RU2413267C2 - Collimator for tuning multichannel television system - Google Patents
Collimator for tuning multichannel television system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413267C2 RU2413267C2 RU2009109915/28A RU2009109915A RU2413267C2 RU 2413267 C2 RU2413267 C2 RU 2413267C2 RU 2009109915/28 A RU2009109915/28 A RU 2009109915/28A RU 2009109915 A RU2009109915 A RU 2009109915A RU 2413267 C2 RU2413267 C2 RU 2413267C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- test object
- lens
- collimator
- light source
- emitters
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при юстировке и настройке телевизионных камер многоканальной телевизионной системы.The invention relates to optical instrumentation and can be used when adjusting and adjusting television cameras multichannel television system.
Известно устройство [1] на основе коллиматора, содержащее щелевую диафрагму, установленную в фокальной плоскости объектива коллиматора, которая подсвечивается лампой накаливания через конденсорные линзы и светофильтры, проекционный объектив и ПЗС линейку.A device [1] based on a collimator containing a slit aperture mounted in the focal plane of the collimator lens, which is illuminated by an incandescent lamp through condenser lenses and filters, a projection lens and a CCD line, is known.
Недостатком устройства является наличие проекционного объектива и щелевой диафрагмы, качественное изображение которой требует дополнительной математической обработки.The disadvantage of this device is the presence of a projection lens and a slit diaphragm, a high-quality image of which requires additional mathematical processing.
Известно устройство [2] на основе коллиматора, включающее расположенные на одной оптической оси источник света, штриховую миру с заданной пространственной частотой, снабженную механизмом перемещения перпендикулярно оптической оси, объектив коллиматора, ТВ-камеру с ПЗС-матрицей для обработки измерительной информации, при этом для обеспечения равномерной засветки штриховой миры между источником света и штриховой мирой расположено молочное стекло, а для выделения определенного спектрального диапазона между молочным стеклом и штриховой мирой установлен светофильтр.A device [2] based on a collimator, including a light source located on one optical axis, a dashed world with a given spatial frequency, equipped with a mechanism for moving perpendicular to the optical axis, a collimator lens, a TV camera with a CCD matrix for processing measurement information, while for to ensure uniform illumination of the dashed worlds between the light source and the dashed world, milk glass is located, and to highlight a certain spectral range between milk glass and dashed the world has a light filter.
К недостаткам этого устройства относятся оптическое рассогласование объектива коллиматора и источника света, необходимость использования светофильтра, полихроматический источник света, механизм перемещения штриховой миры.The disadvantages of this device include optical mismatch between the collimator lens and the light source, the need to use a light filter, a polychromatic light source, and the mechanism for moving the dashed worlds.
Перечисленная совокупность недостатков устройства приводит к низким эксплуатационным и оптическим параметрам, снижает степень надежности устройства из-за сложности конструкции и технологии изготовления узлов и их взаимной юстировки.The above set of disadvantages of the device leads to low operational and optical parameters, reduces the degree of reliability of the device due to the complexity of the design and manufacturing technology of the nodes and their mutual alignment.
Дело в том, что лампа накаливания в качестве источника света излучает в широком диапазоне длин волн. Это означает, что для получения качественного изображения штриховой миры необходим объектив коллиматора, в котором обеспечена коррекция хроматических аберраций. Такое требование усложняет расчет, конструкцию, а также изготовление объектива. Оптическое согласование по спектру излучения предпринято за счет применения светофильтра, который усложняет конструкцию и технологию изготовления устройства. Кроме того, использование лампы накаливания не является экономичным в силу того, что мал коэффициент преобразования электрической мощности в световую, и сама подводимая электрическая энергия питания лампы весьма существенна. Применение механизма перемещения штриховой миры вызывает необходимость применения высокоточной, а потому затратной, технологии изготовления отдельных деталей и приводит к значительным погрешностям при измерениях по второму информационному каналу.The fact is that an incandescent lamp emits a wide range of wavelengths as a light source. This means that to obtain a high-quality image of the dashed worlds, a collimator lens is needed, in which correction of chromatic aberrations is provided. This requirement complicates the calculation, design, and manufacturing of the lens. Optical matching in the emission spectrum was undertaken through the use of a light filter, which complicates the design and manufacturing technology of the device. In addition, the use of an incandescent lamp is not economical due to the fact that the coefficient of conversion of electric power into light is small, and the supplied electric energy for supplying the lamp is very significant. The use of the mechanism of moving the dashed worlds necessitates the use of high-precision, and therefore costly, technology for the manufacture of individual parts and leads to significant errors in measurements on the second information channel.
