Коллиматор для контроля разрешающей способности тепловизионных приборов с охлаждаемым фотоприемником

Использование: В качестве коллиматора для контроля разрешающей способности тепловизионных приборов с охлаждаемым фотоприемником.

Цель: Снижение погрешности создания требуемого температурного контраста тест-объекта путем использования стабильного излучения охлаждаемого фотоприемника контролируемого тепловизионного прибора.

Сущность полезной модели: В коллиматор для контроля разрешающей способности тепловизионных приборов с охлаждаемым фотоприемником, содержащем коллимационный объектив, в фокальной плоскости которого установлен тест-объект в виде стеклянной пластины с нанесенными на ней зеркальными штрихами, введен механизм наклона стеклянной пластины относительно оптической оси коллиматора.

Положительный эффект: упрощение конструкции коллиматора и уменьшение погрешности контроля разрешающей способности тепловизионных приборов с охлаждаемым фотоприемником.

Полезная модель относится к контрольно-проверочной аппаратуре, предназначенной для контроля разрешающей способности тепловизионных приборов (ТВП), работающих с использованием охлаждаемых фотоприемников.

Известен коллиматор (см. книгу М.М.Мирошникова «Теоретические основы оптико-электронных приборов» Л. Машиностроение, 1983, с.616), содержащий тест-объект в виде протяженного источника фонового излучения и миры, установленной в фокальной плоскости объектива коллиматора. Источник фонового излучения подогревается до требуемой температуры чтобы обеспечить требуемую разность температур между мирой и фоном. Контроль разрешающей способности сводится к визуальному разрешению оператором в изображении, создаваемом тепловизионным прибором требуемой миры в тест-объекте.

Недостатком такого коллиматора является наличие источника питания, а также нагревателя, нестабильность работы которого вносит погрешность в создание требуемой разности температур между мирой и фоном, что приводит к недостоверности результатов контроля разрешающей способности тепловизионных приборов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является коллиматор (см. статью «Коллиматоры для проверки тепловизионных прицелов», «Оптический журнал», том 71, 2, февраль 2004, с.32-36, рис.4), содержащий коллимационный объектив, в фокальной плоскости которого установлен тест-объект в виде стеклянной пластины с нанесенным на ней зеркальным покрытием в виде штрихов. Стеклянная пластина тест-объекта подогревается электронагревателем, размещенным на ее оправе. Вследствие того, что зеркальное покрытие и свободные от него участки стеклянной пластины (промежутки между зеркальными штрихами) имеют различную излучательную способность, то, при одинаковой термодинамической температуре поверхности излучают разные потоки, каждый соответствующий своей радиационной температуре. Задав определенную температуру нагрева стеклянной пластины, обеспечивают требуемый температурный контраст между зеркальными штрихами и промежутками между ними, который контролируется оператором по изображению, созданному тепловизионным прибором.

Недостатком такого коллиматора является необходимость наличия источника питания, нагревателя и системы стабилизации температуры тест-объекта, зависимость работы которых от температуры окружающей среды приводит к значительной погрешности создания требуемого температурного контраста тест-объекта и, соответственно, к появлению ошибок в результатах контроля разрешающей способности тепловизионных приборов.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение погрешности создания требуемого температурного контраста тест-объекта путем использования стабильного излучения охлаждаемого фотоприемника контролируемого тепловизионного прибора.

Задача решается тем, что в коллиматор для контроля разрешающей способности тепловизионных приборов с охлаждаемым фотоприемником, содержащий коллимационный объектив, в фокальной плоскости которого установлен тест-объект в виде стеклянной пластины с нанесенными на ней зеркальными штрихами, введен механизм наклона стеклянной пластины относительно оптической оси коллиматора.

На фиг.1 представлена оптическая схема одного из вариантов построения коллиматора.

На фиг.2 - вид тест-объекта со стороны контролируемого ТВП.

Заявляемый коллиматор содержит коллимационный объектив 1, тест-объект 2 в виде стеклянной пластины, установленной в фокальной плоскости коллимационного объектива 1, а также механизм 3 наклона стеклянной пластины тест-объекта 2 относительно оптической оси 4 коллиматора. Позицией 5 обозначен контролируемый тепловизионный прибор с охлаждаемым фотоприемником 6. На стеклянной пластине тест-объекта 2 нанесены зеркальные штрихи 7. Позицией 8 обозначен корпус коллиматора.

Коллиматор работает следующим образом.

