СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ ФОНОВОЙ ЗАСВЕТКИ БЕЗ ИСКАЖЕНИЯ СПЕКТРА ФОНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
METHOD AND APPARATUS FOR SIMULATING BACKLIGHT WITHOUT BACKGROUND RADIATION SPECTRUM DISTORTION

Изобретение относится к оптике, а именно к устройствам создания фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения, в основном для проверки фоточувствительной поверхности фотоприемника.
Известен имитатор оптических сигналов для проверки функционирования оптикоэлектронных следящих систем (RU 29140 U1 от 27.04.2003). В данном имитаторе используется создание фоновой засветки. Недостаток данного устройства - сложность конструкции.
Наиболее близким устройством имитации фоновой засветки (см. журнал ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ТЕХНИКА, №3/2010, стр.26) является косинусная насадка для рабочих средств измерения оптического излучения, которая представляет собой выполненный из молочного стекла элемент, равномерно рассеивающий падающее излучение по всем направлениям, обеспечивая тем самым выполнение закона Ламберта, согласно которому яркости светорассеивающей поверхности во всех направлениях одинаковы. Недостатком данного устройства является наличие искажения спектра источника излучения.
Предлагаемое изобретение направлено на исключение данных недостатков.
Цель изобретения создание способа и устройства имитации фоновой засветки без искажения спектра излучения.
Цель достигается тем, что устройство имитации фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения, состоит из:
- источника освещения, размещенного на оси цилиндрического корпуса круглого сечения,
- металлической зачерненной с обеих сторон пластины, на которой нанесены диафрагмы маленького размера - точечные диафрагмы, расположенной 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.
Кроме того, предлагается способ имитации фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения, заключающийся в получении светового потока от лампы источника засветки, подсветке этим световым потоком совокупности точечных диафрагм, расположенных в плоскости, удаленной от лампы 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 лампу источника засветки, после отражения от которой собирается в выходном торце цилиндрического тубуса, где помещают фоточувствительную поверхность фотоприемника (ФП), светотехнические параметры которого измеряют в неискаженном спектре лампы источника засветки.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - схема известного имитатора фона (ИТФ) для засветки исследуемого ФП,
Фиг.2 - спектральные характеристики излучения источника А и источника А после прохождения через деталь из молочного стекла марки МС13,
Фиг.3 - предельно допустимый разброс спектральных характеристик чувствительности для кремниевой ПЗС матрицы,
Фиг.4 - изображение нити накала лампы источника подсветки, при отсутствии молочного стекла, при засветке одной диафрагмы, расположенной на оси ИТФ,
Фиг.5 - варианты распределения освещенности в изображении нити накала в предлагаемом изобретении при подсветке одной диафрагмы,
Фиг.6 - экспериментально полученное распределение фонового сигнала по фоточувствительной поверхности фотоприемника при засветке одной диафрагмы, смещенной с оси ИТФ,
Фиг.7 - экспериментально полученное распределение фонового сигнала по фоточувствительной поверхности фотоприемника размером 1024×1024 элемента, помещенного в выходном зрачке имитатора фона (ИТФ) при засветке совокупности круглых диафрагм в плоскости металлической зачерненной с обеих сторон пластины, расположенных по окружности с центром на оси ИТФ на одинаковом расстоянии друг от друга.
При измерении светотехнических параметров матричных фотоприемников (ФП) типа ПЗС-матриц и фотодиодных матриц: интегральной световой чувствительности и неравномерности световой чувствительности (НСЧ), принято использовать имитаторы равномерной фоновой засветки, типичная конструктивная схема которых изображена на Фиг.1.
В приведенной на фиг.1 типичной схеме имитатора равномерной фоновой засветки для создания диффузного характера светового потока, засвечивающего круглую диафрагму (поз.5) в центре металлической пластины, используется молочное стекло (поз.3). Его применение позволяет создать в области круглой диафрагмы (поз.5) равномерный характер освещенности. Но одновременно использование молочного стекла (далее, МС) и диафрагмы (поз.4) в световом тракте вносит искажение спектра излучения лампы, имитирующей спектр источника А (поз.1). При этом на фиг.1 также имеется тубус имитатора равномерной фоновой засветки (поз.6), ограничительное кольцо (выходной зрачок имитатора) (поз.7) и фотоприемник (поз.8)
На Фиг.2 приведены спектральные характеристики излучения (СХИ) источника А и источника А после прохождения через деталь из молочного стекла марки МС13.
