Устройство для измерения параметров оптико-электронных приборов

 

Использование: в технической оптике для испытаний оптико-электронных приборов. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве основная мира и фоновая выполнены в виде непрерывной периодической структуры и при их использовании с опорными излучателями типа модели абсолютно черного тела можно избавиться от учета некоторых температурных поправок. 2 ил.

Изобретение относится к технической оптике и может быть использовано для испытаний оптико-электронных приборов (ОЭП).

Известны устройства для контроля порога чувствительности ОЭП [1] в которых необходимый температурный контраст достигается за счет изменения коэффициента пропускания миры или же за счет изменения спектрального коэффициента излучательной способности отдельных элементов миры.

Недостатком известных устройств, выполненных по первому способу, является необходимость учета собственного излучения миры, по второму возможные трудности, связанные с подбором материала.

Наиболее близким к заявляемому устройству является установка для измерения и контроля параметров тепловизоров [2] Это устройство содержит протяженный излучатель, представляющий собой медную кювету-термостат прямоугольной формы и набор мир, в том числе штриховых. Рабочие поверхности кюветы и мир покрыты эмалью АК-243.

Недостатком известного устройства является наличие контраста при одинаковых температурах миры и фонового излучателя за счет разных величин излучательных способностей самой миры и ее прозрачных штрихов, из-за чего необходимо вводить температурные поправки. Кроме того, при наличии температурного контраста между прозрачными штрихами и фоном необходимо учитывать температурные поправки за счет неодинакового изменения величин излучательной способности различных по размеру прозрачных штрихов миры, возникающих вследствие различных геометрий взаимного переотражения, а также при изменении условий окружающей среды.

Целью изобретения является повышение качества метрологического обеспечения.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее миру и излучатель, дополнительно введена фоновая мира и три излучателя, причем обе миры установлены в непосредственной близости друг от друга и выполнены из одного материала в виде непрерывной периодической структуры полос с зеркальным покрытием, в сечении представляющих двухгранный симметричный профиль, с углом Q при, вершине соответствующим условию Q> 120 + a/3, где Q плоский угол при вершине двухгранного симметричного профиля; а поле обзора испытуемого оптико-электронного прибора, причем пространственная частота полос фоновой миры выше частоты разрешения оптико-электронного прибора, основная мира установлена с возможностью перемещения в плоскости установки, два излучателя оптически связаны с отражающими поверхностями основной миры, два других излучателя с отражающими поверхностями фоновой миры.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит миру 1, выполненную как непрерывную периодическую структуру полос, в сечении представляющих двухгранный симметричный профиль, фоновую миру 2, выполненную аналогично мире 1, но с пространственной частотой, не разрешимой для испытуемого оптико-электронного прибора, и четыре опорных излучателя 3-6, причем 3 и 4 оптически связаны с профилями основной миры, а 5 и 6 с профилями фоновой миры. Основная мира 1 может иметь профили различной пространственной частоты, плоский угол Q при вершине профиля должен соответствовать следующему условию: Q >= 120 + a/3, где a поле обзора испытуемого оптико-электронного прибора.

Достаточным условием воспроизведения полос основной миры в виде двух уровней яркости является отсутствие взаимного затенения лучей в поле обзора ОЭП от опорных излучателей элементами (или их частями) профиля миры.

На фиг. 2 показана геометрия хода лучей: OO' оптическая ось испытуемого ОЭП; а поле обзора ОЭП; Q плоский угол при вершине профиля; f угол падения луча на грань миры. Условием отсутствия затенений будет отсутствие пересечения отраженного луча С с гранью Р или ее продолжением. Тогда Q/2 >= 2f a/2, после подстановки f 90^o (Q-a)/2 и соответствующих преобразований получим: Q/2 >= 180^o Q + a a/2; Q >= 120^o + a/3.

П р и м е р. Устройство содержит четыре опорных излучателя типа модели абсолютно черного тела размером 40 х 50 мм. Основная мира выполнена из алюминия с зеркальным покрытием поверхности в виде периодической структуры, имеющей в сечении двухгранный симметричный профиль. Мира в соответствии с ГОСТ 6923-84 может иметь разные пространственные частоты, например, мира с тремя штрихами и пространственной частотой 1 период/мм имеет размеры 2,5 х 2,5 мм, а для семи штрихов с тем же периодом 6,5 х 6,5 мм. Плоский угол при вершине профиля 150^о (позволяет испытывать ОЭП с полем обзора до 90^о). Фоновая мира размером 30 х 40 мм выполнена по одной технологии с основной мирой с соблюдением условия о неразрешимости полос для исследуемого ОЭП и размещена позади основной миры, в непосредственной близости от нее. Испытуемый прибор устанавливается так, что плоскости обеих мир перпендикулярны оптической оси прибора, а фоновая мира должна полностью заполнять все поле обзора исследуемого прибора.

Перед проведением любых видов работ предварительно необходимо произвести градуировку основной миры.

