УСТРОЙСТВО ИМИТАЦИИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СЦЕНЫ

Полезная модель 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, опубл. 20.08.2018), 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, опубл. 22.04.2003), 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 недостатку 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 направлена полезная модель, 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 настоящей полезной модели, 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 фиг. 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.