Как видно из Фиг.2, отличие нормированных СХИ источника А и СХИ источника А после прохождения через деталь из молочного стекла марки МС13 («А+МС13») достигает 0.95-2.15 раз.
Следовательно, для повышения точности определения интегральной световой чувствительности по источнику типа А необходимо производить пересчет интегральной световой чувствительности, измеренной по источнику типа «А+МС13», к интегральной световой чувствительности по источнику типа А.
Такой пересчет производится в соответствии с [1] с использованием следующего выражения.
где
- измеренное значение интегральной световой чувствительности фотоприемника к фоновому излучению со спектром «А+МС13»,
- нормированная СХИ источника А после прохождения через деталь из молочного стекла марки МС13,
- нормированная СХИ источника А,
- относительная спектральная чувствительность глаза,
- относительная спектральная чувствительность фотоприемника, для которого производится определение интегральной световой чувствительности.
Обычно разработчики ФП сообщают в справочных материалах либо типичную спектральную характеристику чувствительности (СХЧ) ФП, либо предельно допустимый разброс СХЧ, как показано, например, на Фиг.3 для кремниевой ПЗС матрицы.
Таким образом, можно констатировать, что для конкретного образца ФП его СХЧ либо не известна, либо известна с погрешностью, определяемой допуском на разброс СХЧ ФП.
Для левой и правой СХЧ на Фиг.3 погрешность знания СХЧ достигает 26-50%, следовательно, погрешность определения интегральной световой чувствительности по источнику типа А для конкретного образца ПЗС-матрицы данного типа по уровню СКО составляет ~ 14-20%.
Если просто удалить из светового тракта ИТФ МС, то вследствие малых размеров круглой диафрагмы на черной пластине и значительной длины тубуса ИТФ система «дифрагма + тубус» работает как камера-обскура, в выходном зрачке которой (он же выходной зрачок ИТФ) образуется размытое изображение нити накала лампы источника подсветки.
При расположении круглой диафрагмы (поз.5) на оси ИТФ это изображение, имеющее форму «огурца», (поз.10, 11) находится в центре выходного зрачка ИТФ, и которое можно увидеть на листе белой бумаги на выходе ИТФ, как схематически показано на Фиг.4.
Для исключения погрешности определения интегральной световой чувствительности конкретного ФП по источнику типа А (поз.1) необходимо исключить из светового тракта имитатора фона (ИТФ) молочное стекло.
Если направление засветки круглой диафрагмы (поз.5) не совпадает с направлением оси ИТФ, то при нанесении на внутреннюю поверхность тубуса ИТФ (поз.6) белого диффузно отражающего покрытия (например, ватманского листа) возможны варианты распределения освещенности в изображении нити (поз.12, 13), показанные схематически на Фиг.5.
Для направления засветки круглой диафрагмы(поз.5), показанного в левой половине на Фиг.5, произведен экспериментальный замер распределения фонового сигнала в выходном зрачке ИТФ, когда в плоскость выходного зрачка ИТФ помещен матричный ФП размером 1024×1024 элемента. Это экспериментально полученное распределение фонового сигнала по фоточувствительной поверхности ФП показано на Фиг.6
При расположении круглых отверстий по окружности и совмещении центра этой окружности с осью ИТФ, на которой (на оси ИТФ) находится также лампа источника засветки ИТФ (поз.1.1) с нитью накала (поз.1.2), можно получить распределение фонового сигнала, близкое к равномерному, как показано на Фиг.7, где также приведено экспериментально полученное распределение фонового сигнала по фоточувствительной поверхности ФП размером 1024×1024 элемента, помещенного в выходном зрачке ИТФ.
Поскольку отражение от белой диффузно рассеивающей поверхности не изменяет спектр упавшего на нее излучения, то показанный на Фиг.7 фоновый сигнал соответствует источнику типа А и его можно использовать для вычисления интегральной световой чувствительности ФП без дополнительных пересчетов.