Задачей изобретения является создание надежного в эксплуатации, простого в изготовлении, сборке и настройке коллиматора, позволяющего проводить работы одновременно с двумя камерами телевизионной системы, содержащего объектив, отличающийся малыми габаритами, простотой конструкции и изготовления, обеспечивающий во взаимосвязи с источником света требуемое качество изображения; надежный и экономичный источник света, оптически связанный с объективом для обеспечения требуемого качества изображения, создающий равномерную освещенность тест-объекта, обеспечивающий необходимую мощность излучения во времени и постоянную мощность излучения при изменении температуры, тест-объект, рассеивающий элемент и светоделительный блок, при этом перечисленные элементы расположены в корпусе коллиматора по одной оптической оси, а источник света, объектив и фотоприемник ТВ-камеры оптически согласованы между собой и с наблюдателем, причем выбранная длина волны видимого диапазона позволяет предварительно оценивать качество сборки коллиматора и проводить визуальную настройку его оптической системы.The objective of the invention is to create a reliable in operation, easy to manufacture, assemble and configure a collimator that allows you to work simultaneously with two cameras of a television system containing a lens characterized by small dimensions, simplicity of design and manufacture, providing, in conjunction with a light source, the required image quality; a reliable and economical light source that is optically coupled to the lens to provide the required image quality, creating a uniform illumination of the test object, providing the necessary radiation power in time and constant radiation power when the temperature changes, test object, scattering element and beam splitting unit, while the elements are located in the collimator housing along one optical axis, and the light source, lens, and photodetector of the TV camera are optically aligned with each other and with the observer m, wherein the selected wavelength of visible wavelength range allows pre-evaluate the quality of the collimator assembly and conduct a visual configuration of its optical system.
Технический результат достигается тем, что в корпусе коллиматора на оптической оси расположены плата источника света, рассеивающий элемент, тест-объект, объектив и светоделительный блок, при этом объектив минимизирован по габаритам, оптимизирован по конструктивной простоте, технологической реализации и обеспечивает построение изображения тест-объекта в бесконечности с требуемым качеством изображения; источник света представляет собой матрицу последовательно включенных в электрическую схему светодиодов, излучающих в видимом диапазоне длин волне; светоделительный блок выполнен с возможностью разделения изображения тест-объекта, построенного объективом, на два геометрически и энергетически одинаковых изображения, что позволяет проводить работы одновременно с двумя камерами телевизионной системы, визирные оси которых параллельны между собой; при этом тест-объект и рассеивающий элемент - компоненты с заранее заданными параметрами.The technical result is achieved by the fact that in the collimator case on the optical axis there is a light source board, a scattering element, a test object, a lens and a beam splitting unit, while the lens is minimized in size, optimized for constructive simplicity, technological implementation and provides the construction of an image of the test object at infinity with the required image quality; the light source is a matrix of LEDs sequentially included in the electrical circuit emitting in the visible range of wavelengths; the beam splitting unit is capable of dividing the image of the test object constructed by the lens into two geometrically and energetically identical images, which allows working simultaneously with two cameras of the television system, the target axes of which are parallel to each other; wherein the test object and the scattering element are components with predetermined parameters.
