Способ и устройство для плавного ослабления светового потока при имитации фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения
METHOD AND DEVICE FOR SMOOTHLY ATTENUATING THE LIGHT FLUX WHEN IMITATING BACKGROUND ILLUMINATION WITHOUT THE DISTORTION THE BACKGROUND RADIATION SPECTRUM

Изобретение относится к области измерительной техники и оптическому приборостроению, а именно к способам и устройствам для создания фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения с возможностью регулировки светового потока, и может быть использовано для измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик фотоприемных устройств, имеющих спектр излучения, задаваемый ГОСТ 17772-68 (ст. СЭВ 3789-82).
Из уровня техники известно «Устройство для плавного изменения плотности светового потока» (авторское свидетельство SU №888050 от 10.12.1979 г., кл. G02B 5/30), относящееся к области оптического приборостроения, в котором плавное изменение плотности светового потока достигается за счет вращения одного поляризационного фильтра относительно другого, расположенного соосно с первым. Недостатком данного устройства является изменение спектра светового потока, прошедшего через поляризационные фильтры, а также возможное влияние поляризации на показания люксметра.
Известен «Ослабитель светового потока» (авторское свидетельство SU №1569767 А1 от 13.01.1988 г., кл. G02B 5/20), который может быть использован для ослабления плотности потока источника излучения, например, лазера при лабораторных измерениях с целью улучшения эксплуатационных характеристик за счет плавной регулировки коэффициента ослабления. В конструкции данного ослабителя используются два соосно расположенных диска с радиально расположенными на каждом диске щелями одинаковых размеров и формы. Между дисками образована механическая связь с помощью упругих элементов, за счет которой при вращении первого диска от привода вращения второй диск также увлекается во вращение, в ходе которого упругие элементы между дисками растягиваются. Вследствие растяжения упругих элементов происходит изменение размеров площади перекрытия щелей на первом и втором дисках, через которую (площадь перекрытия щелей) проходит лазерный пучок, фиксируемый на фотоприемнике (ФП). Поскольку размер площади перекрытия щелей зависит от скорости вращения первого диска, то при изменении этой скорости меняется скважность световых импульсов от лазерного пучка, что приводит к изменению средней мощности фиксируемого лазерного излучения. Недостатками данного устройства с точки зрения измерения фотоэлектрических параметров являются следующие моменты:
- при вращении любого привода существует погрешность скорости вращения, которая в данном устройстве приводит к искажению результатов измерения средней мощности фиксируемого лазерного излучения;
- поскольку данный метод дает косвенные результаты в случае измерения, например интегральной фоточувствительности ФП, то в случае его использования кроме стационарной калибровки люксметра к источнику излучения со стандартным спектром излучения необходимо производить дополнительные динамические калибровки люксметра для привязки средней мощности фиксируемого светового излучения к замерам при стационарной калибровке люксметра;
- наличие источников дополнительных погрешностей за счет погрешности скорости вращения и погрешности динамической калибровки люксметра снижает точность измерения фотоэлектрических характеристик ФП.
Также известно техническое решение, описанное в патенте RU №2470262 от 13.04.2011 г., кл. G01D 3/028 «Способ и устройство для имитации фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения», наиболее близкое к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату, выбранное в качестве прототипа. Способ, описанный в п. 1, заключается в получении светового потока от источника засветки, подсветке этим световым потоком совокупности диафрагм, расположенных в плоскости, удаленной от источника засветки, таким образом, что световой поток, прошедший через каждую диафрагму, падает на внутреннюю боковую поверхность цилиндрического тубуса круглого сечения белого цвета, ось которого проходит через источник засветки, после отражения от которой собирается в выходном торце цилиндрического тубуса, где помещают фоточувствительную поверхность ФП, светотехнические параметры которого измеряют в неискаженном спектре лампы источника засветки.
Наиболее близким устройством, выбранным в качестве прототипа, является устройство, описанное в п. 2 того же патента (RU №2470262). Данное устройство включает источник освещения, размещенный на оси цилиндрического корпуса круглого сечения, металлическую зачерненную с обеих сторон пластину, на которой нанесены точечные диафрагмы, расположенную в своем цилиндрическом корпусе, соединенном светонепроницаемо и соосно с корпусом источника освещения и цилиндрического тубуса, внутренняя поверхность которого имеет белый цвет, соединенного светонепроницаемо и соосно с корпусом металлической зачерненной пластины, на которой нанесены точечные диафрагмы.
