RU2202814C1 - Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов - Google Patents

Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов Download PDF

Info

Publication number
RU2202814C1
RU2202814C1 RU2002113721/28A RU2002113721A RU2202814C1 RU 2202814 C1 RU2202814 C1 RU 2202814C1 RU 2002113721/28 A RU2002113721/28 A RU 2002113721/28A RU 2002113721 A RU2002113721 A RU 2002113721A RU 2202814 C1 RU2202814 C1 RU 2202814C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
averaging
inspected
radiation
microprocessor
retroreflector
Prior art date
Application number
RU2002113721/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Н.В. Барышников
В.Б. Бокшанский
зовых М.В. В
М.В. Вязовых
И.В. Животовский
В.Е. Карасик
В.Б. Немтинов
Ю.В. Хомутский
Original Assignee
Барышников Николай Васильевич
Бокшанский Василий Болеславович
Вязовых Максим Вячеславович
Животовский Илья Вадимович
Карасик Валерий Ефимович
Немтинов Владимир Борисович
Хомутский Юрий Васильевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Барышников Николай Васильевич, Бокшанский Василий Болеславович, Вязовых Максим Вячеславович, Животовский Илья Вадимович, Карасик Валерий Ефимович, Немтинов Владимир Борисович, Хомутский Юрий Васильевич filed Critical Барышников Николай Васильевич
Priority to RU2002113721/28A priority Critical patent/RU2202814C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2202814C1 publication Critical patent/RU2202814C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Устройство относится к области оптического приборостроения, преимущественно к оптико-электронным устройствам измерения отражательных характеристик объектов. Устройство содержит источник излучения и последовательно установленные по ходу его излучения формирующую оптическую систему, инспектируемый и эталонный световозвращатели, первый светоделитель, приемный коллиматор, второй светоделитель, в одном плече которого установлена проекционная система и матрица ПЗС, в другом плече - конденсорная линза и приемник излучения, выход которого сопряжен со входом цифрового вольтметра. Выход матрицы ПЗС и выход цифрового вольтметра соединены со входом микропроцессора, выполненного с возможностью регулирования измерительного телесного угла усреднения Ωизм в соответствии с величиной измеряемого показателя световозвращения и телесного угла усреднения Ωэт, соответствующего индикатрисе отражения от эталонного световозвращателя, а также вычисления значения показателя световозвращения Rсв инспектируемого световозвращателя, усредненного в телесном угле Ωизм. Обеспечивается повышение производительности измерительной установки и повышение точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, преимущественно к устройствам для измерения отражательных характеристик оптико-электронных приборов.
Известна лабораторная установка для измерения основной отражательной характеристики оптико-электронных приборов (ОЭП) - показателя световозвращения (ПСВ), описанная в [1] и содержащая: источник излучения и последовательно установленные по ходу его излучения формирующую оптическую систему, апертурную диафрагму диаметром DСВ, инспектируемый световозвращатель (СВ) или эталонный СВ с ПСВ R=Rэт, и далее, последовательно установленные по ходу отраженного СВ излучения светоделитель, глухое зеркало, приемный коллиматор (с фокусным расстоянием f'), в фокальной плоскости которого установлены сменные измерительные диафрагмы с диаметрами dк, и далее - оптический светоделитель, в одном плече которого расположена проекционная оптическая система и ПЗС-матрица, плоскость установки которой оптически сопряжена с фокальной плоскостью приемного коллиматора, выход которой соединен со входом видеомонитора, в другом плече - конденсорная линза и приемник излучения (ПИ), выход которого соединен со входом цифрового вольтметра, а значение ПСВ инспектируемого ОЭП, усредненное в телесном угле
Figure 00000002

