ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА Российский патент 1998 года по МПК H04N5/235 

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.

Известно устройство защиты для телекамеры, которое предотвращает повреждение приемника при увеличении светового потока выше заданного уровня [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.

Недостатком этой системы является то, что на фотоприемнике в процессе работы не поддерживается оптимальная освещенность.

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].

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.

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.

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.

Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности оптико-электронной системы в условиях воздействия мощных источников детектируемого излучения.

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.

Для повышения эффективности за счет уменьшения времени срабатывания блок прерывания потока излучения устанавливается в сходящемся пучке объектива оптико-электронной системы.

Все блоки, входящие в оптико-электронную систему, являются известными.

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.

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.

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.

Работа оптико-электронной системы осуществляется следующим образом.

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].

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Оптико-электронная система, состоящая 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, а также задатчика сигнала минимизации 5 и установленных перед чувствительным элементом блока прерывания потока излучения 1 и блока регулирования освещенности чувствительного элемента 2. При этом вход управления блока прерывания потока излучения 1 соединен с выходом порогового устройства 8, а вход блока регулирования освещенности 2 подключается через коммутатор 7 к выходу блока формирования сигнала освещенности 4 или задатчика сигнала минимизации 5. В системе достигается повышение надежности при воздействии мощных источников детектируемого излучения за счет прерывания потока излучения при превышении заданного уровня и ограничения попадающего на чувствительный элемент потока излучения сразу после снижения входного потока излучения до уровня срабатывания порогового устройства. Дополнительный эффект за счет уменьшения времени срабатывания достигается установкой блока прерывания потока излучения в сходящемся пучке объектива оптико-электронной системы. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптико-электронная система, содержащая объектив, блок регулирования освещенности чувствительного элемента, последовательно соединенные чувствительны элемент и блок регулирования сигнала освещенности, выход которого подключен к первому входу коммутатора, выход которого соединен с входом управления блока регулирования освещенности чувствительного элемента, отличающаяся тем, что введен задатчик сигнала минимизации, блок прерывания потока излучения, детектор входного потока излучения и пороговый блок, причем вход порогового блока соединен с выходом детектора входного потока излучения, выход с входом блока прерывания потока излучения и входом управления коммутатора, второй вход которого соединен с выходом задатчика сигнала минимизации, входы блока прерывания потока излучения и детектора входного потока излучения объединены и оптически связаны с объективом. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок прерывания потока излучения установлен в сходящемся пучке объектива оптико-электронной системы.