К недостаткам технического решения по патенту RU №2470262 следует отнести дискретный одноуровневый диапазон создаваемой освещенности для измерения фотоэлектрических характеристик ФП без искажения спектра фонового излучения. Дискретные значения освещенности фонового излучения создаются в конструкции имитатора фона путем использования в оптическом тракте имитатора фона сменного неподвижного диска с отверстиями, расположенными по окружности, при этом на каждом сменном диске выполнены диафрагмы соответствующего диаметра и на соответствующем расстоянии от центра диска.
Изменение фоновой освещенности происходит вследствие различия диаметров отверстий и окружностей, на которых эти отверстия расположены. Однако данное решение не позволяет осуществлять плавное изменение фоновой освещенности на выходе имитатора фоновой засветки ФП и работать в широком диапазоне освещенностей.
Необходимость использования различных уровней освещенности при светотехнических измерениях параметров ФП обусловлена большим разбросом светотехнических параметров различных типов матричных ФП (например, значения интегральной вольтовой чувствительности (ИВЧ) различных марок матричных ФП могут различаться в 10…15 раз). А величина освещенности, создаваемая имитатором фона на фоточувствительной поверхности ФП при измерении ИВЧ и неравномерности световой чувствительности (НСЧ), должна обеспечивать электрический сигнал, близкий к 50% сигнала насыщения соответствующего ФП, поскольку при таком уровне выходного электрического сигнала ФП имеет место минимальное значение нелинейности световой характеристики ФП, которая вносит дополнительную погрешность в значения измеренной ИВЧ и, особенно, НСЧ.
С учетом описанных выше требований к имитатору фона видно, что дискретное изменение выходной освещенности, обеспечиваемое путем замены в оптическом тракте ИФ неподвижных сменных пластин с окружностями отверстий разного размера (показанных на фиг. 2), не может в полной мере обеспечить выполнение приведенных выше требований к имитатору фона, касающихся возможности проведения измерений светотехнических параметров ФП различных марок ФП, изменяющихся в широком диапазоне значений, и минимизации влияния нелинейности световой характеристики ФП на результаты измерений.
Предлагаемым изобретением решается задача ослабления светового потока, создающего условия для улучшения процесса измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик фотоприемных устройств за счет плавной регулировки освещенности при различных ее уровнях.
Для достижения указанного технического результата:
- в способе по п. 1, заключающемся в формировании светового потока от источника засветки, которым освещают совокупность диафрагм, расположенных по окружности на зачерненной пластине, жестко установленной в плоскости, удаленной от источника засветки так, что прошедший через каждую диафрагму световой поток падает на боковую цилиндрическую поверхность тубуса, затем световой поток, отразившись от боковой цилиндрической поверхности, освещает выходной торец тубуса, где помещают фоточувствительную поверхность ФП, и измеряют его фотоэлектрические параметры в неискаженном спектре имитируемой фоновой засветки, при этом перед попаданием светового потока на боковую цилиндрическую поверхность тубуса его ослабляют, перекрывая часть площади каждой диафрагмы первой совокупности диафрагм соответствующими им диафрагмами из второй совокупности диафрагм, размещенных на второй зачерненной пластине, установленной за первой по ходу светового потока соосно с ней и с возможностью поворота вокруг их общей оси, а измерение фотоэлектрических параметров ФП производят при ослабленном световом потоке, созданном имитатором фона для соответствующего ФП, исходя из условия, что созданный засветкой электрический ток близок к 50% сигнала насыщения ФП,
- в устройстве по п. 2, включающем два корпуса, соединенные жестко и светонепроницаемо, в одном из которых размещен источник излучения, а во втором, имеющем цилиндрическую форму с круглым сечением, последовательно и соосно с источником излучения жестко установлены зачерненная с обеих сторон сменная пластина с размещенной на ней совокупностью расположенных по окружности диафрагм, и цилиндрический тубус, внутренняя поверхность которого выполнена белого цвета, при этом на торце второго корпуса установлен фоточувствительный приемник, в устройство дополнительно введена вторая зачерненная с обеих сторон пластина, установленная за первой по ходу светового потока и соосно с ней с возможностью поворота вокруг их общей оси, на которой по концентрическим окружностям размещены диафрагмы так, что диафрагмы одного размера расположены на соответствующей окружности с возможностью перекрытия аналогичных диафрагм сменной пластины.
