Устройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов,прозрачных для ик излучения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ . КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ ОБЪЕКТОВ, ПРОЗРАЧНЫХ ДЛЯ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее источник ИК излучения и расположенные последовательно по ходу излзгчения коллимирующую оптическую систему, приемный объектив, устройство кадрового сканирования с датчиком кадровых синхроимпульсов, устройство строчного сканирования с датчиком строчных синхроимпульсов, приемник излучения с предусилителем, выход которого подключен к блоку обработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при сокращении времени измерений, в .него введены оптический коммутатор, выполненный в виде блока светоделителя и зеркального модулятора с датчиком синхроимпульсов , расположенных перед приемным объективом, а блок обработки видеосигнала выполнен в виде формирователя тактовых импульсов, формирователя стробирующих импульсоВ четных и нечетных кадров изображения , трех запоминающих устройств, аналогового измерителя отношений, формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов, два входа которого соединены с соответствующими выходами формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения , а выход соединен с входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к первому входу видеоконтрольного устройства, к второму входу которого подключен (О формирователь строчных и кадровых синхроимпульсов, вход которого соединен с одним выходом формирователя тактовых импульсов, два входа которого подключены соответственно .к датчикам строчных и кадровых синхроимпульсов , а его выход соединен ot с одним входом формирователя строел бирующих импульсов четного и нечетного кадров изображения, два других со входа которого соединены соответственно с выходом датчика синхроимпульсов зеркального модулятора и с выходом предусилителя, а выходы подключены к соответствующим входам первого и третьего запоминающих устройств и к одному входу аналогового измерителя отношений, другой вход которого соединен с выходом первого запоминающего устройства, а выход через третье запоминающее устройство соединен с входом второго запоминающего устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

„„Я0„„11 5901

4(51 G 01 J 1/44 (21) 3694985/24-25 (22) 19.01.84 (46) 07.07.85. Бюл. ¹ 25 (72) П.А. Морозов, С.П. Морозова и Б.Е. Лисянский (53) 535.242(088.8) (56) 1. Патент США № 4013364, кл. 356-73, опублик. 1979.

2. Лисянский Б.Е. и др. Прибор для контроля однородности оптичесКих элементов — "Измерительная техника", 1978, ¹ 5, с.. 26-28 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО glISI ИЗМЕРЕНИЯ

ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ ОБЪЕКТОВ, ПРОЗРАЧНЫХ ДЛЯ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее источник ИК излучения и расположенные последовательно по ходу излучения коллимирующую оптическую систему, приемный объектив, устройство кадрового сканирования с датчиком кадровых синхроимпульсов, устройство строчного сканирования с датчиком строчных синхроимпульсов, приемник излучения с предусилителем, выход которого подключен к блоку обработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности при сокращении времени измерений, в .него введены оптический коммутатор, выполненный в виде блока светоделителя и зеркального модулятора с датчиком синхроимпульсов, расположенных перед приемным объективом, а блок обработки видеосигнала выполнен в виде формирователя тактовых импульсов, формирователя стробирующих импульсов четных и нечетных кадров иэображения, трех запоминающих устройств, аналогового измерителя отношений, формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов, два входа которого соединены с соответствующими выходами формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения> а выход соединен с входом вто. рого запоминающего устройства, выход которого подключен к первому входу видеоконтрольного устройства, к второму входу которого подключен формирователь. строчных и кадровых синхроимпульсов, вход которого соединен с одним выходом формирователя тактовых импульсов, два входа которого подключены соответственно к датчикам строчных и кадровык синхроимпульсов, а его выход соединен с одним входом формирователя стробирующих импульсов четного и нечетного кадров изображения, два других входа которого соединены соответственно с выходом датчика синхроимпульсов зеркального модулятора и с выходом предусилителя, а выходы подключены к соответствующим входам первого и третьего запоминающих устройств и к одному входу аналогового измерителя отношений, другой вход которого соединен с выходом первого запоминающего устройства, а выход через третье запоминающее устройство соединен с входом второго запоминающего устройства.

901

1 1165

Изобретение относится к исследованию оптических свойств материалов, в частности измерения коэффициента пропускания образцов, и может. быть использовано при изготовлении и 5 оценке качества элементов оптических систем.

