Инфракрасный коллиматорный комплекс


 


Владельцы патента RU 2549331:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Комплекс предназначен для контроля и измерения параметров тепловизионных приборов. Комплекс содержит объектив, сменную миру, расположенную в фокальной плоскости объектива, фоновый излучатель, расположенный за мирой и снабженный исполнительным элементом, устройство управления, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя, процессор температурный, выход которого подключен к входу устройства управления, устройство измерения температуры миры, выход которого подключен к первому входу процессора температурного. Сменная мира выполнена зеркальной и установлена под углом к оси объектива, обеспечивающим отражение вдоль оси объектива потока инфракрасного излучения, поступающего на миру от дополнительно введенного опорного излучателя, снабженного устройством измерения температуры опорного излучателя, выход которого подключен ко второму входу процессора температурного. Дополнительно введены первое и второе устройства измерения температуры фонового излучателя, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам процессора температурного. Технический результат - повышение точности поддержания уровня контрастного излучения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для контроля и измерения параметров тепловизионных приборов.

Известен инфракрасный коллиматорный комплекс (Патент РФ №2244950, МПК G02B 27/30, опубликован 20.01.2005 г.), содержащий объектив, сменную миру, расположенную в фокальной плоскости объектива, фоновый излучатель, расположенный за мирой и снабженный исполнительным элементом, устройство управления, устройство измерения температуры миры и устройство измерения разности температур между фоновым излучателем и мирой.

Недостаток этого инфракрасного коллиматорного комплекса заключается в том, что при изменении температуры миры автоматическое изменение разности температур между фоновым излучателем и мирой по закону, полученному при калибровке инфракрасного коллиматорного комплекса, не обеспечивает высокую точность поддержания уровня контрастного излучения при длительной непрерывной работе, когда происходит постепенный нагрев или охлаждение миры за счет передачи ей тепла или холода от расположенного рядом с ней фонового излучателя, и появляется разность температур между мирой и окружающей средой, влияющая на уровень контрастного излучения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является инфракрасный коллиматорный комплекс (Патент РФ №2305305 МПК G02B 27/30, МПК G01M 11/02 опубликован 27.08.2007 г.), содержащий объектив, сменную миру, расположенную в фокальной плоскости объектива, фоновый излучатель, расположенный за мирой и снабженный исполнительным элементом, устройство управления, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя, процессор температурный, выход которого подключен к входу устройства управления, устройство измерения температуры миры, выход которого подключен к первому входу процессора температурного.

Подобный инфракрасный коллиматорный комплекс автоматически учитывает помимо разности температур между фоновым излучателем и мирой и температуры миры еще и разность температур между мирой и окружающей средой.

Недостатком данного инфракрасного коллиматорного комплекса является наличие остаточной некомпенсируемой погрешности поддержания заданного уровня контрастного излучения, связанной с тепловым воздействием на миру фонового излучателя. Данная остаточная погрешность не может быть скомпенсирована коррекцией величины разности температур между фоновым излучателем и мирой и вызвана в основном неравномерностью нагрева или охлаждения различных участков миры, обусловленной конструктивными особенностями миры (различной величиной теплоотдачи участков, например, в центре и по краям миры и т.д.). Данная остаточная погрешность в процессе теплового воздействия фонового излучателя на миру будет изменяться и при длительной непрерывной работе, может достигать величины порядка 8…15 мК, что в ряде случаев неприемлемо.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности поддержания уровня контрастного излучения.

Указанная задача решается тем, что в инфракрасном коллиматорном комплексе, содержащем объектив, сменную миру, расположенную в фокальной плоскости объектива, фоновый излучатель, расположенный за мирой и снабженный исполнительным элементом, устройство управления, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя, процессор температурный, выход которого подключен к входу устройства управления, устройство измерения температуры миры, выход которого подключен к первому входу процессора температурного, сменная мира выполнена зеркальной и установлена под углом к оси объектива, обеспечивающим отражение вдоль оси объектива потока инфракрасного излучения, поступающего на миру от дополнительно введенного опорного излучателя, снабженного устройством измерения температуры опорного излучателя, выход которого подключен ко второму входу процессора температурного, а также введены первое и второе устройства измерения температуры фонового излучателя, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам процессора температурного.

