[go: up one dir, main page]

RU2329475C1 - Device for taking measurements of light scattering characteristics of optoelectronic instruments - Google Patents

Device for taking measurements of light scattering characteristics of optoelectronic instruments Download PDF

Info

Publication number
RU2329475C1
RU2329475C1 RU2007110572/28A RU2007110572A RU2329475C1 RU 2329475 C1 RU2329475 C1 RU 2329475C1 RU 2007110572/28 A RU2007110572/28 A RU 2007110572/28A RU 2007110572 A RU2007110572 A RU 2007110572A RU 2329475 C1 RU2329475 C1 RU 2329475C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
collimator
plane
radiation
measuring
ccd
Prior art date
Application number
RU2007110572/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владимирович Алабовский (RU)
Андрей Владимирович Алабовский
Original Assignee
Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2007110572/28A priority Critical patent/RU2329475C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2329475C1 publication Critical patent/RU2329475C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: optics.
SUBSTANCE: invention refers to measurement of light scattering characteristics of optoelectronic instruments (OEI) and can be used in techniques of experimental measuring of a reflection indicatrix, direction finding characteristic and effective scattering area of OEI under laboratory conditions. The device contains a source of emission (a laser), a forming system, two beam splitters, an inspected and standard retro-reflectors, a receiving collimator, two transparent mat screens, two projecting systems, two matrices of a CCD (charge coupled device), connected to a microprocessor, and a monitor. The standard retro-reflector is assembled near an entrance pupil of the inspected retro-reflector in the emission beam. The first mat transparent screen, the first projecting system and the first matrix of the CCD are arranged in series on the way of emission of the beam going out of the receiving collimator. The second mat transparent screen, the second projecting system and the second matrix of the CCD are arranged in series on the way of emission of the beam reflected from a flat parallel plate.
EFFECT: invention upgrades accuracy of OEI light scattering characteristics measurement due to reduction of systematic errors caused by dependence of a current value of standard reflectors EPR (electron paramagnetic resonance) on a distance of their location.
13 dwg

Description

Изобретение относится к области измерений характеристик светорассеяния оптико-электронных приборов (ОЭП) и может быть использовано в технике экспериментального измерения индикатрисы отражения, пеленгационной характеристики и эффективной площади рассеяния ОЭП в лабораторных условиях.The invention relates to the field of measuring the light scattering characteristics of optoelectronic devices (OED) and can be used in the technique of experimental measurement of the reflection indicatrix, direction-finding characteristic and effective dispersion area of the OED in laboratory conditions.

Известно, что для сравнительной оценки световозвращательной способности различных ОЭП используются основные световозвращательные характеристики. К ним относятся [ЛАЗЕР-ИНФОРМ. Информационный бюллетень Лазерной ассоциации №4 (259) февраль, 2003, Н.В.Барышников, к.т.н., В.Е.Карасик, д.т.н., проф., МГТУ им.Н.Э.Баумана, Москва, 7 мая 2003 г]:It is known that for a comparative assessment of the retroreflective ability of various EIAs, the main retroreflective characteristics are used. These include [LASER-INFORM. Newsletter of the Laser Association No. 4 (259) February, 2003, N.V. Baryshnikov, Ph.D., V.E. Karasik, Doctor of Technical Sciences, Professor, MSTU named after N.E.Bauman Moscow, May 7, 2003]:

- эффективная площадь рассеяния (ЭПР) - σ;- effective scattering area (EPR) - σ;

- индикатриса отражения;- reflection indicatrix;

- пеленгационная характеристика.- direction finding characteristic.

Совокупность ЭПР по всем направлениям относительно оптической оси световозвращателя составляет его пространственную индикатрису отражения.The set of EPR in all directions relative to the optical axis of the retroreflector is its spatial reflection indicatrix.

Пеленгационной характеристикой ОЭП - σ(j) называют зависимость ЭПР от угла пеленга j - угла между осью оптической системы ОЭП и направлением на источник подсвета.The direction-finding characteristic of the EIA - σ (j) is the dependence of the EPR on the angle of the bearing j - the angle between the axis of the optical EIA system and the direction to the illumination source.

При этом известно, что в ходе процессов локации и измерении характеристик светорассеяния ОЭП, как правило, используются лазерные пучки [А.В.Павлов. Характеристики излучения и методы из расчета. М.: МО СССР, 1979, 148 с.], а расстояния между источником и ОЭП, и приемником и ОЭП могут не совпадать [патент RU №2256871, 2003 г.]Moreover, it is known that, as a rule, laser beams are used during location processes and measuring the light scattering characteristics of EEDs [A.V. Pavlov. Radiation characteristics and calculation methods. M .: MO USSR, 1979, 148 pp.], And the distances between the source and the EIA, and the receiver and the OEP may not coincide [RU patent No. 2252571, 2003]

Известно устройство для определения эффективной площади рассеяния ОЭП (см., например, патент RU №2284486, по классу G01J 1/10, 2006 г.), включающее расположенные по ходу зондирующего излучения лазер подсвета и светорасщепитель, между которыми последовательно установлены по ходу зондирующего лазерного излучения коллиматор и объектив, с фокусным расстоянием f, равным удвоенному расстоянию между светорасщепителем и держателем исследуемого ОЭП, между светорасщепителем и фотоприемником по ходу ответвленного светорасщепителем отраженного от ОЭП средства излучения.A device is known for determining the effective scattering area of an OEP (see, for example, patent RU No. 2284486, class G01J 1/10, 2006), including a backlight laser and a light splitter located along the probe radiation, between which are sequentially installed along the probe laser radiation, a collimator and a lens, with a focal length f equal to twice the distance between the light splitter and the holder of the investigated OED, between the light splitter and the photodetector along the branch of the light splitter reflected from the OED medium radiation Twa.

Недостатком данного устройства является большая систематическая погрешность измерений значений ЭПР, обусловленная реализацией посредством этого устройства метода локации в сходящемся пучке.The disadvantage of this device is the large systematic error in measuring the EPR values due to the implementation of the method of location in a converging beam using this device.

Проведем оценку систематической погрешности измерений, возникающей при использовании описанного выше устройства. Согласно [Ю.Л.Козирацкий, В.Д.Попело, Методы экспериментального исследования характеристик отражения оптико-электронных средств, Научно-методические материалы, 5 ЦНИИИ МО РФ, 1998 г. 186 с. (стр.120)]:Let us evaluate the systematic measurement error that occurs when using the device described above. According to [Yu.L. Koziratsky, V.D. Popelo, Methods for the experimental study of the reflection characteristics of optoelectronic devices, Scientific and methodological materials, 5 Central Research Institute of the Ministry of Defense of the Russian Federation, 1998, 186 p. (p. 120)]:

расстояние между входным зрачком ОЭП и объективом равно L=0,5f;the distance between the entrance pupil of the OEP and the lens is L = 0.5f;

диафрагма устанавливается в плоскости анализа отраженного от ОЭП излучения, удаленной от входного зрачка ОЭП на расстояние, также равное L=0,5f.the diaphragm is installed in the plane of analysis of the radiation reflected from the EED, which is also removed from the entrance pupil of the EED by a distance also equal to L = 0.5f.

При этом радиус отверстия диафрагмы rd зависит от моделируемой трассы локации Lm и определяется с помощью следующего выражения:Moreover, the radius of the aperture rd depends on the modeled route Lm and is determined using the following expression:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где: ro - радиус входного зрачка приемного канала реального образца лазерного локатора.where: ro is the radius of the entrance pupil of the receiving channel of the real sample of the laser locator.

Известно, что отношение мощностей принимаемого расположенным за диафрагмой приемником излучения, проходящего через отверстия с одинаковыми значениями их радиусов, пропорционально отношению плотности мощности в плоскости этих отверстий. В свою очередь плотность мощности в сходящемся пучке зависит от удаления плоскости анализа относительно его перетяжки (точки его фокусировки), а отношение плотностей мощности равно отношению квадратов радиусов пучков в плоскости анализа, которые зависят от удаления плоскости анализа от перетяжки.It is known that the power ratio of the radiation received behind the diaphragm passing through the holes with the same values of their radii is proportional to the ratio of the power density in the plane of these holes. In turn, the power density in a converging beam depends on the distance of the analysis plane relative to its constriction (the focus point), and the ratio of power densities is equal to the ratio of the squares of the radii of the beams in the analysis plane, which depend on the distance of the analysis plane from the constriction.

Определим удаление перетяжки отраженного от ОЭП сходящегося пучка.Let us determine the removal of the waist of the converging beam reflected from the EIA.

Рассмотрим ход проходящих в прямом направлении лучей при локации оптико-электронных средств (ОЭП) в сходящемся пучке, который показан на Фиг.2.Consider the course of the rays passing in the forward direction during the location of optoelectronic devices (OED) in a converging beam, which is shown in FIG. 2.

На Фиг.2 приведены следующие обозначения: L - радиус кривизны волнового фронта в плоскости входного зрачка ОЭП (дальность локации ОЭП в сходящемся пучке); f - значение параксиального фокуса объектива ОЭП; x1 - расстояние между задней главной плоскостью объектива ОЭП и точкой пересечения сфокусированного им сходящегося пучка с осью; z1 - расстояние между параксиальным фокусом объектива и точкой пересечения сфокусированного им сходящегося пучка с оптической осью; z2 - расстояние между параксиальным фокусом объектива и точкой пересечения направлений лучей падающего на входной зрачок пучка с оптической осью.Figure 2 shows the following notation: L is the radius of curvature of the wave front in the plane of the entrance pupil of the OED (range of location of the OED in a converging beam); f is the value of the paraxial focus of the OED lens; x1 is the distance between the rear main plane of the OED lens and the point of intersection of the convergent beam focused by it with the axis; z1 is the distance between the paraxial focus of the lens and the point of intersection of the convergent beam focused by it with the optical axis; z2 is the distance between the paraxial focus of the lens and the point of intersection of the directions of the rays of the beam incident on the entrance pupil with the optical axis.

Значение расстояния между задней главной плоскостью объектива ОЭП и точкой пересечения сфокусированного им сходящегося пучка x1 может быть определено с помощью уравнения Гаусса [Прикладная оптика / Дубовик А.С.и др.; Учебное пособие для вузов, М., Недра, 1982, 621 с. (стр.40-41)]:The distance between the rear main plane of the OED lens and the point of intersection of the convergent beam x1 focused by it can be determined using the Gauss equation [Applied Optics / A. Dubovik et al .; Textbook for high schools, M., Nedra, 1982, 621 p. (pg. 40-41)]:

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

Из Фиг.2 следует, что расстояние между параксиальным фокусом объектива и точкой пересечения направлений лучей падающего на входной зрачок пучка с осью z2 равно:From figure 2 it follows that the distance between the paraxial focus of the lens and the point of intersection of the directions of the rays incident on the entrance pupil of the beam with the axis z2 is equal to:

Figure 00000004
.
Figure 00000004
.

Подставляя (3) в (2) после простых преобразований и сокращений получим:Substituting (3) in (2) after simple transformations and abbreviations, we obtain:

Figure 00000005
.
Figure 00000005
.

Из (4) видно, что значение х1 меньше значения параксиального фокуса объектива ОЭП.From (4) it can be seen that the value of x1 is less than the value of the paraxial focus of the OED lens.

На Фиг.3 приведен ход проходящих в прямом и обратном направлениях лучей при локации оптико-электронных средств (ОЭП) в сходящемся пучке.Figure 3 shows the progress of the rays passing in the forward and reverse directions during the location of optoelectronic devices (OED) in a converging beam.

На Фиг.3 приняты следующие обозначения: ОП - отражающая плоская поверхность, расположенная в параксиальной фокальной плоскости объектива перпендикулярно его оптической оси; х2 - расстояние между передней главной плоскостью объектива и точкой пересечения лучей отраженного им сходящегося пучка излучения; z3 - расстояние между отражающей поверхностью и точкой пересечения продолжения отраженных ОП лучей.In Fig. 3, the following notation is used: OD — reflective flat surface located in the paraxial focal plane of the lens perpendicular to its optical axis; x2 is the distance between the front main plane of the lens and the point of intersection of the rays of the reflected converging beam of radiation; z3 is the distance between the reflecting surface and the intersection point of the continuation of the reflected OP rays.

Из Фиг.2 и 3 и геометрических соображений следует:From figure 2 and 3 and geometric considerations follows:

Figure 00000006
;
Figure 00000006
;

поскольку углы падения и отражения лучей относительно ОП равны, то и равны значения расстояний между параксиальным фокусом объектива и точкой пересечения сфокусированного им сходящегося пучка с оптической осью z1 и между отражающей поверхностью и точкой пересечения продолжения отраженных ОП лучей z3;since the angles of incidence and reflection of the rays relative to the OD are equal, then the distances between the paraxial focus of the lens and the point of intersection of the convergent beam focused by it with the optical axis z1 and between the reflecting surface and the point of intersection of the continuation of the reflected OP rays z3 are equal;

отраженный от ОП пучок лучей может быть заменен на эквивалентный гомоцентрический пучок, точка излучения которого находится на оптической оси и удалена от ОП на расстояние z3.the beam of rays reflected from the optical beam can be replaced by an equivalent homocentric beam, the radiation point of which is located on the optical axis and is removed from the optical beam by a distance z3.

С учетом изложенного выше значение расстояния между передней главной плоскостью объектива ОЭП и точкой пересечения сфокусированного им отраженного от ОП сходящегося пучка х2 как эквивалентного гомоцентрического пучка может быть определено с помощью уравнения Гаусса [Прикладная оптика / Дубовик А.С.и др.; Учебное пособие для вузов, М., Недра, 1982, 621 с. (стр.40-41)]:In view of the above, the distance between the front main plane of the OED lens and the point of intersection of the convergent beam x2, which is focused on it and reflected from the OP, as an equivalent homocentric beam can be determined using the Gauss equation [Applied Optics / A. Dubovik et al .; Textbook for high schools, M., Nedra, 1982, 621 p. (pg. 40-41)]:

Figure 00000007
.
Figure 00000007
.

Последовательно подставляя (6) в (5) и (4) и производя последовательные преобразования и сокращения, получим:Subsequently substituting (6) in (5) and (4) and making successive transformations and reductions, we obtain:

Figure 00000008
.
Figure 00000008
.

Из приведенных выше рассуждений и выражения (7) следует, что систематическая погрешность измерений, возникающая при использовании описанного выше устройства, вызвана установкой диафрагмы в заявленном устройстве (смещением плоскости анализа) относительно плоскости перетяжки отраженного от ОЭП сходящегося пучка на расстояние, равное 2f.From the above reasoning and expression (7), it follows that the systematic measurement error that occurs when using the device described above is caused by the installation of the diaphragm in the claimed device (offset of the analysis plane) relative to the waist plane of the converging beam reflected from the OEP by a distance equal to 2f.

Из Фиг.2 и выражения (7) следует, что значение радиуса пучка в плоскости, удаленной от передней главной плоскости объектива на расстояние L, может быть определено с помощью следующего выражения:From figure 2 and expression (7) it follows that the value of the radius of the beam in a plane remote from the front main plane of the lens by a distance L can be determined using the following expression:

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

где rОЭП - радиус входного зрачка лоцируемого ОЭП.where r OEP is the radius of the entrance pupil of the located OEP.

Принимая, что радиус пучка в плоскости, удаленной от ОЭП на расстояние, равное 2f+L, равен радиусу диафрагмы, с учетом (7) и (8) можно получить следующее выражение, позволяющее получить значение отношения мощностей сигналов К, регистрируемых после диафрагмы, находящейся от объектива на расстоянии 2f+L и L соответственно:Assuming that the beam radius in the plane remote from the OED by a distance equal to 2f + L is equal to the radius of the diaphragm, taking into account (7) and (8), we can obtain the following expression, which allows us to obtain the ratio of the powers of the signals K recorded after the diaphragm located from the lens at a distance of 2f + L and L, respectively:

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

Пусть Lm=3 км, rОЭП=ro=3 см, L=1 м, а f=10 см.Let Lm = 3 km, r OEP = ro = 3 cm, L = 1 m, and f = 10 cm.

Проведенные с помощью выражения (9) расчеты показали, что в этом случае К=9·106. То есть измерение ЭПР в сходящемся пучке в рассмотренном случае приводит к занижению истинного значения ЭПР почти на семь порядков.The calculations performed using expression (9) showed that in this case K = 9 · 10 6 . That is, the measurement of the EPR in a converging beam in the considered case leads to an underestimation of the true value of the EPR by almost seven orders of magnitude.

Изложенное выше показывает, что использование устройства по патенту RU 2284486 C1 no классу G01J 1/10 приводит к систематическим ошибкам измерения значений ЭПР ОЭП на несколько порядков.The foregoing shows that the use of the device according to patent RU 2284486 C1 no to class G01J 1/10 leads to systematic errors in measuring the EPR values of the EIA by several orders of magnitude.

Известно устройство для определения эффективной площади рассеяния ОЭП (см., например, Майзельс Е.Н., Торгованов В.А, Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М.: Советское радио, 1972, с.41), включающее лазер подсвета, держатель исследуемого ОЭП, установленные по ходу зондирующего лазерного излучения, фотоприемник, установленный по ходу отраженного от ОЭП лазерного излучения, и регистратор выходного сигнала фотоприемника, вход которого подключен к выходу фотоприемника.A device is known for determining the effective scattering area of an OEP (see, for example, Meisels E.N., Torganov V.A., Measuring the scattering characteristics of radar targets. - M .: Soviet Radio, 1972, p. 41), including a backlight laser, holder of the investigated EIA, installed along the probe laser radiation, a photodetector installed along the laser radiation reflected from the EIA, and a detector of the output signal of the photodetector, the input of which is connected to the output of the photodetector.

Недостатками данного устройства являются наличие систематической погрешности измерений, связанной с малой длиной измерительной трассы (ограниченной длиной лабораторного помещения), а также невозможность измерения данным устройством индикатрис отражения ОЭП.The disadvantages of this device are the presence of a systematic measurement error associated with the short length of the measuring path (limited length of the laboratory room), as well as the inability to measure the reflection indications of the EIA with this device.

Так известно, что наиболее распространенным и простым способом измерения значений ЭПР ОЭП является способ прямых измерений, основанный на регистрации величины напряжения на выходе приемного канала измерителя U0, пропорционального уровню отраженного от ОЭП сигнала излучения в плоскости его приема. Измерения проводятся с помощью предварительно прокалиброванной с использованием ЭС аппаратуры. Уравнение прямых измерений имеет следующий вид:It is well known that the most common and simplest way of measuring the EPR values of an OES is a direct measurement method based on recording the voltage at the output of the meter’s receiving channel U 0 proportional to the level of the radiation signal reflected from the OES in the plane of its reception. Measurements are carried out using pre-calibrated using ES equipment. The equation of direct measurements has the following form:

σ=gЭU0,σ = g e U 0 ,

где gэ - цена деления шкалы измерительного устройства.where g e - the price of the division of the scale of the measuring device.

Наиболее распространенным способом калибровки является градуировка измерительной аппаратуры по эталонному отражателю, размещаемому на той же дальности, что и исследуемое ОЭП. При условии линейности рабочей характеристики измерительного тракта аппаратуры значение gЭ определяется как:The most common calibration method is to calibrate the measuring equipment with a reference reflector placed at the same range as the OED under study. Given the linearity of the operating characteristics of the measuring path of the equipment, the value of g e is defined as:

Figure 00000011
,
Figure 00000011
,

где σЭ - ЭПР ЭС (ЭС), Uэ - величина сигнала, пропорционального уровню отраженного от ЭС излучения в плоскости его приема.where σ E - ESR ES (ES), U e - the magnitude of the signal proportional to the level of radiation reflected from the ES in the plane of its reception.

Как правило, при проведении калибровки в качестве ЭС используются сферические выпуклые зеркала с известными значениями радиуса кривизны Rз и коэффициента отражения рз зеркальной поверхности. При этом значения Rз колеблются в пределах единиц - десятков метров, а значения рз от 0.8 до 0,95. В [А.В.Павлов. Характеристики излучения и методы из расчета. М.: МО СССР, 1979, 148 с.] показано, что значение ЭПР такого ЭС может быть рассчитано с помощью следующего выражения:As a rule, during calibration, spherical convex mirrors with known values of the radius of curvature R s and reflection coefficient p s of the mirror surface are used as ES. In this case, the values of R s vary within units - tens of meters, and the values of p s are from 0.8 to 0.95. In [A.V. Pavlov. Radiation characteristics and calculation methods. M .: MO USSR, 1979, 148 pp.] It is shown that the EPR value of such an ES can be calculated using the following expression:

Figure 00000012
Figure 00000012

Из выражения (10) следует, что ЭПР сферического выпуклого зеркала зависит только от параметров, характеризующих это зеркало.It follows from expression (10) that the EPR of a spherical convex mirror depends only on the parameters characterizing this mirror.

Однако результаты экспериментальных исследований показали, что выражение (10) для расчета ЭПР сферического выпуклого зеркала как ЭС при проведении калибровки измерительной аппаратуры на трассах ограниченной протяженности (особенно в лабораторных условиях) не справедливо, что приводит к погрешности калибровки измерителя ЭПР и, следовательно, к систематическим погрешностям измерения ЭПР реальных образцов ОЭП.However, the results of experimental studies have shown that expression (10) for calculating the EPR of a spherical convex mirror as an ES during calibration of measuring equipment on paths of limited length (especially in laboratory conditions) is not fair, which leads to an error in the calibration of the EPR meter and, therefore, to systematic EPR measurement errors of real EIA samples.

Этот факт был обнаружен в ходе сопоставления результатов измерения ЭС с известными значениями ЭПР и объясняется тем, что значения ЭПР эталонных отражателей зависят от условий их локации, которые при выводе выражения (10) в [А.В.Павлов. Характеристики излучения и методы из расчета. М.: МО СССР, 1979, 148 с.] не учитывались. Под условиями локации в рассматриваемом случае понимаются параметры, характеризующие:This fact was discovered by comparing the results of ES measurements with the known EPR values and is explained by the fact that the EPR values of the reference reflectors depend on the conditions of their location, which when deriving expression (10) in [A.V. Pavlov. Radiation characteristics and calculation methods. M.: USSR Ministry of Defense, 1979, 148 pp.] Were not taken into account. Under the conditions of location in this case we mean the parameters characterizing:

расстояние между ЭС и источником зондирующего излучения;the distance between the ES and the probe radiation source;

расстояние между ЭС и входным зрачком приемного канала измерительной аппаратуры.the distance between the ES and the entrance pupil of the receiving channel of the measuring equipment.

Известно, что условию облучению ЭС лазером без коллиматора на его выходе соответствует расходящийся пучок.It is known that the diverging beam corresponds to the condition of exposure to an ES laser without a collimator at its output.

В дальнейшем будем считать, что в этом случае источник облучения является точечным и расходящимся.In the future, we will assume that in this case the radiation source is point and diverging.

Вывод выражения (10) для точечного источника приведен, например, в [А.В.Павлов. Характеристики излучения и методы из расчета. М.: МО СССР, 1979, 148 с.], где было показано, что если известна сила излучения источника зондирующего излучения (ЗИ) (облучателя цели) Iизи, то величина лучистого потока, который достигнет входного зрачка приемного канала измерителя после отражения от объекта сферической формы с зеркальной поверхностью, будет определяться следующим выражением:The derivation of expression (10) for a point source is given, for example, in [A.V. Pavlov. Radiation characteristics and calculation methods. M.: USSR Ministry of Defense, 1979, 148 pp.], Where it was shown that if the radiation strength of the probe radiation source (ZI) (target irradiator) I is known , then the magnitude of the radiant flux that will reach the entrance pupil of the meter’s receiving channel after reflection from an object of a spherical shape with a mirror surface will be determined by the following expression:

Figure 00000013
.
Figure 00000013
.