Известны устройства для исследования пространственного распределения коэффициента пропускания объек- 10 тов, прозрачных для ИК излучения, принцип действия которых основан на двумерном сканировании поля анализа и .

Недостатками этих устройств явля- l5 ется сравнительно большое время формирования изображения, что обуславливает их невысокую производительность и значительную погрешность измерений при использовании в качест-р0 ве источника излучения лазеров, обладающих значительной нестабильностью мощности излучения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является уст- 25 ройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов прозрачных .для ИК излучения, содержащее источник -ИК излучения и расположенные 50 последовательно по ходу излучения коллимирующую оптическую систему, приемный объектив, устройство кадрового сканирования с датчиком кадроBblx синхроимпульсов, устроиство строч 5 ного сканирования с датчиком строчных синхроимпульсов, приемник излучения с:предусилителем,, выход которого подключен к блоку обработки видеосигнала с видеоконтрольным 40 устройством (2) .

Недоста гком известного устройства является то, что при автоматическом сканировании поля анализа невозможно получить неискаженную картину пространственного распределения коэффициента пропускания из-за неравномерности распределения облученности по полю анализа, создаваемой источником излучения и из-за нерав- 50 номерности функции передачи модуляции регистратора. Поэтому с помощью данного устройства в автоматическом режиме получают, в основном, качественную информацию об оптической однородности образцов, т.е. обнаруживают включения, трещины, неоднородности структуры, свили и т.д. Количественную же информацию о распределении коэффициента пропускания по полю анализа получают по точкам, как говорилось выше, что позволяет исключить влияние на точность измерений неравномерности источника излучения и функции передачи.модуляции регистратора. При этом на измерение в одной точке требуется

3-4 с, а для того, чтобы получить представленные о пространственном распределении коэффициента пропускания во всей исследуемой области объекта необходимо произвести измерения в большом количестве точек, что требует значительного времени.

Цель изобретения — повышение точности при сокращении времени измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов прозрачных для ИК излучения, содержащее источник ИК излучения и расположенные последовательно по ходу излучения коллимирующую оптическую систему, приемный объектив, устройство кадрового сканирования с датчиком кадровых синхроимпульсов, устройство строчного сканирования с датчиком строчных синхроимпульсов, приемник излучения с предусилителем, выход которого подключен к блоку обработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством, введен оптический коммутатор, выполненный в виде блока светоделителя и зеркального модулятора с датчиком синхроимпульсов, расположенные перед приемным объективом, а блок обработки видеосигнала выполнен в виде формирователя тактовых импульсов, формирователя стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения, трех запоминающих устройств, аналогового ,измерителя отношений, формирователя . строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов, два входа которого соединены с соответствующими выкодамн формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения, а выход соединен с входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к первому входу видеоконтрольного

3 1165 устройства, к второму входу которого подключен формирователь строчных и кадровых синхроимпульсов, вход которого соединен с одним выходом формирователя тактовых импульсов, два входа которого подключены соответственно к датчикам строчных и кадровых синхроимпульсов, а его выход соединен с одним входом формирователя стробирующих импульсов четного и .!0 нечетного кадров изображения, два других входа. которого соединены соответственнб с выходом датчика . синхроимпульсов зеркального модулятора и с. выходом предусилителя, а 15 выходы подключены к соответствующим входам первого и третьего запоминающих устройств и к одному входу аналогового измерителя отношений, другой вход которого соединен с вьмодом 20 первого запоминающего устройства, .а выход через третье запоминающее устройство соединен с входом второго запоминающего устройства.

На чертеже представлена схема 25 устройства.

Устройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов прозрачных для ИК излучения, содержит ЗО источник 1 ИК излучения и расположенные последовательно по ходу излу чения коллимирующую оптическую систему 2, приемный объектив 3, устройство 4 кадрового сканирования с датчиком 5 кадровых синхроимпуль сов, устройство 6 строчного сканирования с датчиком 7 строчных синхроимпульсов, приемник 8 излучения спредусилителем 9, выход которого подключен 40 к блоку 10 обработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством 1.1, оптический коммутатор 12, выполненный в виде блока 13 светоделителя и зеркального модулятора 14 с датчи- 4g ком 15 синхроимпульсов, расположенные перед приемным объективом 3, блок 10 обработки видеосигнала выполнен в виде формирователя 16 тактовых импульсов, формирователя .50

