Устройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов, прозрачных для ик излучения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1 С 0131/4 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Патент США4013364,кл. 356-73, опублик. 1979.2. Лисянский Б.Е. и др. Прибордля контроля однородности оптичесКихэлементов - "Измерительная техника",1978,5, с. 26-28 (прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯКОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ ОБЪЕКТОВ,ПРОЗРАЧНЫХ ДЛЯ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее источник ИК излучения и расположенные последовательно по ходуизлучения коллимирующую оптическуюсистему, приемный объектив, устройство кадрового сканирования с датчиком кадровых синхроимпульсов, устройство строчного сканирования сдатчиком строчных синхроимпульсов,приемник излучения с предусилителем,выход которого подключен к блокуобработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности при сокращении времени измерений, в .него введены оптический коммутатор, выполненный в виде блока светоделителя и зеркального модулятора с датчиком синхроимпульсов, расположенных передприемным объективом, а блок обработки видеосигнала выполнен в видеформирователя тактовых импульсов,формирователя стробирующих импульсов ЯО 11 5901 четных и нечетных кадров иэображения, трех запоминающих устройств,аналогового измерителя отношений,формирователя строчных и кадровыхсинхроимпульсов и формирователястробирующих импульсов, два входакоторого соединены с соответствующими выходами формирователя строчныхи кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсовчетных и нечетных кадров изображения, а выход соединен с входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к первомувходу видеоконтрольного устройства,к второму входу которого подключенформирователь. строчных и кадровыхсинхроимпульсов, вход которого соединен с одним выходом формирователятактовых импульсов, два входа которого подключены соответственнок датчикам строчных и кадровых синхроимпульсов, а его выход соединенс одним входом формирователя стробирующих импульсов четного и нечетного кадров изображения, два другихвхода которого соединены соответственно с выходом датчика синхроимпульсов зеркального модулятора ис выходом предусилителя, а выходыподключены к соответствующим входампервого и третьего запоминающих устройств и к одному входу аналоговогоизмерителя отношений, другой входкоторого соединен с выходом первогозапоминающего устройства, а выходчерез третье запоминающее устройствосоединен с входом второго запоминающего устройства.901 1 1165Изобретение относится к исследованию оптических свойств материалов, в частности измерения коэффициента пропускания образцов, и может. быть использовано при изготовлении и 5 оценке качества элементов оптических систем.Известны устройства для исследования пространственного распределения коэффициента пропускания объек тов, прозрачных для ИК излучения, принцип действия которых основан на двумерном сканировании поля анализа и .Недостатками этих устройств явля ется сравнительно большое время формирования изображения, что обуславливает их невысокую производительность и значительную погрешность измерений при использовании в качестве источника излучения лазеров, обладающих значительной нестабильностью мощности излучения.Наиболее близким техническим решением к изобретению является уст ройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов прозрачных для ИК излучения, содержащее источник ИК излучения и расположенные З 0 последовательно по ходу излучения коллимирующую оптическую систему, приемный объектив, устройство кадрового сканирования с датчиком кадровых синхроимпульсов, устроиство строч ного сканирования с датчиком строчных синхроимпульсов, приемник излучения с:предусилителем выход которого подключен к блоку обработки видеосигнала с видеоконтрольным 40 устройством 2 .Недостатком известного устройства является то, что при автоматическом сканировании поля анализа невозможно получить неискаженную картину 45 пространственного распределения коэффициента пропускания из-за неравномерности распределения облученности по полю анализа, создаваемой источником излучения и из-за нерав номерности функции передачи модуляции регистратора. Поэтому с помощью данного устройства в автоматическом режиме получают, в основном, качественную информацию об оптической од нородности образцов, т.е. обнаруживают включения, трещины, неоднородности структуры, свили и т,д. Количественную же информацию о распределении коэффициента пропускания по полю анализа получают по точкам, как говорилось выше, что позволяет исключить влияние на точность измерений неравномерности источника излучения и функции передачи .модуляции регистратора. При этом на измерение в одной точке требуется 3-4 с, а для того, чтобы получить представленные о пространственном распределении коэффициента пропускания во всей исследуемой области объекта необходимо произвести измерения в большом количестве точек, что требует значительного времени.