Конструктивная простота объектива предполагает возможность получения некачественного изображения из-за комплекса монохроматических и хроматических аберраций. Ограничение рабочего спектрального диапазона объектива позволило свести к минимуму влияние хроматических аберраций (хроматизма положения, сферохроматизма), что позволило обеспечить требуемое качество изображения. Поэтому объектив выполнен для работы в узком спектральном диапазоне.The constructive simplicity of the lens suggests the possibility of obtaining low-quality images due to a complex of monochromatic and chromatic aberrations. The limitation of the working spectral range of the lens made it possible to minimize the influence of chromatic aberrations (position chromatism, spherochromatism), which made it possible to ensure the required image quality. Therefore, the lens is designed to operate in a narrow spectral range.
В отличие от прототипа необходимый спектральный диапазон выделяется не при помощи использования цветных фильтров, а формируется выбором источника света, обеспечивающего оптическую взаимосвязь источника света и объектива.In contrast to the prototype, the necessary spectral range is not allocated using color filters, but is formed by the choice of a light source, which provides an optical relationship between the light source and the lens.
Источник света создает равномерную освещенность в плоскости тест-объекта в силу того, что дискретные элементарные излучатели расположены так, что геометрия их расположения подобна геометрии тест-объекта.The light source creates uniform illumination in the plane of the test object due to the fact that discrete elementary emitters are arranged so that their geometry is similar to the geometry of the test object.
Кроме того, источник света комплектуется дискретными элементарными излучателями с предварительно обработанной шлифованием (для увеличения рассеяния) поверхностью излучения. Такое дополнительное рассеяние в совокупности с рассеивающим элементом резко повышает равномерность освещенности в плоскости тест-объекта, что позволяет отказаться от использования конденсорной оптической системы.In addition, the light source is equipped with discrete elementary emitters with a pre-treated grinding surface (to increase scattering). Such additional scattering in combination with a scattering element sharply increases the uniformity of illumination in the plane of the test object, which eliminates the use of a condenser optical system.
Особое значение имеет оптическое согласование между наблюдателем, источником света, объективом и фотоприемником ТВ-камеры. Дело в том, что выбор одинаковой рабочей длины волны излучения, например λ=0,85 мкм, для источника света, объектива и фотоприемника ТВ-камеры является условием, необходимым для функционирования системы, но совсем недостаточным для включения в процесс настройки наблюдателя. Ввиду этого рабочая длина волны выбрана такой, чтобы осуществить визуальную настройку коллиматора.Of particular importance is the optical matching between the observer, the light source, the lens and the photodetector of the TV camera. The fact is that the choice of the same working radiation wavelength, for example, λ = 0.85 μm, for the light source, lens, and photodetector of the TV camera is a condition necessary for the functioning of the system, but not enough to include the observer in the process of setting up. In view of this, the working wavelength is chosen so as to visually adjust the collimator.
Необходимый уровень освещенности в плоскости тест-объекта вне зависимости от времени обеспечивается выставлением мощности излучения источника света на уровень, обеспечивающий значительное превышение минимального порога освещенности тест-объекта.The required level of illumination in the plane of the test object, regardless of time, is provided by setting the radiation power of the light source to a level that significantly exceeds the minimum threshold of illumination of the test object.
Постоянство излучаемой источником света мощности при изменении температуры достигается введением в электрическую схему питания сопротивления, величина которого изменяется в зависимости от температуры. Выставив определенное значение тока в электрической цепи питания при определенных величинах термосопративления и температуры, получим это же значение тока в цепи при колебаниях температуры от выставленного значения.The constancy of the power emitted by the light source when the temperature changes is achieved by introducing resistance into the electrical circuit, the value of which varies depending on the temperature. By setting a certain value of the current in the electric power circuit at certain values of thermal resistance and temperature, we get the same value of the current in the circuit when the temperature fluctuates from the set value.
Равномерность освещенности тест-объекта достигается также включением дискретных элементарных излучателей в последовательную цепь. При этом через каждый излучатель протекает одинаковый ток, что вызывает одинаковую излучаемую мощность каждым элементарным излучателем.The uniformity of illumination of the test object is also achieved by the inclusion of discrete elementary emitters in a serial circuit. In this case, the same current flows through each emitter, which causes the same radiated power by each elementary emitter.