где: Sп - площадь отражающей круглой площадки на поверхности ЭС, от которой отраженное излучение будет попадать во входной зрачок приемного канала измерителя; L - дальность локации; τс - коэффициент пропускания зондирующего излучения на трассе длиной L.where: S p - the area of the reflecting circular area on the surface of the ES, from which the reflected radiation will fall into the entrance pupil of the receiving channel of the meter; L is the location range; τ with - transmittance of probe radiation along a path of length L.

Figure 00000014
.
Figure 00000014
.

где: r - радиус площадки на поверхности ЭС, от которой отраженное излучение будет попадать во входной зрачок приемного устройства;where: r is the radius of the site on the surface of the ES, from which the reflected radiation will fall into the entrance pupil of the receiving device;

D - диаметр входного зрачка объектива приемного канала измерителя.D is the diameter of the entrance pupil of the lens of the receiving channel of the meter.

При выводе выражений (10), (11) и (12) предполагалось следующее:In the derivation of expressions (10), (11) and (12), the following was assumed:

- источник ЗИ является точечным;- the source of ZI is a point;

- центр точечного источника ЗИ совпадает с центром входного зрачка объектива приемного канала локатора;- the center of the point source of ZI coincides with the center of the entrance pupil of the lens of the receiving channel of the locator;

- расстояния от центра ЭС до источника и от центра ЭС до центра входного зрачка объектива приемного канала равны;- the distances from the center of the ES to the source and from the center of the ES to the center of the entrance pupil of the receiving channel lens are equal;

- оптические оси пучка ЗИ и оптического тракта приемного канала совпадают и проходят через центр ЭС;- the optical axis of the ZI beam and the optical path of the receiving channel coincide and pass through the center of the ES;

- диаметр пучка отраженного от ЭС излучения меньше, чем диаметр входного зрачка приемного канала (ПК);- the diameter of the beam reflected from the ES radiation is less than the diameter of the entrance pupil of the receiving channel (PC);

- поперечные размеры сформированного отраженным от ЭС излучением пятна на фоточувствительной поверхности приемника меньше поперечных размеров этой поверхности;- the transverse dimensions of the spot formed by the radiation reflected from the ES on the photosensitive surface of the receiver are less than the transverse dimensions of this surface;

- радиус кривизны ЭС значительно меньше дальности локации.- the radius of curvature of the ES is significantly less than the range of the location.

Однако, как показали предварительные оценки, последнее условие на трассах локации ограниченной протяженности (особенно в лабораторных условиях) практически не выполняется.However, as preliminary estimates showed, the last condition on the routes of a location of limited length (especially in laboratory conditions) is practically not fulfilled.

Для оценки влияния соотношения между радиусом кривизны ЭС и дальностью локации на значение ЭПР ЭС рассмотрим процессы облучения ЭС и отражения от него излучения точечного источника ЗИ (Фиг.4).To assess the effect of the relationship between the radius of curvature of the ES and the range of the location on the ESR value of ES, we consider the processes of radiation of the ES and reflection from it of the radiation of a point source of ZI (Figure 4).

На Фиг.4 обозначено: α1 - угол между оптической осью приемного канала (ПК) и направлением распространения луча от источника ЗИ, попадающего после отражения от ЭС на край входного зрачка объектива ПК (далее крайнего луча); α2 - угол между направлением распространения крайнего луча после отражения от ЭС и оптической осью ПК; β1 - угол между нормалью к ЭС в точке отражения крайнего луча и оптической осью ПК; β2 - угол между нормалью к ЭС в точке отражения крайнего луча и падающим в эту точку лучом; L1 - расстояние между источником и точкой ЭС, расположенной на оптической оси ПК; L2 - расстояние между точкой ЭС, расположенной на оптической оси ПК и плоскостью входного зрачка объектива ПК.Figure 4 indicates: α1 is the angle between the optical axis of the receiving channel (PC) and the direction of propagation of the beam from the source of the radiation source, which, after reflection from the ES, hits the edge of the entrance pupil of the PC lens (hereinafter the extreme beam); α2 is the angle between the direction of propagation of the extreme beam after reflection from the ES and the optical axis of the PC; β1 is the angle between the normal to the ES at the reflection point of the extreme beam and the optical axis of the PC; β2 is the angle between the normal to the ES at the reflection point of the extreme ray and the ray incident at this point; L1 is the distance between the source and the ES point located on the optical axis of the PC; L2 is the distance between the ES point located on the optical axis of the PC and the plane of the entrance pupil of the PC lens.

Пусть, как и в [А.В.Павлов. Характеристики излучения и методы из расчета. М.: МО СССР, 1979, 148 с.] точечный источник ЗИ находится на оптической оси ПК, и оптическая ось пучка совпадает с оптической осью ПК. В этом случае, как это следует из фигуры 3, угол α2 равен:Let, as in [A.V. Pavlov. Radiation characteristics and calculation methods. M .: MO USSR, 1979, 148 pp.] The point source of the ZI is located on the optical axis of the PC, and the optical axis of the beam coincides with the optical axis of the PC. In this case, as follows from figure 3, the angle α2 is equal to:

Figure 00000015
.
Figure 00000015
.

Выражение (13) отличается от выражения для угла α2, полученного в [А.В.Павлов. Характеристики излучения и методы из расчета. М.: МО СССР, 1979, 148 с.], наличием в числителе вычитаемого, равного 2r. В то же время из фигуры 3 следует, что:Expression (13) differs from the expression for angle α2 obtained in [A.V. Pavlov. Radiation characteristics and calculation methods. M .: Ministry of Defense of the USSR, 1979, 148 pp.], By the presence in the numerator of a deductible equal to 2r. At the same time, from figure 3 it follows that:

α2=β1+β2 и β2=β1+α1α2 = β1 + β2 and β2 = β1 + α1

откуда:

Figure 00000016
.where from:
Figure 00000016
.

Поскольку L1 много больше r, то α1=r/L1, откуда:Since L1 is much larger than r, then α1 = r / L1, whence:

Figure 00000017
.
Figure 00000017
.

Подставляя (15) в (13) и принимая, что поскольку радиус кривизны сферического выпуклого зеркала много больше радиуса площадки на поверхности ЭС, от которой отраженное излучение будет попадать во входной зрачок приемного устройства r, то β1=r/Rз. В этом случае получим, что при L1≠L2 радиус г будет равен:Substituting (15) into (13) and assuming that since the radius of curvature of a spherical convex mirror is much larger than the radius of the area on the surface of the ES from which the reflected radiation will fall into the entrance pupil of the receiving device r, then β1 = r / R З. In this case, we obtain that for L1 ≠ L2, the radius r will be equal to:

Figure 00000018
.
Figure 00000018
.

При

Figure 00000019
преобразуется к следующему виду:At
Figure 00000019
converted to the following form:

Figure 00000020
.
Figure 00000020
.

Площади отражающей круглой площадки на поверхности ЭС, от которой отраженное излучение будет попадать во входной зрачок приемного устройства, для различных условий локации ЭС точечным источником будут соответственно равны:The areas of the reflecting circular area on the surface of the ES, from which the reflected radiation will fall into the entrance pupil of the receiving device, for different conditions of location of the ES, the point source will be respectively equal to:

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
.
Figure 00000022
.

Известно, что, уровень сигнала, снимаемого с фотоприемника ПК локатора, прямо пропорционален облученности его входного зрачка, которая напрямую зависит от ЭПР ЭС. Поскольку во входной зрачок объектива ПК попадает только та часть ЗИ, которая отражается от круглой площадки на поверхности ЭС радиусом r, то отношение облученности в плоскости этого объектива, рассчитанной с помощью выражений (18) H(L1≠L2) или (19) H(L1=L2=L), к облученности, рассчитанной с помощью известного выражения (12) Н3, будут соответственно равны:It is known that the signal level taken from the photodetector of the PC locator is directly proportional to the irradiation of its entrance pupil, which directly depends on the ESR of the ES. Since only the part of the ZI that is reflected from the circular area on the surface of the ES with radius r falls into the entrance pupil of the PC lens, the irradiation ratio in the plane of this lens calculated using expressions (18) H (L1 ≠ L2) or (19) H ( L1 = L2 = L), the irradiance calculated using the known expression (12) H 3 will be respectively equal to:

Figure 00000023
,
Figure 00000023
,

Figure 00000024
.
Figure 00000024
.

В таблице 1 приведены рассчитанные с помощью выражений (20) и (21) отношения ПСВ ЭС для различных дальностей локации и значений радиуса кривизны отражающей поверхности ЭС.Table 1 shows the PSV ES ratios calculated using expressions (20) and (21) for various ranging distances and values of the radius of curvature of the reflecting surface of the ES.

Таблица 1Table 1 Отношения ПСВ ЭС для различных дальностей локации и значений радиуса кривизны отражающей поверхности ЭС при его облучении точечным источником.PSV ES relationships for various location ranges and values of the radius of curvature of the ES reflecting surface when it is irradiated with a point source. L1, мL1, m 10 (лаб. усл.)10 (lab. Conv.) 20twenty 50fifty 100one hundred 200200 500500 750750 10001000 15001500 К1, R3=5 м L2=0,5L1K1, R 3 = 5 m L2 = 0.5L1 0,3270.327 0,5290.529 0,7560.756 0,8650.865 0,9290.929 0,9710.971 0,980.98 0,9850.985 0,990.99 К1, R3=10 м L2=0,5L1K1, R 3 = 10 m L2 = 0.5L1 0,160.16 0,3270.327 0,5920.592 0,7560.756 0,8650.865 0,9430.943 0,9610.961 0,9710.971 0,980.98 К1, R3=15 м L2=0,5L1K1, R 3 = 15 m L2 = 0.5L1 0,0950,095 0,2210.221 0,4760.476 0,6660.666 0,8080.808 0,9160.916 0,9430.943 0,9560.956 0,9710.971 К2, R3=5 мK2, R 3 = 5 m 0,440.44 0,640.64 0,8260.826 0,9070.907 0,9520.952 0,980.98 0,9870.987 0,990.99 0,9930,993 К2, R3=10 мK2, R 3 = 10 m 0,250.25 0,4440.444 0,6940.694 0,8260.826 0,9070.907 0,9610.961 0,9740.974 0,980.98 0,9870.987 К2, R3=15 мK2, R 3 = 15 m 0,160.16 0,3270.327 0,5920.592 0,7560.756 0,8650.865 0,9430.943 0,9610.961 0,9710.971 0,980.98

Из таблицы 1 и выражений (20) и (21) следует, что:From table 1 and expressions (20) and (21) it follows that:

текущее значение ПСВ ЭС при дальностях локации, соизмеримых с радиусом кривизны отражающей поверхности, будет в несколько раз меньше значения ПСВ, рассчитанного с помощью известного выражения (10), что приведет к аналогичному завышению значений ЭПР ОЭП при измерениях прокалиброванной с помощью таких ЭС аппаратуры;the current PSV value of ES at location ranges comparable with the radius of curvature of the reflecting surface will be several times smaller than the value of PSV calculated using the well-known expression (10), which will lead to a similar overestimation of the ESR values of the OES when measuring equipment calibrated using such ES;

только при дальности локации L, превосходящей радиус кривизны ЭС R3 более чем на два порядка, отношения измеренных значений ПСВ К1 и К2 становятся примерно равными единице.only at a range L location that exceeds the radius of curvature of the ES R 3 by more than two orders of magnitude, the ratios of the measured PSV values K1 and K2 become approximately equal to unity.

Поскольку в известном устройстве для определения эффективной площади рассеяния ОЭП [Майзельс Е.Н., Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М.: Советское радио, 1972, с.41] отсутствуют элементы перемещения фотоприемника относительно оптической оси отраженного от ОЭП пучка зондирующего излучения и регистрации значений углов между направлением на приемник относительно центра входного зрачка ОЭП и оптической осью ОЭП, то индикатрису отражения ОЭП данным устройством нельзя.Since in the known device for determining the effective scattering area of the OED [Mayzels EN, Torganov VA Measuring the dispersion characteristics of radar targets. - M .: Sovetskoye Radio, 1972, p.41] there are no elements for moving the photodetector relative to the optical axis of the probe radiation beam reflected from the OED and registering the values of the angles between the direction to the receiver relative to the center of the entrance pupil of the OED and the optical axis of the OEP, then the reflection indicatrix of the OES with this device not allowed.

Таким образом, применение известного устройства для определения эффективной площади рассеяния ОЭП [Майзельс Е.Н., Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М.: Советское радио, 1972, с.41] не учитывает зависимости значений ЭПР эталонных сферических отражателей от дальности, что приводит к занижению измеренных значений ЭПР ОЭП до шести раз, а также не обеспечивает возможность измерения данным устройством индикатрисы отражения ОЭП.Thus, the use of the known device for determining the effective scattering area of the EIA [Mayzels EN, Torganov VA Measuring the dispersion characteristics of radar targets. - M .: Sovetskoye Radio, 1972, p.41] does not take into account the dependence of the EPR values of the reference spherical reflectors on the range, which leads to the underestimation of the measured EPR values of the EIA up to six times, and also does not provide the possibility of measuring the reflection indicatrix of the EIA with this device.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов [Россия, Патент №2202814 по классу G02В 23/12, 2003 г.], которое включает источник излучения и последовательно установленные по ходу его излучения формирующую оптическую систему, установленные с возможностью замены оптико-электронный или оптический приборы и эталонный световозвращатель, первый светоделитель, приемный коллиматор, второй светоделитель, в одном плече которого установлена проекционная система и матрица ПЗС, плоскость установки которой оптически сопряжена с фокальной плоскостью приемного коллиматора, а в другом плече - конденсорная линза и приемник излучения, выход которого сопряжен со входом цифрового вольтметра, выходы матрицы и цифрового вольтметра соединены со входом микропроцессора, выход которого соединен с монитором, при этом микропроцессор выполнен с возможностью регулирования измерительного телесного угла усреднения Ωизм в соответствии с величиной измеряемого показателя световозвращения и телесного угла усреднения Ωэт, соответствующего индикатрисе отражения от эталонного световозврвщателя, а также вычисления значения показателя Rсв световозвращения инспектируемого световозвращателя, усредненного в телесном угле Ωизм по выражениюThe closest in technical essence and the achieved result is a device for measuring the retroreflectivity of optoelectronic devices [Russia, Patent No. 2202814 in class G02В 23/12, 2003], which includes a radiation source and a forming optical system sequentially installed along its radiation path installed with the possibility of replacing optoelectronic or optical devices and a reference retroreflector, a first beam splitter, a receiving collimator, a second beam splitter, in which a projection system and a CCD matrix, the installation plane of which is optically coupled to the focal plane of the receiving collimator, and in the other shoulder is a condenser lens and a radiation receiver, the output of which is coupled to the input of a digital voltmeter, the outputs of the matrix and digital voltmeter are connected to the input of the microprocessor, the output of which is connected to monitor, while the microprocessor is configured to control the measuring solid averaging angle Ω ISM in accordance with the value of the measured retroreflectivity and Woodland et angle Ω averaging corresponding indicatrix of reflection from the reference svetovozvrvschatelya and R index value calculating retroreflection communication inspected reflector averaged in a solid angle Ω edited by the expression

Figure 00000025
Figure 00000025

где Uсвmax напряжение сигнала, снимаемого с приемника излучения при регистрации излучения, отраженного от инспектируемого световозвращателя, и вычисленное микропроцессором в телесном усреднения Ωизм;where Ub max is the voltage of the signal taken from the radiation receiver when registering radiation reflected from the inspected retroreflector, and calculated by the microprocessor in the body averaging Ω ISM ;

Uэтmax - напряжение сигнала, снимаемого с приемника излучения при регистрации излучения, отраженного от ЭС, и вычисленное микропроцессором в телесном угле усреднения Ωэт;U et max - voltage of the signal taken from the radiation receiver when registering radiation reflected from the ES, and calculated by the microprocessor in the solid averaging angle Ω et ;

Фсв( Ωизм) - поток, падающий на матрицу ПЗС при регистрации излучения, отраженного от инспектируемого световозвращателя, и вычисленный микропроцессором в телесном угле усреднения Ωизм;Ф St.ISM ) - the stream incident on the CCD matrix when registering radiation reflected from the inspected reflector, and calculated by the microprocessor in the solid averaging angle Ω ISM ;

ФСВ( Ωэт) - поток, падающий на матрицу ПЗС при регистрации излучения, отраженного от инспектируемого световозвращателя, и вычисленный микропроцессором в телесном угле усреднения Ωэт;Ф SVet ) is the flux incident on the CCD matrix during registration of radiation reflected from the inspected retroreflector and calculated by the microprocessor in the solid averaging angle Ω et ;

Rэт - показатель световозвращения ЭС.R et - indicator retroreflective ES.

Известно, что показатель световозвращения (ПСВ) оптико-электронных приборов R(p) связан с их ЭПР σ(р) следующей зависимостью [В.Р.Муратов, Ю.А.Филимонов, А.Ф.Ширанков О терминологии, связанной со световозвращающим отражением, Оптико-механическая промышленность, 1980, №3]:It is known that the retroreflectivity index (PSV) of optoelectronic devices R (p) is related to their EPR σ (p) by the following dependence [V.R. Muratov, Yu.A. Filimonov, A.F. Shirankov On terminology related to retroreflective reflection, Optical-mechanical industry, 1980, No. 3]:

Figure 00000026
.
Figure 00000026
.

Из выражения (22) следует, что устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов по патенту 2202814 по классу G02В 23/12 одновременно позволяет измерять и ЭПР ОЭП.From the expression (22) it follows that the device for measuring the retroreflectivity of optoelectronic devices according to the patent 2202814 in the class G02В 23/12 simultaneously allows measuring the EPR of the EIA.

Следует отметить, что входящая в устройство-прототип матрица ПЗС, как это следует из формулы изобретения, предназначена для регистрации индикатрисы отражения ОЭП. При этом индикатриса отражения регистрируется только для условий локации в дальней зоне, соответствующей бесконечному удалению плоскости анализа от лоцируемого ОЭП.It should be noted that the CCD matrix included in the prototype device, as follows from the claims, is intended for recording the reflection indicatrix of the EIA. In this case, the reflection indicatrix is registered only for the conditions of location in the far zone, corresponding to the infinite distance of the analysis plane from the located OED.

Недостатком устройства-прототипа является наличие систематических погрешностей измерения ЭПР и индикатрис отражения ОЭП, обусловленных:The disadvantage of the prototype device is the presence of systematic errors in the measurement of the EPR and the reflection indicators of the EIA, due to:

- невозможностью учета зависимости текущего значения эталонных отражателей ЭПР от дальности их локации;- the inability to take into account the dependence of the current value of the reference EPR reflectors on the range of their location;

- невозможностью воспроизведения пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП, соответствующих заданной дальности локации формирующей оптической системой устройства;- the inability to reproduce the spatial characteristics of the probe radiation in the plane of the entrance pupil of the located OEP corresponding to a given location range by the forming optical system of the device;

- невозможностью контроля пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП, соответствующих заданной дальности локации;- the inability to control the spatial characteristics of the probe radiation in the plane of the entrance pupil of the located OEP corresponding to a given range of location;

- измерением значений ЭПР на неопределенной дальности от ОЭП до приемника, а индикатрисы отражения только в дальней зоне локации, соответствующей бесконечному удалению плоскости анализа от лоцируемого ОЭП;- measuring the EPR values at an indefinite distance from the OEP to the receiver, and the reflection indicatrix only in the far zone, corresponding to the infinite distance of the analysis plane from the located OEP;

- невозможностью определения знака кривизны волнового фронта индикатрисы отражения ОЭП;- the inability to determine the sign of curvature of the wave front of the reflection indicatrix of the EIA;

- не контролируемым режимом работы систем автоматической регулировки усиления (АРУ) в электронном тракте матрицы ПЗС.- uncontrolled operation of automatic gain control (AGC) systems in the electronic path of the CCD.

Указанные причины возникновения систематических погрешностей обусловлены принципами построения, способами технической реализации и установки основных элементов в оптическом тракте устройства-прототипа.These causes of systematic errors due to the principles of construction, methods of technical implementation and installation of the main elements in the optical path of the prototype device.

С целью подтверждения наличия приведенных выше причин возникновения систематических погрешностей предварительно проведем подробный анализ физических процессов, происходящих при облучении ОЭП лазерными пучками и переотражении ОЭП этих пучков в обратном направлении.In order to confirm the presence of the above reasons for the occurrence of systematic errors, we first carry out a detailed analysis of the physical processes that occur when the OEDs are irradiated with laser beams and the OEDs are rereflected in the opposite direction.

Физика процесса облучения ОЭП лазерным пучком заключается в следующем.The physics of the process of irradiating an EIA with a laser beam is as follows.

Известно, что при облучении ОЭП пучками с разными значениями знака и радиуса кривизны перетяжка сфокусированного объективом пучка будет смещаться относительно параксиального фокуса объектива. При этом:It is known that when an OED is irradiated with beams with different values of the sign and radius of curvature, the constriction of the beam focused by the lens will shift relative to the paraxial focus of the lens. Wherein:

абсолютная величина смещения перетяжки относительно параксиального фокуса объектива будет обратно пропорциональна радиусу кривизны волнового фронта;the absolute value of the displacement of the waist relative to the paraxial focus of the lens will be inversely proportional to the radius of curvature of the wave front;

при облучении ОЭП расходящимся пучком перетяжка относительно параксиального фокуса будет смещаться в сторону удаления от объектива;when the OED is irradiated with a diverging beam, the constriction relative to the paraxial focus will shift toward the distance from the lens;

при облучении ОЭП сходящимся пучком перетяжка относительно параксиального фокуса будет смещаться в сторону приближения к объективу;when the OED is irradiated with a converging beam, the constriction relative to the paraxial focus will shift toward approaching the lens;

при увеличении смещения точки пересечения прошедших через объектив его лучей с оптической с его осью относительно отражающей поверхностью оптического элемента, расположенного в фокальной плоскости объектива, значение ЭПР ОЭП будет уменьшаться.as the shift of the point of intersection of the rays passing through the lens with the optical with its axis relative to the reflective surface of the optical element located in the focal plane of the lens increases, the EPR value of the EED will decrease.

Из изложенного выше следует, что помимо аберрационных характеристик объектива ОЭП форма индикатрисы отражения ОЭП и ее максимальное значение будет зависеть от значения знака и радиуса кривизны пучка излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП.It follows from the above that, in addition to the aberration characteristics of the OED lens, the shape of the OED reflection indicatrix and its maximum value will depend on the sign and radius of curvature of the radiation beam in the plane of the entrance pupil of the OED.

В тоже время известно, что в ходе процесса локации ОЭП, как правило, используются расходящиеся лазерные пучки [А.В.Павлов. Характеристики излучения и методы из расчета. М.: МО СССР, 1979, 148 с.].At the same time, it is known that in the course of the EIA location process, as a rule, diverging laser beams are used [A.V. Pavlov. Radiation characteristics and calculation methods. Moscow: USSR Ministry of Defense, 1979, 148 pp.].

При этом необходимо учитывать положение, согласно которому реальный лазерный пучок представляет собой волну, отличную как от сферической, так и от плоской волны. Так, основным отличием лазерного пучка от сферических и плоских пучков является то, что на заданном уровне энергии он ограничен однополосным гиперболоидом вращения, ось которого совпадает с осью резонатора [И.И.Пахомов, А.Б.Цибуля. Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь, 1986, 151 с.].In this case, it is necessary to take into account the position according to which a real laser beam is a wave different from both a spherical and a plane wave. So, the main difference between a laser beam and spherical and planar beams is that at a given energy level it is bounded by a single-band rotation hyperboloid, the axis of which coincides with the cavity axis [I.I. Pakhomov, A.B. Tsibulya. Calculation of optical systems of laser devices. M .: Radio and communications, 1986, 151 S.].