определяется по выражению
Figure 00000003

где Uэт - напряжение измерительного сигнала от эталонного световозвращателя, снимаемого с ПИ, UСВ - напряжение измерительного сигнала от контролируемого СВ, Rэт - известный ПСВ эталонного СВ.
При подсветке оптической системы ОЭП узконаправленным зондирующим лазерным излучением наблюдается эффект световозвращения, при этом ОЭП представляет собой СВ. Эффект световозвращения проявляется в том, что независимо от угла подсвета (пеленга) ОЭП зондирующим излучением, отраженное ОЭП излучение распространяется в направлении, близком к направлению его падения. Такой характер отражения связан с автоколлимационным ходом лучей в типичной оптической системе облучаемого ОЭП, в фокальной плоскости которой находится, как правило, какой-либо отражающий элемент (измерительная сетка, приемник излучения (ПИ) и др.). Излучение подсвета проходит через объектив в прямом ходе, фокусируется им, например, в плоскости ПИ, отражается от него, а затем проходит через объектив, но уже в обратном ходе. В результате после прохождения выходного зрачка ОЭП формируется индикатриса ретроотраженного излучения, угловой размер которой не превышает несколько мрад., а форма определяется конструкцией оптической системы и ее аберрационными характеристиками.
Основными отражательными энергетическими характеристиками ОЭП являются: R - показатель световозвращения; I - индикатриса отражения.
ПСВ ОЭП - в некотором направлении распространения ретроотраженного излучения представляет собой отношение силы света излучения, отраженного в выбранном направлении, к облученности входного зрачка ОЭП:
Figure 00000004

где Iэ(θ,α) - энергетическая сила света, отраженная от ОЭП, т.е. индикатриса; θ,α - углы, характеризующие направление от оси индикатрисы отражения; Еэ - энергетическая освещенность входного зрачка ОЭП.
Совокупность ПСВ по всем направлениям составляет нормированную пространственную индикатрису отражения световозвращателя.
По своему определению ПСВ является внутренней характеристикой ОЭП, не зависящей от условий подсвета и приема отраженного излучения. Реально может быть измерена величина ПСВ, усредненная по некоторому конечному телесному углу Ω
Figure 00000005

Измерение ПСВ могут проводиться как в натурных условиях (дистанционные измерения), так и в лабораторных, имитирующих механизм отражения от ОЭП и приема отраженного излучения на дальностях L_→ ∞. При дистанционных измерениях значения ПСВ усредняются по телесному углу
Figure 00000006

где D - диаметр входного зрачка приемной системы; L - расстояние до ОЭП.
При лабораторных измерениях значения ПСВ усредняются по телесному углу
Figure 00000007

где d - диаметр усредняющей измерительной диафрагмы; f' - фокусное расстояние приемного коллиматора.
В известной лабораторной установке измерение ПСВ осуществляется относительным способом, путем непосредственного сравнения сигнала, отраженного от исследуемого СВ, с сигналом от эталонного отражателя с известным ПСВ. Таким отражателем может служить, например, отражатель в виде сферического зеркала, ПСВ которого с высокой точностью может быть определено по формуле:
Figure 00000008

где ρ - коэффициент отражения по интенсивности от поверхности сферы;
rэт - радиус образующей сферы.
Исследуемый или эталонный СВ с диаметром входного зрачка DСВ облучается коллимированным пучком монохроматического излучения, создающим на его входном зрачке равномерную освещенность. Излучение от СВ отражается от полупрозрачного зеркала и направляется в объектив приемного коллиматора. Распределение интенсивности в его фокальной плоскости с точностью до постоянного множителя совпадает с угловым распределением (индикатрисой) отраженного излучения I(α).
Центр индикатрисы соответствует местоположению зондирующего излучателя. Измерительная диафрагма диаметром d, расположенная в фокальной плоскости, усредняет значение ПСВ по телесному углу Ω (4).
Поток, отраженный исследуемым СВ, прошедший через измерительную диафрагму, регистрируется фотоприемником, сигнал с которого
Figure 00000009

где
Figure 00000010
- усредненная по телесному углу Ω сила света, отраженного от СВ;
τ - коэффициент пропускания по интенсивности оптического тракта СВ - фотоприемник;
S(λ) - абсолютная спектральная чувствительность фотоприемника.
Сигнал, пропорциональный освещенности Е входного зрачка СВ, регистрируется при установке на место ОЭП эталонного СВ в виде сферического зеркала с известным ПСВ Rэт
Figure 00000011

Расчетная формула для определения ПСВ СВ получается из выражений (6) и (7).
Figure 00000012