А также тем, что процессор температурный содержит устройство сопряжения, первый, второй и третий входы которого являются соответственно первым, вторым и третьим входами процессора температурного, компьютер, шина ввода-вывода которого соединена с шиной ввода-вывода устройства сопряжения, цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом устройства сопряжения, а выход подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого является четвертым входом, а выход является выходом процессора температурного.

На рисунке представлена функциональная схема инфракрасного коллиматорного комплекса.

Инфракрасный коллиматорный комплекс содержит объектив 1, сменную миру 2, расположенную в фокальной плоскости объектива 1, фоновый излучатель 3, расположенный за мирой 2 и снабженный исполнительным элементом 4, устройство управления 5, выход которого подключен к исполнительному элементу 4 фонового излучателя 3, процессор температурный 6, выход которого подключен к входу устройства управления 5, устройство 7 измерения температуры миры 2, выход которого подключен к первому входу процессора температурного 6, при этом мира выполнена зеркальной и установлена под углом к оси объектива 1, обеспечивающим отражение вдоль оси объектива 1 потока инфракрасного излучения, поступающего от опорного излучателя 8, устройство 9 измерения температуры опорного излучателя 8, выход которого подключен ко второму входу процессора температурного 6, первое устройство 10 и второе устройство 11 измерения температуры фонового излучателя 3, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам процессора температурного 6.

Сменная мира может представлять собой, например, непрозрачную пластину, имеющую зеркальное покрытие рабочей, обращенной к объективу 1 поверхности, в центральной части которой есть ряд параллельных друг другу сквозных прорезей, ширина которых и интервал между которыми равны и у каждой из мир имеют свою величину (см. вид А).

Процессор температурный 6 содержит устройство 12 сопряжения, первый, второй и третий входы которого являются первым, вторым и третьим входами процессора температурного 6, компьютер 13, в память которого занесены зависимости уровня контрастного излучения от разности температур между фоновым излучателем 3 и опорным излучателем 8 и температуры опорного излучателя 8, полученные при калибровке инфракрасного коллиматорного комплекса, шина ввода-вывода которого соединена с шиной ввода-вывода устройства 12 сопряжения, цифроаналоговый преобразователь 14, вход которого соединен с выходом устройства сопряжения 12, а выход подключен к первому входу дифференциального усилителя 15, второй вход которого является четвертым входом, а выход является выходом процессора температурного 6.

Перед объективом 1 располагают контролируемый тепловизионный прибор 16.

Работает инфракрасный коллиматорный комплекс следующим образом.

Участки в центральной части рабочей поверхности фонового излучателя 3, не закрытые сменной мирой 2, расположенной в фокальной плоскости объектива 1, создают за счет определенного нагрева или охлаждения фонового излучателя 3 и того, что опорный излучатель 8, поток излучения которого отражается зеркальной поверхностью миры 2, имеет температуру, практически равную температуре окружающей среды, контрастный поток инфракрасного излучения, который формируется объективом 1 и в виде контрастного коллимированного потока инфракрасного излучения поступает во входной зрачок контролируемого тепловизионного прибора 16. Для выхода на требуемый уровень контрастного излучения и его поддержания процессор температурный 6 по сигналам, поступающим на его второй и третий входы соответственно с устройства 9 измерения температуры опорного излучателя 8 и первого устройства 10 измерения температуры фонового излучателя 3, периодически определяет температуру опорного излучателя 8 и фонового излучателя 3 и рассчитывает разность между ними. Непосредственное точное измерение разности температур между фоновым излучателем 3 и опорным излучателем 8 сложно ввиду большого расстояния между ними (до 2... 3 метров) и связанными с этим значительными помехами и погрешностями из-за большой длины проводов от датчика температуры фонового излучателя 3 и датчика температуры опорного излучателя 8 (датчики температуры на рисунке не показаны). Температура опорного излучателя 8 равна температуре окружающей среды и практически не изменяется в процессе работы инфракрасного коллиматорного комплекса ввиду отсутствия влияния на него фонового излучателя 3 из-за значительного расстояния между ними. По заданному оператором требуемому уровню контрастного излучения и измеренному значению температуры опорного излучателя 8 процессор температурный 6 периодически вычисляет соответствующее им текущее начальное требуемое значение разности температур между фоновым излучателем 3 и опорным излучателем 8 и, учитывая измеренное значение температуры опорного излучателя 8, требуемое начальное значение температуры фонового излучателя 3 при текущем значении температуры опорного излучателя 8, обеспечивающее требуемый уровень контрастного излучения для случая равенства температур миры 2 и опорного излучателя 8.