Коллиматор в составе 1, 2 и 3 устанавливается перед контролируемым тепловизионным прибором 5 соосно с ним. Излучение L₁, L₂ и L₃ от охлаждаемой части фотоприемника (ФП) 6, отразившись от коллимационного объектива 1 и зеркальных штрихов 7 стеклянной пластины тест-объекта 2, возвращается на ФП 6 соответственно по пути L₁¹, по пути L₂¹ и по пути L₃¹ и воспринимается им как сигнал. Зеркальные штрихи 7 с большим коэффициентом отражения отражают на фотоприемник 6 излучение от самого охлажденного фотоприемника 6 (используется эффект нарцисса), а промежутки между штрихами, отражают излучение от фотоприемника 6 меньше, но больше излучают сами, находясь при температуре окружающей среды. Таким образом, создается разность потоков от зеркальных штрихов 7 тест-объекта 2 и промежутков между ними, эквивалентная соответствующей разности температур, которая наблюдается в изображении контролируемого тепловизионного прибора 5. Максимальная разность температур наблюдается тогда, когда плоскость зеркальных штрихов 7 перпендикулярна оптической оси 4 коллиматора. При установке стеклянной пластины тест-объекта 2 в положение 2' под наклоном к оптической оси 4 коллиматора зеркальные штрихи 7 стеклянной пластины тест-объекта 2 отражают на коллимационный объектив 1 излучение L₄, L₅ , L₆ от корпуса 8 коллиматора, находящегося при температуре окружающей среды. Это излучение попадает на ФП 6 по пути L ₄¹, L₅¹ и L₆¹. Таким образом, от зеркальных штрихов 7 стеклянной пластины тест-объекта 2 на ФП 6 поступает излучение от корпуса 8 коллиматора, имеющего температуру окружающей среды, а от промежутков между штрихами тест-объекта 2 на ФП 6 поступает излучение от самой стеклянной пластины тест-объекта 2, имеющей также температуру окружающей среды. В результате сигналы от зеркальных штрихов 7 и промежутков между ними уравниваются.

При помощи механизма 3 осуществляется изменение угла наклона стеклянной пластины тест-объекта 2 относительно оптической оси 4 коллиматора, вследствие чего эффект нарцисса уменьшается или увеличивается до обеспечения требуемого температурного контраста тест-объекта 2, например, 2К. При этом не требуется какого-либо нагрева тест-объекта 2.

Описанный коллиматор аттестуется с помощью эталонного радиометра, установленного на место контролируемого тепловизионного прибора 5. Эталонный радиометр работает с таким же охлаждаемым фотоприемником 6, что и контролируемый тепловизионный прибор 5. С помощью эталонного радиометра осуществляется калибровка механизма 3 наклона стеклянной пластины тест-объекта 2 с делениями, обозначающими разность температур между зеркальными штрихами 7 тест-объекта 2 и промежутками между ними на выходе коллиматора.

При контроле тепловизионного прибора 5 наблюдатель изменяя угол наклона стеклянной пластины тест-объекта 2 относительно оптической оси 4 коллиматора при помощи механизма 3 наклона, увеличивает разность температур до того момента, когда начнут разрешаться штрихи 7 в изображении тепловизионного прибора 5. Значение разрешаемой разности температур наблюдатель считывает со шкалы механизма наклона 3 тест-объекта 2.

После аттестации коллиматора погрешность заданного температурного контраста тест-объекта 2 определяется только изменениями температуры окружающей среды, которая оговорена для процессов измерения, поскольку температура охлаждаемого фотоприемника всегда стабильна и определяется, например, температурой жидкого азота, которая всегда равна 77К. Например, в том же номере «Оптического журнала» (см. статью «Коллиматоры для проверки тепловизионных прицелов», «Оптический журнал», том 71, 2, 2004, с.32-36, рис.4), для коллиматора тепловизионного прицела 1ПН79-1 оговорены условия работы при 20±40°С или 293±40К, что составит ошибку в температурном контрасте тест-объекта 2 в заявляемом коллиматоре ±14%. В то же время тест-объект с нагревателем и системой стабилизации температуры в прототипе (см. там же, с.34) обеспечивает контраст в 2К с погрешностью ±0,5К, что составляет ±25% - больше, чем в заявляемом коллиматоре.

Таким образом, введение в коллиматор механизма наклона стеклянной пластины тест-объекта с зеркальными штрихами относительно оптической оси коллиматора снижает погрешность установки и поддержания требуемого температурного контраста тест-объекта, следовательно и погрешность контроля разрешающей способности тепловизионных приборов с охлаждаемым фотоприемником.

Коллиматор для контроля разрешающей способности тепловизионных приборов с охлаждаемым фотоприемником, содержащий коллимационный объектив, в фокальной плоскости которого установлен тест-объект в виде стеклянной пластины с нанесенными на ней зеркальными штрихами, отличающийся тем, что в него введен механизм наклона стеклянной пластины относительно оптической оси коллиматора.