Для увеличения динамического диапазона измеряемых ПСВ необходимо использовать набор измерительных диафрагм разных диаметров. Таким образом, измерение ПСВ данным способом представляет собой итерационный процесс. После смены измерительной диафрагмы, необходимо повторить измерения, предварительно точно отъюстировав диафрагму.
К недостаткам данного устройства можно отнести следующее:
1. Необходима достаточно точная и трудоемкая операция по юстировке измерительной диафрагмы, позволяющая совместить центр диафрагмы с центром индикатрисы. Как правило, требуемая точность выставки измерительной диафрагмы составляет 0,05 мм. Процесс настройки и измерения связан с визуальной регистрацией пространственного распределения лазерного излучения и это связано с субъективными погрешностями юстировки.
2. Низкая точность измерения, обусловленная погрешностями визуальной юстировки измерительной диафрагмы.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности измерительной установки и повышение точности измерений.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения показателя световозвращения, включающем источник излучения и последовательно установленные по ходу его излучения формирующую оптическую систему, установленные с возможностью замены инспектируемый и эталонный световозвращатели, первый светоделитель, приемный коллиматор, второй светоделитель, в одном плече которого установлена проекционная система и матрица ПЗС, плоскость установки которой оптически сопряжена с фокальной плоскостью приемного коллиматора, в другом плече - конденсорная линза и приемник излучения, выход которого сопряжен со входом цифрового вольтметра, выход матрицы ПЗС и выход цифрового вольтметра соединены со входом микропроцессора, выполненного с возможностью регулирования измерительного телесного угла усреднения Ωизм в соответствии с величиной измеряемого показателя световозвращения и телесного угла усреднения Ωэт, соответствующего индикатрисе отражения от эталонного световозвращателя, а также вычисления значения показателя световозвращения RСВ инспектируемого световозвращателя, усредненного в телесном угле Ωизм, по выражению
Figure 00000013

где UСВmax - напряжение сигнала, снимаемого с приемника излучения при регистрации излучения, отраженного от инспектируемого световозвращателя, и вычисленное микропроцессором в телесном угле усреденения Ωизм,
Uэтmax - напряжение сигнала, снимаемого с приемника излучения при регистрации излучения, отраженного от эталонного световозвращателя, и вычисленное микропроцессором в телесном угле усреденения Ωэт,
Figure 00000014
- поток, падающий на матрицу ПЗС при регистрации излучения, отраженного от инспектируемого световозвращателя, и вычисленный микропроцессором в телесном угле усреднения Ωизм,
Фсвэт) - поток, падающий на матрицу ПЗС при регистрации излучения, отраженного от инспектируемого световозвращателя, и вычисленный микропроцессором в телесном угле усреднения Ωэт,
Rэт - показатель световозвращения эталонного световозвращателя.
Как правило, инспектируемый световозвращатель представляет собой оптический или оптико-электронный прибор.
В частности, первый светоделитель выполнен в виде светоделительного и глухого зеркал, установленных под углом к оптической оси.
Для обеспечения визуального наблюдения с выходом микропроцессора соединен видеомонитор.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена известная из [1] схема установки для измерения ПСВ;
на фиг. 2 - примерный вид индикатрис: а) эталонного СВ, б) инспектируемого ОЭП;
на фиг.3 - схема установки для измерения ПСВ согласно изобретению.
Лабораторная установка содержит источник излучения 1, например, в виде лазера, формирующую оптическую систему 2, объектив коллиматора 3, светоделительную пластину 4, апертурную диафрагму 5, блок 6, представляющий собой эталонный СВ или инспектируемый ОЭП, глухое зеркало 7, объектив 8 коллиматора, светоделительный кубик 9, проекционную оптическую систему 10, ПЗС-матрицу 11, устройство видеоввода 12, микропроцессор 13, видеомонитор 14, конденсор 15, ПИ 16, цифровой вольтметр 17. В предлагаемой установке, в отличие от известной, отсутствуют сменные усредняющие измерительные диафрагмы 18.
Измерение ПСВ осуществляется также относительным способом, путем сравнения значения рассчитанного сигнала от исследуемого СВ с рассчитанным значением сигнала от эталонного отражателя с известным ПСВ при угле усреднения Ωизм.
Расчетная формула для определения ПСВ СВ при Ω = Ωизм аналогична (8) и имеет вид
Figure 00000015

