RU2103835C1

RU2103835C1 - Opticoelectron systems

Info

Publication number: RU2103835C1
Authority: RU
Inventors: Е.Е. Шорников; Н.В. Петров; В.И. Жемеров; Н.А. Ананьев
Original assignee: Конструкторское бюро приборостроения
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: opticoelectron system incorporates detector 6 of input radiation flux, threshold device 8 and commutator 7 connected in series, sensitive element 3 and former 4 of illumination signal connected in series, master unit 5 of minimization signal and unit 1 interrupting radiation flux and illumination control unit 2 of sensitive element positioned in front of sensitive element. Controlling input of unit 1 interrupting radiation flux is connected to output of threshold device 8 and input of illumination control unit 2 is connected through commutator 7 to output of former 4 of illumination signal or master unit 5 of minimization signal. Increased reliability is achieved in system exposed to action of high-power sources of detected radiation thanks to interruption of radiation flux when specified level is exceeded and to limitation of radiation flux falling on sensitive element immediately after decrease of input radiation flux to level of operation of threshold device. Additional effect due to reduced operation time is achieved by installation of unit interrupting radiation flux in converging beam of objective of opticoelectron system. EFFECT: increased reliability and reduced operation time. 1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к приборам, преобразующим электромагнитное излучение в диапазоне волн более коротких, чем радиоволны, в электрический сигнал. Это, например, могут быть тепловизоры, телекамеры, теплопеленгаторы и т.п. The proposed technical solution relates to devices that convert electromagnetic radiation in the wavelength range of shorter than radio waves into an electrical signal. This, for example, can be thermal imagers, cameras, heat direction finders, etc.

Известно устройство защиты для телекамеры, которое предотвращает повреждение приемника при увеличении светового потока выше заданного уровня [1]. A protection device for a television camera is known which prevents damage to the receiver when the luminous flux increases above a predetermined level [1].

Это устройство содержит детектор излучения, выходом соединенный с пороговым устройством, на второй вход которого подается эталонный сигнал. Выход порогового устройства соединен с прерывателем светового потока. При превышении потока излучения заданного уровня прерыватель светового потока перекрывает поле зрения, чем предотвращается выход из строя фотоприемника. This device contains a radiation detector, the output connected to a threshold device, to the second input of which a reference signal is supplied. The output of the threshold device is connected to the light chopper. When the radiation flux exceeds a predetermined level, the light flux interrupter blocks the field of view, which prevents the failure of the photodetector.

Недостатком этой системы является то, что на фотоприемнике в процессе работы не поддерживается оптимальная освещенность. The disadvantage of this system is that the optimal illumination is not supported on the photodetector during operation.

Известна также система, содержащая регулятор светового потока, например диафрагму с регулируемым отверстием, установленный перед чувствительным элементом, блок формирования сигнала освещенности, входом соединенный с выходом чувствительного элемента, а выходом - со входом регулятора светового потока [2, с.75-84]. A system is also known that contains a luminous flux regulator, for example, a diaphragm with an adjustable hole installed in front of the sensitive element, an illumination signal generating unit connected to the output of the sensitive element by the input, and the output to the input of the light flux controller [2, p. 75-84].

Недостатком этой системы является то, что при резком усилении светового потока регулятор светового потока не успевает столь же быстро перекрыть световой поток из-за большого диапазона регулирования (обычно около 1000) и чувствительный элемент может выйти из строя. The disadvantage of this system is that with a sharp increase in the luminous flux, the luminous flux regulator does not have time to block the luminous flux just as quickly due to the large adjustment range (usually about 1000) and the sensitive element may fail.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является описанное в [3]. Оно представляет собой телекамеру с последовательно соединенными чувствительным элементом, детектором сигнала освещенности чувствительного элемента, схемой автоматической регулировки, через коммутатор соединенной с приводом диафрагмы, регулирующей освещенность на чувствительном элементе. Последовательно соединенные датчик раскрытия диафрагмы, генератор сигнала открытия диафрагмы и измеритель разности сигналов, выходом соединенный через коммутатор со входом привода диафрагмы, а вторым входом с ячейкой памяти, в которую при переключении режимов заносится значение сигнала со схемы автоматической регулировки. Closest to the proposed technical solution is described in [3]. It is a television camera with a sensing element connected in series, a detector for the illumination signal of the sensing element, an automatic adjustment circuit, through a switch connected to a diaphragm drive that controls the illumination on the sensing element. The diaphragm opening sensor, the diaphragm opening signal generator and the signal difference meter, connected in series through the switch with the input of the diaphragm drive, and the second input with a memory cell, into which, when switching modes, the signal value from the automatic adjustment circuit is connected in series.