В общем случае огибающую лазерного пучка в плоскости, проходящей через его центр, можно описать с помощью следующего выражения [И.И.Пахомов, А.Б.Цибуля. Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь, 1986, 151 с.]:In the general case, the envelope of a laser beam in a plane passing through its center can be described using the following expression [I. I. Pakhomov, A. B. Tsibulya. Calculation of optical systems of laser devices. M .: Radio and communication, 1986, 151 pp.]:

Figure 00000027
Figure 00000027

где:Where:

а - радиус пучка в перетяжке (минимальном сечении) пучка;a is the radius of the beam in the constriction (minimum cross section) of the beam;

b - конфокальный параметр резонатора, равный значению Х, при котором значение асимптоты гиперболы равно а;b is the confocal resonator parameter equal to the value of X, at which the value of the asymptote of the hyperbola is equal to a;

Х - расстояние от плоскости анализа до перетяжки.X is the distance from the plane of analysis to the constriction.

Физический смысл параметров а и b наглядно виден на Фиг.5.The physical meaning of the parameters a and b is clearly visible in Figure 5.

В [И.И.Пахомов, А.Б.Цибуля. Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь, 1986, 151 с.] также показано, что условия преобразования линзой лазерного пучка отличаются от условий преобразования сферического пучка, поскольку:In [I.I. Pakhomov, A.B. Tsibulya. Calculation of optical systems of laser devices. M .: Radio and communication, 1986, 151 pp.] It is also shown that the conditions for the conversion of a laser beam by a lens differ from the conditions for the conversion of a spherical beam, because:

- плоскости перетяжек исходного и сформированного линзой пучков не являются взаимно сопряженными, то есть сформированная перетяжка не является изображением исходной;- the planes of constrictions of the initial and lens-formed beams are not mutually conjugate, that is, the constellation formed is not the image of the original;

- параметры гиперболы а и b, описывающей преобразованный линзой пучок, а также положение его перетяжки зависят от параметров исходной гиперболы, дальности от перетяжки исходного пучка до линзы и от фокусного расстояния линзы.- the parameters of the hyperbola a and b describing the beam transformed by the lens, as well as the position of its constriction, depend on the parameters of the initial hyperbola, the distance from the constriction of the initial beam to the lens, and the focal length of the lens.

В дополнение к изложенному выше необходимо отметить следующий факт. Поскольку огибающая пучок гипербола сформирована множеством распространяющихся в нем отдельных лучей, то можно найти параметры отдельного крайнего луча, являющимся касательным к гиперболе в точке его соприкосновения с поверхностью линзы. В связи с тем, что толщина линзы мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей, линзу можно считать тонкой. Тогда уравнение касательной (искомого луча) примет следующий вид [И.И.Пахомов, А.Б.Цибуля. Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь, 1986, 151 с.]:In addition to the above, the following fact should be noted. Since the envelope of the hyperbola beam is formed by a multitude of individual rays propagating in it, one can find the parameters of the individual extreme ray that are tangent to the hyperbole at the point of contact with the lens surface. Due to the fact that the thickness of the lens is small compared to the radii of curvature of its surfaces, the lens can be considered thin. Then the equation of the tangent (of the desired ray) will take the following form [I.I. Pakhomov, A.B. Tsibulya. Calculation of optical systems of laser devices. M .: Radio and communication, 1986, 151 pp.]:

Figure 00000028
Figure 00000028

где: а и b - параметры гиперболы;where: a and b are the parameters of the hyperbola;

Х - текущее значение координаты на оси пучка;X is the current coordinate value on the beam axis;

ХП - удаление линзы от перетяжки.X P - removal of the lens from the constriction.

Из выражения (24) нетрудно получить формулу для оценки значения координаты точки пересечения касательной с осью Х относительно плоскости перетяжки:From expression (24) it is easy to obtain a formula for estimating the coordinate value of the point of intersection of the tangent with the X axis relative to the waist plane:

Figure 00000029
Figure 00000029

Смысл значения ΔХ ясно виден на Фиг.6.The meaning of the ΔX value is clearly visible in Fig.6.

Из выражения (25) следует, что точка пересечения крайних касательных в пучке с осью Х зависит только от параметра b гиперболы и дальности от линзы до перетяжки. Это, в свою очередь, свидетельствует о том, что на линзу, удаленную на расстояние ХП от перетяжки, падает сферический фронт, радиус которого R определяется следующим выражениемIt follows from expression (25) that the intersection point of the extreme tangents in the beam with the X axis depends only on the parameter b of the hyperbola and the distance from the lens to the constriction. This, in turn, indicates that a spherical front, whose radius R is determined by the following expression, falls on the lens remote at a distance X P from the constriction

Figure 00000030
Figure 00000030

С учетом (26) и простых геометрических соображений можно получить выражение, позволяющее проводить точную оценку угловой расходимости лазерного пучка, падающего на линзу (объектив ОЭП), удаленную на расстояние ХП от перетяжки пучка зондирующего излученияTaking into account (26) and simple geometric considerations, we can obtain an expression that allows an accurate estimate of the angular divergence of the laser beam incident on the lens (OED lens), which is distant X P from the waist of the probe beam

Figure 00000031
Figure 00000031

илиor

Figure 00000032
Figure 00000032

В тоже время в [И.И.Пахомов, А.Б.Цибуля. Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь, 1986, 151 с.] было показано, что основным требованием к пространственному подобию условий облучения входного зрачка лоцируемого ОЭП на реальных и моделируемых трассах является равенство углов прихода падающих на зрачок лучей в обоих этих случаях.At the same time in [I.I. Pakhomov, A.B. Tsibulya. Calculation of optical systems of laser devices. M .: Radio and communications, 1986, 151 pp.] It was shown that the basic requirement for the spatial similarity of the exposure conditions of the entrance pupil of the located OEP on real and simulated paths is the equality of the angles of arrival of the rays incident on the pupil in both of these cases.

Поскольку выражения (27а) и (27б) справедливы для углов прихода в обоих случаях, то условие подобия может быть обеспечено только при выполнении следующего равенства:Since expressions (27a) and (27b) are valid for angles of arrival in both cases, the similarity condition can be ensured only if the following equality holds:

Figure 00000033
Figure 00000033

где: RОЭП - радиус входного зрачка ОЭП;where: R OEP - radius of the entrance pupil of the OEP;

ХП р и ХП м - дальность от входного зрачка ОЭП до перетяжки в реальных и моделируемых условиях соответственно;X P r and X P m - the distance from the entrance pupil of the OEP to the constriction in real and simulated conditions, respectively;

ΔХр и ΔХм - дальность от точки пересечения касательных до плоскости перетяжки в реальных и моделируемых условиях.ΔX p and ΔX m - the distance from the point of intersection of the tangents to the waist plane in real and simulated conditions.

Для последующего анализа с учетом (25) приведем выражение (28) к следующему видуFor the subsequent analysis, taking into account (25), we reduce expression (28) to the following form

Figure 00000034
Figure 00000034

Анализ выражений (28) и (29) показывает следующее:An analysis of expressions (28) and (29) shows the following:

- для оценки и соблюдения условия подобия облучения входного зрачка в моделируемых условиях реальным условиям необходима исходная информация о параметрах гипербол, огибающих реальный и моделируемый пучки, а также значения расстояний между перетяжками этих пучков и входными зрачками реального и моделируемого ОЭП;- to assess and comply with the similarity conditions for irradiation of the entrance pupil under simulated conditions under real conditions, initial information on the parameters of hyperbolas enveloping the real and simulated beams, as well as the distance between the constrictions of these beams and the entrance pupils of the real and simulated OEP, is necessary;

- в общем случае условия подобия могут быть обеспечены с помощью только одного коллиматора, реализующего заданные параметры гиперболы и расстояние до перетяжки.- in the general case, similarity conditions can be provided with the help of only one collimator that implements the given parameters of the hyperbola and the distance to the constriction.

Необходимо отметить, что практически во все вышеприведенные выражения в качестве исходных данных входят параметры гиперболы, огибающей исходный лазерный пучок. Однако, как правило, в паспортных данных на лазер они отсутствуют.It should be noted that in almost all of the above expressions, the parameters of the hyperbola enveloping the initial laser beam are included as initial data. However, as a rule, they are absent in the passport data for the laser.

В тоже время они достаточно просто могут быть найдены экспериментально. Поскольку лазерные пучки имеют относительно небольшую расходимость (порядки десятка угловых минут) в качестве значения размера перетяжки можно принять радиус пятна на выходе лазера, который, как правило, приводится в паспорте на лазер. Данное приближение становится полностью справедливым для газовых лазеров, у которых перетяжка совпадает с выходным зеркалом. Для других типов лазеров принято считать, что перетяжка находится на середине резонатора. Параметр bИЗИ пучка может быть вычислен с помощью выражения, полученного из (23):At the same time, they can be quite simply found experimentally. Since laser beams have a relatively small divergence (of the order of a dozen angular minutes), the radius of the spot at the laser output, which, as a rule, is given in the laser passport, can be taken as the waist size value. This approximation becomes completely valid for gas lasers, in which the constriction coincides with the output mirror. For other types of lasers, it is generally accepted that the constriction is in the middle of the cavity. The parameter b of the SRI of the beam can be calculated using the expression obtained from (23):

Figure 00000035
Figure 00000035

где:Where:

au - радиус перетяжки пучка ИЗИ;a u is the radius of the ISI beam waist;

у(L) - радиус пятна на экране, удаленном на расстояние L от лазера.y (L) is the radius of the spot on the screen, remote at a distance L from the laser.

Практика показывает, что для расчета bИЗИ реальных лазеров длина измерительной трассы может не превышать 10÷15 м. Необходимо отметить, что практически во все вышеприведенные выражения в качестве исходных данных входят параметры гиперболы, огибающей исходный лазерный пучок. Однако, как правило, в паспортных данных на лазер они отсутствуют.Practice shows that for calculating the b of the IPR of real lasers, the length of the measuring path can not exceed 10 ÷ 15 m. It should be noted that in almost all of the above expressions, the parameters of the hyperbola enveloping the original laser beam are included as initial data. However, as a rule, they are absent in the passport data for the laser.

В тоже время они достаточно просто могут быть найдены экспериментально. Поскольку лазерные пучки имеют относительно небольшую расходимость (порядки десятка угловых минут) в качестве значения размера перетяжки можно принять радиус пятна на выходе лазера, который, как правило, приводится в паспорте на лазер. Данное приближение становится полностью справедливым для газовых лазеров, у которых перетяжка совпадает с выходным зеркалом. Для других типов лазеров принято считать, что перетяжка находится на середине резонатора. Параметр bИЗИ пучка может быть вычислен с помощью выражения, полученного из (23):At the same time, they can be quite simply found experimentally. Since laser beams have a relatively small divergence (of the order of a dozen angular minutes), the radius of the spot at the laser output, which, as a rule, is given in the laser passport, can be taken as the waist size value. This approximation becomes completely valid for gas lasers, in which the constriction coincides with the output mirror. For other types of lasers, it is generally accepted that the constriction is in the middle of the cavity. The parameter b of the SRI of the beam can be calculated using the expression obtained from (23):

Figure 00000036
Figure 00000036

где:Where:

au - радиус перетяжки пучка ИЗИ;a u is the radius of the ISI beam waist;

у(L) - радиус пятна на экране, удаленном на расстояние L от лазера.y (L) is the radius of the spot on the screen, remote at a distance L from the laser.

Практика показывает, что для расчета bИЗИ реальных лазеров длина измерительной трассы может не превышать 10÷15 м.Practice shows that for calculating b IPR of real lasers, the length of the measuring path can not exceed 10 ÷ 15 m.

В тоже время из законов геометрической оптики следует, что при удалении ОЭП от источника лазерного излучения угловая расходимость пучка, прошедшего через входной зрачок ОЭП, будет уменьшаться, что в свою очередь, приведет к уменьшению расстояния между параксиальным фокусом объектива ОЭП и плоскостью перетяжки с фокусированного им пучка.At the same time, it follows from the laws of geometric optics that when the OED is removed from the laser radiation source, the angular divergence of the beam passing through the entrance pupil of the OED will decrease, which in turn will lead to a decrease in the distance between the paraxial focus of the OED lens and the waist plane with the focus beam.

В качестве примера была проведена численная оценка зависимости углов прихода касательных к огибающей пучок гиперболе в плоскости входного зрачка ОЭП от дальности. При расчетах использовались следующие исходные данные:As an example, a numerical assessment was made of the distance dependence of the angles of arrival of tangents to the envelope of a beam of a hyperbole in the plane of the entrance pupil of the EED. In the calculations, the following initial data were used:

- радиус перетяжки лазерного пучка а равен 2 мм;- the radius of the waist of the laser beam a is 2 mm;

- параметр гиперболы пучка b, определяющий его угловую расходимость, равен 2000 мм;- the beam hyperbola parameter b, which determines its angular divergence, is 2000 mm;

- расстояние между входной линзой коллиматора и перетяжкой равно 100 мм;- the distance between the input collimator lens and the constriction is 100 mm;

- фокусные расстояния входной и выходной линзы коллиматора соответственно равны 20 и 200 мм, коэффициент увеличения коллиматора равен 10;- the focal lengths of the input and output collimator lenses are respectively 20 and 200 mm, the collimator magnification factor is 10;

- расходимость пучка на выходе коллиматора равна одной угловой минуте.- the divergence of the beam at the output of the collimator is equal to one angular minute.

С помощью выражений, приведенных в [И.И.Пахомов, А.Б.Цибуля. Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь, 1986, 151 с.] для перечисленных выше исходных данных были рассчитаны параметры пучка на выходе коллиматора и в плоскости входного зрачка ОЭП для различных расстояний между зрачком и локатором. Расчеты показали, что выходящий из коллиматора локатора пучок характеризуется следующими параметрами:Using the expressions given in [II Pakhomov, A.B. Tsibulya. Calculation of optical systems of laser devices. M .: Radio and communication, 1986, 151 pp.] For the above source data, the beam parameters were calculated at the collimator output and in the plane of the entrance pupil of the OED for various distances between the pupil and the locator. The calculations showed that the beam emerging from the collimator of the locator is characterized by the following parameters:

- диаметр пучка на выходе коллиматора равен 19.95 мм;- the diameter of the beam at the output of the collimator is 19.95 mm;

- угловая расходимость, составляющая одну минуту, достигается при расстоянии 0.55 мм от входной линзы коллиматора к выходной;- an angular divergence of one minute is achieved at a distance of 0.55 mm from the input lens of the collimator to the output;

- параметр b (см. Фиг.6) равен 5.276·103 мм;- parameter b (see Fig.6) is equal to 5.276 · 10 3 mm;

- расстояние между перетяжкой и выходной линзой равно 7.234·104 мм (пучок расходящийся).- the distance between the constriction and the output lens is 7.234 · 10 4 mm (beam diverging).

На Фиг.7 приведена графическая зависимость этих углов от дальности локации. На Фиг.7 по оси Х отложены значения угловой расходимости лазерного пучка, проходящего через входной зрачок ОЭП, выраженные в радианах, а по оси Х - расстояние между ОЭП и перетяжкой лазерного пучка, выраженное в сантиметрах. Из приведенной на Фиг.7 зависимости видно, что значения углов прихода касательных к гиперболам пучков во входном зрачке ОЭП диаметром 50 мм на дальностях 3 км и 30 м соответственно равны 8.132·10-6 и 2.443·10-4 рад. Эти значения соответствуют 1,8 угловым секундам и 8.4 угловым минутам. То есть при изменении дальности локации с 30 м до 3 км угол прихода изменяется почти в триста раз.Figure 7 shows a graphical dependence of these angles on the location range. In Fig. 7, the X-axis shows the values of the angular divergence of the laser beam passing through the entrance pupil of the OED, expressed in radians, and the X-axis represents the distance between the OEP and the waist of the laser beam, expressed in centimeters. From the dependence shown in Fig. 7, it can be seen that the angles of arrival of the beams tangent to the hyperbolas in the entrance pupil of the EED with a diameter of 50 mm at ranges of 3 km and 30 m are respectively 8.132 · 10 -6 and 2.443 · 10 -4 rad. These values correspond to 1.8 arc seconds and 8.4 arc minutes. That is, when the location range changes from 30 m to 3 km, the angle of arrival changes by almost three hundred times.

Этот факт показывает, что в ходе измерения характеристик отражения ОЭП (ЭПР и индикатрисы) в лабораторных условиях необходимо воспроизводить условия облучения входного зрачка ОЭП, соответствующие реальным (заданным) дальностям локации.This fact shows that in the course of measuring the characteristics of the reflection of the EIA (EPR and indicatrix) in the laboratory, it is necessary to reproduce the irradiation conditions of the entrance pupil of the OEP corresponding to the real (given) range of the location.

Физика процесса отражения ОЭП лазерного пучка заключается в следующем.The physics of the process of reflection of an EIA of a laser beam is as follows.

В описании изобретения по патенту №2202814 по классу G02В 23/12 утверждается, что «По своему определению ПСВ, а значит и ЭПР, является внутренней характеристиками ОЭП, не зависящей от условий подсвета и приема отраженного излучения». Однако там же, в описании излагается следующее: « Излучение подсвета проходит через объектив в прямом ходе, фокусируется им, например, в плоскости приемника излучения, отражается от него, а затем проходит через объектив, но уже в обратном ходе. В результате после прохождения выходного зрачка ОЭП формируется индикатриса ретро-отраженного излучения, угловой размер которой не превышает несколько мрад., а форма определяется конструкцией оптической системы и ее аберрационными характеристиками».In the description of the invention according to patent No. 2202814 according to class G02B 23/12, it is stated that "By its definition, PSV, and therefore EPR, is the internal characteristics of an EIA, independent of the conditions of illumination and reception of reflected radiation." However, in the same description, the following is stated: “The illumination radiation passes through the lens in the forward direction, is focused by it, for example, in the plane of the radiation receiver, is reflected from it, and then passes through the lens, but in the reverse direction. As a result, after passing the exit pupil of the OEP, a retro-reflected radiation indicatrix forms, the angular size of which does not exceed several mrad., And the shape is determined by the design of the optical system and its aberration characteristics. "

В тоже время известно, что оптический тракт ОЭП при прохождении лазерных пучков в прямом и обратном направлениях можно заменить эквивалентным коллиматором, состоящим из двух линз (объективов). При этом фокусы обеих линз эквивалентного коллиматора равны фокусному расстоянию объектива ОЭП, а расстояние между ними равно удвоенному фокусному расстоянию fоб объективов ОЭП плюс (минус) удвоенная величина смещения фокуса относительно отражающей поверхности, находящейся вблизи фокальной плоскости.At the same time, it is known that the optical path of the OED during the passage of laser beams in the forward and reverse directions can be replaced by an equivalent collimator consisting of two lenses (lenses). In this case, the foci of both lenses of the equivalent collimator are equal to the focal length of the OED lens, and the distance between them is equal to twice the focal length f of the OED lenses plus (minus) twice the amount of focus shift relative to the reflecting surface located near the focal plane.

Из этого положения следует, что основным параметром конструкции оптической системы, определяющим значение ПСВ и форму индикатрисы отражения, является положения отражающей поверхности оптического элемента, находящегося вблизи фокальной плоскости объектива ОЭП, относительно параксиального фокуса этого объектива. При этом:From this position it follows that the main design parameter of the optical system, which determines the PSV value and the shape of the reflection indicatrix, is the position of the reflecting surface of the optical element located near the focal plane of the OED lens relative to the paraxial focus of this lens. Wherein:

абсолютное значение углового размера индикатрисы отражения прямо пропорционально величине смещения отражающей поверхности относительно параксиального фокуса объектива, а значение ЭПР обратно пропорционально квадрату этого смещения;the absolute value of the angular size of the reflection indicatrix is directly proportional to the displacement of the reflecting surface relative to the paraxial focus of the lens, and the EPR value is inversely proportional to the square of this displacement;

при совпадении точки пересечения прошедших через объектив его лучей с оптической его осью и отражающей поверхностью оптического элемента, расположенного в фокальной плоскости объектива, значение ЭПР ОЭП будет максимальным;if the intersection point of the rays passing through the lens with its optical axis and the reflecting surface of the optical element located in the focal plane of the lens coincides, the EPR value of the EED will be maximum;

при смещении отражающей поверхности относительно параксиального фокуса объектива ближе к объективу индикатриса отражения будет расходящейся;when the reflective surface is displaced relative to the paraxial focus of the lens closer to the lens, the reflection indicatrix will diverge;

при удалении отражающей поверхности относительно параксиального фокуса объектива от объектива индикатриса отражения будет сходящейся.when the reflective surface is removed relative to the paraxial focus of the lens from the lens, the reflection indicatrix will converge.

В последнем случае индикатриса отражения такого ОЭП будет представлять собой сначала сходящийся, а потом, с ростом дальности, расходящийся пучок. При этом знак кривизны волнового фронта пучка такой индикатрисы и его поперечное сечение, а значит и ее максимальное значение, будут зависеть от расстояния между входным зрачком ОЭП и плоскостью анализа (приема) отраженного от ОЭП излучения, т.е. от условий приема.In the latter case, the reflection indicatrix of such an OEP will first be a converging beam, and then, with increasing range, a diverging beam. In this case, the sign of curvature of the wavefront of the beam of such an indicatrix and its cross section, and hence its maximum value, will depend on the distance between the entrance pupil of the OED and the plane of analysis (reception) of the radiation reflected from the OED, i.e. from the conditions of admission.

Из изложенного выше следует, что помимо аберрационных характеристик объектива ОЭП форма индикатрисы отражения ОЭП и ее максимальное значение также будут зависеть от направления и величины смещения отражающей поверхности относительно параксиального фокуса объектива.From the above it follows that in addition to the aberration characteristics of the OED lens, the shape of the OED reflection indicatrix and its maximum value will also depend on the direction and magnitude of the displacement of the reflecting surface relative to the paraxial focus of the lens.

Также известно, что:It is also known that:

направление и величина смещения отражающей поверхности относительно параксиального фокуса объектива могут изменяться в процессе функционирования ОЭП по прямому функциональному назначению;the direction and magnitude of the displacement of the reflecting surface relative to the paraxial focus of the lens can change during the operation of the EIA for its intended purpose;

современные телевизионные системы и приборы ночного видения имеют в составе оптического тракта устройства наводки на резкость изображения в зависимости от текущего значения дальности наблюдения;modern television systems and night vision devices have optical focusing devices as part of the optical path, depending on the current value of the observation range;

при наводке на резкость изображения объекта, находящегося на конечном значении дальности, происходит смещение отражающей поверхности в сторону удаления от входного зрачка объектива ОЭП на величину АХ в сторону удаления от объектива [Прикладная оптика / Дубовик А.С.и др.; Учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1982, 621 с. (стр.40-41)].when focusing on the image sharpness of an object located at a final distance value, the reflecting surface is shifted away from the entrance pupil of the OED lens by the magnitude of AX toward the distance from the lens [Applied Optics / Dubovik A.S. et al .; Textbook for universities. M .: Nedra, 1982, 621 p. (pg. 40-41)].

Рассчитанные в качестве примера значения ΔХ в зависимости от дальности фокусировки Lф для трех типов объективов приведены на Фиг.8, где разным линиям соответствуют объективы с разными фокусными расстояниями f:The values of ΔX calculated as an example, depending on the focusing range L f for three types of lenses are shown in Fig. 8, where different lines correspond to lenses with different focal lengths f:

Figure 00000037
Figure 00000037

Из Фиг.8 следует, что с ростом расстояния между целью и ОЭП значение ΔХ уменьшается. При этом необходимо учитывать, что, как это показано на Фиг.8, с ростом расстояния угловая расходимость пучка в плоскости входного зрачка ОЭП также будет уменьшаться. Это, в свою очередь, приведет к:From Fig. 8 it follows that with increasing distance between the target and the OED, the ΔX value decreases. It should be borne in mind that, as shown in Fig. 8, with increasing distance, the angular divergence of the beam in the plane of the entrance pupil of the OED will also decrease. This in turn will result in:

смещению перетяжки сфокусированного пучка ближе к параксиальному фокусу объектива;shifting the waist of the focused beam closer to the paraxial focus of the lens;

изменению расстояния между перетяжкой и отражающей поверхностью;changing the distance between the constriction and the reflective surface;

изменению угловой расходимости индикатрисы отражения ОЭП и ее максимального значения.a change in the angular divergence of the reflection index of the EIA and its maximum value.

