МАЛОГАБАРИТНЫЙ ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ ПРИБОР Российский патент 1999 года по МПК H04N5/33 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано при изготовлении тепловизионних приборов для визуализации тепловых изображений в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности является наблюдательный тепловизионный прибор ("Оптический журнал", N 12, 1995 г., стр. 60. А.В. Медведев, А. В. Гринкевич, И.Ю. Теленков, Е.В. Малинкина "Наблюдательный тепловизионный прибор").

Недостатком наблюдательного тепловизионного прибора являются большие габариты и вес, трудоемкость при изготовлении, что обусловлено расположением сканирующего зеркала в параллельном пучке и наличием призменной оборачивающей системы с крышей, при этом сканирующая система работает на больших световых диаметрах - больших, чем входной зрачок основного объектива, а изготовление крыши на призмах требует секундных точностей (порядка 2 - 3 угловых секунд).

Целью настоящего изобретения является уменьшение габаритных размеров и веса тепловизора, упрощение работы с прибором при его изготовлении и эксплуатации за счет расположения двухстороннего сканирующего зеркала в сходящихся пучках, оборачивания изображения по вертикали за счет электрической коммутации линеек фотоприемников и излучателей, по горизонту за счет призменной системы в оптическом канале.

Эта цель достигается тем, что тепловизор содержит ИК объектив, линейку фотоприемников, двухстороннее сканирующее зеркало, линейку излучателей, коллимирующий объектив, фокусирующий объектив, призменную оборачивающую систему и окуляр, при этом двухстороннее сканирующее зеркало расположено в сходящемся пучке между ИК объективом и линейкой фотоприемников с одной стороны и между линейкой излучателей и коллимирующим объективом с другой стороны, а оборачивание изображения осуществляется по вертикали электрической коммутацией между линейками (фотоприемников и излучателей), по горизонту призменной оборачивающей системой из двух призм АР-90 и БП-90.

Конструктивное исполнение малогабаритного тепловизионного прибора показано на чертеже. Здесь содержатся ИК-объектив 1 и 2, линейка фотоприемников 3, двухстороннее сканирующее зеркало 4, линейка излучателей 5, коллимирующий объектив 6, фокусирующий объектив 7 и 8, призменная оборачивающая система 9 и 10, окуляры 11 и 12, электродвигатель 13 с кривошипно-шатунным приводом на сканирующее зеркало. Параметры варианта исполнения ИК-объектива 1 и 2 приведены в табл.1.

Линейка фотоприемников 3 - неохлаждаемый 64-элементный линейный пироэлектрический модуль ЛПМ-64 типа АТО180, изготовитель ЗАО "АТОМИКС", г. Москва, размер элемента 0,1 мм, шаг - 0,1 мм.

Линейка излучателей 5 - 64-х элементная линейка светоизлучающих диодов "Селигер", изготовитель АО "Протон", г. Орел, размер элемента 0,05 мм, шаг - 0,05 мм, цвет свечения красный.

Параметры варианта коллимирующего объектива 6 приведены в табл.2.

Параметры варианта фокусирующего объектива 7 и 8 приведены в табл.3.

Параметры варианта призменной оборачивающей системы 9 и 10 следующие:
размеры катетных граней для призмы 11 типа АР-90 равны 18 мм;
размеры входной и выходной граней пентапризмы 12 типа БП-90 равны 18 мм.

Параметры варианта окуляра 11 и 12 приведены в табл.4.

Принцип действия малогабаритного тепловизионного прибора заключается в следующем. ИК-объектив, состоящий из двух компонентов 1 и 2, каждый из которых содержит положительную линзу, фокусирует изображение на линейке фотоприемников 3 через одну сторону зеркала 4, сканирующего тепловую картину. Излучение от линейки излучателей 5 коллимируется объективом, состоящим из положительной линзы 6, через другую сторону зеркала 4, при этом для сохранения равенства масштабов изображения по вертикали и по горизонту соотношение размеров элементов фотоприемника 3 и излучателя 5 должно соответствовать:
АФ / А_и = F_об / F_к.об
где АФ и А_и - размер одного элемента в линейке фотоприемников и в линейке излучателей соответственно;
F_об и F_к.об - фокусные расстояния ИК-объектива и коллимирующего объектива соответственно.