Элементарные излучатели, из которых состоит источник света, располагаются от тест-объекта с рассеивающим элементом на расстоянии, которое определяется выражением:The elementary emitters that make up the light source are located from the test object with a scattering element at a distance that is determined by the expression:
где l - расстояние между поверхностью дискретных элементарных излучателей и плоскостью тест-объекта; I - сила света элементарного дискретного излучателя; Е - освещенность светлого фона в плоскости тест-объекта; а - коэффициент равномерности, зависящий от геометрических и оптических параметров отдельного дискретного элементарного излучателя и их количества в электрической схеме, геометрии их расположения на плате.where l is the distance between the surface of the discrete elementary emitters and the plane of the test object; I is the light intensity of an elementary discrete emitter; E - illumination of a light background in the plane of the test object; a - uniformity coefficient, depending on the geometric and optical parameters of a single discrete elementary emitter and their quantity in the electrical circuit, the geometry of their location on the board.
где ST-T - площадь тест-таблицы, SИИ - площадь платы источника света.where S TT is the area of the test table, S AI is the area of the light source board.
где k - коэффициент заполнения дискретными элементарными излучателями платы с площадью SИИ (может принимать значения в диапазоне величин 0,3-1);where k is the fill factor with discrete elementary radiators of the board with the area S II (can take values in the range of values 0.3-1);
UП - напряжение питания электрической схемы;U P - supply voltage of the electrical circuit;
UС - напряжение питания дискретного элементарного излучателя;U C is the supply voltage of the discrete elementary emitter;
SС - площадь излучающей поверхности дискретного элементарного излучателя.S With - the area of the radiating surface of a discrete elementary emitter.
Объектив коллиматора оптически сопряжен со светоделительным блоком. Определенное положение светоделительного блока относительно объектива, как показали теоретические на основе компьютерного моделирования и практические исследования, позволяют получить как в первом, так и, в особенности, во втором телевизионных каналах световые потоки достаточной мощности и равной величины. Это особенно важно в случае, если телевизионные камеры различаются входными оптическими параметрами.The collimator lens is optically coupled to a beam splitting unit. A certain position of the beam splitting unit relative to the lens, as shown by theoretical on the basis of computer modeling and practical research, allows to obtain in the first, and especially in the second television channels, light fluxes of sufficient power and equal magnitude. This is especially important if television cameras differ in input optical parameters.
Заявленная совокупность отличительных признаков направлена на получение заявленного технического результата.The claimed combination of distinctive features is aimed at obtaining the claimed technical result.
Заявленный коллиматор изображен на фиг.1. Коллиматор содержит корпус 1, объектив 2 в оправе 3, тест-объект 4, рассеивающий элемент 5, плату 6 с дискретными элементарными излучателями 7, светоделительный блок 8, в держателе 9.The claimed collimator is shown in figure 1. The collimator comprises a
Заявленный коллиматор работает следующим образом. При включении электрической цепи элементарные дискретные излучатели освещают рассеивающий элемент, а через него - тест-объект, изображение которого объектив направляет на светоделительный блок. В светоделительном блоке поток делится на две равные части, каждая из которых попадает в соответствующий объектив каждой из ТВ-камер.The claimed collimator works as follows. When the electric circuit is switched on, elementary discrete emitters illuminate the scattering element, and through it a test object, the image of which the lens directs to the beam splitting unit. In the beam splitting unit, the stream is divided into two equal parts, each of which falls into the corresponding lens of each of the TV cameras.