Благодаря наличию указанных признаков, порядок выполнения действий во времени, осуществляемый в соответствии с назначением способа, и технические средства, с помощью которых может быть осуществлено изобретение, подчинены этому способу и иного применения могут не иметь, а в устройстве благодаря наличию конструктивных элементов, форме их выполнения, а также конструктивной и функциональной взаимосвязи получают вместо дискретной регулировки плавное изменение светового потока в широком диапазоне, и, как следствие, достигается технический результат заявляемого способа и устройства, выражающийся в расширении диапазона эксплуатационных характеристик, а также в создании плавной регулировки освещенности в широком диапазоне, обеспечивающие измерение светотехнических параметров ФП различных марок и увеличение точности измерения за счет оптимизации влияния нелинейности световой характеристики ФП на результаты измерений.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4, где
- на фиг. 1 показан общий вид устройства,
- на фиг. 2 - варианты выполнения сменной пластины,
- на фиг. 3 - подвижная пластина,
- на фиг. 4 - принцип плавного изменения светового потока, проходящего через пары отверстий.
1
2
1
2
1
2
Устройство для плавного ослабления светового потока при имитации фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения, реализующее способ по п. 1 (фиг. 1), состоит из корпуса 1, жестко и светопроницаемо соединенного с корпусом 2 цилиндрической формы. В корпусе 1 установлен источник излучения 3. В корпусе 2 цилиндрической формы по оси источника излучения 3 последовательно установлены одна из сменных зачерненных с обеих сторон пластин 4 (4, 4…, но не менее двух пластин) (фиг. 1, 2), с размещенной на ней совокупностью расположенных по окружности и имеющих одинаковый диаметр точечных диафрагм 4', соответствующей выбранной сменной пластине 4' (4', 4', …), вторая зачерненная с обеих сторон пластина 5, установленная с возможностью разворота, с размещенной на ней совокупностью расположенных по концентрическим окружностям (по числу сменных зачерненных пластин) точечных диафрагм 5' (фиг. 3) так, что диафрагмы одного размера 5', 5', … расположены на соответствующей концентрической окружности с возможностью перекрытия аналогичных диафрагм сменной пластины. Кроме того, в корпусе 2 установлен тубус 6, внутренняя поверхность которого имеет белый цвет, а на выходном торце размещена фоточувствительная поверхность ФП 7. При этом вращение второй пластины осуществляют с помощью ручки 8.
Заявленное техническое решение работает следующим образом.
Как показано на фиг. 1, излучение от источника 3 попадает на плоскость зачерненной неподвижной сменной пластины 4 в зоне расположения диафрагм 4', установленных соосно с диафрагмами 5', выполненными на подвижной зачерненной пластине 5 и имеющими такой же диаметр. Пластины 4 и 5 установлены соосно. Пластина 5 размещена за пластиной 4 по ходу лучей с возможностью поворота вокруг их общей оси в своей плоскости относительно пластины 4. С помощью ручки 8 осуществляют поворот пластины 5, перекрывая диафрагму 4' диафрагмой 5', тем самым плавно изменяя световой поток, проходящий через часть отверстий каждой из пар (фиг. 4). Прошедший поток излучения попадает на боковую цилиндрическую поверхность тубуса 6 круглого сечения белого цвета, ось которого совмещена с осью источника 3. После отражения от внутренней белой поверхности тубуса 6 световой поток попадает на его выходной торец, где помещена поверхность светочувствительной площадки ФП 7. С помощью стандартных средств измерения, вспомогательных устройств и методов измерения производят измерение фотоэлектрических параметров и характеристик ФП.
Неподвижные сменные пластины 4 (см. фиг. 2) представлены в комплекте по числу концентрических окружностей (n) на подвижной пластине 5. Для проведения измерений выбирают неподвижную пластину 4, исходя из типа ФП по диаметру диафрагм и требуемой мощности излучения для измерения параметров ФП. При этом неподвижная пластина 4 работает в паре с подвижной пластиной 5 (фиг. 3, 4) с использованием диафрагм, расположенных на одном радиусном расстоянии от их совмещенных осей и при их равных диаметрах.
ЦВ
При реализации изобретения для корпуса излучателя используют материал марки АМГ3, для второго корпуса также АМГ3. Лампа излучателя должна быть отградуирована, исходя из спектра А (Т=2850 К). Неподвижная и подвижная пластины выполнены из материала АМГ3. Вставка, размещаемая на внутренней поверхности тубуса, выполнена из белого ватманского листа. Заданные в техническом задании на ФП параметры определяются на основе ГОСТ Р7772-88. При этом используют люксметр «Аргус-01» и сменные пластины с концентрическими окружностями разного диаметра.
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает плавное изменение светового потока, что позволяет повысить точность измерения фотоэлектрических параметров и характеристик ФП, а также создает возможность проведения измерения различных марок ФП и минимизирует влияние нелинейности световой характеристики на результаты измерений.