Параллельный пучок после объектива 6 фокусируется фокусирующим объективом, состоящем из двух компонентов, первый из которых содержит положительную линзу 7, второй - отрицательный мениск 8. Изображение рассматривается через окуляр, состоящий из двух компонентов 11 и 12, каждый из которых содержит положительную линзу, а оборачивание изображения осуществляется в горизонтальной плоскости призменной оборачивающей системой, состоящей из призмы 11 типа АР-90 и пентапризмы 12 типа БП-90. Так как призмы не имеют крыши, то такая система оборачивает изображение только в горизонтальной плоскости. Прямое изображение по вертикали строится следующим образом. ИК-объектив 1, 2 строит на линейке фотоприемников перевернутое изображение по вертикали. Электрическая коммутация элементов линейки фотоприемников с элементами линейки излучателей осуществляется соединением по схеме, показанной на фиг. 2, аналогично системам с параллельным сканированием и параллельной обработкой видеосигнала (Дж. Ллойд "Системы тепловидения", М.: МИР, 1978 г., стр. 310 - 314). Электрические сигналы от каждого из элементов линейки фотоприемников в виде напряжения, пропорционального падающему потоку в изображении, усиливаются и преобразуются в ток, вызывающий свечение соответствующего элемента линейки излучателей. Излучаемое линейкой излучателей вертикальное изображение при такой коммутации перевернуто, а линзы 6, 7 и 8 (см. фиг.1) переносят изображение в фокальную плоскость окуляра 11, 12, восстанавливая прямое изображение.

В рассмотренном варианте конструктивного исполнения малогабаритный тепловизионный прибор имеет следующие характеристики:
рабочий спектральный диапазон - 8-14 мкм,
увеличение Г = 2 крат:
поле зрения по вертикали 5 градусов, по горизонту 10 градусов;
формат разложения - 64 x 128 элементов;
геометрическая разрешающая способность - 1,4 мрад;
предельное температурное разрешение - 0,5 градусов;
частота кадров - не менее 50 Гц;
диоптрийная наводка окуляра +/- 4 дптр;
вес - 400 г.

Положительный эффект от предлагаемых технических решений заключается в упрощении оптической схемы и конструкции прибора, уменьшении габаритных и весовых характеристик тепловизора, что упрощает работу с прибором при его изготовлении и эксплуатации в самых разнообразных условиях.

Заявляемое устройство - малогабаритный тепловизионный прибор позволяет обеспечить технический результат - малогабаритность и малый вес прибора за счет использования двухстороннего сканирующего зеркала в сходящихся пучках с линейными фотоприемниками и излучателями и оптического канала с призменной оборачивающей системой. 4 табл., 1 ил.

Малогабаритный тепловизионный прибор, содержащий ИК объектив, линейку фотоприемников, двухстороннее сканирующее зеркало, линейку излучателей, коллимирующий объектив, фокусирующий объектив, призменную оборачивающую систему и окуляр, отличающийся тем, что двухстороннее сканирующее зеркало расположено в сходящемся пучке между ИК объективом и линейкой фотоприемников с одной стороны и между линейкой излучателей и коллимирующим объективом с другой стороны, а оборочивание изображения осуществляется по вертикали электрической коммутацией между линейками фотоприемников и излучателей, по горизонтали призменной оборачивающей системой, при этом ИК объектив состоит из двух компонентов, каждый из которых содержит положительную линзу; коллимирующий объектив состоит из положительной линзы; фокусирующий объектив состоит из двух компонентов, первый из которых содержит положительную линзу, второй - отрицательный мениск; призменная система состоит из двух призм АР-90 и БП-90; окуляр состоит из двух компонентов, каждый из которых содержит положительную линзу, а соотношение размеров элементов фотоприемника и излучателя должно соответствовать
АФ/А_и = F_об/F_к.об,
где АФ и А_и - размер одного элемента в линейке фотоприемников и в линейке излучателей соответственно;
F_o6 и F_к.об- фокусные расстояния ИК объектива и коллимирующего объектива соответственно.