RU167849U1

RU167849U1 - Устройство функционального контроля сквозного тракта оптико-электронного прибора с многоэлементным приемником излучения

Info

Publication number: RU167849U1
Application number: RU2016129638U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Васильев; Александр Семенович Гридин; Игорь Юрьевич Дмитриев; Константин Александрович Томеев
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" АО "НИИ ОЭП"
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2017-01-20

Abstract

Использование: для бортовой калибровки и функционального контроля сквозного тракта оптико-электронных приборов наблюдения, обнаружения, распознавания. Сущность полезной модели заключается в том, что источник излучения совпадает с полевой диафрагмой конденсора, конденсор выполнен так, что проецирует его полевую диафрагму в плоскость апертурной диафрагмы объектива оптико-электронного прибора, а апертурная диафрагма конденсора размещена в его передней фокальной плоскости, при этом форма и размеры апертурной диафрагмы конденсора выполнены с сохранением подобия с формой и размерами полевой диафрагмы объектива оптико-электронного прибора с коэффициентом подобия, найденным из условия, гдеV - увеличение в зрачках оптической системы, состоящей из конденсора УФК и объектива ОЭП. Технический результат: обеспечение возможности высокой точности и оперативности функционального контроля сквозного тракта оптико-электронного прибора с многоэлементным приемником. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для бортовой калибровки и функционального контроля сквозного тракта* (*под термином «сквозной тракт» понимают размещенные на оптической оси ОЭП, по крайней мере объектив и приемник излучения) оптико-электронных приборов наблюдения, обнаружения, распознавания и может быть использована в приборах для мониторинга земной поверхности как наземного, так и космического базирования, включая оптико-электронные приборы для получения спектрозональных изображений поверхности Земли.

При эксплуатации оптико-электронных приборов (ОЭП) наблюдения для проверки их работоспособности и контроля сохранности основных параметров (абсолютного значения регистрируемого сигнала, вольтовой, энергетической чувствительности, динамического диапазона) сквозного тракта ОЭП, включая, в том числе, оценку их изменения в процессе эксплуатации, для повышения точности получаемой с ОЭП информации используются бортовые устройства функционального контроля (УФК), обеспечивающие проверочные и калибровочные процедуры. Периодическая оценка фотоэлектрических характеристик каждого элемента ФПУ позволяет своевременно выявить и компенсировать отклонение характеристик от установленных в процессе создания аппаратуры, что повышает достоверность полученных данных и, в конечном счете, эффективность применения ОЭП. Полезная модель направлена на повышение точности контроля функционального состояния сквозного тракта оптико-электронного прибора с широким полем обзора, включающего объектив и многоэлементный приемник большого формата, требующий при функциональном контроле равномерной модулированной засветки большой площади.

Известны устройства функционального контроля радиометрической аппаратуры, например устройство для градуировки и определения абсолютных значений регистрируемого сигнала [А.Н. Изнар, А.В. Павлов, Б.Ф. Федоров «Оптико-электронные приборы космических аппаратов», М.: Машиностроение, 1972, стр. 229], включающее стабилизированный источник излучения, конденсор, формирующий изображение источника на чувствительных элементах фотоприемного устройства (ФПУ), модулятор.

Недостатком таких устройств является то обстоятельство, что они имеют ограничения по размеру засвечиваемой площади ФПУ, определяемые размером излучающей поверхности источника и увеличением оптической системы конденсора, не обеспечивают прохождение тестирующего излучения через объектив, таким образом, не тестируют весь сквозной тракт.

В известном устройстве оптико-электронного прибора для определения зависимости выходного сигнала от значения радиометрической величины излучения стабилизированного источника калибровки с целью контроля и учета ее изменения в процессе эксплуатации [В.А. Степанов, B.C. Яцык «Четырехканальный сканирующий радиометр РФ-4М», Оптический журнал, том 70, №10, стр. 84-87, 2003], включающем в качестве источника излучения абсолютно черное тело (АЧТ), установленное перед объективом, к недостаткам следует отнести большие габариты источника, высокую неравномерность засветки ФПУ, большую временную инерционность.