Опытные испытания прошел коллиматор следующего конкретного исполнения. В корпусе из материала Д16Т размещена плата с 12-ю светодиодами, которые расположены в 4 ряда по 3 светодиода в каждом (фиг.2). Они расположены в прямоугольнике с размерами 24×32 мм2. Поверхности линз светодиодов сошлифованы на глубину 1,5 мм от вершины первоначальной сферы. Светодиоды включены в последовательную цепь с напряжением питания 27 В и «гасящим» сопротивлением 150 Ом, выполняющим роль термосопративления. Светодиоды типа КИПД136 В-К4 производства ОАО «Протон». Длина волны излучения λ=0,63 мкм.The collimator of the next specific design was tested. In the housing made of D16T material, there is a board with 12 LEDs, which are located in 4 rows of 3 LEDs in each (figure 2). They are located in a rectangle with
При заданных значениях I=14 кд, E=1000 лк, k=0,3, значение коэффициента a=0,24 и расстояние между тест-объекта и поверхностью дискретных элементарных излучателей l≈30 мм. В конкретной реализации расстояние l было сокращено из-за наличия рассеивающего элемента. Таким образом, на расстоянии 25 мм от сошлифованных поверхностей светодиодов размещено молочное стекло (рассеивающий элемент) и на расстоянии 1 мм от него находится универсальная телевизионная тест-таблица ТИТ 0249 с размером рисунка 24×32 мм2 (размеры тест-таблицы соответствует сформированной геометрии расположения и размерам расположения светодиодов). В передней фокальной плоскости объектива расположена тест-таблица (фиг.3). Объектив имеет параметры: f'=100 мм, D/f'=1:2,5. Малые габариты и простота конструкции объектива достигается применением в объективе только двух сферических линз. Наличие у двух линз общего радиуса влечет за собой простоту их изготовления и сборки, а исполнение в виде склеенного блока - простоту центрировки в оправах объектива.For given values of I = 14 cd, E = 1000 lux, k = 0.3, the coefficient value is a = 0.24 and the distance between the test object and the surface of discrete elementary emitters is l≈30 mm. In a particular implementation, the distance l has been reduced due to the presence of a scattering element. Thus, at a distance of 25 mm from the sanded surfaces of the LEDs, milk glass (scattering element) is placed and at a distance of 1 mm from it there is a universal television test table TIT 0249 with a picture size of 24 × 32 mm 2 (the dimensions of the test table correspond to the formed geometry of the arrangement and the size of the LEDs). In the front focal plane of the lens is a test table (figure 3). The lens has parameters: f '= 100 mm, D / f' = 1: 2.5. The small size and simplicity of the lens design is achieved by using only two spherical lenses in the lens. The presence of two lenses with a common radius entails the simplicity of their manufacture and assembly, and the execution in the form of a glued block - the simplicity of centering in the lens mounts.
К объективу примыкает призменный блок (фиг.4), выполненный в виде призмы, в основе которой лежат светоделительный кубик и призма АР-90. Необходимо отметить разные габаритные размеры составной призмы: светоделителный кубик имеет меньшие габаритные размеры, чем призма АР-90. Это сделано для удобства монтажа составной призмы в конструкции держателя, т.к. в этом случае отсутствует нежелательная нагрузка на место склейки кубика.The lens is adjacent to the prism unit (figure 4), made in the form of a prism, which is based on a beam splitting cube and the prism AP-90. It is necessary to note the different overall dimensions of the composite prism: the beam-splitting cube has smaller overall dimensions than the AR-90 prism. This is done for the convenience of mounting a composite prism in the holder design, as in this case there is no undesirable load on the place of gluing the cube.
Оптическая схема коллиматора приведена на фиг.5.The optical scheme of the collimator is shown in Fig.5.
По итогам опытных испытаний коллиматор принят к серийному производству.Based on the results of pilot tests, the collimator is accepted for serial production.
Источники информацииInformation sources
1. Бузанов В.И. КП ЦКБ «Арсенал» - ведущий разработчик оптических и оптико-электронных приборов и систем в Украине. Сб. МАК «Контенант» - 2002, октябрь, с.6-10.1. Buzanov V.I. KP TsKB Arsenal is a leading developer of optical and optoelectronic devices and systems in Ukraine. Sat IAC “Content” - 2002, October, p.6-10.
2. Патент RU 2282170, G01M 11/02 - прототип.2. Patent RU 2282170, G01M 11/02 - prototype.
