Установка для проверки фотоприемных устройств Российский патент 2023 года по МПК G01J1/16 

Изобретение относится к области оптических измерений и проверки фотоприемных устройств, а именно к установке для проверки фотоприемных устройств.

Из уровня техники известна установка для измерения относительной спектральной чувствительности, содержащая источник излучения, компаратор-монохроматор, эталонный и исследуемый приемники излучения, соединенные с усилительными приборами, которые, в свою очередь, подключены к регистрирующим приборам, описанная в ГОСТ 17772 - 88. - Введ. - 1988 - 06 - 29. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 64 с, «Приемники излучения полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик». В данной установке излучение оптического диапазона от эталонного источника через модулятор, или минуя его, подается на монохроматор; с выходов монохроматора монохроматическое излучение, последовательно на длинах волн λ1, λ2, λ3, …λn подается на эталонный и испытуемый приемники излучения; по результатам полученных показаний регистрирующих приборов вычисляются дискретные значения относительной спектральной характеристики на длинах волн λ1, λ2, λ3, …λn, по которым строится ее график. Известно так же устройство для измерения спектральной чувствительности фотоприемника, в состав которого входят источник излучения, расположенные последовательно по ходу излучения на одной оптической оси первая фокусирующая система, монохроматор, вторая фокусирующая система, оптический коммутатор и фотоприемник, описанные в авт. свид. СССР, №1758446, МКИ G01J 1/04, опубл. 1992 г. Но в данных установках необходимо использовать монохроматор, что создает большую трудоемкость процесса измерений и относительно большие временные затраты, обусловленные необходимостью многократной перестройки монохроматора, что приводит к увеличению погрешности измерений из-за нестабильности параметров источника излучения и фотоприемного устройства, также возникает необходимость проведения многократных вычислений при относительно малой интенсивности облучающего воздействия и слабом сигнале отклика, что увеличивает погрешность измерений и габариты установки, по причине использования источника широкополосного излучения.

Известно устройство для калибровки фотоприемников, в состав которого входят два излучателя галогеновая лампа и модель абсолютно черного тела, двойной монохроматор, блок фокусирующей оптики, вакуумная камера для фотоприемников, блок оптических фильтров, сменные апертуры, модулятор и набор зеркал, описанное в Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Метрологическое обеспечение фотоники», 14-17 апреля 2015, Москва, ФГУП «ВНИИОФИ» С. 27-30, Дунаев А.Ю., Крутиков В.Н., Морозова С.П., Саприцкий В.И. Установка для калибровки фотоприемников в диапазоне длин волн 0,25-14 мкм. Но в данном устройстве возникает дополнительная погрешность измерений из-за использования неполяризованного излучения, часть которого отражается от входного окна вакуумной камеры. Наличие данного эффекта дополнительно повышает погрешность измерений. Кроме того, устройство имеет относительно большие габариты и требует длительного времени для подготовки и выполнения измерений.

Наиболее близкой к заявляемой является установка для измерения относительной спектральной чувствительности фотоприемного устройства, выполненного в виде фотометрических головок люксметров описанное в полезной модели по патенту №RU 46095 U1, МПК G01J 1/16 опубл. 10.06.2005 г. Установка содержит устройство излучения, выполненное в виде источника излучения, взаимодействующего с одним из интерференционных светофильтров, расположенных на диске, причем диск установлен с возможностью поворота. Кроме того, установка содержит контрольное и измеряемое фотоприемные устройства, выполненные в виде головок люксметров, регистрирующее устройство и отражающие призмы. В данной установке излучение от широкополосного источника излучения через коллиматор и интерференционный светофильтр направляется на отражающие призмы, где после двукратного отражения попадает на фотоприемное устройство. Сигнал с фотоприемного устройства регистрируется регистрирующим устройством. Поворотом диска устанавливается следующий интерференционный светофильтр, и повторяются вышеуказанные операции, и так для всех светофильтров. Затем поворотом призм световой пучок направляется на контрольное фотоприемное устройство, и повторяются вышеуказанные операции. Но в данной установке необходимо использовать узкополосные интерференционные фильтры, обладающие технологической сложностью изготовления для покрытия всего набора необходимых длин волн, и сложностью первичной настройки установки для компенсации неравномерности спектра источника излучения и различия коэффициентов пропускания фильтров, кроме того отсутствует возможность проверки линейности фотоприемного устройства и значения порога чувствительности.