Цель изобретения - повышение точности при сокращении времени измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов прозрачных для ИК излучения, содержащее источник ИК излучения и расположенные последовательно по ходу излучения коллимирующую оптическую систему, приемный объектив, устройство. кадрового сканирования с датчиком кадровых синхроимпульсов, устройство строчного сканирования с датчиком строчных синхроимпульсов, приемник излучения с предусилителем, выход которого подключен к блоку обработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством, введен оптический коммутатор, выполненный в виде блока светоделителя и зеркального модулятора с датчиком синхроимпульсов, расположенные перед приемным объективом, а блок обработки видеосигнала выполнен в виде формирователя тактовых импульсов, формирователя стробирующих импульсов четных и не- четных кадров изображения, трех запоминающих устройств, аналогового ,измерителя отношений, формироватыя . строчных и кадровых сиусроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов, два входа которого соединены с соответствующими выкодамн формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения, а выход соединен с входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к первому входу видеоконтрольного3 1165устройства, к второму входу которогоподключен формирователь строчныхи кадровых синхроимпульсов, входкоторого соединен с одним выходомформирователя тактовых импульсов,два входа которого подключены соответственно к датчикам строчных и кадровьм синхроимпульсов, а его выходсоединен с одним входом формирователя стробирующих импульсов четного и .Онечетного кадров изображения, двадругих входа. которого соединенысоответственно с выходом датчикасинхроимпульсов зеркального модулятора и с. выходом предусилителя, а 15выходы подключены к соответствующимвходам первого и третьего запоминающих устройств и к одному входу аналогового измерителя отношений, другой вход которого соединен с вьмодом 20первого запоминающего устройства,а выход через третье запоминающееустройство соединен с входом второгозапоминающего устройства.На чертеже представлена схема 25устройства.Устройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов прозрачных для ИК излучения, содержит ЗОисточник 1 ИК излучения и расположенные последовательно по ходу излучения коллимирующую оптическую систему 2, приемный объектив 3, устройство 4 кадрового сканированияс датчиком 5 кадровых синхроимпуль сов, устройство 6 строчного сканирования с датчиком 7 строчных синхроимпульсов, приемник 8 излучения спредусилителем 9, выход которого подключен 40к блоку 10 обработки видеосигналас видеоконтрольным устройством 1.1,оптический коммутатор 12, выполненный в виде блока 13 светоделителяи зеркального модулятора 14 с датчиком 15 синхроимпульсов, расположенные перед приемным объективом 3,блок 10 обработки видеосигналавыполнен в виде формирователя 16тактовых импульсов, формирователя .5017 стробирующих импульсов четныхи нечетных кадров изображения, трехзапоминающих устройств - 18-20,аналогового измерителя 21 отношений,формирователя 22 строчных и кадровьм 55синхроимпульсов и формирователя 23стробирующих импульсов, два входакоторого соединены с соответствую 901 .4щими выходами формирователя 22 строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя 17 стробирующих импульсов четных и нечетных кадров иэображения, а выход соединен с входом второго запоминающего устройства19, выход. которого подключен к первому входу видеоконтрольного устройства 11, к второму входу которого подключен формирователь 22 строчных и кадровых синхроимпульсов 22,вход которого соединен с одним выходом формирователя 16 тактовых импульсов, два входа которого подключены соответственно к датчикам строчных и кадровых синхроимпульсов, а его выход соединен с одним входом формирователя 17 стробирующих импульсов четного и нечетного кадров иэображения, два других входа которого соединены соответственно с выходом датчика синхроимпульсов зеркального модулятора 15 и предусилителя 9, а выходы подключены к соответствую- . щим входам первого и третьего запоминающих устройств 18, 20 и к одному входу аналогового измерителя21 отношений, другой вход которого соединен с выходом первого запоминающего устройства 18, а выход через третье запоминающее устройство 20 соединен с входом второго запоминающего устройства 19, исследуемый образец 24.Устройство работает следующимобразом.Каллимированное излучение от источника 1 ИК излучения проходит через блок 13 светоделитепя, образец 24 и попадает на приемный объектив 3. Отраженное излучение попадает на плоское зеркало устройства 4 кадрового сканирования, отразившись от которого проходит через призму устройства 6 строчной развертки и попадает на приемник 8 излучения, сигнал с вьмода которого усиливают с помощью предусилителя 9 и подают в блок 1 О обработки .видеосигнала, Между приемным объективом 3 и исследуемым образцом 24 находится зеркальный модулятор 14, частота вращения которого синхронизирована с частотой колебаний зеркала устройства 4 и вдвое ниже ее. Иодулятор осуществляет коммутацию излучения, падающего на приемный объектив 3 таким образом, что в течение одного1165901 кадра, изображения, Формируемого ска, нирующим регистратором, на приемный объектив 3 попадает излучение, прошедшее через исследуемый объект 24, а в течение следующего кадра - излу чение источника, отраженное светоделителем 13. При коэффициенте деления блока 13 светоделителя равном 0,5 отношение видеосигналов, соответствующих какому-либо элементу разло жения изображения взятое в двух последующих кадрах, численно равно коэффициенту пропускания объекта в точке, соответствующей выбранному элементу разложения. 1Автоматическое поэлементное вычисление отношения видеосигналов двух последовательно расположенных во времени кадров изображения осуществляется с помощью устройств, введенных в блок 10 обработки видеосигнала, которые работают следующим . образом.В течение прямого хода кадрового зеркала устройства 4 при формирова нии 1, 3, 5 и т.