В качестве примера на Фиг.9 приведена зависимость ЭПР идеального ОЭП (объектив ОЭП с фокусом, равным 150 мм не имеет аберраций) от расстояния между перетяжкой лазерного пучка и плоскостью входного зрачка ОЭП при фокусировке ОЭП на расстояние 2,1 км.As an example, Fig. 9 shows the dependence of the EPR of an ideal OED (an OED lens with a focus of 150 mm does not have aberrations) on the distance between the waist of the laser beam and the plane of the entrance pupil of the OED when focusing the OED to a distance of 2.1 km.

Графическая зависимость, приведенная на Фиг.9, показывает, что ЭПР ОЭП в зависимости от дальности локации может изменяться на порядки относительно своего максимального значения. При этом из изложенного выше, следует, что если ОЭП будет сфокусирован на другую дальность, то максимум сместиться в соответствии с этой дальностью.The graphical dependence shown in Fig. 9 shows that the EPR of the EED, depending on the location range, can vary by orders of magnitude relative to its maximum value. Moreover, from the foregoing, it follows that if the EIA is focused on a different range, then the maximum will shift in accordance with this range.

Таким образом, в общем случае, на характеристики отраженного ОЭП излучения (ее ЭПР и индикатрису) в плоскости их анализа помимо состава и характеристик элементов его оптического тракта существенным образом оказывают влияние:Thus, in the general case, in addition to the composition and characteristics of the elements of its optical path, the characteristics of reflected OEP radiation (its EPR and indicatrix) in the plane of their analysis are significantly affected by:

тип и параметры источника зондирующего излучения (ИЗИ);type and parameters of the sounding radiation source (ISI);

пространственные условия оптической локации (расстояние между выходным зрачком ИЗИ и входным зрачком ОЭП, расстояние между входными зрачками ОЭП и приемного канала);spatial conditions of the optical location (the distance between the exit pupil of the IIS and the entrance pupil of the OEP, the distance between the entrance pupils of the OEP and the receiving channel);

пространственные условия процесса функционирования ОЭП по прямому функциональному назначению (дальность его фокусировки).spatial conditions of the EIA functioning process for its direct functional purpose (its focusing range).

Из приведенного выше следуют следующие основные выводы:From the above, the following main conclusions follow:

в ходе измерения характеристик отражения ОЭП (ЭПР и индикатрисы) в лабораторных условиях необходимо воспроизводить условия облучения входного зрачка ОЭП, соответствующие реальным (заданным) дальностям локации;in the course of measuring the characteristics of the EIA reflection (EPR and indicatrix) in the laboratory, it is necessary to reproduce the irradiation conditions of the entrance pupil of the OEP corresponding to the real (specified) range of the location;

в ходе измерения характеристик отражения ОЭП (ЭПР и индикатрисы) в лабораторных условиях необходимо воспроизводить дальность приема отраженного от ОЭП излучения, соответствующую реальной (заданной) дальностям локации;in the course of measuring the characteristics of the reflection of the EIA (EPR and indicatrix) in the laboratory, it is necessary to reproduce the range of reception of radiation reflected from the EIA, corresponding to the real (given) range of the location;

в ходе калибровки измерительного тракта устройства необходимо учитывать зависимости текущего значения ЭПР эталонных отражателей от дальности их локации.during calibration of the measuring path of the device, it is necessary to take into account the dependence of the current EPR value of the reference reflectors on the distance of their location.

С учетом изложенных выше особенностей локации ОЭП в реальных условиях определим причины возникновения систематических погрешностей, обусловленных принципами построения, способами технической реализации и установки основных элементов в оптическом тракте устройства-прототипа, а также пути их устранения в заявляемом устройстве.Given the above features of the location of the EIA in real conditions, we determine the causes of systematic errors due to the principles of construction, methods of technical implementation and installation of the main elements in the optical path of the prototype device, as well as ways to eliminate them in the inventive device.

1.1. Невозможность учета зависимости текущего значения ЭПР эталонных отражателей от дальности их локации в устройстве-прототипе.1.1. The inability to take into account the dependence of the current EPR value of the reference reflectors on the distance of their location in the prototype device.

Зависимость текущего значения эталонных отражателей ЭПР от дальности их локации была показана выше при анализе известного устройства для определения эффективной площади рассеяния ОЭП (см., например. Майзельс Е.Н., Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М.: Советское радио, 1972, с.41). Однако согласно формулы на изобретение на устройство-прототип в нем эта зависимость не учитывается.The dependence of the current value of the EPR reference reflectors on the range of their location was shown above when analyzing a known device for determining the effective area of OEP scattering (see, for example, Mayzels EN, Torganov VA. Measurement of the scattering characteristics of radar targets. - M .: Soviet Radio, 1972, p. 41). However, according to the formula for the invention for a prototype device, this dependence is not taken into account in it.

1.2 Невозможность воспроизведения пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП, соответствующих заданной дальности локации формирующей оптической системой в устройстве-прототипе.1.2 The inability to reproduce the spatial characteristics of the probe radiation in the plane of the entrance pupil of the located OEP corresponding to a given location range by the forming optical system in the prototype device.

Отсутствие в устройстве-прототипе средств регулировки угловой расходимости лазерного пучка в плоскости входного зрачка ОЭП приводит к неопределенности значения расстояния, на котором измеряются ЭПР и индикатриса отражения ОЭП, а значит и к систематическим погрешностям их измерения.The absence in the prototype device of the means for adjusting the angular divergence of the laser beam in the plane of the entrance pupil of the EED leads to an uncertainty in the distance at which the EPR and the reflection indicatrix of the EIA are measured, and therefore to the systematic errors of their measurement.

1.3. Невозможность контроля пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП, соответствующих заданной дальности локации в устройстве-прототипе.1.3. The inability to control the spatial characteristics of the probe radiation in the plane of the entrance pupil of the located OEP corresponding to a given location range in the prototype device.

С учетом основных положений формулы изобретения отсутствие в устройстве-прототипе средств контроля угловой расходимости лазерного пучка в плоскости входного зрачка ОЭП приводит к невозможности определения значения расстояния между локатором и ОЭП, на котором измеряются ЭПР и индикатриса отражения ОЭП, а значит и к систематическим погрешностям их измерения.Taking into account the main provisions of the claims, the absence in the prototype device of the means for controlling the angular divergence of the laser beam in the plane of the entrance pupil of the OED makes it impossible to determine the distance between the locator and the OED, at which the EPR and the reflection indicatrix of the OED are measured, and hence the systematic errors of their measurement .

1.4. Измерение значений ЭПР ОЭП в устройстве-прототипе на неопределенной дальности от ОЭП до приемника, а индикатрисы отражения только в дальней зоне локации, соответствующей бесконечному удалению плоскости анализа от лоцируемого ОЭП.1.4. The measurement of the EPR values of the OEP in the prototype device at an indefinite distance from the OEP to the receiver, and the reflection indicatrix only in the far zone, corresponding to the infinite distance of the analysis plane from the located OEP.

Известно, что приемный коллиматор устройства-прототипа, расположенный между первым и вторым светоделителем, осуществляет масштабирование пространственных (а значит и энергетических характеристик) отраженного от ОЭП излучения [И.И.Пахомов, А.Б.Цибуля. Расчет оптических систем лазерных приборов: М.: Радио и связь, 1986, 151 с.].It is known that the receiving collimator of the prototype device located between the first and second beam splitter scales the spatial (and therefore energy characteristics) of the radiation reflected from the OEP [I.I. Pakhomov, A.B. Tsibulya. Calculation of optical systems of laser devices: M .: Radio and communication, 1986, 151 S.].

В тоже время известно, что оптический тракт ОЭП при прохождении лазерных пучков в прямом и обратном направлениях можно заменить эквивалентным коллиматором, состоящим из двух линз (объективов).At the same time, it is known that the optical path of the OED during the passage of laser beams in the forward and reverse directions can be replaced by an equivalent collimator consisting of two lenses (lenses).

Этот факт позволяет сделать следующие выводы:This fact allows us to draw the following conclusions:

на выходе ОЭП формируется лазерный пучок, огибающей которого также является гипербола;a laser beam is formed at the exit of the EIA, the envelope of which is also a hyperbole;

на выходе премного коллиматора также будет формироваться пучок, огибающей которого будет гиперболоид вращения.at the output of the prem collimator, a beam will also be formed, the envelope of which will be a hyperboloid of revolution.

Проведем определение масштабных коэффициентов, определяющих длину моделируемой приемным коллиматором трассы с учетом следующих фактов:We will determine the scale factors that determine the length of the path simulated by the receiving collimator, taking into account the following facts:

огибающей прошедшего через приемный коллиматор пучка является гиперболоид;the envelope of the beam transmitted through the receiving collimator is a hyperboloid;

приемный коллиматор осуществляет масштабирование параметров выходящего из него пучка как по вертикали, так и по горизонтали;the receiving collimator scales the parameters of the beam emerging from it both vertically and horizontally;

масштаб по вертикали (оси Y) равен отношению перетяжки пучка на выходе коллиматора к размеру перетяжки пучка на выходе ОЭП;the vertical scale (Y axis) is equal to the ratio of the beam waist at the output of the collimator to the size of the beam waist at the exit of the OED;

масштаб по горизонтали (оси X) равен отношению значению удаления перетяжки пучка на выходе коллиматора от его окуляра к значению удаления перетяжки пучка от входного зрачка ОЭП.the horizontal scale (X axis) is equal to the ratio of the removal of the beam waist at the exit of the collimator from its eyepiece to the value of the removal of the beam waist from the entrance pupil of the OEP.

Пусть на вход коллиматора поступает пучок, огибающая гипербола которого имеет параметры au и bu, перетяжка пучка удалена от входной линзы коллиматора на расстояние Хu. На выходе коллиматора формируется пучок, огибающей которого также является гипербола с параметрами ам и bм, при этом перетяжка сформированного приемным коллиматором пучка удалена от выходной линзы коллиматора на расстояние Хм.Let a beam enter the collimator input, the hyperbola envelope of which has the parameters a u and b u , the beam constriction is removed from the collimator input lens by a distance X u . A beam is formed at the output of the collimator, the envelope of which is also a hyperbola with parameters a m and b m , while the constriction of the beam formed by the receiving collimator is removed from the collimator output lens by a distance of X m .

Применительно к данному случаю параметры aм и Хм можно рассчитать с помощью выражений, приведенных в [И.И.Пахомов, А.Б.Цибуля. Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь,1986, 151 с.].In relation to this case, the parameters a m and X m can be calculated using the expressions given in [II Pakhomov, A.B. Tsibulya. Calculation of optical systems of laser devices. M .: Radio and communications, 1986, 151 S.].

Так параметр a1 на выходе первой по ходу лучей линзы (объектива коллиматора) равен:So the parameter a 1 at the output of the first along the rays of the lens (collimator lens) is equal to:

Figure 00000038
Figure 00000038

Поскольку удаление перетяжки сформированного ОЭП пучка от входного зрачка приемного объектива значительно больше фокусного расстояния этого объектива с достаточной для последующих оценок точностью можно считать, что перетяжка преобразованного объективом приемного коллиматора пучка совпадает с фокусом его объектива. В этом случае размер перетяжки пучка на выходе приемного коллиматора будет равен:Since the removal of the waist of the formed OED beam from the entrance pupil of the receiving lens is much larger than the focal length of this lens with sufficient accuracy for subsequent estimates, we can assume that the waist of the beam transformed by the lens of the receiving collimator coincides with the focus of its lens. In this case, the size of the beam waist at the output of the receiving collimator will be equal to:

Figure 00000039
Figure 00000039

Поскольку, как правило, Хи и ви примерно равны, то выражение (33) с достаточной степенью точности можно представить в следующем виде:Since, as a rule, X and and in and are approximately equal, expression (33) can be represented with a sufficient degree of accuracy in the following form:

Figure 00000040
Figure 00000040

Из выражения (32) следует, что приемный коллиматор уменьшает масштаб выходящего из него пучка по оси Y по отношению к исходному пучку с коэффициентом, равным

Figure 00000041
. Этот коэффициент означает, что для соблюдения пространственного, а главное, энергетического подобия условий регистрации отраженного от ОЭП излучения диаметр входного зрачка объектива (согласно формуле изобретения по патенту №2202814 конденсорной линзы) канала измерения значения ЭПР на выходе приемного коллиматора должен быть в КY раз меньше, чем диаметр входного зрачка объектива канала измерения значения ЭПР в натурных условиях.It follows from expression (32) that the receiving collimator reduces the scale of the beam emerging from it along the Y axis with respect to the initial beam with a coefficient equal to
Figure 00000041
. This coefficient means that in order to comply with the spatial and, most importantly, the energy similarity of the registration conditions for radiation reflected from the EED, the diameter of the entrance pupil of the lens (according to the claims of patent No. 2202814 of the condenser lens) of the channel for measuring the EPR value at the output of the receiving collimator should be K Y times smaller than the diameter of the entrance pupil of the lens of the channel measuring the value of the EPR value in natural conditions.

Значение удаления перетяжки пучка на выходе коллиматора от его окуляра Хм с учетом аналогичных рассуждений будет определяться следующим выражением:The value of removing the beam waist at the output of the collimator from its eyepiece X m , taking into account similar considerations, will be determined by the following expression:

Figure 00000042
Figure 00000042

Из выражения (33) следует, что приемный коллиматор уменьшает масштаб выходящего из него пучка по оси Х по отношению к исходному пучку с коэффициентом, равным

Figure 00000043
. Этот коэффициент означает, что для соблюдения пространственного и энергетического подобия условий регистрации отраженного от ОЭП излучения, удаление входного зрачка объектива канала измерения значения ЭПР на выходе приемного коллиматора от его окуляра должно быть в КX раз меньше, чем удаление входного зрачка объектива канала измерения значения ЭПР от ОЭП в натурных (заданных) условиях локации.It follows from expression (33) that the receiving collimator reduces the scale of the beam emerging from it along the X axis with respect to the initial beam with a coefficient equal to
Figure 00000043
. This coefficient means that in order to comply with the spatial and energy similarity of the conditions for recording radiation reflected from the EED, the removal of the input pupil of the channel of the measurement channel of the EPR value at the output of the receiving collimator from its eyepiece should be K X times smaller than the removal of the input pupil of the lens of the channel of measurement of the EPR value from OEP in full-scale (set) location conditions.

Поскольку в формуле изобретения по патенту №2202814 расстояние между окуляром приемного коллиматора и конденсорной линзой не оговорено, а также не определены масштабные коэффициенты преобразования отраженного от ОЭП пучка по оси Y и оси X, то судить о моделируемом с помощью приемного коллиматора расстоянии между входным зрачком ОЭП и приемником не предоставляется возможным.Since the distance between the eyepiece of the receiving collimator and the condenser lens is not specified in the claims of the patent No. 2202814, and the scale coefficients of conversion of the beam reflected from the OED along the Y axis and the X axis are not determined, then judge the distance between the entrance pupil of the OEP modeled by the receiving collimator and the receiver is not provided possible.

Ранее было показано, что входящая в устройство-прототип матрица ПЗС предназначена для регистрации индикатрисы отражения ОЭП. При этом индикатриса отражения регистрируется только для условий локации в дальней зоне, соответствующей бесконечному удалению плоскости анализа от лоцируемого ОЭП.It was previously shown that the CCD matrix included in the prototype device is designed to register the reflection indicatrix of the EIA. In this case, the reflection indicatrix is registered only for the conditions of location in the far zone, corresponding to the infinite distance of the analysis plane from the located OED.

Этот факт обусловлен тем, что поскольку плоскость установки матрицы ПЗС оптически сопряжена с фокальной плоскостью проекционной системы, то пространственное распределение интенсивности излучения в этой плоскости соответствует индикатрисе отражения при бесконечной дальности локации ОЭП, так как проекционная система осуществляет преобразование Фурье пространственно-энергетических характеристик падающего на нее пучка излучения [М.Руссо, Ж.П.Матье, Задачи по оптике. М.: Мир, 1976, 414 с., стр.388], справедливого только для дальней зоны локации.This fact is due to the fact that since the installation plane of the CCD matrix is optically conjugated to the focal plane of the projection system, the spatial distribution of the radiation intensity in this plane corresponds to the reflection indicatrix at an infinite range of the OED location, since the projection system performs the Fourier transform of the spatial and energy characteristics of the incident on it radiation beam [M. Russo, J.P. Mathieu, Problems in optics. M .: Mir, 1976, 414 pp., P. 388], valid only for the far zone.

Таким образом, измерение значений ЭПР ОЭП в устройстве-прототипе осуществляется на неопределенной дальности от ОЭП до приемника, а индикатрисы отражения только в дальней зоне локации, соответствующей бесконечному удалению плоскости анализа от лоцируемого ОЭП. Этот факт обуславливает наличие систематических ошибок измерения ЭПР и индикатрисы отражения ОЭП, обусловленных неправомерностью:Thus, the measurement of the EPR values of the OEP in the prototype device is carried out at an indefinite distance from the OEP to the receiver, and the reflection indicatrix is only in the far zone, corresponding to the infinite distance of the analysis plane from the located OEP. This fact leads to the presence of systematic errors in the measurement of the EPR and the indicatrix of the reflection of the EIA, due to unlawfulness:

сопоставления результатов измерений значений ЭПР индикатрисы отражения, полученных с помощью приемника для одной (не известной) дальности локации, и полученных с помощью матрицы на ПЗС для бесконечной дальности локации;comparing the results of measurements of the EPR values of the reflection indicatrix obtained with a receiver for one (unknown) location range and obtained with a CCD matrix for an infinite location range;

регулирования измерительного телесного угла усреднения Ωизм в соответствии с величиной измеряемого показателя световозвращения и телесного угла усреднения Ωэт, соответствующего индикатрисе отражения от эталонного световозврвщателя.regulation of the measuring solid angle of averaging Ω meas in accordance with the value of the measured retroreflectivity and the solid angle of averaging Ω et , corresponding to the indicatrix of reflection from the reference reflector.

Таким образом наличие таких неправомерностей приводит к систематическим ошибкам измерения ЭПР и индикатрис отражения ОЭП с помощью устройства-прототипа.Thus, the presence of such irregularities leads to systematic errors in measuring the EPR and indicatrixes of reflection of the EIA using the prototype device.

1.5. Невозможность определения знака кривизны волнового фронта индикатрисы отражения ОЭП в устройстве-прототипе.1.5. The inability to determine the sign of curvature of the wave front of the reflection indicatrix of the EIA in the prototype device.

Как было показано ранее, устройство-прототип кроме измерения ЭПР позволяет регистрировать индикатрису отражения ОЭП с помощью матрицы ПЗС. Однако поскольку плоскость установки матрицы ПЗС оптически сопряжена с фокальной плоскостью проекционной системы, то знак кривизны волнового фронта, образующего индикатрису отражения ОЭП, однозначно определить невозможно. Это объясняется тем, что в плоскости установки матрицы ПЗС формируется пятно, размеры которого не зависят от знака кривизны волнового фронта падающего на входной зрачок проекционной системы расходящегося (положительный радиус кривизны) или сходящегося (отрицательный радиус кривизны) пучка лазерного излучения.As shown earlier, the prototype device in addition to measuring the EPR allows you to register the reflection indicatrix of the EIA using a CCD matrix. However, since the installation plane of the CCD matrix is optically conjugated with the focal plane of the projection system, it is impossible to unambiguously determine the sign of the curvature of the wave front forming the reflection indicatrix of the OED. This is due to the fact that a spot is formed in the plane of the CCD array, the dimensions of which do not depend on the sign of curvature of the wave front of the diverging (positive radius of curvature) or converging (negative radius of curvature) laser beam.

Геометрический смысл этого положения иллюстрируется Фиг.10. Из Фиг.10 видно, что:The geometric meaning of this position is illustrated in FIG. 10. Figure 10 shows that:

при определенных (например, равных) углах падения крайних лучей расходящегося и сходящегося пуков лазерного излучения в фокальной плоскости формируются пятна излучения одинакового диаметра;at certain (for example, equal) angles of incidence of the extreme rays of diverging and converging bunches of laser radiation in the focal plane, radiation spots of the same diameter are formed;

информацию о знаке кривизны волнового фронта по диаметру пятна в фокальной плоскости получить не возможно.information on the sign of curvature of the wave front by the diameter of the spot in the focal plane cannot be obtained.

Таким образом, устройство-прототип не позволяет определять знак кривизны волнового фронта измеряемой индикатрисы отражения.Thus, the prototype device does not allow to determine the sign of curvature of the wave front of the measured reflection indicatrix.

1.6. Наличие систематических погрешностей при измерении амплитудных характеристик индикатрисы отражения ОЭП из-за не контролируемого режима работы систем АРУ в электронном тракте матрицы ПЗС в устройстве-прототипе.1.6. The presence of systematic errors in the measurement of the amplitude characteristics of the OED reflection indicatrix due to the uncontrolled mode of operation of AGC systems in the electronic path of the CCD in the prototype device.

Известно, что в состав электронного тракта существующих матриц на основе ПЗС входит система АРУ [Павлов Н.И., Прилипко А.Я., Старченко А.Н., Метод и аппаратура для получения карт коэффициентов яркости. / Оптический журнал, Том 68, №6, 20001, с 68]. При этом основным назначением АРУ является плавная регулировка времени накопления и управление «электронным затвором», которые, в свою очередь, осуществляют плавную подстройку уровня видеосигнала на выходе матрицы. В автоматическом режиме работы камеры контур АРУ «приближает» показатель формируемого изображения к опорному значению. Обычно оно задается так, чтобы среднему значению амплитуды сигнала в кадре было на уровне 20...30% от максимального. Известно, что АРУ современных камер на основе ПЗС обеспечивают плавную подстройку уровня видеосигнала на выходе матрицы при изменении уровня освещенности на два порядка. Следует отметить, что только в специализированных камерах помимо автоматического режима реализуется ручное или программное управление параметрами АРУ матрицы на основе ПЗС [Павлов Н.И., Прилипко А.Я., Старченко А.Н. Метод и аппаратура для получения карт коэффициентов яркости. / Оптический журнал, Том 68, №6, 20001, с 68].It is known that the electronic path of existing CCD-based matrices includes an AGC system [Pavlov NI, Prilipko A.Ya., Starchenko AN, Method and apparatus for obtaining maps of brightness coefficients. / Optical Journal, Volume 68, No. 6, 20001, p. 68]. In this case, the main purpose of the AGC is to smoothly adjust the accumulation time and control the "electronic shutter", which, in turn, provide a smooth adjustment of the level of the video signal at the output of the matrix. In the automatic mode of operation of the camera, the AGC loop “brings” the indicator of the generated image to the reference value. Usually it is set so that the average signal amplitude in the frame is at the level of 20 ... 30% of the maximum. It is known that the AGC of modern CCD-based cameras provide a smooth adjustment of the video signal level at the matrix output when the illumination level changes by two orders of magnitude. It should be noted that only in specialized cameras, in addition to automatic mode, manual or software control of the AGC parameters of the matrix based on the CCD is implemented [Pavlov N.I., Prilipko A.Ya., Starchenko A.N. Method and apparatus for obtaining maps of brightness coefficients. / Optical Journal, Volume 68, No. 6, 20001, p. 68].

В тоже время в формуле на изобретение по патенту №2202814 не указан тип ПЗС матрицы с точки зрения реализации автоматического, ручного или программного режима управления параметрами АРУ матрицы на основе ПЗС.At the same time, the type of CCD matrix is not indicated in the formula for the invention according to patent No. 2202814 from the point of view of implementing automatic, manual or software control mode of AGC parameters of the matrix based on CCD.

В свою очередь при использовании в составе электронного тракта существующих стандартных матриц на основе ПЗС системы АРУ будет приводить к следующему.In turn, when using existing standard arrays based on the CCD of the CCD system, the AGC system will lead to the following.

