基于DMD的红外目标模拟器分光系统设计

摘要：基于DMD（数字微镜阵列）的红外目标模拟器是利用DMD反射调制入射的红外辐射，在实验室内模拟真实目标和背景的红外成像，对红外探测和传感设备进行性能测试和评估。介绍了基于DMD的红外目标模拟器的整体结构，阐述了DMD的工作原理，分析了分光系统的设计思想。为了解决照明系统和投影系统结构容易发生重叠的问题，设计了分光棱镜将DMD的照明光束和由DMD反射的投影光束分离开，并用ZEMAX对分光棱镜进行了优化和模拟，设计结果符合使用要求。

关键词：数字微镜阵列；红外目标模拟器；分光棱镜；光学设计

1.引言

红外目标模拟器能实现对目标及背景、战场环境的图像模拟，在实验室内提供精确可控、可重复的试验条件，对红外探测和传感设备进行性能测试和评估。红外目标模拟器的关键技术是红外图像生成技术，它的技术特点决定了整个红外目标模拟器的性能和逼真度。目前红外图像生成方法可分为三类，即可见光图像直接转换法、直接红外辐射法和红外辐射调制法。其中属于红外辐射调制法的数字微镜器件，因为具有高空间分辨率、高灰度等级、高帧频、高空间均匀性等特点，成为目前最受欢迎的红外图像生成方法。基于DMD的红外目标模拟器，在光路设计时，需要采用分光系统将照明光束和投影光束区分开来，本文介绍了基于DMD的红外目标模拟器的工作原理，并为之设计了一种分光棱镜。

2.基于DMD的红外目标模拟器的整体结构

2.1目标模拟器整体结构

如图1所示，基于DMD的红外目标模拟器一般由红外光源，照明系统，分光系统，DMD和投影系统组成。TI公司生产的DMD是红外目标模拟器的核心器件，由计算机图像生成器产生的图像数据，通过DLP视频处理电路和DMD驱动电路控制DMD的开、关状态。黑体辐射发出的红外辐射，经过聚光照明系统，均匀照射DMD器件，DMD反射调制入射辐射产生红外热图像，生成的红外热图像通过投影系统投射到被测试系统的入瞳处，该图像同真实目标和背景在探测器上产生的图像辐射能量的空间分布一致，像斑大小一样。这样，红外目标模拟器就能在实验室内模拟真实的目标和背景，在红外传感和探测设备的研制阶段，提供精确可控，可重复的实验条件，对其进行性能测试和评估。

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