一种激光三维成像模拟器的制作方法

1.本发明涉及三维成像模拟器领域，具体涉及一种激光三维成像模拟器。


背景技术：

2.现有技术如cn1085357388公开了一种三维近景成像模拟器，利用不同长度的光纤盘模拟不同距离下的光信号延迟。然而前述文献不能灵活调节模拟距离，而是设置了固定长度的41m、55m、69m、83m、89m光纤，如果想要改变模拟距离，则需要对装置进行重新改造，重新调节光纤长度，使得装置不能适用于广泛的应用场景。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是解决现有技术不能灵活调节模拟距离的缺陷。
4.根据本发明的第一方面，提供了一种激光三维成像模拟器，包括激光器、光纤阵列耦合器、由递增长度的光纤束构成的光纤阵列、液晶空间光调制器、空间滤波光学系统、设置在空间滤波光学系统焦平面上的小孔光阑以及被试系统，其中激光器发出的光束经过准直后投射至光纤阵列耦合器，分解后进入光纤阵列；光纤阵列的出射光经过准直后投射至液晶空间光调制器；液晶空间光调制器输出的光束中，穿过小孔光阑的光束经过准直后投射至被试系统。
5.优选地，液晶空间光调制器被配置为通过液晶子单元的相位延迟功能将入射光束进行空间二维角度偏转，以实现将指定入射角度的光束偏转至平行于光轴的角度输出。
6.优选地，在小孔光阑和被试系统间还设置有透镜阵列和耦合光学系统，用于使耦合光学系统出射的平行光与被试光学系统的口径匹配。
7.优选地，光纤阵列中的光纤长度递增量的数值大小由等效距离模拟精度决定。
8.优选地，光纤阵列被配置为将每根光纤出射的光束投射到不同角度上，使液晶空间光调制器能够根据光束角度确定对应光纤所表示的距离信息。
9.本发明的一个技术效果是，采用光纤阵列作为时间延迟器件，光纤阵列中每根光纤的长度不同，且按照一定长度间隔递增，利用激光在不同长度光纤中传输实现时间延迟。液晶空间光调制器作为选通器件，利用液晶子单元的相位延迟功能将入射光束偏转至平行光轴输出，以实现对特定长度光纤的选通，进而实现对特定距离的模拟。
10.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
11.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
12.图1为本发明一个实施例的结构示意图；
13.图2为本发明一个实施例中距离信息与光束角度对应的示意图；
14.图3为本发明一个实施例中液晶空间光调制器光束偏转示意图
15.图4为本发明一个实施例中通过空间滤波光学系统和小孔光阑的原理示意图；
16.图5为本发明一个实施例中透镜阵列和耦合光学系统的原理示意图。
17.附图标记说明：1-激光器,2-光纤阵列耦合器,3-光纤阵列,4-准直镜,5-液晶空间光调制器,6-空间滤波光学系统,7-小孔光阑，8-被试系统，9-透镜阵列，10-耦合光学系统，11-准直镜,12-准直镜。
具体实施方式
18.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
19.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
20.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
21.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
22.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
23.本发明提供一种激光三维成像模拟器，如图1所示，包括激光器1、光纤阵列耦合器2、由递增长度的光纤束构成的光纤阵列3、液晶空间光调制器5、空间滤波光学系统6、设置在空间滤波光学系统焦平面上的小孔光阑7以及被试系统8，其中激光器1发出的光束经过准直后投射至光纤阵列耦合器2，分解后进入光纤阵列3；光纤阵列3的出射光经过准直后投射至液晶空间光调制器5；液晶空间光调制器5输出的光束中，穿过小孔光阑7的光束经过准直后投射至被试系统8。
24.本发明的关键部分在于光纤阵列3、液晶空间光调制器4、空间滤波光学系统6以及小孔光阑7。光纤阵列3由不同长度的光纤构成，光纤的长度以固定值依次递增，光纤的长度用于模拟光信号在不同距离下的时间延迟。由图1可看出，光纤的出射端位置不同使得出射光在准直后以不同角度的平行光投射到液晶空间光调制器4上，而液晶空间光调制器4能够利用其液晶子单元的相位延迟功能将入射光进行空间二维角度偏转，进而使得特定入射角度的光束能够偏转至平行于光轴的角度输出。又因为入射角度与光纤长度是一一对应的，因此可通过液晶空间光调制器实现仅使某一长度(亦即某一特定入射角度)的光纤输出的光束进行偏转并输出。考虑到液晶各个子单元输出的光束含有不同角度的平行光，而最终投射到被试系统的仅是平行于光轴的光束，因此需要通过空间滤波光学系统6将不同角度的平行光束会聚，将小孔光阑7设置在焦平面位置，仅允许中心视场通过，再通过准直镜头12将中心视场光束变为平行光。至此实现了将特定长度的光纤输出的光束选择出来并且以平行光束的形式输出。
25.进一步地，在小孔光阑7和被试系统间8还设置有透镜阵列9和耦合光学系统10，用于使耦合光学系统出射的平行光与被试光学系统的口径相匹配。
26.进一步地，光纤阵列3中的光纤长度递增量可依据需要进行调整，数值大小由等效距离模拟精度决定。光纤阵列还被配置为将每根光纤出射的光束投射到不同角度上，使液晶空间光调制器能够根据光束角度确定对应光纤所表示的距离信息。
27.《实施例》
28.上位机接收到待模拟的图像以及图像中各像素点对应的距离信息，距离信息用于模拟红外场景中该像素位置距离被试装置的远近。上位机计算出每个液晶子单元需要将何种角度的光束进行偏转以实现相应距离的模拟，并使液晶空间光调制器执行上述控制。
29.本实施例的结构示意图如图1所示，工作过程为：激光器1发出的脉冲激光由准直光学系统11准直后投射至光纤阵列耦合器2，激光束被分解为32
×
32阵列并耦合进入光纤阵列3，光纤阵列3中每根光纤的长度不等，其长度按照0.2m间隔递增，即光纤长度分别为l，l 0.2m，l 0.4m...l 204.6m，因此在光纤阵列3出射端出射的激光脉冲产生了相对时延，相对时间延迟间隔为1ns，等效模拟距离精度0.3m。
30.在光纤阵列3出射端，设置准直镜头4，将光纤阵列3出射的光束以不同角度的平行光投射出去，即每根光纤出射的光束都被投射到不同的角度上，实现距离信息与光束角度的一一对应，如图2所示。
31.光纤出射的光束经准直后投射至液晶空间光调制器5，光束覆盖液晶面阵，液晶空间光调制器5上的每个子单元都可接收到不同角度的平行光束，液晶子单元可将入射光束分割成32
×
32阵列，利用液晶的相位延迟功能，可将入射光束进行空间二维角度偏转，实现将特定入射角度的光束偏转至平行光轴输出，如图3所示。液晶子单元显示不同的图像，可实现将不同入射角度光束切换输出。
32.由于液晶各子单元输出的光束含有不同角度的平行光，而需要最终投射到接收系统的光束仅是平行于光轴的光束，因此，在液晶空间光调制器5前端设置空间滤波光学系统6，首先利用透镜组将不同角度的平行光束会聚，并在透镜组焦平面上放置小孔光阑7，仅允许中心视场光束通过，之后再设置准直镜12，将中心视场光束变换为平行光，如图4所示。
33.在准直镜12出射端设置透镜阵列9，将每个子单元光束会聚，会聚焦点位置与耦合光学系统10焦面重合，则每个点出射光束经耦合光学系统10准直后，以平行光形式投射给被试系统8，实现与被试系统8视场匹配，口径覆盖，如图5所示。
34.虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。