Наиболее близким по совокупности признаков устройством того же назначения к заявленной полезной модели является устройство функционального контроля и калибровки оптико-электронного тракта [Г.Г. Горбунов, А.И. Лазарев, В.Н. Малютин, А.Л. Джаракян, «Комплекс обзорно-спектрометрической аппаратуры МФС-Б», Оптический журнал, том 67, №5, 2000, стр. 62-68], принятое нами за прототип. Оно включает стабилизированный источник излучения, оптическую систему (конденсор), формирующую изображение источника на ФПУ. К недостаткам устройства относятся: отсутствие контроля всего тракта ОЭП, низкая точность, связанная с ограниченностью зоны засветки, и неравномерность засветки в плоскости ФПУ.

Техническим результатом заявленной полезной модели является высокая точность и оперативность функционального контроля сквозного тракта оптико-электронного прибора с многоэлементным приемником, расширение возможности контроля и калибровки, в том числе оптико-электронных приборов с режимом временной задержки и накопления (ВЗН).

Технический результат достигается тем, что в устройстве функционального контроля сквозного тракта оптико-электронного прибора с многоэлементным приемником излучения, включающим оптически связанные между собой стабилизированный источник излучения и конденсор, новым является то, что источник излучения совпадает** (**«Совпадать» в геометрическом значении - покрывать один другого. С.И. Ожегов. Словарь русского языка, М. 1975 г., с. 682) с полевой диафрагмой конденсора, конденсор выполнен так, что проецирует его полевую диафрагму в плоскость апертурной диафрагмы объектива оптико-электронного прибора, а апертурная диафрагма конденсора размещена в его передней фокальной плоскости, при этом форма и размеры апертурной диафрагмы конденсора выполнены с сохранением подобия с формой и размерами полевой диафрагмы объектива оптико-электронного прибора с коэффициентом подобия, найденным из условия

V - увеличение в зрачках оптической системы, состоящей из конденсора УФК и объектива ОЭП.

Подходы к решению задачи совпадения источника излучения с полевой диафрагмой конденсора известны.

Подходы к решению задачи проецировавния полевой диафрагмы конденсора в плоскость апертурной диафрагмы объектива оптико-электронного прибора и размещения апертурной диафрагмы конденсора в его передней фокальной плоскости известны.

Схема устройства функционального контроля оптико-электронного прибора с широким полем обзора представлена на фиг.1, где: устройство 1 функционального контроля, стабилизированный источник 2 излучения, полевая диафрагма 3 конденсора УФК, апертурная диафрагма 4 конденсора УФК, конденсор 5 УФК, апертурная диафрагма 6 объектива ОЭП, объектив 7 ОЭП, полевая диафрагма объектива 8 ОЭП, многоэлементное фотоприемное устройство 9 ОЭП, сквозной тракт 10 ОЭП.

На Фиг. 2 представлено распределение зависимости относительной облученности (Е^') от расстояния до оптической оси (х) в зоне засветки ФПУ.

Устройство функционального контроля сквозного тракта оптико-электронного прибора с многоэлементным приемником излучения работает следующим образом. Стабилизированный источник излучения размещают в плоскости полевой диафрагмы оптической системы конденсора так, что его излучающая поверхность полностью перекрывает площадь полевой диафрагмы конденсора, что обеспечивает полное заполнение апертуры конденсора с максимальной равномерностью, которой обладает излучающая поверхность источника. Изображение полевой диафрагмы конденсора проецируют в плоскость апертурной диафрагмы объектива, и строят изображение источника излучения во входном зрачке объектива ОЭП. Это обеспечивает независимость равномерности засветки плоскости чувствительных элементов ФПУ от равномерности сформированного конденсором УФК изображения источника, так как каждая точка источника засвечивает всю плоскость чувствительных элементов приемника излучения. Для обеспечения минимума паразитного рассеянного излучения при высокой равномерности засветки в плоскости чувствительных элементов приемника излучения апертурная диафрагма конденсора УФК размещена в его передней фокальной плоскости с тем, чтобы выходной зрачок оптической системы, состоящей из конденсора УФК и объектива ОЭП, был совмещен с полевой диафрагмой объектива ОЭП; размер апертурной диафрагмы конденсора УФК выполнен с сохранением подобия формы и размера с коэффициентом подобия K=1/V, где V - увеличение в зрачках оптической системы, состоящей из конденсора УФК и объектива ОЭП. При этом освещенная источником апертурная диафрагма конденсора УФК (здесь каждая точка источника засвечивает всю область апертурной диафрагмы и равномерность засветки не зависит от равномерности источника) проецируется оптической системой, состоящей из конденсора УФК и объектива ОЭП в плоскость полевой диафрагмы объектива ОЭП, совпадающей с плоскостью чувствительных площадок приемника излучения, а выбор K=1/V обеспечивает равномерное заполнение только площади в пределах полевой диафрагмы объектива ОЭП, на которой размещены чувствительные элементы многоэлементного приемника излучения, обеспечивая минимум рассеянного излучения.