Виртуальная измерительная диафрагма, задающая углы усреднения Ωизм и Ωэт, вводится микропроцессором и имитирует роль реальной измерительной диафрагмы 18.
При выполнении измерений микропроцессор 13 регистрирует сигнал с ПИ 16 и с ПЗС-матрицы 11 соответственно. С ПИ на вход микропроцессора поступает напряжение сигналов Uэтmax и UСВmax от эталонного СВ и инспектируемого ОЭП при максимальном угле усреднения
Figure 00000016
(см. фиг. 2), соответствующее расходимости излучения
Figure 00000017
при отражении от эталонного СВ.
Сигнал, снимаемый с ПИ, пропорционален пространственно-угловому распределению яркости индикатрисы при отражении от СВ
Figure 00000018

На ПЗС-матрице формируется скрытое электронное изображение в виде пространственного распределения зарядовых пакетов, соответствующих пространственно-угловому распределению силы света сечения индикатрисы при отражении от СВ. С ПЗС-матрицы на вход микропроцессора поступают зарядовые пакеты, накопленные ПЗС-матрицей, за время кадра Тн от эталонного СВ и инспектируемого ОЭП при максимальном угле усреднения Ωэт. Микропроцессор по легко реализуемому алгоритму, который математически представляет собой решение задачи интегрирования, вычисляет поток, попадающий на ПЗС-матрицу, от эталонного СВ и инспектируемого ОЭП
Figure 00000019

Виртуальная диафрагма диаметром d ограничивает область интегрирования по телесному углу Ω (4). При интегрировании необходимо правильно выбрать область интегрирования, т.е. необходимо совместить центр виртуальной диафрагмы с энергетическим центром индикатрисы. Это с высокой точностью реализуется микропроцессором по простому алгоритму, который математически представляет собой решение известной задачи нахождения центра тяжести тела. Введение виртуальной диафрагмы позволяет избавиться от механической юстировки, что повышает точность измерений.
Наличие светоделительного кубика 9 позволяет одновременно регистрировать сигнал с ПИ и ПЗС-матрицы. ПИ интегрирует по площади пространственно-угловое распределение силы света сечения индикатрисы при отражении от СВ (фиг.2) и формирует напряжения сигналов Uэтmax и UСВmax от эталонного СВ и инспектируемого ОЭП. ПЗС-матрица регистрирует пространственно-угловое распределение силы света сечения индикатрисы при отражении от СВ. Микропроцессор рассчитывает напряжение сигнала от эталона Uэтизм и от инспектируемого ОЭП UСВизм, соответствующее измерительному углу усреднения Ωизм
Figure 00000020

Figure 00000021

Эталонный световозвращатель в виде сферического зеркала имеет сечение индикатрисы ретроотражения, представляющее собой равномерно засвеченный круг и описываемое функцией circ, тогда рассчитываемое микропроцессором напряжение сигнала от эталона Uэтизм соответствует измерительному углу усреднения
Figure 00000022

Окончательно, из (9), (12), (13) формула для расчета ПСВ примет вид
Figure 00000023

Все вычислительные процедуры, выполняемые микропроцессором, осуществляются по известным, простым и легко реализуемым алгоритмам.
По сравнению с известной лабораторной установкой для измерения ПСВ ОЭП, заявляемое устройство позволяет повысить производительность измерительной установки и повысить точность измерений, путем введения виртуальной диафрагмы и введения микропроцессорного управления при расчете ПСВ и угла усреднения, тем самым, исключая влияние субъективной визуальной юстировки. По сравнению с аналогом, в данной установке возможно легко реализуемое применение более мелкой градации углов усреднения или диаметров виртуальных измерительных диафрагм, что приводит к дополнительному повышению точности измерения ПСВ.
Источники информации
1. Барышников Н. В. , Карасик В.Е., Лабораторные исследования пространственно-частотных характеристик оптических световозвращающих систем.// Вестник МГТУ. Сер.: Приборостроение. Спец.выпуск "Лазерные и оптико-электронные приборы и системы", 1998, с. 11-15.