Для поддержания требуемого уровня контрастного излучения при длительной непрерывной работе, когда происходит нагрев или охлаждение миры 2, за счет влияния на нее расположенного рядом с ней фонового излучателя 3, необходимо в процессе работы периодически корректировать величину разности температур между фоновым излучателем 3 и опорным излучателем 8 путем изменения температуры фонового излучателя 3. Осуществляется это следующим образом.

Процессор температурный 6 по сигналам, поступающим на его первый вход с устройства 7 измерения температуры миры 2 и его второй вход с устройства 9 измерения температуры опорного излучателя 8, вычисляет текущую разность температур миры 2 и опорного излучателя 8. Затем по предварительно заложенной в процессор температурный 6 зависимости корректирующего смещения разности температур между фоновым излучателем 3 и опорным излучателем 8 от величины разности температур миры 2 и опорного излучателя 8, а также абсолютного значения температуры опорного излучателя 8 процессор температурный 6 периодически вычисляет текущую величину необходимого корректирующего смещения, соответствующего текущей разности температур между мирой 2 и опорным излучателем 8 при текущем значении температуры опорного излучателя 8. Зависимость корректирующего смещения от разности температур миры 2 и опорного излучателя 8 и от абсолютного значения температуры фонового излучателя 8 определяется расчетным путем или эмпирически, отдельно для каждой из сменных мир 2, т.к. оптические характеристики мир 2, например коэффициент отражения, могут быть различными. Выбор нужной зависимости осуществляется процессором температурным 6 автоматически по номеру установленной им в рабочее положение миры 2.

Далее процессор температурный 6 вычисляет текущее результирующее требуемое значение разности температур между фоновым излучателем 3 и опорным излучателем 8 как сумму текущего начального требуемого значения разности температур между фоновым излучателем 3 и опорным излучателем 8 и текущего корректирующего смещения, затем по вычисленному результирующему требуемому значению разности температур между фоновым излучателем 3 и опорным излучателем 8 рассчитывает результирующее требуемое значение температуры фонового излучателя 3. Это значение процессор температурный 6 сравнивает с помощью входящего в его состав цифроаналогового преобразователя 14 и дифференциального усилителя 15 с фактическим значением температуры фонового излучателя 3, соответствующее которому напряжение поступает на четвертый вход процессора температурного 6 с выхода второго устройства 11 измерения температуры фонового излучателя 3. С выхода дифференциального усилителя 15 сигнал поступает на вход устройства 5 управления и после соответствующего преобразования с его выхода подается в виде соответствующего напряжения на исполнительный элемент 4 фонового излучателя 3, чем обеспечивается поддержание температуры фонового излучателя 3, равной требуемому результирующему значению, что обеспечивает с определенной погрешностью поддержание требуемого уровня контрастного излучения.

Погрешность поддержания требуемого значения уровня контрастного излучения в рассматриваемых высокоточных инфракрасных коллиматорных комплексах в значительной степени зависит от степени компенсации влияния разности температур миры 2 и окружающей среды (температуры опорного излучателя 8).

В рассматриваемом инфракрасном коллиматорном комплексе и комплексе по патенту №2305305 сменные миры 2 располагаются рядом с фоновым излучателем 3, и их нагрев (охлаждение) за счет теплового влияния фоновых излучателей 3 примерно одинаков. Однако в рассматриваемом инфракрасном коллиматорном комплексе мира имеет зеркальное покрытие, коэффициент отражения которого практически всегда выше, чем степень черноты зачерненной миры инфракрасного коллиматорного комплекса по патенту №2305305. Например, покрытие золотом обеспечивает коэффициент отражения порядка 0,99, а покрытие одной из лучших практически используемых черных эмалей ВМС-278 обеспечивает степень черноты не более 0,93.