Задачей настоящего изобретения является удешевление и упрощение конструкции установки для проверки фотоприемных устройств и расширения функциональных возможностей.

Технический результат настоящего изобретения заключается в упрощении конструкции установки для проверки фотоприемных устройств, сокращении времени проведения измерений, увеличении количества измеряемых характеристик.

Это достигается тем, что в установке для проверки фотоприемных устройств, содержащей устройство излучения и регистрирующее устройство, и выполненной с возможностью установки фотоприемного устройства в отличие от известного, в устройстве излучения установлены по меньшей мере два источника излучения, имеющих различные длины волн пиков излучения, перед каждым из которых установлен оптический элемент, кроме того установка дополнена фокусирующим элементом расположенным за устройством излучения, за которым, в свою очередь, расположены в светонепроницаемом кожухе моделирующий элемент и фотоприемное устройство, передающее сигналы на регистрирующее устройство, устройство излучения выполнено с возможностью передачи излучения от каждого из источников излучения последовательно через оптический элемент, фокусирующий элемент, модулирующий элемент на фотоприемное устройство.

Кроме того, в установке для проверки фотоприемных устройств устройство излучения может быть выполнено в виде источников излучения, установленных на диске, выполненном с возможностью поворота относительно оси симметрии с помощью двигателя на заданный угол, и с возможностью поочередной установки каждого из источников излучения напротив фотоприемного устройства в одном и том же относительном положении и удалении от него.

Кроме того, в установке для проверки фотоприемных устройств устройство излучения может быть выполнено в виде источников излучения, установленных в отражателе, выполненном с зеркальной внутренней полостью и одним центральным отверстием, причем устройство излучения выполнено с возможностью передачи излучения от каждого источника излучения последовательно через оптический элемент, центральное отверстие отражателя, фокусирующий элемент и модулирующий элемент, на фотоприемное устройство.

Кроме того, в установке для проверки фотоприемных устройств источники излучения могут быть выполнены в виде светодиодов, оптические элементы могут быть выполнены в виде нейтрального фильтра с регулируемой оптической плотностью и модулирующий элемент может быть выполнен в виде нейтрального фильтра с регулируемой оптической плотностью, или в виде апертурной диафрагмы.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема установки для проверки фотоприемных устройств.

На фиг. 2 изображена схема первого варианта осуществления установки для проверки фотоприемных устройств.

На фиг. 3 изображена схема второго варианта осуществления установки для проверки фотоприемных устройств.

На фиг. 1 показана схема установки для проверки фотоприемных устройств. Установка включает устройство излучения 1, выполненное в виде источников излучения 2, количество которых достаточно для покрытия необходимого диапазона длин волн и дискретности проверки, и имеющих различные длины волн пиков излучения: λ1, λ2, λ3, λ4 …λn. Перед каждым из источников излучения 2 установлен оптический элемент 3 так, что все излучение от каждого из источников излучения 2 проходит через оптический элемент 3. Источники излучения 2 выполнены, например, в виде светодиодов и установлены так, что излучение от каждого из источников излучения 2 поступает последовательно через оптический элемент 3, фокусирующий элемент 4, модулирующий элемент 5 на фотоприемное устройство 6. Фокусирующий элемент 4 расположен за устройством излучения 1 и перед светонепроницаемым кожухом 7, и предназначен для сбора излучения от каждого из источников излучения 2 и направления этого излучения через входное окно светонепроницаемого кожуха 7 на модулирующий элемент 5. В светонепроницаемом кожухе 7 с входным окном, расположены последовательно по направлению распространения излучения модулирующий элемент 5 и фотоприемное устройство 6, на выходе которого под действием излучения вырабатывается сигнал, поступающий на регистрирующее устройство 8. Светонепроницаемый кожух 7 предназначен для защиты фотоприемного устройства 6 от засветки излучением из внешней среды, а входное окно в светонепроницаемом кожухе 7 предназначено для пропускания излучения от каждого источника излучения 2 и расположено за фокусирующим элементом 4. В установке для проверки фото приемных устройств фокусирующий элемент 4, светонепроницаемый кожух 7, модулирующий элемент 5 и фотоприемное устройство 6 неподвижно закреплены относительно друг друга. Светонепроницаемый кожух 7 выполнен с возможностью установки и жесткого закрепления фотоприемного устройства 6 на время проведения проверки и извлечения фотоприемного устройства 6 после проведения проверки.

