 μ m的可見光的透過率小於等於0. 15。
2.根據權利要求1所述的雙波段平行光管目標模擬器，其特徵在於所述平面鏡(4) 和離軸拋物面反射鏡(5)形成離軸雙反式結構。
3.根據權利要求2所述的雙波段平行光管目標模擬器，其特徵在於所述光源組件(1) 由滷鎢燈(1-1)和反光罩(1-2)組成，所述反光罩(1-2)為半封閉式結構，滷鎢燈(1-1)固定於反光罩(1-2)內的幾何焦點處；所述光源組件(1)的電壓輸入端連接滷鎢燈(1-1)的電源輸入端，所述光源組件(1) 發出的光束為滷鎢燈(1-1)產生的光束。
4.根據權利要求3所述的雙波段平行光管目標模擬器，其特徵在於所述滷鎢燈(1-1) 為64832FL型滷鎢燈，所述反光罩(1_2)為鋁質拋物面反光罩。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的雙波段平行光管目標模擬器，其特徵在於它還包括溫度傳感器和製冷風扇(8)，溫度傳感器用於採集光源組件(1)所處位置的環境溫度，製冷風扇(8)用於對光源組件(1)進行降溫。
全文摘要
雙波段平行光管目標模擬器，屬於空間探測技術領域。它解決了現有目標模擬器為單一波段並且結構複雜的問題。它的電控箱的電壓輸出端連接光源組件的電壓輸入端，光源組件發出的光束，經過濾光片到達靶標，靶標位於投影系統的焦面上，靶標投射的光束經平面鏡反射後入射至離軸拋物面反射鏡，離軸拋物面反射鏡的反射光束為平行光束，所述平行光束為雙波段平行光管目標模擬器的輸出光束，機械框體用於對光源組件、濾光片、靶標、平面鏡和離軸拋物面反射鏡的定位、支撐及密封，機械框體上與所述平行光束輸出位置相對應處開有出光孔；濾光片的基底材料為ZnS，所述基底材料的表面鍍有多層介質膜。本發明作為一種目標模擬器。
文檔編號G02B5/28GK102168988SQ201010613269
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者姜豔超, 莊緒霞, 張全, 王治樂, 龔仲強 申請人:哈爾濱工業大學