17 стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения, трех.-.. запоминающих устройств — 18-20, аналогового измерителя 21 отношений, формирователя 22 строчных и кадровых 55 синхроимпульсов и формирователя 23 стробирующих импульсов, два входа которого соединены с соответствую901 .4 щими выходами формирователя 22 строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя 17 стробирующих импульсов четных и нечетных кадров . иэображения, а выход соединен с входом второго запоминающего устройства

19, выход которого подключен к первому входу видеоконтрольного устройства 11, к второму входу которого подключен формирователь 22 строчных и кадровых синхроимпульсов 22, вход которого соединен с одним выходом формирователя 16 тактовых импульсов, два входа которого подключены соответственно к датчикам строчных и кадровых синхроимпульсов, а его выход соединен с одним входом формирователя 17 стробирующих импульсов четного и нечетного кадров иэображения, два других входа которого соединены соответственно с выходом датчика синхроимпульсов зеркального модулятора 15 и предусилителя 9, а выходы подключены к соответствую- . щим входам первого и третьего запоминающих устройств 18, 20 и к одному входу аналогового измерителя

21 отношений, другой вход которого соединен с выходом первого запоминающего устройства 18, а выход через третье запоминающее устройство 20 соединен с входом второго запоминающего устройства 19, исследуемый образец 24.

Устройство работает следующим образом.

Каллимированное излучение от источника 1 ИК излучения проходит через блок 13 светоделитепя, образец

24 и попадает на приемный объектив

3. Отраженное излучение попадает на плоское зеркало устройства 4 кадрового сканирования, отразившись от которого проходит через призму устройства 6 строчной развертки и попадает на приемник 8 излучения, сигнал с вьмода которого усиливают с помощью предусилителя 9 и подают в блок 10 обработки .видеосигнала.

Между приемным объективом 3 и исследуемым образцом 24 находится зеркальный модулятор 14, частота вращения которого синхронизирована с частотой колебаний зеркала устройства 4 и вдвое ниже ее. Модулятор осуществляет коммутацию излучения, падающего на приемный объектив 3 таким образом, что в течение одного

1165901 кадра изображения, формируемого ска-,нирующим регистратором, на приемный объектив 3 попадает излучение, прошедшее через исследуемый объект 24, а в течение следующего кадра — излу- 5 чение источника, отраженное светоделителем 13. При коэффициенте деления блока 13 светоделителя равном 0,5 отношение видеосигналов, соответствующих какому-либо элементу разложения изображения взятое в двух последующих кадрах, численно равно коэффициенту пропускания объекта в точке, соответствующей выбранному элементу разложения. 1

Автоматическое поэлементное вычисление отношения видеосигналов двух последовательно расположенных во времени кадров изображения осуществляется с помощью устройств, введенных в блок 10 обработки видеосигнала, которые работают следующимобразом.

В течение прямого хода кадрового зеркала устройства 4 при формирова- 25 нии 1, 3, 5 и т.д. кадров происходит запись видеосигнала 3, соответствующего прошедшему через объект излучения в запоминающее устройство 18, которое состоит из 3 аналого-цифрового преобразователя (АЦП), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Синхронизация этого запоминающего устройства осуществляется с помощью формирователя 16 тактовых импульсов, которые стробируются формирователем 17 стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения. В те- 4,> чение прямого хода кадрового зеркала при формировании 2, 4, 6 и т.д. кадров происходит поэлементное деление видеосигнала 3>, поступающего на первый вход аналогового измери- теля 21 отношений с выхода запоминающего устройства 18, на видеосигнал 3©, соответствующий падающему на объект излучению, который стробируется формирователем 17 и поступает на второй вход аналогового измерителя 21 отношений. B течение прямого хода кадрового зеркала при формировании четных кадров происходвоичном коде во второе запоминающее устройство 19, состоящее из ОЗУ и ЦАП, после чего, в течение прямого хода кадрового зеркала идет воспроизведение записанного сигнала из второго запоминающего устройства 19 на ВКУ 11 с кадровой частотой телевизионного стандарта (50 Гц). При этом синхронизация второго запоминающего устройства 19 осуществляется с помощью формирователя 22 строчных и кадровых синхроимпульсов, которые стробируются формирователем стробирующих импульсов 23 ° От формирователя. 22 строчных и кадровых синхроимпульсов осуществляется также синхронизация ВКУ 11 при воспроизведении изображения с частотой телевизионного стандарта. Синхронизация формирователя 16 тактовых импульсов и формирователя 17 стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения с частотой механических разверток изображения и скоростью вращения зеркального модулятора