Как было отмечено ранее, целью измерения амплитудных характеристик отраженного от ОЭП излучения является дальнейшее определение на основе полученных данных значений эффективной площади рассеяния этих ОЭП. При этом значение ЭПР может определяться по величине отраженного от ОЭП сигнала U0, измеренной с помощью предварительно прокалиброванной с использованием ЭС аппаратурой.As noted earlier, the goal of measuring the amplitude characteristics of the radiation reflected from an OEP is to further determine, based on the data obtained, the values of the effective scattering area of these OES. In this case, the EPR value can be determined by the value of the signal U 0 reflected from the EIA, measured using a preliminary calibrated instrument using ES equipment.

Ранее было показано, что наиболее распространенным способом калибровки является калибровка по эталонному отражателю, размещаемому на той же дальности, что и исследуемое ОЭП. При условии линейности рабочей характеристики измерительного устройства значение gэ определяется какIt was previously shown that the most common calibration method is calibration using a reference reflector located at the same range as the investigated EIA. Given the linearity of the operating characteristics of the measuring device, the value of g e is defined as

Figure 00000044
Figure 00000044

где σэт - ЭПР ЭС (ЭС), Uэт - величина сигнала, отраженного от ОЭ.where σ et - ESR ES (ES), U et - the magnitude of the signal reflected from the MA.

Из выражения (34) следует, что для измерения текущих значений ЭПР ОЭП необходимо провести калибровку средств измерения уровня принимаемого сигнала. В рассматриваемом случае средством преобразования оптического излучения в электрический сигнал является матрица ПЗС, имеющая аналоговый выход. Сигнал с выхода матрицы поступает на плату видеоадаптера ПЭВМ и преобразуется в изображение на экране монитора. Режим работы дисплея при этом, как правило, монохромный, черно-белый, при котором отображаются 256 градаций яркости. Оцифровка изображения происходит с текущим шагом дискретизации градаций яркости. Из вышеизложенного вытекают следующие требования к порядку и условиям проведения калибровки средства измерения и измерения уровня принимаемого от ОЭП сигнала с помощью матрицы ПЗС:From the expression (34) it follows that to measure the current values of the EPR of the EIA, it is necessary to calibrate the means for measuring the level of the received signal. In this case, the means of converting optical radiation into an electrical signal is a CCD matrix with an analog output. The signal from the matrix output is fed to the PC video adapter board and converted into an image on the monitor screen. The display mode of operation is, as a rule, monochrome, black and white, at which 256 gradations of brightness are displayed. Digitization of the image occurs with the current step of sampling the gradation of brightness. From the foregoing, the following requirements for the procedure and conditions for calibrating the measuring instrument and measuring the level of the signal received from the OED using the CCD matrix follow:

матрица должна работать в линейном режиме;the matrix should work in linear mode;

динамический диапазон электрического сигнала на выходе матрицы должен быть соотнесен с динамическим диапазоном дисплея ПЭВМ, рабочая точка видеоадаптера должна находиться на середине линейного участка рабочей характеристики;the dynamic range of the electrical signal at the output of the matrix should be correlated with the dynamic range of the PC display, the operating point of the video adapter should be in the middle of the linear portion of the operating characteristic;

характеристики электрического сигнала на выходе матрицы (среднее значение и дисперсия) при измерении ЭС не должны существенно отличаться от соответствующих характеристик сигнала при измерении ОЭП.characteristics of the electric signal at the output of the matrix (average value and dispersion) when measuring ES should not differ significantly from the corresponding characteristics of the signal when measuring OEP.

Однако известно, что текущие значения ЭПР исследуемых ОЭП могут в значительной степени отличаться от ЭПР эталонных отражателей, а сами уровни принимаемых от них сигналов могут колебаться в зависимости от моделируемых условий оптической локации в широких (заранее не известных) пределах. В этом случае наличие в составе электронного тракта существующих матриц ПЗС систем АРУ будет приводить к оцифровке изображения с разным (в зависимости от максимального значения облученности на поверхности матрицы) шагом дискретизации градаций яркости. Или другими словами будет приводить к систематическим погрешностям при измерении амплитудных характеристик индикатрисы отражения ОЭП из-за не контролируемого режима работы систем АРУ в электронном тракте матрицы ПЗС.However, it is known that the current EPR values of the investigated OEPs can significantly differ from the EPRs of the reference reflectors, and the levels of signals received from them can fluctuate depending on the simulated conditions of the optical location over a wide (previously unknown) range. In this case, the presence in the electron path of the existing matrices of CCD AGC systems will lead to digitization of the image with a different (depending on the maximum value of the irradiation on the matrix surface) step of sampling the brightness gradations. Or in other words, it will lead to systematic errors in the measurement of the amplitude characteristics of the OED reflection indicatrix due to the uncontrolled mode of operation of AGC systems in the electronic path of the CCD.

Таким образом, наличие в составе электронного тракта устройства измерения существующих стандартных матриц на основе ПЗС систем АРУ будет приводить к систематическим погрешностям при измерении амплитудных характеристик индикатрисы отражения ОЭП из-за не контролируемого режима работы систем АРУ в электронном тракте матрицы ПЗС. При этом, как указывалось выше, из-за не контролируемого режима работы систем АРУ в электронном тракте матрицы ПЗС измеренное значение ЭПР может отличаться от истинного значения на два порядка.Thus, the presence in the electronic path of a device for measuring existing standard matrices based on the CCD of AGC systems will lead to systematic errors in measuring the amplitude characteristics of the reflection indicatrix of the OED due to the uncontrolled operation of AGC systems in the electronic path of the CCD. Moreover, as mentioned above, due to the uncontrolled operation of AGC systems in the electronic path of the CCD matrix, the measured EPR value can differ from the true value by two orders of magnitude.

Техническим результатом заявляемого устройства для измерения характеристик светорассеяния оптико-электронных приборов, является повышение точности устройства за счет устранения систематических погрешностей, обусловленных невозможностью:The technical result of the claimed device for measuring the light scattering characteristics of optoelectronic devices is to increase the accuracy of the device by eliminating systematic errors due to the inability to:

- воспроизведения и контроля пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП, соответствующих заданной дальности локации формирующей оптической системой устройства;- reproduction and control of the spatial characteristics of the probe radiation in the plane of the entrance pupil of the located OEP corresponding to a given location range by the forming optical system of the device;

- воспроизведения заданной дальности между ОЭП и приемником при измерении значения ЭПР и индикатрисы отражения ОЭП;- reproducing a predetermined range between the OEP and the receiver when measuring the EPR value and the reflection indicatrix of the OEP;

- учета зависимости текущего значения эталонных отражателей ЭПР от дальности их локации;- taking into account the dependence of the current value of the EPR reference reflectors on the range of their location;

- определения знака кривизны волнового фронта излучения, отраженного от ОЭП;- determining the sign of curvature of the wavefront of the radiation reflected from the EIA;

- устранения систематических погрешностей при измерении амплитудных характеристик индикатрисы отражения ОЭП из-за не контролируемого режима работы систем АРУ в электронном тракте матрицы ПЗС.- elimination of systematic errors in the measurement of the amplitude characteristics of the OED reflection indicatrix due to the uncontrolled mode of operation of AGC systems in the electronic path of the CCD.

Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов, содержащее источник излучения и последовательно установленные по ходу его излучения формирующую оптическую систему, инспектируемый и эталонный световозвращатели, два светоделителя, приемный коллиматор, первую проекционную систему и первую матрицу ПЗС, при этом выход первой матрицы ПЗС соединен с входом микропроцессора, выход которого соединен с монитором, дополнительно между приемным коллиматором и первой проекционной системой введен первый прозрачный матовый экран, установленный от окуляра приемного коллиматора на расстояние, равное значению моделируемого расстояния между локатором и инспектируемым световосвращателем, деленного на квадрат коэффициента увеличения приемного коллиматора, умноженный на корень из двух, причем матовая поверхность первого прозрачного матового экрана оптически сопряжена первой проекционной системой с поверхностью первой матрицы ПЗС, при этом формирующая оптическая система выполнена из трех последовательно расположенных по ходу распространения пучка излучения формирующих коллиматоров, второго светоделителя, измерительного коллиматора, плоскопараллельной пластины, второго матового прозрачного экрана, второй проекционной системы и второй матрицы ПЗС, причем формирующие коллиматоры обращены окулярами к источнику излучения, оптические оси формирующих коллиматоров совпадают с оптической осью проходящего через них пучка, расстояния между первым и вторым, а также вторым и третьим формирующими коллиматорами равны сумме параксиальных фокусов объектива предыдущего коллиматора и окуляра последующего, второй светоделитель установлен в оптическом промежутке между вторым и третьим по ходу распространения лазерного пучка формирующими коллиматорами под углом к оптической оси проходящего через него пучка излучения, измерительный коллиматор находится в плече второго светоделителя, которое отражает падающий на него пучок излучения, обращен к второму светоделителю объективом и его оптическая ось совмещена с оптической осью падающего на него пучка, на пути распространения выходящего из измерительного коллиматора пучка под углом к оптической оси проходящего через нее пучка установлена плоскопараллельная стеклянная пластина, на пути распространения отраженного от плоскопараллельной стеклянной пластины пучка последовательно установлены второй матовый прозрачный экран, вторая проекционная система и вторая матрица ПЗС, второй матовый прозрачный экран установлен перпендикулярно оптической оси падающего на него пучка, центр второго матового прозрачного экрана совмещен с оптической осью падающего на него пучка, оптические оси второй проекционной системы и второй матрицы ПЗС перпендикулярны плоскости второго матового прозрачного экрана и совмещены с его центром, матовая поверхность второго матового прозрачного экрана второй проекционной системой оптически сопряжена с поверхностью второй матрицы ПЗС, при этом эталонный световозвращатель установлен рядом с инспектируемым световозвращателем в пучке зондирующего излучения, выход второй матрицы подключен к входу микропроцессора, выполненного с возможностью вычисления значения ЭПР инспектируемого световозвращателя по выражению:The technical result is achieved due to the fact that in a known device for measuring the retroreflectivity of optoelectronic devices, containing a radiation source and sequentially installed in the course of its radiation forming an optical system, an inspected and reference retroreflectors, two beam splitters, a receiving collimator, the first projection system and the first the CCD matrix, while the output of the first CCD matrix is connected to the input of the microprocessor, the output of which is connected to the monitor, in addition between the receiving count the first transparent matte screen introduced from the eyepiece and the first projection system is installed from the eyepiece of the receiving collimator by a distance equal to the value of the modeled distance between the locator and the inspected light reflector divided by the square of the magnification of the receiving collimator multiplied by the root of the two, and the matte surface of the first transparent matte screen is optically coupled by the first projection system to the surface of the first CCD, while the forming optical system is made and three sequentially arranged along the radiation beam propagation collimators, a second beam splitter, a measuring collimator, a plane-parallel plate, a second opaque transparent screen, a second projection system and a second CCD, the forming collimators facing the radiation source with eyepieces, the optical axes of the forming collimators coincide with the optical axis the beam passing through them, the distances between the first and second, as well as the second and third forming collimators are equal to the sum e of the paraxial focuses of the lens of the previous collimator and the eyepiece of the next, the second beam splitter is installed in the optical gap between the second and third along the laser beam propagation by forming collimators at an angle to the optical axis of the radiation beam passing through it, the measuring collimator is located in the shoulder of the second beam splitter, which reflects incident on radiation beam facing the second beam splitter by the lens and its optical axis is aligned with the optical axis of the incident beam on the way A plane-parallel glass plate is installed at the angle of propagation of the beam emerging from the measuring collimator at an angle to the optical axis of the beam passing through it, a second opaque transparent screen, a second projection system and a second CCD matrix are sequentially installed on the path of the beam reflected from the plane-parallel glass plate, the second opaque transparent screen is installed perpendicular the optical axis of the incident beam, the center of the second matte transparent screen is aligned with the optical axis the beam incident on it, the optical axes of the second projection system and the second CCD matrix are perpendicular to the plane of the second matte transparent screen and aligned with its center, the matte surface of the second matte transparent screen by the second projection system is optically coupled to the surface of the second CCD matrix, with the reference reflector mounted next to inspected by a retroreflector in the probe beam, the output of the second matrix is connected to the input of the microprocessor, configured to calculate ESR reflector values inspected by the expression:

σсв=gэт(L)U0,σ b = g et (L) U 0 ,

где:

Figure 00000045
,Where:
Figure 00000045
,

Figure 00000046
,
Figure 00000046
,

Figure 00000047
,
Figure 00000047
,

Figure 00000048
,
Figure 00000048
,

L - значение моделируемого расстояния между локатором и инспектируемым световосвращателем;L is the value of the simulated distance between the locator and the inspected retroreflector;

Rз - радиус кривизны отражающей поверхности ЭС;R s - the radius of curvature of the reflective surface of the ES;

ρз - коэффициент отражения отражающей поверхности ЭС;ρ z - reflection coefficient of the reflecting surface of the ES;

U0 - величина сигнала, пропорционального уровню отраженного от инспектируемого световозвращателя излучения в плоскости его приема.U 0 is the magnitude of the signal proportional to the level of radiation reflected from the inspected retroreflector in the plane of its reception.

Выше было показано, что в общем случае на характеристики отраженного ОЭП существенным образом оказывают пространственные условия оптической локации, а именно расстояние между выходным зрачком ИЗИ и входным зрачком ОЭП. При этом в зависимости от моделируемой дальности локации ОЭП значения углов прихода касательных к гиперболам пучков во входном зрачке ОЭП должны изменяться примерно на два порядка.It was shown above that in the general case, the characteristics of the reflected OEP are substantially affected by the spatial conditions of the optical location, namely, the distance between the exit pupil of the IIS and the entrance pupil of the OEP. Moreover, depending on the simulated range of the OED location, the values of the angles of arrival of beams tangent to the hyperbolas of the beams in the entrance pupil of the OED should change by about two orders of magnitude.

Известно, что для преобразования пространственных характеристик лазерных пучков (поперечного сечения и угловой расходимости), как правило, используются коллиматоры. При этом основные требования к такому коллиматору вытекают из следующих геометрических соображений:It is known that, as a rule, collimators are used to transform the spatial characteristics of laser beams (cross-section and angular divergence). In this case, the basic requirements for such a collimator follow from the following geometric considerations:

коллиматор должен формировать пучок лазерного излучения, диаметр которого больше диаметра входного зрачка исследуемого ОЭП;the collimator should form a laser beam whose diameter is larger than the diameter of the entrance pupil of the investigated EIA;

коллиматор должен формировать пучок лазерного излучения с регулируемой в пределах единиц-десятков угловых секунд угловой расходимостью.the collimator should form a laser beam with an angular divergence, adjustable within a few tens of arc seconds.

Первое условие реализуется за счет подбора диаметров и фокусных расстояний входящих в состав коллиматора линз. Так размеры диаметра выходной линзы должны превосходить размеры диаметра входного зрачка исследуемого ОЭП, а значение коэффициента увеличения коллиматора Гк (отношение фокуса объектива fоб к фокусу окуляра fок) должно выбираться исходя из следующего соотношения:The first condition is realized by selecting the diameters and focal lengths of the lens collimator. So the size of the diameter of the output lens should exceed the size of the diameter of the entrance pupil of the investigated OEP, and the value of the collimator magnification factor Gk (the ratio of the focus of the lens f about the focus of the eyepiece f ok ) should be selected based on the following ratio:

Figure 00000049
Figure 00000049

где Доб - диаметр объектива коллиматора; дипи - диаметр пучка лазерного излучения на выходе источника поражающего излучения.where Dob is the diameter of the collimator lens; d IPI - the diameter of the laser beam at the output of the source of the damaging radiation.

Так при Доб=20 см и дипи=0.25 см значение Гк должно быть не менее 80.So at Dob = 20 cm and d un = 0.25 cm, the value of Gk should be at least 80.

Однако известно, что точная регулировка угловой расходимости лазерного пучка в пределах единиц-десятков угловых секунд путем изменения расстояния между окуляром и объективом коллиматора с большим коэффициентом увеличения представляет большие технические трудности, поскольку в этом случае перемещения окуляра относительно объектива будут составлять десятые-сотые доли миллиметра.However, it is known that the exact adjustment of the angular divergence of the laser beam within a few tens of arc seconds by changing the distance between the eyepiece and the collimator lens with a large magnification factor presents great technical difficulties, since in this case the movements of the eyepiece relative to the lens will amount to tenths-hundredths of a millimeter.

При этом традиционные методы контроля расходимости лазерного пятна [ГОСТ 26086-84 Лазеры. Методы измерений диаметра пучка и энергетической расходимости лазерного излучения будут приводить к значительным погрешностям измерений, поскольку измеряемые значения угловой расходимости находятся в пределах единиц-десятков угловых секунд.Moreover, the traditional methods for controlling the divergence of the laser spot [GOST 26086-84 Lasers. The methods for measuring the beam diameter and the energy divergence of laser radiation will lead to significant measurement errors, since the measured values of the angular divergence are within a few tens of arc seconds.

Известны способ и устройство для контроля радиуса кривизны волнового фронта, обеспечивающие требуемую точность измерения угловой расходимости коллимированных лазерных пучков [Н.Г.Киселев, Контроль волнового фронта лазерного пучка. Оптико-механическая промышленность, 1983, №4, стр.13-14], которые основаны на использовании интерферометра сдвига. Однако процедуры установки каждый раз для проведения измерений элементов интерферометра в оптический тракт стенда, его юстировки, контроля радиуса кривизны волнового фронта и расчета по его значениям угловой расходимости лазерного пучка при использовании этого устройства достаточно трудоемки. При этом точность измерения значения радиуса кривизны волнового фронта будет соизмерима с величиной изменения этого радиуса за счет изменения угловой расходимости на единицы секунд.A known method and device for controlling the radius of curvature of the wavefront, providing the required accuracy of measuring the angular divergence of collimated laser beams [N. G. Kiselev, Control of the wavefront of the laser beam. Optical-mechanical industry, 1983, No. 4, pp. 13-14], which are based on the use of a shear interferometer. However, the installation procedures each time to measure the elements of the interferometer in the optical path of the stand, to align it, to control the radius of curvature of the wavefront and to calculate the angular divergence of the laser beam from this value using this device are quite laborious. Moreover, the accuracy of measuring the value of the radius of curvature of the wave front will be commensurate with the magnitude of the change in this radius due to a change in the angular divergence by units of seconds.

С целью обеспечения возможности упрощения процедур и повышения точности воспроизведения и контроля пространственных характеристик формируемого облучающего ОЭП пучка в известном устройстве для измерения ЭПР (ПСВ) оптико-электронных приборов, содержащем формирующую систему (ФС) предложено эту систему выполнить в виде трех формирующих пространственные характеристики зондирующего излучения в плоскости лоцируемого ОЭП коллиматоров (далее просто формирующих коллиматоров), светоделителя, измерительного коллиматора, плоскопараллельной стеклянной пластины, прозрачного матового экрана, проекционной системы и матрицы на основе ПЗС.In order to simplify the procedures and improve the accuracy of reproduction and control of the spatial characteristics of the generated irradiating OEP beam in a known device for measuring the EPR (PSV) of optoelectronic devices containing a forming system (FS), it is proposed to perform this system in the form of three spatial-forming characteristics of the probe radiation in the plane of the collocated OEP of collimators (hereinafter simply forming collimators), a beam splitter, a measuring collimator, plane-parallel teklyannoy plate, transparent frosted screen, a projection system and a CCD matrix.

При этом в формирующей системе:Moreover, in the forming system:

три формирующих коллиматора расположены по ходу распространения пучка излучения, обращены окулярами к источнику лазерного излучения и их оптические оси совпадают с оптической осью проходящего через них пучка;three forming collimators are located along the propagation of the radiation beam, are turned by eyepieces to the source of laser radiation and their optical axes coincide with the optical axis of the beam passing through them;

расстояния между первым и вторым, а также вторым и третьим формирующими коллиматорами равны сумме параксиальных фокусов объектива предыдущего коллиматора и окуляра последующего;the distances between the first and second, as well as the second and third forming collimators are equal to the sum of the paraxial foci of the lens of the previous collimator and the eyepiece of the subsequent one;

светоделитель установлен в оптическом промежутке между вторым и третьим по ходу распространения лазерного пучка формирующими коллиматорами под углом к оптической оси проходящего через него пучка лазерного излучения;a beam splitter is installed in the optical gap between the second and third along the propagation of the laser beam by forming collimators at an angle to the optical axis of the laser beam passing through it;

измерительный коллиматор установлен в плече светоделителя, которое отражает падающий на него пучок лазерного излучения, обращен к этому светоделителю объективом и его оптическая ось совмещена с оптической осью падающего на него пучка лазерного излучения;a measuring collimator is installed in the beam splitter arm, which reflects the laser beam incident on it, faces the beam splitter with the lens and its optical axis is aligned with the optical axis of the laser beam incident on it;

плоскопараллельная пластина установлена на пути распространения выходящего из измерительного коллиматора пучка лазерного излучения под углом к оптической оси пучка;a plane-parallel plate is mounted on the propagation path of the laser beam emerging from the measuring collimator at an angle to the optical axis of the beam;

прозрачный матовый экран установлен на плече плоскопараллельной пластины, которое отражает падающий на него пучок лазерного излучения, перпендикулярно этому пучку, и центр экрана совмещен с оптической осью падающего на него пучка;a transparent matte screen is mounted on the shoulder of a plane-parallel plate, which reflects the incident laser beam perpendicular to this beam, and the center of the screen is aligned with the optical axis of the incident beam;

проекционная система и матрица ПЗС последовательно установлены на пути распространения проходящего через прозрачный матовый экран пучка;the projection system and the CCD are sequentially installed in the path of propagation of the beam passing through the transparent matte screen;

оптические оси проекционной системы и матрицы на основе ПЗС совмещены с оптической осью проходящего через прозрачный матовый экран пучка;the optical axis of the projection system and the CCD-based matrix are aligned with the optical axis of the beam passing through the transparent matte screen;

матовая поверхность экрана проекционной системой оптически сопряжена с поверхностью матрицы ПЗС.the matte surface of the screen by the projection system is optically coupled to the surface of the CCD.

Разбиение ФС на три последовательно размещенных на одной оптической оси формирующих коллиматора и отдельный измерительный коллиматор предлагается исходя из следующих соображений.The division of the FS into three forming collimators arranged in series on a single optical axis and a separate measuring collimator is proposed based on the following considerations.

Первый формирующий коллиматор осуществляет предварительное расширение пучка источника зондирующего излучения (ЗИ) и формирует на выходе пучок с минимально возможной расходимостью. Второй формирующий коллиматор предназначен для плавного изменения угловой расходимости проходящего через него пучка ЗИ. Поскольку плавное изменение угловой расходимости в рассматриваемом случае достигается путем плавного изменения расстояния между его окуляром и объективом, значение его коэффициента увеличения должно быть небольшим (порядка 1-2). Третий по ходу луча формирующий коллиматор осуществляет окончательное расширение пучка ЗИ до необходимых размеров и формирует практически параллельный пучок. При этом суммарный коэффициент увеличения системы из трех формирующих коллиматоров должен быть равен Гк, требования к значению которого определены выше (см. (37)).The first forming collimator performs preliminary expansion of the beam of the probe radiation source (ZI) and forms a beam at the output with the smallest possible divergence. The second forming collimator is designed to smoothly change the angular divergence of the ZI beam passing through it. Since a smooth change in the angular divergence in the case under consideration is achieved by smoothly changing the distance between his eyepiece and lens, the value of its magnification factor should be small (of the order of 1-2). The third forming collimator along the beam carries out the final expansion of the ZI beam to the required dimensions and forms an almost parallel beam. In this case, the total coefficient of increase in the system of three forming collimators should be equal to Gk, the requirements for the value of which are defined above (see (37)).