Недостатком этой системы является то, что при резком увеличении попадающего в объектив потока излучения (например при попадании в поле зрения солнца, прожектора, факела и т.п.) возможен выход чувствительного элемента из строя. Это обусловлено большим диапазоном регулирования светового потока и, как следствие, большим временем переброса диафрагмы из одного крайнего положения в другое даже при максимальной скорости двигателя привода. В режиме фиксации диафрагмы этот недостаток усугубляется тем, что уровень освещенности приемника вообще не регулируется. The disadvantage of this system is that with a sharp increase in the radiation flux entering the lens (for example, when the sun, spotlight, torch, etc.) gets into the field of view, the sensor can fail. This is due to the large range of luminous flux control and, as a consequence, the long time the diaphragm is transferred from one extreme position to another even at maximum drive motor speed. In the aperture lock mode, this drawback is compounded by the fact that the level of illumination of the receiver is not regulated at all.

Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности оптико-электронной системы в условиях воздействия мощных источников детектируемого излучения. The aim of the proposed technical solution is to increase the reliability of the optoelectronic system under the influence of powerful sources of detectable radiation.

Для достижения этой цели в оптико-электронную систему, содержащую блок регулирования освещенности чувствительного элемента, последовательно соединенные чувствительный элемент и блок формирования сигнала освещенности, через коммутатор подключенный ко входу блока регулирования освещенности чувствительного элемента, введены задатчик сигнала минимизации, блок прерывания потока излучения, детектор входного потока излучения и пороговое устройство, причем вход порогового устройства соединен с выходом детектора входного потока излучения, выход со входом блока прерывания потока излучения и входом управления коммутатором, второй вход которого соединен с выходом задатчика сигнала минимизации. To achieve this goal, a signal minimizer, an interruption block, an input detector radiation flux and a threshold device, wherein the input of the threshold device is connected to the output of the input flux detector I, the output to the input unit of the radiation flux and the switch interrupt control input, a second input connected to the output setpoint signal minimization.

Для повышения эффективности за счет уменьшения времени срабатывания блок прерывания потока излучения устанавливается в сходящемся пучке объектива оптико-электронной системы. To increase efficiency by reducing the response time, the radiation flow interruption unit is installed in a converging lens beam of the optoelectronic system.

Все блоки, входящие в оптико-электронную систему, являются известными. All blocks included in the optoelectronic system are known.

Блок прерывания потока излучения (БППИ), пороговое устройство могут быть выполнены аналогично описанному в [1]. В качестве детектора входного потока излучения (ДВПИ) могут быть использованы фотодиоды, терморезисторы и т.п. [1] . Блок регулирования освещенности чувствительного элемента (БРО) может быть реализован с помощью привода, изменяющего отверстие в регулируемой диафрагме, или перемещающего фильтр переменной оптической плотности и т.п. [2] . В качестве чувствительного элемента могут использоваться передающие ТВ-трубки (диссекторы, видиконы, ортиконы, пироконы и т.п.) ПЗС - матрицы, линейки и матрицы ИК - элементов и т.п. [2]. Блок формирования сигнала освещенности (БФСО) может быть реализован аналогично [3], если формировать сигнал пропорциональный освещенности всей мишени чувствительного элемента или [4] , если требуется поддерживать освещенность оптимальной на части приемника. Block interruption of the radiation flux (BPPI), a threshold device can be performed similarly to that described in [1]. Photodiodes, thermistors, etc. can be used as a detector of the input radiation flux (DVPI). [one] . The block for controlling the illumination of the sensitive element (BRO) can be implemented using a drive that changes the hole in the adjustable diaphragm, or moves a filter of variable optical density, etc. [2]. Transmitting TV tubes (dissectors, vidicons, orticons, pyrocons, etc.) can be used as a sensitive element. CCDs, rulers and matrices of IR elements, etc. [2]. The illumination signal generating unit (BFSO) can be implemented similarly to [3] if a signal is proportional to the illumination of the entire target of the sensing element or [4] if it is required to maintain the optimum illumination on the receiver part.