На фигуре 2 показан первый вариант осуществления установки для проверки фотоприемных устройств. В установке по первому варианту осуществления, устройство излучения 1 выполнено в виде источников излучения 2, установленных равномерно по окружности на торцевой поверхности диска 9. Диск 9 выполнен с возможностью поворота относительно оси симметрии с помощью двигателя 10 на заданный угол. Поворотом диска 9 поочередно каждый из источников излучения 2 устанавливают напротив фотоприемного устройства 6 в одном и том же относительном положении и удалении от фотоприемного устройства 6. Фокусирующий элемент 4 расположен за оптическим элементом 3 и перед светонепроницаемым кожухом 7.

На фигуре 3 показан второй вариант осуществления установки для проверки фотоприемных устройств. В установке по второму варианту осуществления устройство излучения 1 выполнено в виде источников излучения 2, установленных в отражателе 11. Отражатель 11 представляет собой конструкцию с зеркальной внутренней полостью и одним центральным отверстием и может быть выполнен в виде прямого полого кругового цилиндра, в котором центральное отверстие выполнено в одном из оснований по оси симметрии. Источники излучения 2 установлены на внутренней поверхности отражателя 11 так, что излучение от каждого из источников излучения 2 проходит через оптический элемент 3 и попадает в зеркальную внутреннюю полость отражателя 11. В отражателе 11 зеркальная внутренняя полость выполнена для многократного переотражения излучения от источников излучения 2 и направления излучения через центральное отверстие на фокусирующий элемент 4, причем внешние поверхности отражателя 11 не взаимодействуют с излучением. Источники излучения 2 установлены в отражателе 11 на одинаковом удалении и относительном положении от центрального отверстия, равномерно по окружности так, что излучение от каждого из источников излучения 2 через оптический элемент 3 поступает во внутреннюю полость отражателя 11 и после многократных переотражений последовательно через центральное отверстие, фокусирующий элемент 4, модулирующий элемент 5 поступает на фотоприемное устройство 6. Фокусирующий элемент 4 расположен за центральным отверстием перед светонепроницаемым кожухом 7.

При проверке относительной спектральной чувствительности установка для проверки фотоприемных устройств (фиг. 1) работает следующим образом. Фотоприемное устройство 6 устанавливают в светонепроницаемый кожух 7, подключают к регистрирующему устройству 8. На модулирующем элементе 5 устанавливают требуемый уровень ослабления мощности проходящего излучения в соответствии с предельной допустимой входной мощностью излучения фотоприемного устройства 6. Поочередно включают источники излучения 2, излучение каждого из которых поступает последовательно через оптический элемент 3, фокусирующий элемент 4 и модулирующий элемент 5 на фотоприемное устройство 6. В фотоприемном устройстве 6 под действием излучения от каждого из источников излучения 2 возникает электрический сигнал, который регистрирует регистрирующее устройств 8, далее на основе зарегистрированных сигналов строится относительная спектральная чувствительность и ее значения сравниваются с опорными значениями. Для проверки относительной спектральной чувствительности фотоприемного устройства 6 необходимо, чтобы на фотоприемное устройство 6 в момент регистрации сигнала поступало узкополосное излучение только от одного из источников излучения 2, при этом оставшиеся источники излучения 2 выключены и излучение от них не поступает. Также необходимо, чтобы мощности излучения от каждого из источников излучения 2 на выходе из устройства излучения 1 были равны, это может быть достигнуто с помощью индивидуальной регулировки силы питающего тока у каждого из источников излучения 2. Также с помощью подбора и регулировки оптического элемента 3 возможно производить дополнительные коррекции выходного излучения, такие как дополнительное ослабление, ограничение спектра, поляризация. Помимо регулирования мощности с помощью регулировки силы питающего тока, корректирование излучения от источников излучения 2 с помощью оптических элементов 3 позволяет с высокой степенью точности выравнивать мощности излучения всех источников излучения 2, корректировать спектр, выполнять поляризацию выходного излучения.