д. кадров происходит запись видеосигнала 3 , соответствующего прошедшему через объект излучения в запоминающее устрЬйство 18, которое состоит из 3 аналого-цифрового преобразователя (АЦП), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Синхронизация этого запоминающего устройства осуществляется с помощью формирователя 16 тактовых импульсов, которые стробируются Формирователем 17 стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения. В течение прямого хода кадрового зеркала при формировании 2, 4, 6 и т.д. кадров происходит поэлементное деление видеосигнала 3 , поступающего на первый вход аналогового измери теля 21 отношений с выхода запоминающего устройства 18, на видеосиг" иал 3 , соответствующий падающему на объект излучению, который стробируется формирователем 17 и поступает на второй вход аналогового измерителя 21 отношений. В течение прямого хода кадрового зеркала при формировании четных кадров происходвоичном коде во второе запоминающее устройство 19, состоящее из ОЗУи ЦАП, после чего, в течение прямогохода кадрового зеркала идет воспроизведение записанного сигнала извторого запоминающего устройства 19на ВКУ 11 с кадровой частотой телевизионного стандарта (50 Гц). Приэтом синхронизация второго запоминающего устройства 19 осуществляетсяс помощью формирователя 22 строчныхи кадровых синхроимпульсов, которыестробируются Формирователем стробирующих импульсов 23, От Формирователя 22 строчных и кадровых синхроимпульсов осуществляется также синхронизация ВКУ 11 при воспроизведении изображения с частотой телевизионного стандарта. Синхронизацияформирователя 16 тактовых импульсови формирователя 17 стробирующихимпульсов четных и нечетных кадровизображения с частотой механическихразверток изображения и скоростьювращения зеркального модулятора 0осуществляется с помощью соответствующих датчиков 5, 7 и 15.синхроимпульсов. Таким образом, в данномустройстве осуществляется автомати.ческое поэлементное измерениекоэффициента пропускания исследуемого объекта, пространственное распределение которого индуцируетсяна экране ВКУ с частотой телевизионного стандарта, Смена информации при этом происходит с частотойвращения зеркального модулятора 14.Изобретение позволяет повыситьточность измерений при существенномсокращении времени измерений, Точность измерений по сравнению с измерениями по "точкам", осуществляемыми с помощью известного, повышается за счет тоГо, что существенно сокращается время измерений, Е поэтому различные дестабилизирующие Факторы, такие как нестабильностьмощности источника излучения, изменения коэффициента передачи фотоприемного устройства регистратораоказывают меньшее воздействие, Кроме того, в известном устройствевычисление отношения 3 / 3 производится не.автоматически, а операдит также запись сигнала 3-3 Эос выхода аналогового измерителя 21 отношений в третье запоминающееустройство 20, состоящее из АЦП и ОЗУ. В течение обратного хода кЩ рового зеркала,при формировании четных кадров изображения происходит перезапись сигнала 3= 3 /3 о втором, что также может проводить кошибкам. Время единичного измеренияв данном устройстве модчс г къ 21 1 эигДеТА период вращения зеркального модулятора;число строк разложенияизображения регистратора;число элементов разложенияизображения в строке;коэффициент использованиястрочной развертки;коэффициент использованиякадровой развертки. 11 стр"зи г,При тех же параметрах разверты-" вающих устройств, что и известным времяц - 2-3 мкс. Полный цикл измерений по всему полю анализа.определяется временем смены информации, т.е, равен периоду вращения зеркального модулятора Ти,о = 0,.5 с. При измерениях по "точкам" в извест.ном устройстве время единичного измерения при использовании устрой" ства выделения видеосигнала элемента разложения изображения и измерения его амплитуды с помощью цифро 1вого вольтметра составляет011 = 3-4 с, а полный цикл измерений равен т ц и п, где й - число измерений в данном поле анализе. Следовательно, на единичное измерение в известном устройстве необходимо в 6-8,раз больше времени, чем на полный цикл измерений по всему полю анализа в предлагаемом устройстве. Соответственно во столько же раз в известном устройстве больше время 65901 8 ,действия дестабилизирующих факторов, влияющих на точность измерений,Для подтверждения практическойосуществимости предлагаемого устройства быпи проведены необходимые.расчеты, и составлена. функциональная схема с учетом характеристиксерийно выпускаемых промышпенностью 10 модулей оперативной памяти, АЦПи ЦАП и характеристик оптико-меха. нических развертывающих устройств,аналогичных используемым.в известном. Выпи проведены также лабора торные исследования отдельных элементов и узлов. Проведенные расчетыи эксперименты показали практическую осуществимость предлагаемогоустройства, его высокую эффектив ность и достижимость поставленнойцели. Так например, при использова. -нии в качестве источника излучениялазеров на СО типа ЛГА, ЛГ -23,обладающих существенной нестабиль. ностью мощности излучения, погрешность при измерениях с помощью пред-лагаемого устройства за счет сокращения времени измерений может бытьуменьшена на 2-37 по сравнению с из"вестным.Предлагаемое устройство может най.ти применение при исследованииоптической однородности материалов,используемых для изготовления элементов ИК оптики инфракрасных систем, Изготовление таких элементоввесьма трудоемко и дорогостояще,поэтому применение .высокопроизводительной и эффективной аппаратуры 40 для контроля качества материаловна самой ранней стадии изготовленияможет существенно снизить затратына изготовление приборов.1165901 Составитель А.Чурбаковактор А.1 Пандор Техред М.Пароцай Корректор А.Тяск Заказ 4299/33 о к е открыти аушская Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. ная,Тираж 897НИИПИ Государственнопо делам изобретени13035, Москва, Ж,одписноеСССРб., д, 4