Задатчик сигнала минимизации может быть реализован на потенциометре при аналоговой реализации или с использованием элементов памяти при использовании цифровых микросхем. Коммутатором могут служить электромагнитные реле, полупроводниковые или оптронные ключи и т.п. The minimizer of the signal minimizer can be implemented on a potentiometer with an analog implementation or using memory elements when using digital microcircuits. The switch can be electromagnetic relays, semiconductor or optocouplers, etc.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемой оптико-электронной схемы; на фиг.2 - график работы, 2 схема состоит из последовательно соединенных детектора входного потока излучения 6, порогового устройства 8 и коммутатора 7, последовательно соединенных чувствительного элемента 3 и блока формирования сигнала освещенности 4, задатчика сигнала минимизации 5, а также установленных перед чувствительным элементом блока прерывания потока излучения 1 и блока регулирования освещенности 2, причем вход БППИ соединен с выходом порогового устройства 8, а вход БРО через коммутатор 7 подключается к выходу БФСО или задатчика сигнала минимизации 5. Figure 1 shows the functional diagram of the proposed optoelectronic circuit; figure 2 is a work schedule, 2 the circuit consists of a series-connected detector of the input radiation flux 6, a threshold device 8 and a switch 7, connected in series to the sensing element 3 and the illumination signal generating unit 4, the signal minimizer 5, and also installed in front of the sensitive element block interruption of the radiation flux 1 and light control unit 2, and the input of the BPPI is connected to the output of the threshold device 8, and the input of the BRO through the switch 7 is connected to the output of the BFSO or Nala minimization 5.

Работа оптико-электронной системы осуществляется следующим образом. The work of the optoelectronic system is as follows.

На вход чувствительного элемента 3 поступает сформированный объективом оптико-электронной системы (ОЭС) поток излучения и преобразовывается в электрический сигнал. Этот электрический сигнал в БФСО осредняется для того, чтобы получить величину пропорциональную освещенности чувствительного элемента 3 или заданной его части. Через коммутатор 7 сигнал об освещенности попадает на вход блока регулирования освещенности 2, который изменяет проходящий через него поток излучения таким образом, чтобы освещенность чувствительного элемента 3 (заданной его части) оставалась постоянной [3]. The input of the sensing element 3 receives the radiation flux generated by the lens of the optoelectronic system (OES) and is converted into an electrical signal. This electrical signal in BFSO is averaged in order to obtain a value proportional to the illumination of the sensing element 3 or a given part thereof. Through the switch 7, the illumination signal enters the input of the light control unit 2, which changes the radiation flux passing through it so that the illumination of the sensitive element 3 (a given part of it) remains constant [3].

Если в поле зрения ОЭС попадает мощный источник излучения в спектральном диапазоне чувствительного элемента 3, то сигнал с выхода детектора входного потока излучения 6 превысит заданный уровень, и пороговое устройство 8 выдаст команду, по которой блок прерывания потока излучения 1 перекроет поток излучения к чувствительному элементу 3. If a powerful radiation source in the spectral range of the sensing element 3 enters the field of view of the ECO, then the signal from the output of the input radiation flux detector 6 will exceed a predetermined level, and the threshold device 8 will issue a command by which the interruption unit of the radiation flux 1 will block the radiation flux to the sensitive element 3 .

Освещенность чувствительного элемента 3 падает практически до нуля (фиг. 2) и, если не принять специальных мер, БРО перейдет в состояние максимального пропускания потока излучения. Тогда после выхода мощного источника излучения из поля зрения оптико-электронной системы (поток станет меньше Е_пр), когда после отмены команды с порогового устройства блок прерывания потока излучения откроется, освещенность на чувствительном элементе 3 (Е) резко превысит номинальное значение Е_н (фиг.2) прерывистая кривая в той же пропорции, что и отношение максимального ослабления БРО к минимальному. Такая пересветка чувствительного элемента 3 может вызвать выход его из строя.The illumination of the sensitive element 3 drops to almost zero (Fig. 2) and, if no special measures are taken, the BRO will go into a state of maximum transmission of the radiation flux. Then, after the powerful radiation source leaves the field of view of the optoelectronic system (the flux becomes less than E _ol ), when, after canceling the command from the threshold device, the radiation flux interruption unit opens, the illumination on the sensitive element 3 (E) will sharply exceed the nominal value of E _n (Fig. .2) an intermittent curve in the same proportion as the ratio of the maximum attenuation of BRO to the minimum. Such overexposure of the sensing element 3 may cause its failure.