При проверке линейности установка для проверки фотоприемных устройств (фиг. 1) работает следующим образом. Фотоприемное устройство 6 устанавливают в светонепроницаемый кожух 7, подключают к регистрирующему устройству 8. На модулирующем элементе 5 устанавливают требуемое начальное значение ослабления проходящего излучения. Включают один из источников излучения 2, или набор источников излучения 2, или все источники излучения 2 в зависимости от требуемого спектра излучения для проверки линейности. В фотоприемном устройстве 6 под действием излучения возникает электрический сигнал, который регистрирует регистрирующее устройство 8. Далее на модулирующем элементе 5 изменяют на известную величину значение ослабления проходящего излучения и регистрируют сигнал, поступающий от фотоприемного устройства 6. Измерения повторяют, дискретно уменьшая или увеличивая значение мощности излучения, поступающей на фотоприемное устройство 6 и регистрируя сигналы. После проведения серии измерений строят зависимость значения сигнала, поступающего от фотоприемного устройства 6, от значения мощности излучения, поступающей на фотоприемное устройство 6. По характеру построенной зависимости проверяют степень линейности фотоприемного устройства 6.

При проверке порога чувствительности установка для проверки фотоприемных устройств (фиг. 1) работает следующим образом. Фотоприемное устройство 6 устанавливают в светонепроницаемый кожух 7, подключают к регистрирующему устройству 8. Включают один из источников излучения 2, или набор источников излучения 2, или все источники излучения 2 в зависимости от требуемого спектра излучения для проверки порога чувствительности. Постепенно повышают степень ослабления проходящего излучения на модулирующем элементе 5 до тех пор, пока выходной сигнал фотоприемного устройства 6 становится неотличим от шумовых значений. По достигнутому при этом значению ослабления проходящего излучения рассчитывают значение мощности излучения пропущенной через модулирующий элемент 5 на фотоприемное устройство 6. Рассчитанное значение мощности излучения, соответствует порогу чувствительности фотоприемного устройства 6. При необходимости проверки линейности и порога чувствительности в других диапазонах длин волн входного излучения проверку повторяют, включая требуемые источники излучения 2.

При проверке относительной спектральной чувствительности, линейности и порога чувствительности установка для проверки фотоприемных устройств по первому варианту осуществления (фиг. 2) работает аналогично установке для проверки фотоприемных устройств (фиг. 1) за исключением того, что требуемый из источников излучения 2 перед включением устанавливают перед фокусирующим элементом 4 с помощью поворота диска 9 на соответствующий угол, а также одновременно излучение только от одного из источников излучения 2 может поступать на фотоприемное устройство 6. Установка по первому варианту осуществления позволяет проводить одновременную проверку более одного фотоприемного устройства 6, но менее количества установленных источников излучения 2. Для этого устанавливают дополнительные светонепроницаемые кожухи 7 каждый с модулирующим элементом 5 и фокусирующим элементом 4 напротив любого из свободных источников излучения 2.

При проверке относительной спектральной чувствительности, линейности и порога чувствительности установка для проверки фотоприемных устройств по второму варианту осуществления (фиг. 3) работает аналогично установке для проверки фотоприемных устройств (фиг. 1), за исключением того, что излучение от каждого из источников излучения 2 проходит через оптический элемент 3, отражается от внутренних поверхностей отражателя 11 и выходит через его центральное отверстие, далее излучение поступает через фокусирующий элемент 4 и модулирующий элемент 5 на фото приемное устройство 6.

Варианты осуществления заявляемого изобретения не ограничиваются двумя описанными вариантами.