Численные значения коэффициентов увеличения первого и третьего формирующих коллиматоров выбираются исходя из следующих положений.The numerical values of the magnification factors of the first and third forming collimators are selected based on the following provisions.

Ранее указывалось, что в ходе проведения экспериментов возникает задача контроля условий облучения входного зрачка исследуемого ОЭП (расходимости облучающего его входной зрачок пучка ЗИ), решение которой традиционными методами приводит к большим погрешностям и трудозатратам. С целью повышения точности измерения угловой расходимости облучающего входной зрачок ОЭП пучка предложен способ, суть которого заключается в следующем.It was previously indicated that during the experiments, the task arises of controlling the exposure conditions of the entrance pupil of the investigated EIA (the divergence of the ZI beam irradiating the entrance pupil), the solution of which by traditional methods leads to large errors and labor costs. In order to improve the accuracy of measuring the angular divergence of the beam irradiating the entrance pupil of the OED beam, a method is proposed, the essence of which is as follows.

В оптический промежуток между вторым и третьим формирующими коллиматорами под углом к оси пучка устанавливается первый светоделитель, поперечные размеры которых превышают диаметр проходящего через них пучка. На оси отраженного первым светоделителем пучка объективом к нему устанавливается измерительный коллиматор, на выходе которого устанавливается измеритель угловой расходимости пучка ЗИ. Пусть коэффициент увеличения третьего формирующего коллиматора равен Г3, а измерительного Ги. Из простых геометрических соображений следует, что:A first beam splitter is installed in the optical gap between the second and third forming collimators at an angle to the beam axis, the transverse dimensions of which exceed the diameter of the beam passing through them. On the axis of the beam reflected by the first beam splitter, a measuring collimator is installed with a lens to it, at the output of which a meter for the angular divergence of the ZI beam is installed. Let the magnification factor of the third forming collimator be equal to Г3, and the measuring Ги. From simple geometric considerations it follows that:

поскольку при изменении расходимости пучка на входе третьего формирующего и измерительного коллиматоров в N раз расходимость пучка на выходе третьего формирующего коллиматора изменится в N/Г3 раз, а на выходе измерительного коллиматора в N·Ги раз, точность измерения угловой расходимости за счет использования измерительного коллиматора увеличивается в Г3×Ги раз;since when the divergence of the beam at the input of the third forming and measuring collimators is N times the beam divergence at the output of the third forming collimator changes N / G3 times, and at the output of the measuring collimator N · Gy times, the accuracy of measuring the angular divergence due to the use of the measuring collimator increases G3 × Gu times;

с целью повышения точности измерения угловой расходимости за счет использования измерительного коллиматора значения коэффициентов увеличения Г3 и Ги должны выбираться максимально возможными.in order to increase the accuracy of measuring angular divergence due to the use of a measuring collimator, the values of the magnification factors G3 and Gi should be selected as high as possible.

При этом значение коэффициента увеличения Ги ограничивается только наличием линз хорошего качества с максимально большими и минимальными фокусными расстояниями. Проведенное макетирование оптического тракта системы формирования пучка (СФП) ЗИ показало, что рациональными (технически реализуемыми) значениями коэффициентов увеличения формирующего и измерительного коллиматоров являются следующие: Г3=10 и Ги=20. В этом случае при изменении угловой расходимости на входе третьего формирующего и измерительного коллиматоров на 10 угловых секунд угловая расходимость на выходе третьего формирующего коллиматора увеличится на 1 угловую секунду, а на выходе измерительного коллиматора на 200 угловых секунд (почти на три с половиной минуты). Этот факт позволяет сделать вывод о том, что использование предложенной схемы позволяет повысить точность измерения угловой расходимости пучка на выходе в Г3×Ги раз. Из выражения (35) следует, что при коэффициенте увеличения второго коллиматора, равного 2, коэффициент увеличения первого коллиматора должен быть не менее 4.In this case, the value of the increase factor Gi is limited only by the presence of good quality lenses with the largest and minimum focal lengths. The prototyping of the optical path of the beam forming system (TFP) ZI showed that the rational (technically feasible) values of the magnification factors of the forming and measuring collimators are as follows: Г3 = 10 and Ги = 20. In this case, when the angular divergence at the input of the third forming and measuring collimators changes by 10 arc seconds, the angular divergence at the output of the third forming collimator increases by 1 arc second, and at the output of the measuring collimator by 200 arc seconds (by almost three and a half minutes). This fact allows us to conclude that the use of the proposed scheme makes it possible to increase the accuracy of measuring the angular divergence of the beam at the output by a factor of 3 × Gy. From the expression (35) it follows that when the magnification factor of the second collimator is 2, the magnification factor of the first collimator should be at least 4.

При определении расстояний между формирующими коллиматорами учитывались следующие положения, согласно которым [И.И.Пахомов, А.Б.Цибуля, Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь, 1986, 151 с.]:When determining the distances between the forming collimators, the following provisions were taken into account, according to which [I.I. Pakhomov, A.B. Tsibulya, Calculation of optical systems of laser devices. M .: Radio and communication, 1986, 151 pp.]:

при совмещении переднего фокуса линзы с плоскостью перетяжки перетяжка преобразованного ее пучка находится в задней фокальной плоскости этой линзы;when combining the front focus of the lens with the constriction plane, the constriction of its converted beam is located in the rear focal plane of this lens;

при совмещении переднего фокуса линзы с плоскостью перетяжки формируется пучок с минимальной угловой расходимостью;when combining the front focus of the lens with the constriction plane, a beam is formed with a minimum angular divergence;

при расстоянии между выходной линзой первого коллиматора и входной линзой второго коллиматора, равном сумме их фокусных расстояний и условии настройки каждого на минимум расходимости, на выходе второго коллиматора также формируется пучок с минимальной расходимостью.when the distance between the output lens of the first collimator and the input lens of the second collimator is equal to the sum of their focal lengths and each one is set to a minimum of divergence, a beam with a minimum divergence is also formed at the output of the second collimator.

Задачу измерения угловой расходимости пучка на выходе измерительного коллиматора предлагается решить с помощью соответствующего измерителя, состоящего из расположенной по ходу выходящего из измерительного коллиматора пучка плоскопараллельной стеклянной пластины, переотражающей часть падающего на нее пучка на поверхность первого матового прозрачного экрана, первой проекционной системы и первой матрицы на основе ПЗС. При этом:It is proposed to solve the problem of measuring the angular divergence of the beam at the output of the measuring collimator using an appropriate meter, consisting of a plane-parallel glass plate located downstream of the measuring collimator and reflecting part of the incident beam onto the surface of the first matte transparent screen, the first projection system, and the first matrix onto Based CCD. Wherein:

плоскопараллельная пластина установлена на пути распространения выходящего из измерительного коллиматора пучка лазерного излучения под углом к оптической оси пучка;a plane-parallel plate is mounted on the propagation path of the laser beam emerging from the measuring collimator at an angle to the optical axis of the beam;

прозрачный матовый экран установлен на плече плоскопараллельной пластины, которое отражает падающий на него пучок лазерного излучения, перпендикулярно этому пучку, а центр экрана совмещен с оптической осью падающего на него пучка;a transparent matte screen is mounted on the shoulder of a plane-parallel plate, which reflects the incident laser beam perpendicular to this beam, and the center of the screen is aligned with the optical axis of the incident beam;

проекционная система и матрица ПЗС последовательно установлены на пути распространения проходящего через прозрачный матовый экран пучка;the projection system and the CCD are sequentially installed in the path of propagation of the beam passing through the transparent matte screen;

оптические оси проекционной системы и матрицы на основе ПЗС совмещены с оптической осью проходящего через прозрачный матовый экран пучка;the optical axis of the projection system and the CCD-based matrix are aligned with the optical axis of the beam passing through the transparent matte screen;

матовая поверхность экрана проекционной системой оптически сопряжена с поверхностью матрицы ПЗС.the matte surface of the screen by the projection system is optically coupled to the surface of the CCD.

Как показано в [Н.Г.Киселев, Контроль волнового фронта лазерного пучка. Оптико-механическая промышленность, 1983, №4, стр.13-14], за счет интерференции пучков, отраженных от плоских поверхностей плоскопараллельной стеклянной пластины на матовой поверхности первого экрана, будет формироваться интерференционная картина в виде полос. При этом расстояние между полосами Δh будет однозначно зависеть от следующих параметров:As shown in [N.G. Kiselev, Control of the wavefront of a laser beam. Optical-mechanical industry, 1983, No. 4, pp. 13-14], due to the interference of beams reflected from the flat surfaces of a plane-parallel glass plate on the matte surface of the first screen, an interference pattern in the form of stripes will be formed. In this case, the distance between the bands Δh will definitely depend on the following parameters:

значения радиуса кривизны волнового фронта (угловой расходимости) падающего на пластину пучка R;the radius of curvature of the wave front (angular divergence) of the beam R incident on the plate;

толщины плоскопараллельной стеклянной пластины Н;the thickness of the plane-parallel glass plate H;

угла между нормалью к поверхности плоскопараллельной стеклянной пластины и оптической осью падающего на нее пучка α.angle between the normal to the surface of a plane-parallel glass plate and the optical axis of the incident beam α.

Согласно [Н.Г.Киселев, Контроль волнового фронта лазерного пучка. Оптико-механическая промышленность, 1983, №4, стр.13-14], изложенного выше и геометрических соображений следует, что расчет угловой расходимости на выходе третьего коллиматора (в плоскости входного зрачка инспектируемого ОЭП) может быть проведен с помощью следующего выражения:According to [N.G. Kiselev, Control of the wavefront of a laser beam. Optical-mechanical industry, 1983, No. 4, pp. 13-14], stated above and geometric considerations, it follows that the calculation of the angular divergence at the output of the third collimator (in the plane of the entrance pupil of the inspected OEP) can be carried out using the following expression:

Figure 00000050
Figure 00000050

где:

Figure 00000051
Where:
Figure 00000051

dОЭП - диаметр входного зрачка инспектируемого ОЭП (световозвращателя);d OEP - diameter of the entrance pupil of the inspected OEP (retroreflector);

К3 и Ки - коэффициенты увеличения третьего формирующего и измерительного коллиматоров;To 3 and To and - the magnification factors of the third forming and measuring collimators;

N - показатель преломления стекла плоскопараллельной стеклянной пластины;N is the refractive index of the glass of a plane-parallel glass plate;

λ - длина волны зондирующего излучения;λ is the wavelength of the probe radiation;

Δt - расстояние между интерференционными полосами;Δt is the distance between interference fringes;

R - радиус кривизны волнового фронта на выходе измерительного коллиматора.R is the radius of curvature of the wavefront at the output of the measuring collimator.

Расчет угловой расходимости на выходе третьего формирующего коллиматора (в плоскости входного зрачка инспектируемого ОЭП) может быть проведен с помощью соответствующей программы, заложенной в микропроцессор, к входу которого подключена камера ПЗС, строящая изображение интерференционной картины на прозрачном матовом экране формирующей системы.The calculation of the angular divergence at the output of the third forming collimator (in the plane of the entrance pupil of the inspected OEP) can be carried out using the appropriate program embedded in the microprocessor, to the input of which a CCD camera is connected, which constructs an image of the interference pattern on a transparent matte screen of the forming system.

Является очевидным, что чем больше элементов матрицы приходится на расстояние между полосами Δt, тем выше будет точность измерения угловой расходимости пучка. Из этого вытекает необходимость, во-первых, формирования на экране полос с максимально возможными размерами, и, во-вторых, выбора такого фокусного расстояния первой проекционной системы, при которых изображение полос на поверхности матрицы ПЗС будет достаточно большим.It is obvious that the more matrix elements fall on the distance between the Δt bands, the higher will be the accuracy of measuring the angular divergence of the beam. This implies the need, first, for the formation of bands with the largest possible sizes on the screen, and, secondly, for choosing the focal length of the first projection system at which the image of the bands on the surface of the CCD will be quite large.

Увеличения расстояние между полосами Δt на экране можно добиться следующими известными мерами:Increasing the distance between the strips Δt on the screen can be achieved by the following known measures:

уменьшением толщины плоскопараллельной стеклянной пластины;reducing the thickness of the plane-parallel glass plate;

уменьшением угла между нормалью к поверхности плоскопараллельной стеклянной пластины и оптической осью падающего на нее пучка;decreasing the angle between the normal to the surface of a plane-parallel glass plate and the optical axis of the incident beam;

сразу двумя перечисленными выше мерами.two measures listed above.

Таким образом, выполнение формирующей системы в составе трех формирующих коллиматоров, светоделителя, измерительного коллиматора, плоскопараллельной стеклянной пластины, прозрачного матового экрана, проекционной системы и матрицы ПЗС позволит повысить точность измерения характеристик светорассеяния ОЭП в Г3×Ги раз за счет устранения систематических погрешностей, связанных с воспроизведением и контролем пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП, соответствующих заданной дальности локации формирующей оптической системой устройства.Thus, the implementation of the forming system as a part of three forming collimators, a beam splitter, a measuring collimator, a plane-parallel glass plate, a transparent matte screen, a projection system, and a CCD matrix will improve the accuracy of measuring the light scattering characteristics of OEDs in G3 × Gy times by eliminating systematic errors associated with reproduction and control of the spatial characteristics of the probe radiation in the plane of the entrance pupil of the located OEP corresponding to a given yes nosti locations forming the optical system of the device.

В свою очередь в п.1.3 данного описания было показано, что приемный коллиматор уменьшает масштаб выходящего из него пучка по оси Y по отношению к исходному пучку с коэффициентом, равным

Figure 00000041
. Этот факт означает, что для соблюдения пространственного, а главное, энергетического подобия условий регистрации отраженного от ОЭП излучения диаметр входного зрачка объектива (согласно формуле изобретения по патенту №2202814 - конденсорной линзы) канала измерения значения ЭПР на выходе приемного коллиматора должен быть в КY раз меньше, чем диаметр входного зрачка объектива канала измерения значения ЭПР в натурных условиях.In turn, in Section 1.3 of this description, it was shown that the receiving collimator reduces the scale of the beam emerging from it along the Y axis with respect to the initial beam with a coefficient equal to
Figure 00000041
. This fact means that in order to comply with the spatial, and most importantly, the energy similarity of the registration conditions of the radiation reflected from the OED, the diameter of the entrance pupil of the lens (according to the claims of patent No. 2202814 - a condenser lens) of the channel for measuring the EPR value at the output of the receiving collimator must be K Y times smaller than the diameter of the entrance pupil of the objective of the channel measuring the EPR value in natural conditions.

Кроме этого в п.1.3 показано, что приемный коллиматор уменьшает масштаб выходящего из него пучка по оси Х по отношению к исходному пучку с коэффициентом, равным

Figure 00000052
. Этот означает, что для соблюдения пространственного и энергетического подобия условий регистрации отраженного от ОЭП излучения, удаление входного зрачка объектива канала измерения значения ЭПР на выходе приемного коллиматора от его окуляра должно быть в КХ раз меньше, чем удаление входного зрачка объектива канала измерения значения ЭПР от ОЭП в натурных (заданных) условиях локации. Эти положения автоматически относятся и к значению расстояния между окуляром приемного коллиматора и плоскостью анализа индикатрисы отражения исследуемого ОЭП в лабораторных условиях.In addition, in paragraph 1.3 it is shown that the receiving collimator reduces the scale of the beam emerging from it along the X axis with respect to the initial beam with a coefficient equal to
Figure 00000052
. This means that in order to comply with the spatial and energy similarity of the conditions for recording radiation reflected from the EED, the removal of the entrance pupil of the channel of the measurement channel of the EPR value from the output of the receiving collimator from its eyepiece should be K X times smaller than the removal of the entrance pupil of the lens of the channel of measurement of the EPR value from OEP in full-scale (given) location conditions. These provisions automatically apply to the value of the distance between the eyepiece of the receiving collimator and the plane of analysis of the reflection indicatrix of the investigated EIA in laboratory conditions.

Таким образом, только выполнение перечисленных выше условий обеспечит повышение точности измерения характеристик светорассеяния ОЭП за счет устранения систематических ошибок измерения, связанных с воспроизведением заданной дальности между инспектируемым ОЭП и приемником.Thus, only the fulfillment of the above conditions will provide an increase in the accuracy of measuring the light scattering characteristics of the EIA due to the elimination of systematic measurement errors associated with the reproduction of a given range between the inspected EIA and the receiver.

В заявляемом изобретении инспектируемое ОЭП и эталонный световозвращатель облучаются практически коллимированным пучком. Рассмотрим влияние соотношения между радиусом кривизны ЭС и дальностью локации на значение ПСВ ЭС при его облучении коллимированным пучком. Известно, что при удалении источника от объекта облучения на расстояние, стремящееся к бесконечности, на объект будет падать практически плоский (как и у коллимированного пучка) фронт излучения. Из выражения (18) следует, что при L1→∞ оно приводится к следующему виду:In the claimed invention, the inspected EIA and the reference retroreflector are irradiated with a practically collimated beam. Consider the effect of the relationship between the radius of curvature of the ES and the range of the location on the value of the PSV of the ES when it is irradiated with a collimated beam. It is known that when the source is removed from the irradiated object at a distance tending to infinity, the radiation front will fall almost flat (as in a collimated beam). It follows from expression (18) that as L1 → ∞ it reduces to the following form:

Figure 00000053
Figure 00000053

где L в рассматриваемом случае равно значению моделируемой дальности между ОЭП и приемным каналом локатора.where L in the case under consideration is equal to the value of the simulated range between the OEP and the receiving channel of the locator.

Из выражения (38) следует, что текущее значение ЭПР ЭС на дальности L должно рассчитываться по формуле:From the expression (38) it follows that the current value of ESR ES at a distance L should be calculated by the formula:

Figure 00000054
Figure 00000054

где значение σэт рассчитывается с помощью выражения (10).where the value of σ et is calculated using expression (10).

В этом случае микропроцессор должен проводить вычисления значения ЭПР исследуемого ОЭП (световозвращателя) σсв в соответствии со следующим выражением:In this case, the microprocessor must calculate the EPR value of the investigated EIA (retroreflector) σ sv in accordance with the following expression:

Figure 00000055
Figure 00000055

где

Figure 00000056
,Where
Figure 00000056
,

где Uэт - величина сигнала, пропорционального уровню отраженного от ЭС излучения в плоскости его приема.where U et - the magnitude of the signal proportional to the level of radiation reflected from the ES in the plane of its reception.

В п.1.5 было показано, что поскольку плоскость установки матрицы ПЗС в устройстве-прототипе оптически сопряжена с фокальной плоскостью проекционной системы, то знак кривизны волнового фронта, образующего индикатрису отражения ОЭП, однозначно определить невозможно.In paragraph 1.5, it was shown that since the installation plane of the CCD matrix in the prototype device is optically conjugated with the focal plane of the projection system, the sign of curvature of the wave front forming the reflection indicatrix of the EIA cannot be unambiguously determined.

Задачу по определению знака кривизны волнового фронта излучения, отраженного от ОЭП, предлагается решить с помощью соответствующего измерителя, состоящего из последовательно расположенных по ходу выходящего из приемного коллиматора пучка первого матового прозрачного экрана, первой проекционной системы и первой матрицы ПЗС. При этом первый матовый прозрачный экран установлен перпендикулярно оптической оси приемного коллиматора, а центр первого матового прозрачного экрана совмещен с оптической осью выходящего из приемного коллиматора пучка, оптические оси первой проекционной системы и первой матрицы ПЗС совмещены с оптической осью выходящего из приемного коллиматора пучка, а матовая поверхность первого матового прозрачного экрана с помощью первой проекционной системы оптически сопряжена с поверхностью первой матрицы ПЗС.It is proposed to solve the problem of determining the sign of curvature of the wavefront of the radiation reflected from the OED using an appropriate meter, consisting of a beam of a first opaque transparent screen, a first projection system, and a first CCD matrix coming out of the receiving collimator. In this case, the first opaque transparent screen is installed perpendicular to the optical axis of the receiving collimator, and the center of the first matte transparent screen is aligned with the optical axis of the beam coming out of the receiving collimator, the optical axes of the first projection system and the first CCD are aligned with the optical axis of the beam coming out of the receiving collimator, and the matte the surface of the first opaque transparent screen using the first projection system is optically coupled to the surface of the first CCD.

Использование первого матового прозрачного экрана позволяет устранить неоднозначность в значении знака радиуса кривизны выходящего из приемного коллиматора пучка. Так, из физических соображений следует, что при одинаковых углах расходимости пучка диаметр пятна от сходящегося пучка будет меньше диаметра от расходящегося. При этом линейные размеры пятна на первом матовом прозрачном экране будут пропорциональны угловой расходимости пучка на выходе приемного коллиматора. В случае, когда матовая поверхность первого экрана проекционной системой оптически сопряжена с поверхностью матрицы ПЗС, на поверхности матрицы формируется четкое изображение пятна на первом матовом прозрачном экране.The use of the first matte transparent screen eliminates the ambiguity in the sign of the radius of curvature of the beam emerging from the receiving collimator. So, from physical considerations, it follows that at the same divergence angles of the beam, the diameter of the spot from the converging beam will be less than the diameter of the diverging one. In this case, the linear dimensions of the spot on the first matte transparent screen will be proportional to the angular divergence of the beam at the output of the receiving collimator. When the matte surface of the first screen by the projection system is optically coupled to the surface of the CCD, a clear image of the spot is formed on the matrix surface on the first matte transparent screen.

Из законов геометрической оптики следует, что:From the laws of geometric optics it follows that:

линейные размеры пятна на первом матовом прозрачном экране (матрице) будут пропорциональны угловой расходимости пучка на выходе приемного коллиматора;the linear dimensions of the spot on the first matte transparent screen (matrix) will be proportional to the angular divergence of the beam at the output of the receiving collimator;

распределение интенсивности излучения в пятне на первом матовом прозрачном экране и на поверхности первой матрицы ПЗС будет пропорционально распределению интенсивности индикатрисы отражения в плоскости анализа, удаленной от ОЭП на заданную дальность;the distribution of the radiation intensity in the spot on the first matte transparent screen and on the surface of the first CCD will be proportional to the distribution of the intensity of the reflection indicatrix in the analysis plane that is remote from the OED at a given distance;

угловая расходимость индикатрисы отражения в плоскости анализа будет пропорциональна угловой расходимости индикатрисы отражения на выходе ОЭП.the angular divergence of the reflection indicatrix in the plane of analysis will be proportional to the angular divergence of the reflection indicatrix at the OEP output.

Последний факт позволяет производить измерение угловой расходимости индикатрисы отражения с помощью матрицы ПЗС.The latter fact allows the measurement of the angular divergence of the reflection indicatrix using a CCD matrix.

С целью градуировки измерителя угловой расходимости индикатрисы отражения при фиксированных значениях коэффициента увеличения приемного коллиматора, расстояния между окуляром приемного коллиматора и первым матовым прозрачном экраном, фокуса первой проекционной системы, дальности ее от первого матового прозрачного экрана и условиях нормирования пятна определяется значение угловой расходимости индикатрисы отражения, приходящейся на один элемент ПЗС матрицы камеры. Для этого на место исследуемого ОЭП устанавливается плоское зеркало, измеряется диаметр сформированного пятна на первом матовом прозрачном экране d1 при исходном значении расходимости облучающего зеркало пучка. Расходимость облучающего зеркало пучка увеличивается в два раза. Производится измерение диаметра нового пятна d2. Вычисляется значение половины приращения диаметра пятна за счет увеличения расходимости пучка Δd=(d1-d2)R. Приращение расходимости пучка Δα известно. Цена единицы линейной величины на первом матовом прозрачном экране в единицах угловой расходимости индикатрисы отражения рассчитывается по формулеIn order to calibrate the meter of angular divergence of the reflection indicatrix at fixed values of the magnification factor of the receiving collimator, the distance between the eyepiece of the receiving collimator and the first matte transparent screen, the focus of the first projection system, its distance from the first matte transparent screen and the conditions for normalizing the spot, the angular divergence of the reflection indicatrix is determined, attributable to one element of the CCD camera matrix. To do this, a flat mirror is installed in place of the OED under study, the diameter of the formed spot is measured on the first matte transparent screen d 1 with the initial divergence of the beam irradiating the mirror. The divergence of the beam irradiating the mirror doubles. The diameter of the new spot d 2 is measured. The value of half the increment of the spot diameter is calculated by increasing the beam divergence Δd = (d 1 -d 2 ) R. The increment of the beam divergence Δα is known. The unit price of a linear quantity on the first matte transparent screen in units of the angular divergence of the reflection indicatrix is calculated by the formula

Figure 00000057
.
Figure 00000057
.

