УСТРОЙСТВО ИМИТАЦИИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СЦЕНЫ Российский патент 2023 года по МПК G02B27/30 G01M11/00 G02B26/08 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использована в составе измерительной аппаратуры для тестирования и оценки характеристик оптико-электронных систем (ОЭС), предназначенных для работы в видимом и инфракрасном (ИК) диапазонах спектра.

Известен цифровой коллиматор (патент RU 2 664 542 С2, МПК G02B 27/30, H04N 5/74, G02B 26/08, публ. 20.08.2018 г.), состоящий из оптически связанных осветителя, тест-объекта, объектива, светоделителя и передающего объектива. Осветитель содержит источник излучения, конденсор, матовое стекло и установлен перпендикулярно оптической оси коллиматора. В качестве тест-объекта используется модуль цифрового микрозеркального устройства DLP LightCrafter 4500. Светоделитель расположен между тест-объектом и объективом под углом к оптической оси коллиматора и выполнен в виде полупрозрачной пластины.

Недостатками описанного технического решения являются потери потока излучения, обусловленные низким коэффициентом пропускания матового стекла и прохождением через светоделитель, а также небольшое линейное поле зрения (13,8×8,64 мм).

Также известно проекционное устройство (патент US 6 552 846 В1, МПК F21V 9/06, публ. 22.04 2003 г.), состоящее из расположенных по ходу лучей осветительной системы, содержащей источник излучения, конденсор в виде эллипсоидного зеркала, зеркальный тоннель в форме параллелепипеда, на внутренние поверхности которого нанесено многослойное покрытие с высоким коэффициентом отражения, и двухзеркальную систему переноса изображения, отражающей сетки, установленной в плоскости освещения и выходного объектива, содержащего два зеркала.

К недостаткам данного устройства можно отнести конструктивное исполнение выходного объектива, обеспечивающее линейное поле зрения не более 2 мм, что ограничивает возможности его использования.

Наиболее близкой к заявляемому устройству по технической сущности и количеству совпадающих признаков, выбранной в качестве прототипа, является система генерации динамической сцены для тестирования тепловизионных приборов (Автометрия, 2013, т. 49, №1, с. 80-85). Система состоит из расположенных по ходу лучей осветительной системы, содержащей источник излучения с блоком управления, зеркальный лабиринт в виде прямоугольного параллелепипеда, систему переноса изображения, включающую линзу, плоское зеркало и вогнутое параболическое зеркало, оптического модулятора в виде массива микрозеркал с блоком управления положением каждого микрозеркала и выходного проекционного объектива. Система предназначена для генерирования инфракрасных изображений в спектральном диапазоне от 3 до 5 мкм и обеспечивает разрешение 1024×768 пикселей, с шагом 10,8 мкм.

К недостаткам данной системы можно отнести небольшое линейное поле зрения, составляющее 11,059×8,294 мм, что ограничивает возможности использования и не позволяет тестировать, например, широкоугольные ОЭС. Кроме этого, испытуемый тепловизионный прибор в прототипе устанавливается перед выходным проекционным объективом в сходящемся пучке лучей, что при тестировании широкоугольных ОЭС приведет к виньетированию наклонных пучков лучей.

Задачей, на которую направлено изобретение, является обеспечение возможности использования устройства имитации динамической сцены для тестирования широкоугольных ОЭС за счет увеличения линейного поля зрения при оптимальном согласовании с тестируемой системой.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве имитации динамической сцены, состоящем из расположенных по ходу лучей осветительной системы, содержащей источник излучения с блоком управления интенсивностью излучения, зеркальный тоннель и систему переноса изображения, содержащую вогнутое зеркало, микрозеркальной матрицы с блоком управления положением микрозеркал и выходного объектива, согласно изобретению, в осветительной системе зеркальный тоннель выполнен в виде усеченной четырехгранной пирамиды с прямоугольным основанием, вогнутое зеркало системы переноса изображения выполнено сферическим и дополнительно введено второе вогнутое сферическое зеркало, а выходной объектив выполнен коллимирующим.

На фигуре 1 представлена оптическая схема устройства имитации динамической сцены.

На фигуре 2 представлена схема работы микрозеркала матрицы: (а) - базовое (плоское) положение, (б) - первое фиксированное положение +12°, (в) - второе фиксированное положение -12°.

Устройство имитации динамической сцены состоит из расположенных по ходу лучей осветительной системы 1, содержащей источник излучения 2 с блоком управления 3, зеркальный тоннель 4 выполненный виде усеченной четырехгранной пирамиды с прямоугольным основанием, и систему переноса изображения, содержащую два вогнутых сферических зеркала 5 и 6, микрозеркальной матрицы 7 с блоком управления 9 положением микрозеркал и выходного коллимирующего объектива 8. Дополнительно показано внешнее управляющее устройство 10, подключенное к блоку управления 9 положением микрозеркал.

В качестве источника излучения 2 используется излучатель соответствующего спектрального диапазона. Блок 3 служит для управления интенсивностью излучения за счет регулирования силы тока. Зеркальный тоннель 4 усеченной стороной пирамиды, имеющей прямоугольную форму и являющейся входным отверстием для потока излучения, обращен к источнику излучения 2, а прямоугольное основание пирамиды, являющееся выходным отверстием, обращено к вогнутому сферическому зеркалу 5.