Градуировка основной миры 1 производится путем определения величин разностей термодинамических температур излучателей 3 и 4, соответствующих заданным величинам разности радиационных температур. Для этого на место испытуемого ОЭП устанавливается аттестованное средство измерения например узкопольный пирометр полного излучения, градуировка миры производится по группе профилей с самой низкой пространственной частотой или зеркальным свидетелем соответствующих размеров, позволяющих полностью заполнить мгновенное поле зрения пирометра излучением от того или иного опорного излучателя. Определив по паспортным данным пирометра амплитуду сигнала, соответствующего необходимой разности радиационных температур, добиваются получения этого сигнала на выходе пирометра регулированием термодинамических температур излучателей. Операцию повторяют нужное число раз, зависящее от диапазона рабочих радиационных температур исследуемого ОЭП и количества воспроизводимых разностей радиационных температур, замеренных образцовым средством измерения, от разностей термодинамических температур излучателей.

Измерение температурно-частотных характеристик (ТЧХ) на предлагаемом устройстве осуществляется в приведенном ниже порядке.

Вместо пирометра устанавливается исследуемый ОЭП, который настраивается таким образом, что в выходном сигнале должны быть ясно видны шумы. Измерение ТЧХ начинают с миры, характеризующейся наименьшей пространственной частотой. Выставляется одинаковая заданная термодинамическая температура опорных излучателей, оптически связанных с фоновой мирой, и одного из излучателей, оптически связанного с основной мирой, затем регулированием термодинамической температуры четвертого излучателя, устанавливается минимальная, т.е. неразличимая исследуемым ОЭП исходная разность радиационных температур полос миры. Затем эта разность постепенно увеличивается путем нагревания четвертого излучателя до тех пор, пока наблюдатель в выходном сигнале не обнаружит изменения, обусловленные перепадами радиационных температур на полосах основной миры. В этот момент фиксируют разность термодинамических температур излучателей и по ней, используя градуировочную зависимость, находят соответствующую ей минимальную разность радиационных температур, различимую испытуемым ОЭП на данной пространственной частоте. Измерения продолжаются аналогично для мир с профилями с меньшими периодами.

По результатам измерений строят график температурно-частотной характеристики ОЭП, на котором по оси ординат откладывают значение разностей радиационных температур, воспроизводимых полосами миры, а по оси абсцисс значения пространственной частоты соответствующих полос миры F_т, мрад, определяемых по формуле F_т F_к/(2b_i ·10 exp 3), где F_к фокусное расстояние исследуемого ОЭП; b_i ширина полос i-й группы профилей разрешаемой миры, мм.

Определение обнаружительной способности тепловизионных систем на предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом.

После описанной выше процедуры градуировки основной миры закрепляют ее в произвольном, не известном для оператора месте на фоне второй. Вместо пирометра устанавливается исследуемый ОЭП, производится его настройка таким образом, что в выходном сигнале должны быть ясно видны шумы (снег на экране). Регулированием термодинамической температуры излучателей устанавливается минимальная, т.е. неразличимая оператором исходная разность радиационных температур, полос миры, затем эта разность постепенно увеличивается, например, путем нагревания одного из излучателей или изменением температуры фона до тех пор, когда наблюдатель достоверно не обнаружит штрихи тест-объекта. В этот момент фиксируют разность термодинамических температур излучателей и по ней определяют соответствующую ей минимальную разность радиационных температур, при которой оператор с помощью испытуемого ОЭП достоверно обнаруживает тест-объект на известном фоне. Затем изменяют положение основной миры на фоне второй и повторяют процедуру измерения.

В результате серии измерений получают гистограмму распределения минимальных разностей температур, при которых оператор достоверно обнаруживает штрихи тест-объекта. По гистограмме определяется обнаружительная способность при заданной вероятности обнаружения тест-объекта.

Выполнение основной миры в виде непрерывной периодической структуры позволяет расширить динамический диапазон определения температурно-частотных характеристик ОЭП в область высоких пространственных частот и использовать миру с полосами, ширина которых порядка нескольких длин волн (30-40 мкм). Выполнение фоновой миры в виде непрерывной периодической структуры из того же материала, что и основная мира, а также ее использование в сочетании с опорными излучателями типа модели абсолютно черного тела позволяют достигать одинаковых величин излучательной способности как у основной миры, так и у фоновой, кроме того, поскольку профили обеих мир "видят" только поверхность излучателей, то исчезает эффект изменения величины излучательной способности при изменении пространственной частоты миры. Применение для изготовления мир диэлектрического материала с малым коэффициентом отражения позволяет достигать малых температурных контрастов с высокой точностью, используя при этом достаточно грубые системы регулировки температуры, однако при этом пропорционально уменьшается динамический диапазон воспроизводимых яркостей мир.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров оптико-электронных приборов, содержащее миру и излучатель, отличающееся тем, что дополнительно введена фоновая мира и три излучателя, причем обе миры установлены в непосредственной близости друг от друга и выполнены из одного материала в виде непрерывной периодической структуры полос с зеркальным покрытием, в сечении представляющих двугранный симметричный профиль, с углом Q при вершине, соответствующем условию Q > 120 + a/3,
где Q плоский угол при вершине двугранного симметричного профиля;
a поле обзора испытуемого оптико-электронного прибора,
причем пространственная частота полос фоновой миры выше частоты разрешения оптико-электронного прибора, основная мира установлена с возможностью перемещения в плоскости установки, два излучателя оптически связаны с отражающими поверхностями основной миры, два других излучателя - отражающими поверхностями фоновой миры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2