Чтобы этого не произошло, при срабатывании порогового устройства 8 выдается команда также на вход управления коммутатора 7, который по этой команде подключает вход БРО к выходу задатчика сигнала минимизации 5. С задатчика сигнала минимизации (ЗСМ) выдается сигнал обеспечивающий изменение состояние блока регулирования освещенности 2 с максимальной скоростью в сторону уменьшения пропускания потока излучения. Тогда, если за время воздействия на ОЭС источника повышенной мощности БРО успеет перейти в предельное состояние, освещенность на чувствительном элементе после открытия БППИ начнет изменяться от номинального значения в сторону уменьшения (фиг.2). Если же БРО не успеет достигнуть предельно закрытого состояния, то, так как после открытия БППИ поток равен максимальному расчетному для БРО, последний будет уже находиться в состоянии движения к уменьшению освещенности на чувствительном элементе. Следовательно и величина и длительность воздействия импульса повышенной освещенности на чувствительный элемент будут существенно уменьшены, что снижает вероятность его выхода из строя. To prevent this, when the threshold device 8 is triggered, a command is also issued to the control input of the switch 7, which, by this command, connects the BRO input to the output of the minimization signal setter 5. From the minimization signal setter (ZSM), a signal is provided that changes the state of the lighting control unit for 2 s maximum speed in the direction of reducing the transmittance of the radiation flux. Then, if during the exposure to the ECO of a source of increased power, the BRO will have time to go to a limiting state, the illumination on the sensitive element after opening the BPPI will begin to change from the nominal value to the direction of decrease (figure 2). If the BROF does not have time to reach the extremely closed state, then, since after the opening of the BROF, the flow is equal to the maximum calculated for the BRO, the latter will already be in a state of movement to reduce the illumination on the sensitive element. Therefore, both the magnitude and duration of the exposure to a high-light pulse on the sensitive element will be significantly reduced, which reduces the likelihood of its failure.

Т. е. повышение надежности оптико-электронной системы достигается как за счет прерывания потока детектируемого излучения при превышении заданного уровня, так и ограничением попадающего на чувствительный элемент потока сразу после окончания воздействия мощного источника. That is, an increase in the reliability of the optoelectronic system is achieved both by interrupting the flow of detected radiation when the specified level is exceeded, and by limiting the flux that hits the sensitive element immediately after exposure to a powerful source.

Следует отметить, что время срабатывания блока прерывания потока излучения тем меньше, чем меньше линейные размеры поля зрения в месте установки БППИ. Поэтому БППИ целесообразно устанавливать в сходящемся пучке объектива ОЭС. It should be noted that the response time of the block of interruption of the radiation flux is shorter, the smaller the linear dimensions of the field of view at the installation of the BPPI. Therefore, it is advisable to install a BPPI in a converging beam of an ECO lens.

Таким образом очевидно, что повышение надежности оптико-электронной системы в предложенном техническом решении осуществляется за счет введения последовательно соединенных детектора входного потока излучения 6, порогового устройства 8, и блока прерывания потока излучения 1, а также задатчика сигнала минимизации 5, подключаемого по команде с порогового устройства 8 коммутатора 7 ко входу блока регулирования освещенности чувствительного элемента 2 вместо блока формирования сигнала освещенности 4. При этом дополнительный эффект достигается за счет установки БППИ в сходящемся пучке объектива. Thus, it is obvious that improving the reliability of the optoelectronic system in the proposed technical solution is achieved by introducing a sequentially connected detector of the input radiation flux 6, a threshold device 8, and an interruption unit of the radiation flux 1, as well as a signal minimizer 5 connected by a threshold command the device 8 of the switch 7 to the input of the illumination control unit of the sensing element 2 instead of the illumination signal generating unit 4. An additional effect is achieved I am due to the installation of BPPI in a converging beam of the lens.

Claims

1. Optoelectronic system containing a lens, a unit for controlling the illumination of the sensitive element, series-connected sensitive element and a unit for controlling the illumination signal, the output of which is connected to the first input of the switch, the output of which is connected to the control input of the unit for controlling the illumination of the sensor, characterized in that a minimization signal adjuster, an interruption unit, an input radiation detector, and a threshold unit are introduced, the input of the threshold unit being connected to the output of the input radiation flux detector, the output with the input of the radiation flux interruption block and the control input of the switch, the second input of which is connected to the output of the minimization signal setter, the inputs of the radiation flux interruption block and the input radiation flux detector are combined and optically coupled to the lens.

2. The system according to claim 1, characterized in that the block interrupting the radiation flux is installed in a converging beam of the objective of the optoelectronic system.