Выходной коллимирующий объектив 8 изображен условно, выбор его конструктивного исполнения определяется заданным спектральным диапазоном работы устройства. Микрозеркальная матрица 7 типа DLP 9500 представляет собой двумерный массив управляемых в цифровой форме алюминиевых микрозеркал с высоким коэффициентом отражения. Под действием электрического поля подложка с зеркалом принимает одно из двух фиксированных положений +12° (Фиг. 2б) и -12° (Фиг. 2в) относительно базового положения (Фиг. 2а). Если подложка с зеркалом находится в положении «+12°», то падающее на нее излучение, отражаясь, распространяется вдоль оптической оси устройства и попадает в объектив 8. В положении «-12°» излучение отражается в сторону и не попадает в объектив. Входное окно стандартной микрозеркальной матрицы выполнено из материала, пропускающего излучение в видимом и ближнем ИК (до 2 мкм) диапазонах. Для использования устройства в спектральном диапазоне 3…5 мкм необходима замена материала его входного окна, например, на селенид цинка.

В таблице приведены технические характеристики заявляемого устройства.

Из приведенных в таблице характеристик следует, что в заявляемом устройстве обеспечивается большее, чем в прототипе линейное поле зрения 20,736×11,664 мм, что позволяет использовать его для тестирования широкоугольных ОЭС. Увеличение линейного поля зрения достигается за счет выбранного конструктивного исполнения зеркального тоннеля (его формы, длины, соотношения размеров входного и выходного отверстий), а также за счет ввода второго сферического зеркала в систему переноса изображения.

Размеры входного отверстия, определяющиеся параметрами источника излучения, должны быть согласованы с размерами микрозеркальной матрицы. Обычно отношение короткой и длинной сторон входного отверстия соответствует отношению короткой и длинной сторон микрозеркальной матрицы. В соответствии с приведенными в таблице значениями размеров источника 7,8 мм и микрозеркальной матрицы 20,736×11,664 мм размеры входного отверстия составляют 12,4×7,8 мм. Выбором длины зеркального тоннеля определяются размеры выходного отверстия, обеспечивающие заполнение поверхности микрозеркальной матрицы излучением от источника (в заявляемом устройстве 22,6×14,2 мм).

Устройство работает следующим образом. Источник излучения 2 с помощью блока управления 3, создает поток излучения, который направляется на входное отверстие зеркального тоннеля 4. Многократно отразившись от его внутренних поверхностей, а затем, последовательно, от вогнутых сферических зеркал 5 и 6, поток излучения переносится в плоскость микрозеркальной матрицы 7 и освещает ее. Изображение имитируемой сцены загружается оператором во внешнее управляющее устройство 10 и в цифровом виде передается в блок управления 9 положением микрозеркал. Блок управления 9 обрабатывает полученные данные и обеспечивает управление положением микрозеркал путем колебаний с различной частотой. На освещенной потоком излучения поверхности микрозеркальной матрицы 7, установленной в фокальной плоскости объектива 8, формируется изображение имитируемой сцены, которое коллимирующим объективом 8 проецируется в бесконечность.

Выполнение выходного объектива коллимирующим (проецирующим изображение в бесконечность) обеспечивает оптимальное согласование с тестируемой широкоугольной ОЭС за счет минимизации виньетирования наклонных пучков лучей.

Перед выходным объективом 8 в параллельном пучке лучей устанавливается тестируемая ОЭС (на фигуре 1 не показана), в плоскости фотоприемной матрицы которой формируется изображение имитируемой сцены.

Таким образом, выполнение устройства имитации динамической сцены в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет тестировать широкоугольные ОЭС за счет увеличения линейного поля зрения при обеспечении оптимального согласовании с тестируемой системой, что расширяет возможности его использования.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в составе измерительной аппаратуры для тестирования и оценки характеристик оптико-электронных систем (ОЭС), предназначенных для работы в видимом и инфракрасном диапазонах спектра. Устройство имитации динамической сцены состоит из расположенных по ходу лучей осветительной системы, содержащей источник излучения с блоком управления интенсивностью излучения, зеркальный тоннель и систему переноса изображения, содержащую вогнутое зеркало, микрозеркальной матрицы с блоком управления положением микрозеркал и выходного объектива. В осветительной системе зеркальный тоннель выполнен в виде усеченной четырехгранной пирамиды с прямоугольным основанием. Вогнутое зеркало системы переноса изображения выполнено сферическим и дополнительно введено второе вогнутое сферическое зеркало. Выходной объектив выполнен коллимирующим. Устройство обеспечивает возможность тестировать широкоугольные ОЭС за счет увеличения линейного поля зрения при обеспечении оптимального согласовании с тестируемой системой. 2 ил., 1 табл.

Устройство имитации динамической сцены, состоящее из расположенных по ходу лучей осветительной системы, содержащей источник излучения с блоком управления интенсивностью излучения, зеркальный тоннель и систему переноса изображения, содержащую вогнутое зеркало, микрозеркальной матрицы с блоком управления положением микрозеркал и выходного объектива, отличающееся тем, что в осветительной системе зеркальный тоннель выполнен в виде усеченной четырехгранной пирамиды с прямоугольным основанием, вогнутое зеркало системы переноса изображения выполнено сферическим и дополнительно введено второе вогнутое сферическое зеркало, а выходной объектив выполнен коллимирующим.