基于失真图像的气动光学效应模拟器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于失真图像的气动光学效应模拟器，由目标生成系统、分光镜、可变形镜、投影光学系统组成，其中：所述目标生成系统，从物面一侧依次由第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成；所述投影光学系统，从物面一侧依次由第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第一反射镜、第二反射镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜组成。通过本发明专利技术提供的基于失真图像的气动光学效应模拟器，可以在实验室中模拟出飞行器侧窗的光学系统成像质量受气动光学效应影响的情况，为气动光学效应的分析与校正提供了前提基础，并且该方式简单、直观，相对于以往的计算机仿真方法来模拟气动光学效应要精确的多。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于失真图像的气动光学效应模拟器，由目标生成系统、分光镜、可变形镜、投影光学系统组成，其中：所述目标生成系统，从物面一侧依次由第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成；所述投影光学系统，从物面一侧依次由第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第一反射镜、第二反射镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜组成。通过本专利技术提供的基于失真图像的气动光学效应模拟器，可以在实验室中模拟出飞行器侧窗的光学系统成像质量受气动光学效应影响的情况，为气动光学效应的分析与校正提供了前提基础，并且该方式简单、直观，相对于以往的计算机仿真方法来模拟气动光学效应要精确的多。【专利说明】基于失真图像的气动光学效应模拟器
本专利技术属于双波段红外光学系统设计领域，涉及一种基于失真图像的气动光学效应模拟器。
技术介绍
由于大气湍流的影响，使得在高空中飞行的飞行器侧窗所探测到的目标像产生了一定的抖动、偏移或者模糊，这种影响我们称为气动光学效应。 由于气动光学效应的存在，使得在空中高速飞行飞行器侧窗受到很严重的气动光学效应的影响，为了得到清晰准确的图像，必须考虑如何消除这种影响。而消除的前提是了解它的本质，所以首先考虑仿真出这种影响，这样，才能为后续的消除提供充分的理论基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于失真图像的气动光学效应模拟器，为以后的气动光学效应的提供依据。 本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的: —种基于失真图像的气动光学效应模拟器，由目标生成系统、分光镜、可变形镜、投影光学系统组成，其中: 所述目标生成系统，从物面一侧依次由第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成； 所述投影光学系统，从物面一侧依次由第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第一反射镜、第二反射镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜组成； 红外双波段球面波经过目标生成系统后，调制成从无限远处发出的平面光波，然后入射到分光镜上面，经分光镜透射后入射到可变形镜，经可变形镜反射后把平面光波调制成不同波前形状的光波，然后被调制后的光波再次反射到分光镜上，经分光镜反射后进入投影光学系统进行扩束，最后经过透射后的光束出射后充满被测系统入瞳。 上述模拟器中，所述第一透镜、第六透镜、第十一透镜为凹面弯向物面一侧的弯月负透镜。 上述模拟器中，所述第二透镜、第五透镜、第九透镜为凹面弯向物面一侧的弯月正透镜。 上述模拟器中，所述第三透镜和第十透镜为双凹负透镜。 上述模拟器中，所述第四透镜和第十三透镜为双凸正透镜。 上述模拟器中，所述第七透镜、第八透镜为凹面弯向像面一侧的弯月负透镜。 上述模拟器中，所述第一反射镜和第二反射镜垂直于光轴45°放置。 上述模拟器中，所述第十二透镜为凹面弯向像面一侧的弯月正透镜。 上述模拟器中，所述分光镜紧邻着目标生成系统，是一个半反半透的分光镜，分光镜后面是可变形反射镜。 上述模拟器中，所述第一透镜、第九透镜、第十透镜的材料是ZNSE。 上述模拟器中，所述第四透镜、第六透镜、第十三透镜的材料是ZNS。 上述模拟器中，所述第二透镜、第三透镜、第五透镜、第七透镜、第八透镜、第i^一透镜、第十二透镜的材料是GE。 上述模拟器中，所述模拟器的孔径光阑位于可变形镜处。 