Claims (4)

1. Устройство для измерения показателя световозвращения, включающее источник излучения и последовательно установленные по ходу его излучения формирующую оптическую систему, установленные с возможностью замены инспектируемый и эталонный световозвращатели, первый светоделитель, приемный коллиматор, второй светоделитель, в одном плече которого установлена проекционная система и матрица ПЗС, плоскость установки которой оптически сопряжена с фокальной плоскостью приемного коллиматора, в другом плече - конденсорная линза и приемник излучения, выход которого сопряжен со входом цифрового вольтметра, отличающееся тем, что выход матрицы ПЗС и выход цифрового вольтметра соединены со входом микропроцессора, выполненного с возможностью регулирования измерительного телесного угла усреднения Ωизм в соответствии с величиной измеряемого показателя световозвращения и телесного угла усреднения Ωэт, соответствующего индикатриссе отражения от эталонного световозвращателя, а также вычисления значения показателя световозвращения
Figure 00000024
инспектируемого световозвращателя, усредненного в телесном угле Ωизм по выражению
Figure 00000025

где UСВmax - напряжение сигнала, снимаемого с приемника излучения при регистрации излучения, отраженного от инспектируемого световозвращателя, и вычисленное микропроцессором в телесном усреднения Ωизм;
Uэтmax- напряжение сигнала, снимаемого с приемника излучения при регистрации излучения, отраженного от эталонного световозвращателя, и вычисленное микропроцессором в телесном угле усреднения Ωэт;
ФCBизм) - поток, падающий на матрицу ПЗС при регистрации излучения, отраженного от инспектируемого световозвращателя, и вычисленный микропроцессором в телесном угле усреднения Ωизм;
ФCBэт) - поток, падающий на матрицу ПЗС при регистрации излучения, отраженного от инспектируемого световозвращателя, и вычисленный микропроцессором в телесном угле усреднения Ωэт;
Rэт- показатель световозвращения эталонного световозвращателя.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инспектируемый световозвращатель представляет собой оптический или оптико-электронный прибор.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что первый светоделитель выполнен в виде светоделительного и глухого зеркал, установленных под углом к оптической оси.
4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что с выходом микропроцессора соединен видеомонитор.
RU2002113721/28A 2002-05-28 2002-05-28 Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов RU2202814C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002113721/28A RU2202814C1 (ru) 2002-05-28 2002-05-28 Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002113721/28A RU2202814C1 (ru) 2002-05-28 2002-05-28 Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2202814C1 true RU2202814C1 (ru) 2003-04-20

Family

ID=20255729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002113721/28A RU2202814C1 (ru) 2002-05-28 2002-05-28 Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2202814C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497091C2 (ru) * 2011-08-02 2013-10-27 Лев Алексеевич Иванов Способ измерения параметров световозвращения

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Вестник МГТУ. Сер.: Приборостроение. Спец.выпуск "Лазерные и оптико-электронные приборы и системы", 1998, с. 11-15. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497091C2 (ru) * 2011-08-02 2013-10-27 Лев Алексеевич Иванов Способ измерения параметров световозвращения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7298468B2 (en) Method and measuring device for contactless measurement of angles or angle changes on objects
US7495762B2 (en) High-density channels detecting device
CN111208496B (zh) 一种激光雷达的校准装置及校准方法
US4441816A (en) Optical double-slit particle measuring system
US12000752B2 (en) Deflectometry measurement system
US5339151A (en) Spectrometer for lensometer
US6166813A (en) Retroreflectometer and method for measuring retroreflectivity of materials
CN107561007A (zh) 一种薄膜测量装置和方法
US6816246B2 (en) Method for measuring light transmittance and apparatus therefor
JPH038686B2 (ru)
US8675194B2 (en) Apparatus for measuring the retroreflectance of materials
CN107782697A (zh) 宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置
CN106441655A (zh) 玻璃表面应力检测装置
CN206399566U (zh) 玻璃表面应力检测装置以及用于其的检测棱镜
CN204855730U (zh) 一种用于科学级ccd感光均匀性检测的检测装置
RU2202814C1 (ru) Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов
JP2000241128A (ja) 面間隔測定方法および装置
CN206019885U (zh) 玻璃表面应力检测装置
CN104359810A (zh) 一种远程无线pm2.5浓度检测装置
BRPI0708821A2 (pt) sistema de mediÇço de autocalibraÇço
RU2329475C1 (ru) Устройство для измерения характеристик светорассеяния оптико-электронных приборов
JPH03214038A (ja) 空気中に散布されたエアロゾルと粉麈などの測定装置
RU2179789C2 (ru) Лазерный центратор для рентгеновского излучателя
RU59828U1 (ru) Прибор для измерения оптических свойств и картографирования оптических объектов (варианты)
CN106500891A (zh) 玻璃表面应力检测装置以及用于其的检测棱镜

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040529

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070529

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080529