Текущее значение расходимости индикатрисы отражения определяется непосредственно по текущим значениям размера изображения пятна на первом матовом прозрачном экране путем проведения соответствующей обработки результатов измерения этого размера с помощью микропроцессора, подключенного к выходу камеры ПЗС.The current value of the divergence of the reflection indicatrix is determined directly from the current values of the spot image size on the first matte transparent screen by conducting appropriate processing of the measurement results of this size using a microprocessor connected to the output of the CCD camera.

Таким образом, введение в состав устройства-прототипа первого матового прозрачного экрана, расположенного между приемным коллиматором и первой проекционной системой, позволяет устранить систематическую погрешность, связанную с знаком кривизны пучка излучения индикатрисы отражения ОЭП.Thus, the introduction to the prototype device of the first matte transparent screen located between the receiving collimator and the first projection system allows us to eliminate the systematic error associated with the sign of the curvature of the radiation beam of the OEC reflection indicatrix.

В п.1.6 было показано, что текущие значения ЭПР инспектируемых ОЭП могут в значительной степени отличаться от ЭПР эталонных световозвращателей, а сами уровни принимаемых от них сигналов могут колебаться в зависимости от моделируемых условий оптической локации в широких (заранее не известных) пределах. В этом случае наличие в составе электронного тракта существующих матриц ПЗС систем АРУ будет приводить к оцифровке изображения с разным (в зависимости от максимального значения облученности на поверхности матрицы) шагом дискретизации градаций яркости, а значит и к систематическим погрешностям при измерении амплитудных характеристик индикатрисы отражения ОЭП.In Section 1.6, it was shown that the current EPR values of the inspected EIAs can significantly differ from the EPRs of reference retroreflectors, and the levels of signals received from them can vary depending on the simulated conditions of the optical location over a wide (not previously known) range. In this case, the presence in the electron path of the existing matrices of CCD AGC systems will lead to digitization of the image with different (depending on the maximum value of the irradiation on the matrix surface) discretization of the gradation of brightness, and therefore to systematic errors in measuring the amplitude characteristics of the reflection characteristic of the OED.

Является очевидным, что данный недостаток может быть устранен только в случае, когда оцифровка изображения индикатрис отражения ОЭП и эталонных отражателей проводится с одинаковым текущим шагом дискретизации градаций яркости. Для обеспечения такого условия в предлагаемом устройстве измерение амплитудных характеристик индикатрисы отражения ОЭП предлагается производить одновременно с измерением амплитудных характеристик индикатрисы отражения ЭС. Для достижения этого условия в процессе измерения индикатрисы отражения исследуемого ОЭП эталонный световозвращатель устанавливается рядом с входным зрачком этого ОЭП в пучке зондирующего излучения.It is obvious that this drawback can be eliminated only in the case when the image is digitized by the EIA reflection indicator and reference reflectors with the same current step of sampling the brightness gradations. To ensure this condition in the proposed device, the measurement of the amplitude characteristics of the reflection indicatrix of the EIA is proposed to be performed simultaneously with the measurement of the amplitude characteristics of the reflection indicatrix of the ES. To achieve this condition, in the process of measuring the reflection indicatrix of the investigated OED, a reference retroreflector is installed next to the entrance pupil of this OED in the probe beam.

При этом эталонный световозвращатель желательно должен представлять собой плоское круглое зеркало или зеркальный сферический отражатель с большим радиусом кривизны его отражающей поверхности. Это требование обусловлено следующими причинами.In this case, the reference reflector should preferably be a flat round mirror or a mirror spherical reflector with a large radius of curvature of its reflecting surface. This requirement is due to the following reasons.

Известно, что индикатриса отражения эталонных зеркальных сферических отражателей с малым значением радиуса кривизны относительно широкая. В этом случае пятно от вышедшего из измерительного коллиматора пучка отраженного от ЭС излучения будет сравнимо с размерами экрана и будет накладываться на пятно от вышедшего из измерительного коллиматора пучка отраженного от ОЭП излучения, что приведет к погрешностям измерения значения ЭПР ОЭП.It is known that the indicatrix of reflection of reference specular spherical reflectors with a small value of the radius of curvature is relatively wide. In this case, the spot from the beam of radiation reflected from the ES emitted from the measuring collimator will be comparable with the size of the screen and will be superimposed on the spot from the beam of radiation reflected from the OED that has left the measuring collimator, which will lead to errors in the measurement of the EPR value of the EED.

В тоже время пятно от вышедшего из измерительного коллиматора пучка отраженного излучения от плоского зеркала или ЭС с большим радиусом кривизны не будет накладываться на пятно от вышедшего из измерительного коллиматора пучка отраженного от ОЭП излучения и будет находиться рядом с ним поскольку:At the same time, the spot from the reflected beam emerging from the measuring collimator from a flat mirror or ES with a large radius of curvature will not overlap the spot from the reflected beam coming out of the measuring collimator from the OED radiation and will be close to it because:

индикатриса отражения плоских эталонных зеркальных отражателей или ЭС с большим радиусом кривизны от носительно узкая и пятно от вышедшего из измерительного коллиматора пучка отраженного от плоского зеркала излучения будет относительно небольшим;the reflection indicatrix of flat reference mirror reflectors or ES with a large radius of curvature is relatively narrow and the spot from the beam of radiation reflected from the flat mirror emerging from the measuring collimator will be relatively small;

изменяя угловое положения плоского зеркала или ЭС с большим радиусом кривизны можно регулировать положение пятна от зеркала на экране относительно пятна от ОЭП.By changing the angular position of a flat mirror or ES with a large radius of curvature, you can adjust the position of the spot from the mirror on the screen relative to the spot from the EIA.

На Фиг.11 приведены полученные с помощью макета предлагаемого устройства изображения индикатрис отражения прибора ночного видения типа 1ПН57 и ЭС с радиусом кривизны его поверхности, равным 15 м. Индикатриса отражения 1ПН57 имеет форму полого конуса с центральным лепестком внутри, а индикатриса отражения ЭС имеет форму конуса с практически равномерным распределением интенсивности по сечению. Распределение интенсивности на экране снималось при помощи камеры на основе ПЗС матрицы и в виде аналогового сигнала подавалось на АЦП (фреймгреббер). Затем изображение в цифровом формате считывалось, обрабатывалось и выводилось на экран монитора компьютера при помощи программы LBA-300PC фирмы "Spiricon".Figure 11 shows the images of the reflection indicatrixes of a night vision device of type 1PN57 and ES with the radius of curvature of its surface equal to 15 m obtained using the layout of the proposed device. The reflection indicatrix 1PN57 has the shape of a hollow cone with a central lobe inside, and the reflection reflection indicatrix has the shape of a cone with an almost uniform intensity distribution over the cross section. The intensity distribution on the screen was recorded using a camera based on a CCD matrix and fed into the ADC (frame grabber) as an analog signal. Then the image in digital format was read, processed and displayed on a computer monitor using the LIR-300PC program from Spiricon.

Значение ЭПР плоского круглого зеркального световозвращателя σпко может быть определено с помощью следующего выражения [А.Г.Сайбель, Основы радиолокации. М.: Госэнергоиздат, 1961, 384 с., с.42]:The EPR value of a flat circular specular reflector σ pk can be determined using the following expression [A. G. Saibel, Basics of radar. M .: Gosenergoizdat, 1961, 384 p., P. 42]:

Figure 00000058
Figure 00000058

где: ρз - коэффициент отражения зеркальной поверхности;where: ρ z - reflection coefficient of the mirror surface;

S - площадь зеркала;S is the area of the mirror;

λ - длина волны зондирующего излучения.λ is the wavelength of the probe radiation.

Так при диаметре зеркала 1 см, ρз=0,9 и λ=1 мкм σпко примерно равно 7×104 м2. Учитывая тот факт, что ЭПР реальных образцов ОЭП примерно на порядок и более меньше указанной величины, в качестве эталона может использоваться плоская стеклянная пластинка, у которой одна сторона матовая, или плотный нейтральный светофильтр. При этом пластинка должна устанавливаться плоской стороной к падающему на него излучению. В этом случае отражение будет происходить только от одной поверхности, коэффициент отражения которой равен примерно 0,05. Расчеты показывают, что ЭПР такого световозвращателя снизится до значения примерно 4×103 м2. При необходимости дальнейшее снижение ЭПР может быть достигнуто путем установки перед отражателем нейтрального светофильтра с известным коэффициентом пропускания.So at a mirror diameter of 1 cm, ρ s = 0.9 and λ = 1 μm, σ pk is approximately equal to 7 × 10 4 m 2 . Considering the fact that the EPR of real SES samples is about an order of magnitude or more smaller than the indicated value, a flat glass plate with one side opaque or a dense neutral light filter can be used as a reference. In this case, the plate should be installed with the flat side to the radiation incident on it. In this case, reflection will occur only from one surface, the reflection coefficient of which is approximately 0.05. Calculations show that the EPR of such a retroreflector will decrease to a value of about 4 × 10 3 m 2 . If necessary, a further reduction in the EPR can be achieved by installing a neutral filter with a known transmittance in front of the reflector.

Таким образом, установка при проведении измерений ЭПР и индикатрисы отражения рядом с исследуемым ОЭП эталонного световозвращателя обеспечит повышение точности измерения значения ЭПР ОЭП примерно на порядок и более за счет устранения систематических ошибок измерения, вызванных оцифровкой изображения с разным (в зависимости от максимального значения облученности на поверхности матрицы) шагом дискретизации градаций яркости.Thus, the installation of a reference retroreflector next to the EIA being studied when measuring the EPR and reflection indicatrix will provide an increase in the accuracy of measuring the EPR of the EEP by about an order or more by eliminating systematic measurement errors caused by digitizing the image with different (depending on the maximum value of irradiation on the surface matrices) by a step of discretization of gradations of brightness.

Поскольку в этом случае измерение энергетических и пространственных характеристик индикатрисы отражения может проводиться только с помощью матрицы ПЗС, необходимость включения в состав оптического тракта стенда конденсорной линзы, приемника и цифрового вольтметра отпадает.Since in this case the measurement of the energy and spatial characteristics of the reflection indicatrix can be carried out only using a CCD matrix, the need to include a condenser lens, a receiver, and a digital voltmeter in the optical path of the test bench is no longer necessary.

Таким образом, у заявляемого устройства появляются свойства, заключающиеся в возможности измерения характеристик светорассеяния ОЭП с практическим полным устранением систематических погрешностей, связанных с:Thus, the claimed device has the properties consisting in the possibility of measuring the light scattering characteristics of the EIA with the practical complete elimination of systematic errors associated with:

зависимостью текущего значения эталонных отражателей ЭПР от дальности их локации;the dependence of the current value of the reference EPR reflectors on the range of their location;

воспроизведением пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП, соответствующих заданной дальности локации;reproducing the spatial characteristics of the probe radiation in the plane of the entrance pupil of the located OEP corresponding to a given range of location;

контролем пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП, соответствующих заданной дальности локации;control of spatial characteristics of the probe radiation in the plane of the entrance pupil of the located OEP corresponding to a given location range;

определением знака кривизны волнового фронта индикатрисы отражения ОЭП;determination of the sign of curvature of the wave front of the reflection indicatrix of the EIA;

не контролируемым режимом работы систем АРУ в электронном тракте матрицы ПЗС.uncontrolled mode of operation of AGC systems in the electronic path of the CCD.

Заявляемое устройство обладает свойствами, не совпадающими со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств. Заявляемое устройство обеспечивает достижение положительного эффекта, заключающегося в повышении точности измерения характеристик светорассеяния ОЭП за счет устранения систематических погрешностей, связанных с воспроизведением и контролем заданной дальности локации, измерением знака кривизны отраженного от ОЭП волнового фронта, не контролируемым режимом работы систем АРУ в электронном тракте матрицы ПЗС и зависимостью текущего значения ЭПР эталонных отражателей от дальности их локации.The inventive device has properties that do not match the properties shown by the distinguishing features in the known solutions and are not equal to the sum of these properties. The inventive device provides a positive effect, which consists in increasing the accuracy of measuring the light scattering characteristics of the OED by eliminating systematic errors associated with the reproduction and control of a given range of location, measuring the sign of curvature of the wavefront reflected from the OEP, not controlled by the operating mode of the AGC systems in the electronic path of the CCD and the dependence of the current value of the EPR of the reference reflectors on the range of their location.

На Фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.Figure 1 presents the structural diagram of the proposed device.

На Фиг.2 приведен ход проходящих в прямом направлении лучей при локации ОЭП в сходящемся пучке.Figure 2 shows the progress of the rays passing in the forward direction during the location of the OED in a converging beam.

На Фиг.3 приведен ход проходящих в прямом и обратном направлениях лучей при локации ОЭП в сходящемся пучке.Figure 3 shows the progress of the rays passing in the forward and reverse directions during the location of the EIA in a converging beam.

На Фиг.4 приведен ход лучей в процессе облучения ЭС и отражения от него излучения точечного источника ЗИ.Figure 4 shows the course of the rays in the process of irradiation of the ES and reflection from it of the radiation of a point source of ZI.

На Фиг.5 приведено изображение гиперболы, поясняющей физический смысл параметров а и b.Figure 5 shows an image of a hyperbola explaining the physical meaning of parameters a and b.

На Фиг.6 приведено изображение гиперболы, поясняющей физический смысл параметра ΔХ.Figure 6 shows an image of a hyperbola explaining the physical meaning of the parameter ΔX.

На Фиг.7 приведена графическая зависимость значения угла прихода касательных к гиперболам пучков во входном зрачке ОЭП от дальности его локации.Figure 7 shows a graphical dependence of the angle of arrival of tangents to the hyperbolas of the beams in the entrance pupil of the OEP from the range of its location.

На Фиг.8 приведены рассчитанные зависимости смещения плоскости анализа изображения относительно параксиального фокуса объектива ОЭП от дальности фокусировки для трех типов объективов.Figure 8 shows the calculated dependences of the displacement of the image analysis plane relative to the paraxial focus of the OED lens on the focusing distance for three types of lenses.

На Фиг.9 приведен ход лучей при фокусировке пучков с разным радиусом кривизны волнового фронта.Figure 9 shows the path of the rays when focusing beams with different radii of curvature of the wave front.

На Фиг.10 приведены изображения индикатрис отражения прибора ночного видения типа 1ПН57 и ЭС с радиусом кривизны световозвращателя, равным 15 м, полученные с помощью макета предлагаемого устройства.Figure 10 shows the image of the reflection indicatrix of the night vision device type 1PN57 and ES with a radius of curvature of the reflector equal to 15 m, obtained using the layout of the proposed device.

На Фиг.11 приведен внешний вид системы формирования зондирующего излучения макета предлагаемого устройства.Figure 11 shows the appearance of the system for the formation of probe radiation of the layout of the proposed device.

На Фиг.12, 13 приведен внешний вид приемного коллиматора, вторых матового экрана, проекционной системы и матрицы ПЗС.On Fig, 13 shows the appearance of the receiving collimator, the second matte screen, the projection system and the CCD.

Предлагаемое устройство содержит (см. Фиг.1): источник излучения (лазер) 1, формирующую систему 2, первый светоделитель 3.1, инспектируемый 4 и эталонный 5 световозвращатели, приемный коллиматор 6, первый прозрачный матовый экран 7.1, первую проекционную систему 8.1, первую матрицу ПЗС 9.1, микропроцессор 10 и монитор 11. При этом формирующая система выполнена из трех формирующих коллиматоров 12.1, 12.2 и 12.3, второго светоделителя 3.2, измерительного коллиматора 13, плоскопараллельной стеклянной пластины 14, второго прозрачного матового экрана 7.2, второй проекционной системы 8.2 и второй матрицы ПЗС 9.2.The proposed device contains (see Figure 1): a radiation source (laser) 1, the forming system 2, the first beam splitter 3.1, the inspected 4 and the reference 5 retroreflectors, a receiving collimator 6, the first transparent matte screen 7.1, the first projection system 8.1, the first matrix CCD 9.1, microprocessor 10 and monitor 11. In this case, the forming system is made of three forming collimators 12.1, 12.2 and 12.3, a second beam splitter 3.2, a measuring collimator 13, a plane-parallel glass plate 14, a second transparent frosted screen 7.2, and a second projection translational systems 8.2 and 9.2 second CCD.

Первый светоделитель 3.1 установлен между третьим формирующим коллиматором 12.3 и инспектируемым 4 и эталонным 5 световозвращателями. Эталонный световозвращатель 5 установлен рядом с входным зрачком инспектируемого световозвращателя 4 в пучке излучения. Приемный коллиматор 6 установлен в плече первого светоделителя 3.1, которое отражает падающие на него пучки отраженного от инспектируемого световозвращателя 4 и эталонного световозвращателя 5 излучения, обращен к первому светоделителю 3.1 объективом и его оптическая ось совмещена с оптической осью падающего на него пучка. Первый матовый прозрачный экран 7.1, первая проекционная система 8.1 и первая матрица ПЗС 9.1 последовательно установлены на пути распространения выходящего из приемного коллиматора 6 пучка излучения, первый матовый прозрачный экран 7.1 установлен перпендикулярно оптической оси приемного коллиматора 6. Центр первого экрана 7.1, оптические оси первой проекционной системы 8.1 и первой матрицы ПЗС 9.1 совмещены с оптической осью выходящего из приемного коллиматора 6 пучка. Матовая поверхность первого экрана 7.1 удалена от окуляра приемного коллиматора 6 на расстояние, равное значению моделируемого расстояния между локатором и инспектируемым световозвращателем, деленного на квадрат коэффициента увеличения приемного коллиматора 6, умноженный на корень из двух. Первой проекционной системой 8.1 матовая поверхность первого экрана 7.1 оптически сопряжена с поверхностью первой матрицы на ПЗС 8.1.The first beam splitter 3.1 is installed between the third forming collimator 12.3 and the inspected 4 and reference 5 retroreflectors. The reference reflector 5 is installed next to the entrance pupil of the inspected reflector 4 in the radiation beam. The receiving collimator 6 is installed in the shoulder of the first beam splitter 3.1, which reflects the incident beams of radiation reflected from the inspected reflector 4 and the reference reflector 5, facing the first beam splitter 3.1 with a lens and its optical axis is aligned with the optical axis of the incident beam. The first frosted transparent screen 7.1, the first projection system 8.1 and the first CCD 9.1 matrix are sequentially mounted on the propagation path of the radiation beam emerging from the receiving collimator 6, the first frosted transparent screen 7.1 is installed perpendicular to the optical axis of the receiving collimator 6. The center of the first screen 7.1, the optical axes of the first projection systems 8.1 and the first CCD 9.1 matrix are aligned with the optical axis of the beam emerging from the receiving collimator 6. The matte surface of the first screen 7.1 is removed from the eyepiece of the receiving collimator 6 by a distance equal to the value of the simulated distance between the locator and the inspected retroreflector, divided by the square of the magnification factor of the receiving collimator 6, multiplied by the root of two. The first projection system 8.1 matte surface of the first screen 7.1 is optically paired with the surface of the first matrix on the CCD 8.1.

Формирующие коллиматоры 12.1, 12.2 и 12.3 формирующей системы 2 обращены окулярами к источнику излучения 1. Оптические оси коллиматоров 12.1, 12.2 и 12.3 совпадают с оптической осью проходящего через них пучка, расстояния между первым 12.1 и вторым 12.2, а также вторым 12.2 и третьим 12.3 формирующими коллиматорами равны сумме параксиальных фокусов объектива предыдущего формирующего коллиматора и окуляра последующего. Второй светоделитель 3.2 установлен в оптическом промежутке между вторым 12.2 и третьим 12.3 по ходу распространения лазерного пучка формирующими коллиматорами под углом к оптической оси проходящего через него пучка, измерительный коллиматор 13 находится в плече второго светоделителя 3.2, которое отражает падающий на него пучок, обращен к второму светоделителю 3.2 объективом и его оптическая ось совмещена с оптической осью падающего на него пучка. Плоскопараллельная пластина 14 установлена на пути распространения выходящего из измерительного коллиматора 13 пучка под углом α к оптической оси проходящего через нее пучка. Второй матовый прозрачный экран 7.2, вторая проекционная система 8.2 и вторая матрица ПЗС 9.2 последовательно установлены на пути распространения отраженного от плоскопараллельной пластины 14 пучка. Второй матовый прозрачный экран 7.2 установлен перпендикулярно оптической оси падающего на него пучка, центр второго матового прозрачного экрана 7.2 совмещен с оптической осью падающего на него пучка. Оптические оси второй проекционной системы 8.2 и второй матрицы ПЗС 9.2 перпендикулярны плоскости второго матового прозрачного экрана 7.2 и совмещены с его центром. Матовая поверхность второго матового прозрачного экрана 7.2 второй проекционной системой 8.2 оптически сопряжена с поверхностью второй матрицы ПЗС 9.2.The forming collimators 12.1, 12.2 and 12.3 of the forming system 2 are turned by the eyepieces to the radiation source 1. The optical axes of the collimators 12.1, 12.2 and 12.3 coincide with the optical axis of the beam passing through them, the distances between the first 12.1 and second 12.2, as well as the second 12.2 and third 12.3 forming collimators are equal to the sum of the paraxial focuses of the lens of the previous forming collimator and the eyepiece of the subsequent one. The second beam splitter 3.2 is installed in the optical gap between the second 12.2 and third 12.3 along the laser beam propagation by the forming collimators at an angle to the optical axis of the beam passing through it, the measuring collimator 13 is located in the shoulder of the second beam splitter 3.2, which reflects the incident beam on it, facing the second a beam splitter 3.2 with the lens and its optical axis aligned with the optical axis of the incident beam. A plane-parallel plate 14 is mounted on the propagation path of the beam emerging from the measuring collimator 13 at an angle α to the optical axis of the beam passing through it. The second opaque transparent screen 7.2, the second projection system 8.2 and the second CCD 9.2 matrix are sequentially mounted on the propagation path of the beam reflected from the plane-parallel plate 14. The second opaque transparent screen 7.2 is mounted perpendicular to the optical axis of the incident beam, the center of the second opaque transparent screen 7.2 is aligned with the optical axis of the incident beam. The optical axes of the second projection system 8.2 and the second CCD 9.2 matrix are perpendicular to the plane of the second opaque transparent screen 7.2 and aligned with its center. The matte surface of the second opaque transparent screen 7.2 of the second projection system 8.2 is optically coupled to the surface of the second CCD matrix 9.2.

Выходы первой 9.2 и второй матрицы 9.2 подключены к входу микропроцессора 10, выполненного с возможностью вычисления значения ЭПР инспектируемого световозвращателя по выражению:The outputs of the first 9.2 and second matrix 9.2 are connected to the input of the microprocessor 10, configured to calculate the EPR value of the inspected retroreflector by the expression:

σсв=gэт(L)U0,σ b = g et (L) U 0 ,

где:

Figure 00000045
,Where:
Figure 00000045
,

Figure 00000046
,
Figure 00000046
,

Figure 00000047
,
Figure 00000047
,

Figure 00000048
,
Figure 00000048
,

где L - значение моделируемого расстояния между локатором и инспектируемым световозвращателем;where L is the value of the simulated distance between the locator and the inspected retroreflector;

R3 - радиус кривизны отражающей поверхности ЭС;R 3 is the radius of curvature of the reflective surface of the ES;

ρ3 - коэффициент отражения отражающей поверхности ЭС;ρ 3 - reflection coefficient of the reflecting surface of the ES;

U0 - величина сигнала, пропорционального уровню отраженного от инспектируемого световозвращателя излучения в плоскости его приема.U 0 is the magnitude of the signal proportional to the level of radiation reflected from the inspected retroreflector in the plane of its reception.