Claims (3)
где l - расстояние между поверхностью излучателей и плоскостью тест-объекта;
I - сила света элементарного источника излучения;
Е - освещенность светлого фона в плоскости тест-объекта;
а - коэффициент равномерности,
объектив минимизирован по габаритам, оптимизирован по конструктивной простоте и технологической реализации, выполнен для узкого спектрального диапазона, светоделительный блок выполнен с возможностью разделения изображения тест-объекта, построенного объективом, на два геометрически и энергетически одинаковых изображения, при этом источник света, объектив, светоделительный блок, фотоприемники телевизионной системы оптически согласованы между собой по длине волны излучения, соответствующей длине волны наблюдения.1. A collimator for tuning a multi-channel television system, comprising a housing, a light source, a scattering element, a test object, a lens and a beam splitting unit located on it on one optical axis, characterized in that the light source is made of discrete elementary emitters, dimensions and location geometry which are similar to the dimensions and geometry of the test object, and the radiating surfaces of the emitters are made diffusely scattering, and the distance between the radiating surfaces of the emitters and the test object is determined elyaetsya expression
where l is the distance between the surface of the emitters and the plane of the test object;
I is the light intensity of an elementary radiation source;
E - illumination of a light background in the plane of the test object;
a is the coefficient of uniformity,
the lens is minimized in size, optimized in constructive simplicity and technological implementation, made for a narrow spectral range, the beam splitter is configured to separate the image of the test object built by the lens into two geometrically and energetically identical images, with the light source, lens, beam splitter , the photodetectors of the television system are optically matched to each other along the radiation wavelength corresponding to the observation wavelength.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009109915/28A RU2413267C2 (en) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | Collimator for tuning multichannel television system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009109915/28A RU2413267C2 (en) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | Collimator for tuning multichannel television system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009109915A RU2009109915A (en) | 2010-09-27 |
| RU2413267C2 true RU2413267C2 (en) | 2011-02-27 |
Family
ID=42939841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009109915/28A RU2413267C2 (en) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | Collimator for tuning multichannel television system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2413267C2 (en) |
-
2009
- 2009-03-18 RU RU2009109915/28A patent/RU2413267C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009109915A (en) | 2010-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2633365B1 (en) | Light emitting diode projector | |
| US8085295B2 (en) | Controllable micro light assembly | |
| US8596815B2 (en) | Multiple wavelength LED array illuminator for fluorescence microscopy | |
| US10972721B2 (en) | Apparatus and method for multi configuration near eye display performance characterization | |
| WO2016125165A2 (en) | Spectrometry system with visible aiming beam | |
| US9235039B2 (en) | Broad-spectrum illuminator for microscopy applications, using the emissions of luminescent materials | |
| KR20140058389A (en) | Hand-held measurement device for capturing the visual impression of a measurement object | |
| TWI396824B (en) | Method and device for optically measuring the surface of a product | |
| US20230273448A1 (en) | Systems and methods for illuminating and imaging objects | |
| US20150304027A1 (en) | Emission device for emitting a light beam of controlled spectrum | |
| CN109655233A (en) | A kind of multichannel light spectrum image-forming display screen Systems for optical inspection and its detection method | |
| JP2016024195A (en) | Seamless fusion type lighting device of telecentric bright field and annular dark field | |
| US20210333532A1 (en) | A light source apparatus | |
| RU2413267C2 (en) | Collimator for tuning multichannel television system | |
| TWI491856B (en) | Detecting system | |
| JP4513059B2 (en) | IC tester | |
| KR102428402B1 (en) | Inspecting system for micro led | |
| CN112014069B (en) | Imaging measuring device | |
| JP2016534337A (en) | Method for manufacturing a light emitter | |
| KR20160139345A (en) | Surface measuring 3ccd type luminance and color meter | |
| WO2020086156A9 (en) | Microscope with led illumination assembly | |
| KR101741021B1 (en) | Surface measuring luminance and color meter using the interterence filter | |
| WO2023032256A1 (en) | Spectral sensitivity measurement device and spectral sensitivity measurement method | |
| US20180373049A1 (en) | Devices, systems, and methods for illuminating and imaging objects | |
| Ramsteiner et al. | A multi-channel excitation optic for cost efficient lab-on-chip devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160319 |