В связи с этим влияние перегрева (переохлаждения) миры 2 на излучаемый ею поток инфракрасного излучения и в итоге влияние на уровень контрастного излучения на оптическом выходе рассматриваемого инфракрасного коллиматорного комплекса с мирой 2, имеющей зеркальное покрытие, будет значительно (до 7 раз) ниже, чем у инфракрасного коллиматорного комплекса по патенту №2305305, имеющего черную незеркальную миру.

Это позволяет более точно скомпенсировать погрешность, связанную с общим перегревом или переохлаждением миры 2 в целом относительно окружающей среды, т.е. опорного излучателя 8 и значительно (до 7 раз) снижает остаточную некомпенсируемую погрешность, вызванную неравномерностью нагрева отдельных участков миры, а в итоге позволяет снизить погрешность поддержания уровня контрастного излучения инфракрасного коллиматорного комплекса до величины порядка 2 мК.

1. Инфракрасный коллиматорный комплекс, содержащий объектив, сменную миру, расположенную в фокальной плоскости объектива, фоновый излучатель, расположенный за мирой и снабженный исполнительным элементом, устройство управления, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя, процессор температурный, выход которого подключен к входу устройства управления, устройство измерения температуры миры, выход которого подключен к первому входу процессора температурного, отличающийся тем, что сменная мира выполнена зеркальной и установлена под углом к оси объектива, обеспечивающим отражение вдоль оси объектива потока инфракрасного излучения, поступающего на миру от дополнительно введенного опорного излучателя, снабженного устройством измерения температуры опорного излучателя, выход которого подключен ко второму входу процессора температурного, а также введены первое и второе устройства измерения температуры фонового излучателя, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам процессора температурного.

2. Инфракрасный коллиматорный комплекс по п.1, отличающийся тем, что процессор температурный содержит устройство сопряжения, первый, второй и третий входы которого являются соответственно первым, вторым и третьим входами процессора температурного, компьютер, шина ввода-вывода которого соединена с шиной ввода-вывода устройства сопряжения, цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом устройства сопряжения, а выход подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого является четвертым входом, а выход является выходом процессора температурного.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к коллиматорам, которые могут быть использованы для освещения жидкокристаллических экранов. Коллиматор выполнен в виде клиновидного оптического волновода, который имеет первый конец, второй конец, противолежащий первому концу.

Автоколлиматор может использоваться для измерения углов поворота относительно двух осей, ортогональных оптической оси объектива автоколлиматора, с использованием одной ПЗС-линейки.

Изобретение относится к способу (варианты) и системе (варианты) для лазерной сварки и может быть использовано для соединения различных деталей друг с другом. Система содержит источник (1) лазерного луча, коллиматор (2) лазерного луча и фокусирующее устройство (3).

Объектив может использоваться для работы в видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн. Объектив коллиматора содержит первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием на кольцевой периферийной части, причем отражающие поверхности зеркал обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы.

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам коллиматора, работающим в среднем ИК-диапазоне длин волн (для спектрального диапазона от 3 до 5 мкм), и может быть использовано в тепловизионных коллиматорах или в приемных тепловизионных объективах (в обратном ходе лучей) в различных приборах.

Устройство может быть использовано для контроля формы поверхностей оптических деталей, а также для измерения неоднородностей оптических материалов. Устройство содержит осветитель, конденсор, задающий и анализирующий пространственные фильтры, приемно-регистрирующее устройство.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля и юстировки различных оптических деталей, сборок и приборов. .

Изобретение относится к области оптической контрольно-измерительной техники, а именно к коллиматорам, используемым для измерения или настройки параллельности визирных осей двух или более оптических систем, по меньшей мере, одна из которых является тепловизионной.