Выход микропроцессора 10 соединен со входом монитора 11.The output of the microprocessor 10 is connected to the input of the monitor 11.

Устройство измерения характеристик светорассеяния ОЭП работает следующим образом.A device for measuring the light scattering characteristics of an OEP works as follows.

Излучение лазера 1 направляется на вход первого формирующего коллиматора 12.1 формирующей системы 2. Формирующий коллиматор 12.1 увеличивает диаметр входного пучка в К1 раз и уменьшает его расходимость также примерно в К1 раз. Излучение с выхода первого формирующего коллиматора 12.1 попадает на вход второго формирующего коллиматора 12.2 формирующей системы 2. Второй формирующий коллиматор 12.2 увеличивает диаметр входного пучка в К2 раз и уменьшает его расходимость также примерно в К2 раз. Излучение с выхода второго формирующего коллиматора 12.2 попадает на вход третьего формирующего коллиматора 12.3 формирующей системы 2. Третий формирующий коллиматор 12.3 увеличивает диаметр входного пучка в К3 раз и уменьшает его расходимость также примерно в К3 раз. Таким образом на выходе третьего формирующего коллиматора 12.3 формируется пучок, диаметр которого в К1×К2×К3 раз превышает диаметр исходного лазерного пучка, а его расходимость примерно в К1×К2×К3 раз меньше расходимости исходного лазерного пучка. Юстировка первого формирующего коллиматора 12.1 на минимум угловой расходимости пучка на его выходе, а также совмещение параксиальных фокусов окуляров каждого последующего формирующего коллиматора с объективом каждого предыдущего обеспечивает юстировку формирующей системы 2 на минимум расходимости пучка на ее выходе, а значит, обеспечивает условия воспроизведения максимального значения дальности локации.The radiation of the laser 1 is directed to the input of the first forming collimator 12.1 of the forming system 2. The forming collimator 12.1 increases the diameter of the input beam by a factor of K1 and reduces its divergence also by approximately K1. The radiation from the output of the first shaping collimator 12.1 goes to the input of the second shaping collimator 12.2 of shaping system 2. The second shaping collimator 12.2 increases the diameter of the input beam by a factor of K2 and decreases its divergence by about a factor of K2 as well. The radiation from the output of the second shaping collimator 12.2 hits the input of the third shaping collimator 12.3 of the shaping system 2. The third shaping collimator 12.3 increases the diameter of the input beam by a factor of K3 and decreases its divergence also by about K3 times. Thus, a beam is formed at the output of the third forming collimator 12.3, the diameter of which is K1 × K2 × K3 times the diameter of the original laser beam, and its divergence is approximately K1 × K2 × K3 less than the divergence of the original laser beam. Alignment of the first forming collimator 12.1 to the minimum of the angular divergence of the beam at its output, as well as combining the paraxial focuses of the eyepieces of each subsequent forming collimator with the lens of each previous one, ensures the alignment of the forming system 2 to the minimum of the beam divergence at its output, which means that the conditions for reproducing the maximum range locations.

Изменяя положение объектива формирующего коллиматора 12.2 относительно его окуляра можно изменять значение параметра К2, что приведет к изменению расходимости пучка на выходе формирующей системы 2 в целом. Изменение расходимости пучка на выходе формирующей системы 2 позволяет воспроизводить условия облучения входного зрачка исследуемого ОЭП, соответствующие заданной дальности локации.By changing the position of the lens of the forming collimator 12.2 relative to its eyepiece, you can change the value of the parameter K2, which will lead to a change in the divergence of the beam at the output of the forming system 2 as a whole. Changing the beam divergence at the output of the forming system 2 makes it possible to reproduce the irradiation conditions of the entrance pupil of the investigated EIA corresponding to a given location range.

Часть переотраженного вторым светоделителем 3.2 излучения попадает на объектив измерительного коллиматора 13. Прошедшее через этот коллиматор излучение уменьшается в диаметре в Ки раз, а его расходимость увеличивается в Ки раз. Вышедшее из окуляра измерительного коллиматора 13 излучение падает на плоскопараллельную стеклянную пластину 14. Отраженное от передней и задней поверхностей плоскопараллельной стеклянной пластины 14 излучение падает на второй матовый экран 7.2 и формирует на нем интерференционную картину в виде полос. Ширина полос и расстояние между ними на втором матовом прозрачном экране 7.2 при фиксированных значениях угла между нормалью к плоскости пластины и осью падающего на нее пучка, толщины плоскорараллельной стеклянной пластины и коэффициента ее преломления зависят от радиуса кривизны волнового фронта падающего на нее пучка (его угловой расходимости). Вторая проекционная система 8.2 строит изображение полос на втором матовом прозрачном экране 7.2 на поверхности второй матрицы ПЗС 9.2. В свою очередь, поскольку угловая расходимость пучка на выходе измерительного коллиматора 13 в Ки×К3 раз больше, чем на выходе третьего формирующего коллиматора 12.3 (формирующей системы 2), то это позволяет в Ки×К3 раз повысить точность измерения угловой расходимости пучка на выходе третьего формирующего коллиматора 12.3 (формирующей системы 2).Part of the radiation reflected by the second beam splitter 3.2 falls on the lens of the measuring collimator 13. The radiation transmitted through this collimator decreases in diameter by a factor of Ki, and its divergence increases by a factor of Ki. The radiation emerging from the eyepiece of the measuring collimator 13 is incident on a plane-parallel glass plate 14. The radiation reflected from the front and rear surfaces of the plane-parallel glass plate 14 is incident on a second matte screen 7.2 and forms an interference pattern in the form of stripes on it. The width of the strips and the distance between them on the second opaque transparent screen 7.2 for fixed values of the angle between the normal to the plane of the plate and the axis of the incident beam, the thickness of the plane-parallel glass plate and its refractive index depend on the radius of curvature of the wave front of the incident beam (its angular divergence ) The second projection system 8.2 builds an image of the stripes on the second matte transparent screen 7.2 on the surface of the second CCD 9.2 matrix. In turn, since the angular divergence of the beam at the output of the measuring collimator 13 is Ki × K3 times greater than at the output of the third forming collimator 12.3 (forming system 2), this allows us to increase the accuracy of measuring the angular divergence of the beam at the output of the third by Ki × K3 forming collimator 12.3 (forming system 2).

Сформированный формирующей системой 2 (формирующим коллиматором 12.3) пучок излучения направляется в сторону первого светоделителя 3.1, инспектируемого 4 и эталонного световозвращателей 5.Formed by the forming system 2 (forming collimator 12.3), the radiation beam is directed towards the first beam splitter 3.1, inspected 4 and the reference retroreflectors 5.

Инспектируеммый 4 и эталонный световозвращатели 5 переотражают падающее на них излучение в обратном направлении (на поверхность первого светоделителя 3.1). Падающее на первый светоделитель 3.1 переотраженное инспектируемым 4 и эталонным световозвращателями 5 излучение переотражается первым светоделителем 3.1 в направлении объектива приемного коллиматора 6. Диаметр прошедшего через приемный коллиматор 6 пучка излучения уменьшается в КY раз, а его расходимость увеличивается в КY раз.Inspected 4 and reference retroreflectors 5 reflect the radiation incident on them in the opposite direction (to the surface of the first beam splitter 3.1). The radiation incident on the first beam splitter 3.1 and reflected by the inspected 4 and reference retroreflectors 5 is reflected by the first beam splitter 3.1 in the direction of the lens of the receiving collimator 6. The diameter of the radiation beam transmitted through the receiving collimator 6 decreases by a factor of Y , and its divergence increases by a factor of Y.

Вышедшее из окуляра приемного коллиматора 6 излучение падает на первый прозрачный матовый экран 7.1, первая проекционная система 8.1 строит изображение этого пятна на поверхности первой ПЗС матрицы ПЗС 9.1. Линейные размеры пятна на первом прозрачном матовом экране 7.1 и на поверхности первой матрицы ПЗС 8.1, а также распределение интенсивности по сечению пятна будут пропорциональны диаметру прошедшего через приемный коллиматор 6 пучка излучения, его расходимости и распределению интенсивности по сечению пучка на выходе приемного коллиматора 6 (индикатрисы отражения ОЭП). При этом, поскольку матовая поверхность первого экрана 7.1 удалена от окуляра приемного коллиматора 6 на расстояние, равное моделируемому значению расстояния между локатором и инспектируемым световозвращателем, деленного на квадрат коэффициента увеличения приемного коллиматора 6, умноженный на корень из двух, линейные размеры пятна на первом прозрачном матовом экране 7.1 и на поверхности первой матрицы ПЗС 9.1, а также распределение интенсивности по сечению пятна будут пропорциональны расходимости и распределению интенсивности по сечению отраженного от инспектируемого ОЭП и ЭС пучка на реальной дальности.The radiation emerging from the eyepiece of the receiving collimator 6 falls on the first transparent matte screen 7.1, the first projection system 8.1 builds an image of this spot on the surface of the first CCD of the CCD 9.1. The linear dimensions of the spot on the first transparent matte screen 7.1 and on the surface of the first CCD 8.1 matrix, as well as the intensity distribution over the cross section of the spot will be proportional to the diameter of the radiation beam passing through the receiving collimator 6, its divergence and the intensity distribution over the beam cross section at the output of the receiving collimator 6 (indicatrix reflection of the EIA). Moreover, since the matte surface of the first screen 7.1 is removed from the eyepiece of the receiving collimator 6 by a distance equal to the simulated distance between the locator and the inspected retroreflector, divided by the square of the magnification factor of the receiving collimator 6, multiplied by the root of two, the linear dimensions of the spot on the first transparent matte screen 7.1 and on the surface of the first CCD 9.1 matrix, as well as the intensity distribution over the spot cross section will be proportional to the divergence and intensity distribution over the cross section reflected from the inspected EIA and EC of the beam on the real range.

Сигналы с выхода матриц ПЗС 9.1 и 9.2 поступают на вход микропроцессора 10, выход которого соединен с монитором 11, при этом микропроцессор 10 проводит вычисление значения ЭПР σсв или показателя Rсв световозвращения инспектируемого световозвращателя (ОЭП) в соответствии с выражением (44).The signals from the output of the CCD matrices 9.1 and 9.2 are fed to the input of the microprocessor 10, the output of which is connected to the monitor 11, while the microprocessor 10 calculates the EPR value σ sv or the reflectance index R sv of the inspected retroreflector (OEP) in accordance with expression (44).

Предлагаемое техническое решение технически выполнимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые оптические и радиотехнические узлы и устройства, а именно:The proposed technical solution is technically feasible, since for its implementation typical optical and radio components and devices can be used, namely:

коллиматоры на основе длиннофокусных объективов и короткофокусных окуляров;collimators based on telephoto lenses and short-focus eyepieces;

плоскопараллельные стеклянные пластины;plane-parallel glass plates;

матовые прозрачные экраны (плоскопараллельные стеклянные пластины, у которых одна сторона матирована);frosted transparent screens (plane-parallel glass plates, in which one side is frosted);

телевизионные матрицы на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС);television matrices based on charge-coupled devices (CCD);

платы видеозахвата для сопряжения телевизионных матриц с микропрацессором.video capture cards for interfacing television matrices with a microprocessor.

Силами заявителя бал разработан и изготовлен макет предлагаемого устройства, который успешно прошел экспериментальную проверку, подтвердившую техническую реализуемость предлагаемого технического решения.By the applicant’s efforts, a ball was developed and made a model of the proposed device, which successfully passed an experimental test, which confirmed the technical feasibility of the proposed technical solution.

Внешний вид элементов оптического тракта макета приведен на фиг.12 и фиг.13.The appearance of the elements of the optical path of the layout is shown in Fig.12 and Fig.13.

Данное устройство позволяет повысить точность измерения характеристик светорассеяния ОЭП за счет снижения систематических погрешностей, связанных с зависимостью текущего значения эталонных отражателей ЭПР от дальности их локации до 5 раз, связанных с воспроизведением пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП, соответствующих неизвестной дальности локации формирующей оптической системой устройства, а также невозможностью контроля пространственных характеристик зондирующего излучения в плоскости входного зрачка лоцируемого ОЭП более чем на порядок, связанных с измерением индикатрисы отражения только в дальней зоне локации, соответствующей бесконечному удалению плоскости анализа от лоцируемого ОЭП, невозможностью определения знака кривизны волнового фронта индикатрисы отражения ОЭП, а также не контролируемым режимом работы систем АРУ в электронном тракте матрицы ПЗС более чем на порядок.This device allows to increase the accuracy of measuring the light scattering characteristics of the EIA by reducing systematic errors associated with the dependence of the current value of the EPR reference reflectors on the range of their location up to 5 times associated with the reproduction of the spatial characteristics of the probe radiation in the plane of the entrance pupil of the located OEP corresponding to an unknown range of the location of the forming the optical system of the device, as well as the inability to control the spatial characteristics of the probing about the radiation in the plane of the entrance pupil of the located OED more than an order of magnitude associated with measuring the reflection indicatrix only in the far zone, corresponding to the infinite distance of the analysis plane from the located OEP, the impossibility of determining the sign of curvature of the wavefront of the OEC reflection indicatrix, as well as the uncontrolled mode of operation of the systems AGC in the electronic path of the CCD matrix is more than an order of magnitude.

Claims (1)

Устройство измерения характеристик светорассеяния, содержащее источник излучения и последовательно установленные по ходу его излучения формирующую оптическую систему, инспектируемый и эталонный световозвращатели, два светоделителя, приемный коллиматор, первую проекционную систему и первую матрицу ПЗС, при этом выход первой матрицы ПЗС соединен с входом микропроцессора, выход которого соединен с монитором, отличающееся тем, что дополнительно между приемным коллиматором и первой проекционной системой введен первый прозрачный матовый экран, установленный от окуляра приемного коллиматора на расстояние, равное значению моделируемого расстояния между локатором и инспектируемым световозвращателем, деленного на квадрат коэффициента увеличения приемного коллиматора, умноженный на корень из двух, причем матовая поверхность первого прозрачного матового экрана первой проекционной системой оптически сопряжена с поверхностью первой матрицы ПЗС, при этом формирующая оптическая система выполнена из трех последовательно расположенных по ходу распространения пучка излучения формирующих коллиматоров, второго светоделителя, измерительного коллиматора, плоскопараллельной пластины, второго матового прозрачного экрана, второй проекционной системы и второй матрицы ПЗС, причем формирующие коллиматоры обращены окулярами к источнику излучения, расстояния между первым и вторым, а также вторым и третьим формирующими коллиматорами равны сумме параксиальных фокусов объектива предыдущего коллиматора и окуляра последующего, второй светоделитель установлен в оптическом промежутке между вторым и третьим по ходу распространения лазерного пучка формирующими коллиматорами под углом к оптической оси проходящего через него пучка излучения, измерительный коллиматор находится в плече второго светоделителя, которое отражает падающий на него пучок излучения и обращен объективом ко второму светоделителю, на пути распространения выходящего из измерительного коллиматора пучка под углом к оптической оси проходящего через нее пучка установлена плоскопараллельная стеклянная пластина, на пути распространения отраженного от плоскопараллельной пластины пучка последовательно установлены второй матовый прозрачный экран, вторая проекционная система и вторая матрица ПЗС, второй матовый прозрачный экран установлен перпендикулярно оптической оси падающего на него пучка, матовая поверхность второго матового прозрачного экрана второй проекционной системой оптически сопряжена с поверхностью второй матрицы ПЗС, при этом эталонный световозвращатель установлен рядом с инспектируемым световозвращателем в пучке зондирующего излучения, выход второй матрицы подключен к входу микропроцессора, выполненного с возможностью вычисления значения ЭПР инспектируемого световозвращателя по выражениюA device for measuring light scattering characteristics, containing a radiation source and forming an optical system, inspected and reference retroreflectors, two beam splitters, a receiving collimator, a first projection system and a first CCD matrix, the first CCD matrix connected to the microprocessor input, the output which is connected to a monitor, characterized in that in addition between the receiving collimator and the first projection system introduced the first transparent matte the th screen installed from the eyepiece of the receiving collimator by a distance equal to the value of the simulated distance between the locator and the inspected retroreflector, divided by the square of the magnification of the receiving collimator, multiplied by the root of two, and the matte surface of the first transparent matte screen of the first projection system is optically coupled to the surface of the first CCD arrays, while the forming optical system is made of three sequentially located along the propagation beam forming collimators, a second beam splitter, a measuring collimator, a plane parallel plate, a second opaque transparent screen, a second projection system and a second CCD matrix, the forming collimators facing the radiation source with eyepieces, the distances between the first and second, as well as the second and third forming collimators are equal to the sum paraxial focuses of the lens of the previous collimator and the eyepiece of the next, the second beam splitter is installed in the optical gap between the second and third along the laser beam propagating by forming collimators at an angle to the optical axis of the radiation beam passing through it, the measuring collimator is located in the shoulder of the second beam splitter, which reflects the incident radiation beam and faces the second beam splitter, along the propagation path of the beam emerging from the measuring collimator at an angle to the optical an axis of a beam passing through it has a plane-parallel glass plate mounted on the propagation path reflected from the plane-parallel plate the second matte transparent screen, the second projection system and the second CCD matrix, the second matte transparent screen is mounted perpendicular to the optical axis of the incident beam, the matte surface of the second matte transparent screen is optically paired with the surface of the second CCD matrix, and the reference reflector installed next to the inspected retroreflector in the probe beam, the output of the second matrix is connected to the input of the microprocessor, configured to calculate the EPR value of the inspected retroreflector by expression
Figure 00000059
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
,
Figure 00000060
,
где
Figure 00000061
Where
Figure 00000061
Figure 00000062
Figure 00000062
Figure 00000063
Figure 00000063
L - значение моделируемого расстояния между локатором и инспектируемым световозвращателем;L is the value of the simulated distance between the locator and the inspected retroreflector; R3 - радиус кривизны отражающей поверхности ЭС;R 3 is the radius of curvature of the reflective surface of the ES; ρ3 - коэффициент отражения отражающей поверхности ЭС;ρ 3 - reflection coefficient of the reflecting surface of the ES; U0 - величина сигнала, пропорционального уровню отраженного от инспектируемого световозвращателя излучения в плоскости его приема;U 0 is the magnitude of the signal proportional to the level of radiation reflected from the inspected retroreflector in the plane of its reception; Uэм - величина сигнала, пропорционального уровню отраженного от эталонного световозвращателя излучения в плоскости его приема.U em - the magnitude of the signal proportional to the level of radiation reflected from the reference reflector in the plane of its reception.
RU2007110572/28A 2007-03-22 2007-03-22 Device for taking measurements of light scattering characteristics of optoelectronic instruments RU2329475C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007110572/28A RU2329475C1 (en) 2007-03-22 2007-03-22 Device for taking measurements of light scattering characteristics of optoelectronic instruments

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007110572/28A RU2329475C1 (en) 2007-03-22 2007-03-22 Device for taking measurements of light scattering characteristics of optoelectronic instruments

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2329475C1 true RU2329475C1 (en) 2008-07-20

Family

ID=39809237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007110572/28A RU2329475C1 (en) 2007-03-22 2007-03-22 Device for taking measurements of light scattering characteristics of optoelectronic instruments

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2329475C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2431811C1 (en) * 2010-04-16 2011-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Device for measuring spatial-and-angular distribution of radiation from complex-shape bodies
RU2486485C1 (en) * 2011-11-17 2013-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Method of measuring dispersion of intracavity optical elements in spectral region of generation of femtosecond laser
RU2497091C2 (en) * 2011-08-02 2013-10-27 Лев Алексеевич Иванов Method to measure parameters of retroreflexion

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5579103A (en) * 1993-12-22 1996-11-26 Canon Kabushiki Kaisha Optical radar ranger with modulation of image sensor sensitivity
RU2113717C1 (en) * 1996-11-10 1998-06-20 Николай Николаевич Слипченко Laser system of optoelectronic object detection
RU2155357C1 (en) * 1999-06-15 2000-08-27 Государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика" Method for detection of optical and optoelectronic instruments
RU2202814C1 (en) * 2002-05-28 2003-04-20 Барышников Николай Васильевич Cat's eye index meter for optoelectronic devices
RU2256871C1 (en) * 2003-12-31 2005-07-20 Пензенский Артиллерийский Инженерный Институт Guidance system of guided ammunition to the points of positioning of optoelectronic instruments
RU2284486C1 (en) * 2005-04-18 2006-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный институт радиоэлектроники Device for measuring efficient area of light diffusion of electro-optic device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5579103A (en) * 1993-12-22 1996-11-26 Canon Kabushiki Kaisha Optical radar ranger with modulation of image sensor sensitivity
RU2113717C1 (en) * 1996-11-10 1998-06-20 Николай Николаевич Слипченко Laser system of optoelectronic object detection
RU2155357C1 (en) * 1999-06-15 2000-08-27 Государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика" Method for detection of optical and optoelectronic instruments
RU2202814C1 (en) * 2002-05-28 2003-04-20 Барышников Николай Васильевич Cat's eye index meter for optoelectronic devices
RU2256871C1 (en) * 2003-12-31 2005-07-20 Пензенский Артиллерийский Инженерный Институт Guidance system of guided ammunition to the points of positioning of optoelectronic instruments
RU2284486C1 (en) * 2005-04-18 2006-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный институт радиоэлектроники Device for measuring efficient area of light diffusion of electro-optic device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2431811C1 (en) * 2010-04-16 2011-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Device for measuring spatial-and-angular distribution of radiation from complex-shape bodies
RU2497091C2 (en) * 2011-08-02 2013-10-27 Лев Алексеевич Иванов Method to measure parameters of retroreflexion
RU2486485C1 (en) * 2011-11-17 2013-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Method of measuring dispersion of intracavity optical elements in spectral region of generation of femtosecond laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104111163B (en) Convex lens focal length measuring device and method
CN111458108B (en) Transmitting-receiving optical axis parallelism measuring device and measuring method
CN110736721B (en) Glass plate refractive index uniformity detection device and detection method based on diffraction grating
CN114216659A (en) System and method for measuring parallelism of large-caliber long-focus optical axis
CN110888240A (en) A Fast Assembly and Adjustment Method of Offner Spectral Imaging Optical System
CN103245488B (en) A kind of broadband large scale plane raster diffraction efficiency measurer
RU2329475C1 (en) Device for taking measurements of light scattering characteristics of optoelectronic instruments
CN109253867B (en) Optical system focal length measuring system and method
CN103105283B (en) Focal length measuring device of single-spectrum large-caliber long-focus lens
CN112747904B (en) Installation and adjustment method of infrared transfer function measuring instrument
JP4340625B2 (en) Optical inspection method and apparatus
US4626685A (en) Multispectral collimator with built-in-test
CN119509918B (en) A high-precision focal length detection device and method for long-focal-length optical systems
US20220244519A1 (en) Telescopes
JP3833713B2 (en) Fringe deflectometry apparatus and method
CN116908135A (en) Broadband terahertz Bessel beam transmission detection device and detection imaging method
RU2202814C1 (en) Cat's eye index meter for optoelectronic devices
JP2002048673A (en) Physical quantity measuring method of optical element or optical system
Steel The autostigmatic microscope
CN119574051B (en) A method for detecting the magnification of a large-aperture telescope
CN112504164A (en) Measuring device and method capable of dynamically measuring surface shape of planar optical element
CN116989698B (en) Combined phase microscopic imaging measurement system
US6081333A (en) Bi-lateral shearing interferometer with beam convergence/divergence indication
CN119574050B (en) A method for detecting the magnification of a small-aperture telescope
RU2006809C1 (en) Method of measuring lens transmission gain

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090323