О

I осуществляется с помощью соответствующих датчиков 5, 7 и 15.синхроимпульсов. Таким образом, в данном устройстве осуществляется автомати.ческое поэлементное измерение коэффициента пропускания исследуемого объекта, пространственное распределение которого индуцируется на экране ВКУ с частотой телевизионного стандарта. Смена информации при этом происходит с частотой вращения зеркального модулятора 14.

Изобретение позволяет повысить точность измерений при существенном сокращении времени измерений. Точность измерений по сравнению с измерениями по "точкам", осуществляемыми с помощью известного, повышается за счет тоГо, что существенно сокращается время измерений, поэтому различные дестабилизирующие факторы, такие как нестабильность мощности источника излучения, изменения коэффициента передачи фотоприемного устройства регистратора оказывают меньшее воздействие. Кроме того, в известном устройстве вычисление отношения /„ / J произ водится не.автоматически, а операдит также запись сигнала 3 -Э„ /4 с выхода аналогового измерителя

21 отношений в третье запоминающее устройство 20, состоящее из АЦП и ОЗУ. В течение обратного хода ко. рового зеркала.при формировании четных кадров изображения происходит перезапись сигнала 1 = J /3О в тором, что также может проводить к ошибкам. Время единичного измерения в данном устройстве, гдето мод период вращения зеркального модулятора; число строк разложения изображения регистратора; число элементов разложения изображения в строке; коэффициент использования строчной развертки; коэффициент использования кадровой развертки.

"зи

2с йри тех же параметрах разверты-" вающих устройств, что и известным время ц 2-3 мкс. Полный цикл измерений по всему полю анализа. определяется временем смены информации, т.е. равен периоду вращения зеркального модулятора Ти,о = 0,5 с.

При измерениях по "точкам" в извест.ном устройстве время единичного измерения при использовании устройства выделения видеосигнала элемента разложения изображения .и измерения его амплитуды с помощью цифрового вольтметра составляет 0 = 3-4 с, а полный цикл измерений равен ц д - и, где h - число измерений в данном поле анализе. Следовательно, на единичное измерение в известном устройстве необходимо в 6-8,раз больше времени, чем на полный цикл измерений по всему полю анализа в предлагаемом устройстве.

Соответственно во столько же раз в известном устройстве больше время

65901 8 ,действия дестабилизирующих факторов, влияющих на точность измерений.

Для подтверждения практической осуществимости предлагаемого устройства быпи проведены необходимые расчеты, и составлена. функциональная схема с учетом характеристик серийно выпускаемых промышленностью

10 модулей оперативной памяти, АЦП и ЦАЛ и характеристик оптико-меха- нических развертывающих устройств, аналогичных используемым.в известном. Были проведены также лабора15 торные исследования отдельных элементов и узлов. Проведенные расчеты и эксперименты показали практическую осуществимость предлагаемого устройства, его высокую эффектив20 ность и достижимость поставленной цели. Так например, при использова.— нии в качестве источника излучения лазеров íà СО> типа ЛГ-25А, ЛГ-23, обладающих существенной нестабиль25. ностью мощности излучения, погрешность при измерениях с помощью пред- .лагаемого устройства за: счет сокращения времени измерений может быть уменьшена на 2-3Х по сравнению с изВестным.

Предлагаемое устройство может найти применение при исследовании оптической однородности материалов, используемых для изготовления элементов ИК оптики инфракрасных сис5 тем. Изготовление таких элементов весьма трудоемко и дорогостояще, поэтому применение высокопроизводи тельной и эффективной аппаратуры

40 . для контроля качества материалов на самой ранней стадии изготовления может существенно снизить затраты на изготовление приборов.

1165901

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4299/33

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А.Чурбаков

Редактор А.Шандор Техред М.Пароцай Корректор А.Тяско