Изобретение относится к оптико-электронным системам измерения расстояния, локации, наведения, связи и другим устройствам, в которых используется излучение полупроводниковых лазеров.

Устройство может быть использовано для контроля лазерного дальномера с концентричным расположением передающего и приемного каналов. Устройство содержит входную собирающую и выходную коллимирующую оптические системы, связанные между собой волоконно-оптической линией задержки, выполненной в виде световода.

Изобретение касается идентификации оптических волокон. Сущность заявленного решения заключается в том, что в каждое волокно оптической линии вводят оптический зондирующий сигнал.

Способ включает установку линзы сферической рабочей поверхностью на опорный буртик цилиндрического отверстия промежуточной цилиндрической части, размещаемой на опорном буртике цилиндрического отверстия основной оправы.

Способ включает установку линзы на плоский буртик промежуточной части оправы, размещаемой на буртике цилиндрического отверстия основной оправы с возможностью наклона.

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к распределенным волоконно-оптическим датчикам, в которых измеряются параметры оптического волокна, находящегося под воздействием внешних физических полей.

Способ включает использование автоколлимационного плоского зеркала, установленного перед последней по ходу лучей от фокальной плоскости оптической поверхностью объектива.

Установка содержит коллиматор с тест-объектом, контролируемое изделие и измерительный блок. Тест-объект выполнен в виде перекрестия и жестко закреплен в фокальной плоскости коллиматора.

Интерферометр содержит монохроматический источник света и последовательно установленные афокальную систему для формирования расширенного параллельного пучка световых лучей, разделительную плоскопараллельную пластину, ориентированную под углом к параллельному пучку световых лучей, первое плоское зеркало с отражающим покрытием, обращенным к разделительной плоскопараллельной пластине, и установленное с возможностью изменения угла наклона к параллельному пучку световых лучей, прошедшему разделительную плоскопараллельную пластину, второе плоское зеркало, установленное с возможностью изменения угла наклона, и блок регистрации, установленный в пучке световых лучей, отраженном последовательно от первого плоского зеркала и разделительной плоскопараллельной пластины, и содержащий фокусирующий объектив и фотоприемное устройство.

Изобретение относится к области офтальмологии и направлено на обеспечение равномерного оценивания очковых линз по всему бинокулярному полю зрения, количественное оценивание условия фузии, которая является характеристикой бинокулярного зрения, что обеспечивается за счет того, что оптическую систему определяют, используя систему координат, в которой начало находится на средней точке центров поворотов обоих глазных яблок, а предмет точно определяется зрительным направлением от начала координат.

Изобретение относится к области офтальмологии и направлено на создание очковых линз, при использовании которых понижены дискомфорт и утомляемость, что обеспечивается за счет того, что при проектировании очковых линз положительная относительная конвергенция, отрицательная относительная конвергенция, положительная относительная аккомодация, отрицательная относительная аккомодация и вертикальная фузионная вергенция, которые являются индивидуальными значениями измерения, относящимися к бинокулярному зрению, определены в качестве относительных значений измерения, по меньшей мере одна или обе из положительной относительной конвергенции и отрицательной относительной конвергенции включаются в индивидуальное относительное значение измерения, причем способ содержит определение оптических расчетных значений для очковых линз путем оптимизации бинокулярного зрения при использовании в качестве функции оценивания для оптимизации функции, полученной путем суммирования функций остроты бинокулярного зрения, включающих относительные значения измерения в качестве факторов в соответствующих оцениваемых точках объекта.

Изобретение может быть использовано в оптических системах наблюдения, фоторегистрации, а также в голографических системах. Способ включает использование корректирующего голограммного оптического элемента, выполненного в виде цифровой голограммы. Позиционируют ПЗС-матрицу за плоскостью параксиального изображения объекта, регистрируют построенное объективом расфокусированное изображение, принимаемое за цифровую осевую голограмму изображения, с которой численно, при помощи методов цифровой голографии, послойно восстанавливают голограммные фрагменты всего изображения, после чего приводят восстановленные фрагменты изображения к одной плоскости. Технический результат - расширение области применения, повышение оперативности и качества голограммной коррекции аберраций объектива. 10 ил.
Наверх