上述模拟器中，所述目标生成系统与投影光学系统在位置上实现光瞳衔接。 上述模拟器中，所述分光镜的材料是ZNSE。 上述模拟器中，所述黑体目标源放在目标生成系统的物方焦点上，并发出波长为3-5.5 μ m，7.5-12 μ m的红外双波段球面波。 上述模拟器中，所述目标生成系统把接收到的球面波变为平面波，相当于目标放在无穷远进行成像，同时还起到聚光作用。 上述模拟器中，所述分光镜垂直于光轴成45°放置，使用分光镜的好处是可以让可变形镜垂直于光轴放置，这样可以充分利用可变形镜的有效口径。 上述模拟器中，所述可变形镜位于目标生成系统的出瞳位置，垂直于光轴放置，入射到可变形镜的平面光波，由于可变形镜的表面变形，在平面光波上附加了波前畸变，因此经过可变形镜反射后的光波波前产生了失真，这种影响可以很好的模拟气动光学效应对光学系统产生的影响。 上述模拟器中，所述可变形镜的型号是法国ALPAO公司生产的DM69，口径是10.5mm，产生的失真波前要经过扩束、准直后才能充满被测系统的入瞳，被测系统接收的波前失真的红外目标图像像质将发生退化，通过评价图像退化(如模糊、偏移和抖动等)程度，完成对气动光学效应的模拟。可变形镜产生的畸变波前不能充满被测系统入瞳，需对可变形镜反射的基本波前进行扩束。 上述模拟器中，所述被测系统入瞳位于投影光学系统出瞳处，可变形镜位于投影光学系统入瞳处。 上述模拟器中，所述被可变形镜反射后的产生了波前变形的光波透过分光镜进入投影光学系统扩束，充满被测系统入瞳。 本专利技术所设计的光学系统，涉及红外双波段，并且完全采用透射结构设计，并且出射光半视场达到了 1°，对于这样的指标，达到好的成像质量是很难的。经过不断的优化，还有材料的更换，最终设计出比较理想的系统。系统中透镜的材料分别是适合双波段使用的ZNS、ZNSE, GE。系统的出瞳距离达到280mm，为后续接被测系统留下了充足的空间。另夕卜，系统中投影光学系统的放大率达到十倍，那么被测系统的通光口径可以达到105_ ;出射光的分辨率是0.1mrad,扩束系统的放大倍率是10,所以目标生成系统的出射光分辨率是Imrad，又因为据目标生成系统的焦距是80mm，计算出可以分辨的单个像元的大小为: D = 2ff tanw = 2*80 (mm) *tan0.001 = 0.16mm。 这样要求系统的弥散斑的直径要小于0.16mm,因此，系统的空间频率应为: II ——=-= 3.1251p/mm 2D 2x0.16/77/77 ο 为了便于观察，我们就取为41p/mm。这样，得出系统的MTF曲线(图2)在41p/mm时，传函值大于0.7，且接近衍射极限，成像质量很好。 对于系统的点列图(图3，所有视场的点列图都在艾里斑内，视场内最大的RMS波相差小于 0.036 λ = 0.288um。 因为系统成像质量的要求，还有红外双波段成像的限定，使得系统的总体长度比较长，为了减小总体长度，本专利技术中使用了两片反射镜来折叠光路，减小后的总体长度为703mmo 通过本专利技术提供的基于失真图像的气动光学效应模拟器，可以在实验室中模拟出飞行器侧窗的光学系统成像质量受气动光学效应影响的情况，为气动光学效应的分析与校正提供了前提基础，并且该方式简单、直观，相对于以往的计算机仿真方法来模拟气动光学效应要精确的多。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术基于失真图像的气动光学效应模拟器的结构图； 图2是本专利技术光学系统的传递函数MTF ； 图3是本专利技术光学系统的点列图Spot Diagram。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于失真图像的气动光学效应模拟器，其特征在于所述气动光学效应模拟器由目标生成系统、分光镜、可变形镜、投影光学系统组成，其中：所述目标生成系统，从物面一侧依次由第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成；所述投影光学系统，从物面一侧依次由第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第一反射镜、第二反射镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜组成；红外双波段球面波经过目标生成系统后，调制成从无限远处发出的平面光波，然后入射到分光镜上面，经分光镜透射后入射到可变形镜，经可变形镜反射后把平面光波调制成不同波前形状的光波，然后被调制后的光波再次反射到分光镜上，经分光镜反射后进入投影光学系统进行扩束，最后经过透射后的光束出射后充满被测系统入瞳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽，罗军，陈婷，张旺，党凡阳，李涛，汪东生，王玉雷，范志刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23