В зависимости от особенностей фотоприемных устройств 6 и целей проверки, функцию оптического элемента 3 может выполнять апертурная диафрагма с регулируемым относительным отверстием, поляризационный светофильтр, пара поляризационных светофильтров с переменным относительным угловым положением плоскостей поляризации, цветной светофильтр, нейтральный ослабляющий светофильтр, кольцевой нейтральный фильтр с переменной оптической плотностью или их комбинация. Регулирование пропускаемой мощности излучения с помощью модулирующего элемента 5 позволяет с высокой степенью точности контролировать значение мощности излучения поступающей на фотоприемное устройство 6. Модулирующий элемент может быть выполнен, например, в виде нейтрального фильтра с регулируемой оптической плотностью или апертурной диафрагмы с регулируемым относительным отверстием.

Кроме проверки фотоприемного устройства 6 на описанной установке возможно проводить настройку фотоприемного устройства 6 и первичное определение характеристик фотоприемного устройства 6. Также данная установка из-за простоты конструкции и проводимых измерений допускает эксплуатацию в полевых условиях.

Таким образом, достигается технический результат, а именно упрощается конструкция установки для проверки фотоприемных устройств за счет того, что при использовании узкополосных источников излучения отпадает необходимость в дорогостоящих и сложных в изготовлении интерференционных фильтрах; сокращается время проведения проверок из-за того, что в установке не используется монохроматор; увеличивается количество проверяемых характеристик.

Изобретение относится к области оптических измерений и проверки фотоприемных устройств, а именно к установке для проверки фотоприемных устройств. Установка для проверки фотоприемных устройств, содержит устройство излучения, регистрирующее устройство и выполнена с возможностью установки фотоприемного устройства, в котором устройство излучения включает по меньшей мере два источника излучения, имеющих различные длины волн пиков излучения, и перед каждым из источников излучения установлен оптический элемент, кроме того, установка дополнена фокусирующим элементом, расположенным за устройством излучения, за которым, в свою очередь, расположены в светонепроницаемом кожухе моделирующий элемент и фотоприемное устройство, передающее сигналы на регистрирующее устройство, устройство излучения выполнено так, что излучение поступает от каждого из источников излучения последовательно через оптический элемент, фокусирующий элемент, модулирующий элемент на фотоприемное устройство. Технический результат - упрощение конструкции установки для проверки фотоприемных устройств, сокращение времени проведения измерений, увеличение количества измеряемых характеристик. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для проверки фотоприемных устройств, содержащая устройство излучения, регистрирующее устройство и выполненная с возможностью установки фотоприемного устройства, отличающаяся тем, что в устройстве излучения установлены по меньшей мере два источника излучения, имеющих различные длины волн пиков излучения и перед каждым из которых установлен оптический элемент, кроме того, установка дополнена фокусирующим элементом, расположенным за устройством излучения, за которым, в свою очередь, расположены в светонепроницаемом кожухе моделирующий элемент и фотоприемное устройство, передающее сигналы на регистрирующее устройство, устройство излучения выполнено с возможностью передачи излучения от каждого из источников излучения последовательно через оптический элемент, фокусирующий элемент, модулирующий элемент на фотоприемное устройство.

2. Установка для проверки фотоприемных устройств по п. 1, в которой устройство излучения выполнено в виде источников излучения, установленных на диске, выполненном с возможностью поворота относительно оси симметрии с помощью двигателя на заданный угол и с возможностью поочередной установки каждого из источников излучения напротив фотоприемного устройства в одном и том же относительном положении и удалении от него.

3. Установка для проверки фотоприемных устройств по п. 1, в которой устройство излучения выполнено в виде источников излучения, установленных в отражателе, выполненном с зеркальной внутренней полостью и одним центральным отверстием, причем устройство излучения выполнено с возможностью передачи излучения от каждого источника излучения последовательно через оптический элемент, центральное отверстие отражателя, фокусирующий элемент и модулирующий элемент на фотоприемное устройство.

4. Установка для проверки фотоприемных устройств по п. 1, в которой источники излучения выполнены в виде светодиодов.

5. Установка для проверки фотоприемных устройств по п. 1, в которой оптические элементы выполнены в виде нейтрального фильтра с регулируемой оптической плотностью.

6. Установка для проверки фотоприемных устройств по п. 1, в которой модулирующий элемент выполнен в виде нейтрального фильтра с регулируемой оптической плотностью.

7. Установка для проверки фотоприемных устройств по п. 1, в которой модулирующий элемент выполнен в виде апертурной диафрагмы.