Пример конкретного исполнения

В нашей Организации было изготовлено устройство функционального контроля для оптико-электронного прибора обнаружения космического базирования, назначение которого - регистрация сигналов от областей, контрастирующих с окружающим их фоном в среднем ИК диапазоне. УФК предназначено для функционального контроля сквозного тракта ОЭП, состоящего из 6-линзового объектива с полем зрения 20 град и ФПУ, с фоточувствительной областью в виде двух линеек, расположенных на расстоянии 90 мм друг от друга, в каждой из которых 12000×10 чувствительных элементов, работающих в режиме ВЗН. Источником излучения УФК является светодиодный источник с площадкой диаметром 10 мм, излучающий по закону Ламберта на углах до 50 град от его оптической оси, постоянная времени которого не более 10 мкс. Светодиодный источник излучения связан с контроллером, который управляет частотой модуляции и током, определяющим энергетическую яркость источника. Выход контроллера связан с входом синхронизатора, который синхронизирует частоту модуляции источника с частотой опроса чувствительных элементов ФПУ, работающих в режиме ВЗН. Конденсор УФК заводит излучение от источника, используя часть зрачка объектива ОЭП, состоит из 3-х линз и плоского зеркала, оптимизирующего габариты УФК, имеет апертурный угол в пространстве предметов 44,1°, апертурный угол в пространстве изображений 24,2°, линейное увеличение -1,76.

Параметры оптической системы, состоящей из конденсора УФК и объектива ОЭП, составляли:

диаметр апертурной диафрагмы конденсора УФК - 15 мм.

Диаметр полевой диафрагмы конденсора УФК - 10 мм.

Диаметр апертурной диафрагмы объектива ОЭП (определяется световым диаметром первой линзы объектива ОЭП) - 270 мм.

Полевой диафрагмой объектива ОЭП являлась окружность, описанная вокруг области фоточувствительных элементов. Ее диаметр - 206 мм.

Увеличение в зрачках оптической системы, состоящей из конденсора УФК и объектива ОЭП (V) - 13,73.

Коэффициент подобия (K) согласно формуле составлял 7,28⋅10^-2.

В ходе работы УФК получены следующие результаты:

1) Неравномерность распределения облученности от УФК в плоскости фоточувствительных элементов ФПУ составила 1,2%, что повысило точность контроля функционального состояния сквозного тракта оптико-электронного прибора с широким полем обзора, включающего объектив и многоэлементный приемник большого формата, требующего равномерной модулированной засветки большой площади. Распределение зависимости относительной облученности (Ε') от расстояния до оптической оси (х) в зоне засветки ФПУ представлено на фигуре 2.

2) Получен низкий уровень рассеянного на элементах конструкции оптико-электронного прибора излучения, который обеспечивается ограничением размеров засвечиваемой зоны в плоскости ФПУ.

3) Осуществлен контроль работы режима временной задержки и накопления ФПУ благодаря использованию источника излучения с малой постоянной времени путем формирования сигналов, изменяющихся во времени сложным образом.

4) Повысилась оперативность проведения процедуры функционального контроля, вследствие отсутствия необходимости механического ввода (вывода) оптических элементов, направляющих излучение УФК в сквозной тракт, а также благодаря низкой временной инерционности светодиодного источника, в сравнении с тепловыми источниками, позволившей уменьшить время выхода в стабильный режим работы.

Claims

Устройство функционального контроля сквозного тракта оптико-электронного прибора с многоэлементным приемником излучения, включающее оптически связанные между собой стабилизированный источник излучения и конденсор, отличающееся тем, что источник излучения совпадает с полевой диафрагмой конденсора, конденсор выполнен так, что проецирует его полевую диафрагму в плоскость апертурной диафрагмы объектива оптико-электронного прибора, а апертурная диафрагма конденсора размещена в его передней фокальной плоскости, при этом форма и размеры апертурной диафрагмы конденсора выполнены с сохранением подобия с формой и размерами полевой диафрагмы объектива оптико-электронного прибора с коэффициентом подобия, найденным из условия
K=1/V, где
V - увеличение в зрачках оптической системы, состоящей из конденсора УФК и объектива ОЭП.