ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ ПРИБОР Российский патент 2002 года по МПК G02B23/00 G02B26/10 F41G1/36 

Изобретение относится к области инфракрасной техники, в частности к приборам ночного видения.

Известны приборы ночного видения, содержащие объектив и электронно-оптический преобразователь, работающий в инфракрасной области спектра (Л.З. Криксунов. Справочник по основам инфракрасной техники. - М.: Сов. Радио, 1978 г. ) У этих приборов недостаточная дальность действия и ограниченная информативность изображения.

Ближайшим аналогом является тепловизионный прибор, описанный в патенте RU 2059961 С1,10.05.1996.

Этот прибор содержит объектив, сканирующий элемент, блок обработки информации.

Недостатком известного прибора является ограниченная чувствительность из-за воздействия на фотоприемник внутриприборных тепловых полей и электромагнитных и механических полей.

Устранение указанных недостатков достигается следующими принципиальными конструктивными решениями: между фокальной плоскостью объектива и фотоприемником введена проекционная система с линейным увеличением 1*, на входной линзе которой установлена щелевая диафрагма, на выходной линзе - апертурная диафрагма. Апературная диафрагма совмещена с вогнутым зеркальным отражателем, обращенным в сторону фотоприемника. Сопряженная с фотоприемником микрокриогенная система выполнена по дифференциальной схеме и работает по обратному циклу Стирлинга. Трубопровод, соединяющий теплообменник и компрессор микрокриогенной системы, снабжен диэлектрическим элементом, служащим для снижения уровня электромагнитного поля в зоне размещения фотоприемника. Теплообменник снабжен демпфером, служащим для снижения механического поля в зоне размещения фоточувствительного элемента фотоприемника.

Указанные отличия позволяют получить более высокие значения минимальной обнаруживаемой разности температур (до 0,15 К) и углового разрешения (до 103), что в конечном итоге позволяет повысить дальность действия прибора при более высоком качестве изображения.

Принципиальная схема предложенного прибора представлена на чертеже, где:
1 - объектив;
2 - сканирующий элемент, выполненный в виде уголкового отражателя;
3 - проекционная система ( оптический блок переноса изображения);
4 - фотоприемник;
5 - микрокриогенная система;
6 - блок обработки информации;
7 - видеопросмотровые устройства.

Объектив 1 прибора рассчитан для работы в спектральном диапазоне 8-12,5 мкм и выполнен из четырех линз, две из которых - 8 и 9 работают в узком поле зрения (режим увеличения 4,5 крат), а четыре - 8, 9, 10 и 11 - в широком поле зрения, (режим увеличения 1,5 крат). Проекционная система 3 состоит из входной линзы 12, перед которой установлена щелевая диафрагма 13, зеркала 14, линз 15 и 16, апертурной диафрагмы 17 с вогнутым зеркальным отражателем 18. Фотоприемник 4 выполнен в виде 128-элементной линейки 19 с размером чувствительного элемента 20 (50х50 мкм) и зазором между чувствительными элементами в 50 мкм. Сопряженная с фотоприемником 4 микрокриогенная система 5 содержит теплообменник 21 и компрессор 22, установленные на разных основаниях и соединенные трубопроводом 23, в который введен диэлектрический элемент 24. Между теплообменником 21 и фотоприемником 4 расположен теплопроводный демпфер 27. Блок обработки информации 6 состоит из аналоговой 25 и цифровой 26 схем. Между объективом 1 и сканирующим элементом 2 установлено зеркало 28, а блок цифровой обработки информации 26 связан с видеопросмотровым устройством 7 через электроблок 29.

Прибор работает следующим образом. Инфракрасное излучение от объекта, проходя через объектив 1, зеркалом 28 направляется на уголковый отражатель 2, расположенный в сходящихся пучках, и далее через проекционную систему 3 попадает на фоточувствительные элементы 20 фотоприемника 4. Развертка изображения в горизонтальной плоскости осуществляется перемещением уголкового отражателя 2 параллельно плоскости зеркала 28. Сканирующий зеркальный уголковый отражатель 2 совершает возвратно-поступательное движение с изменяющейся по синусоидальному закону скоростью. При движении отражателя в одном направлении создается первый полукадр изображения. В крайних точках, при смене направления движения, зеркальный уголковый отражатель разворачивается в плоскости, перпендикулярной оси движения, на величину зазора между чувствительными элементами 20 фотоприемника. Таким образом, при обратном движении уголкового отражателя 2 формируется второй полукадр изображения. Полный кадр изображения объекта формируется за прямой и обратный ходы зеркального уголкового отражателя.

Сканирование осуществляется в сходящемся пучке лучей и для устранения паразитной засветки фотоприемника от элементов конструкции прибора перед входной линзой 12 проектирующей системы 3 установлена щелевая диафрагма 13. Для уменьшения паразитной (шумовой) засветки фоточувствительных элементов, создаваемой элементами конструкции фотоприемного устройства и проекционной системы, выходная линза 16 последней снабжена апертурной диафрагмой 17, совмещенной с вогнутым зеркальным отражателем 18, обращенным к фотоприемнику.

Фотоприемное устройство 4 преобразует инфракрасное излучение в электрические сигналы, которые усиливаются по каждому из 128 каналов до величины, необходимой для последующей обработки.

Блок аналоговой обработки 25 осуществляет:
- выравнивание сигналов по фотоприемникам;
- привязку сигналов отдельных фоточувствительных элементов (фотоприемников) к одному уровню;
- 512 выборок сигнала с каждого фотоприемника за время полукадра;
- коммутацию сигналов 128 фоточувствительных элементов фотоприемника в 4 группы по 32 последовательно опрашиваемых канала.

Блок цифровой обработки 26 осуществляет:
- преобразование аналогового сигнала 4 групп по 32 каналам в цифровой эквивалент;
- формирование полукадров изображения;
- суммирование сигналов изображения с сигналами служебной информации (прицельные марки, информация о дальности и т.д.).

Электроблок 29 осуществляет:
- формирование сигналов синхронизации для сканера 2, блоков обработки информации 25, 26 и видеопросмотровых устройств 7;
- выработку необходимых питающих напряжений прибора.

Видеосмотровые устройства 7 осуществляют:
- усиление электрических сигналов синхронизации и изображения;
- формирование видеоизображения на экранах электронно-лучевых трубок.

Фотоприемник 4 охлаждается сопряженной с ним микрокриогенной системой 5, которая обеспечивает такую рабочую температуру криостатирования, при которой фоточувствительные элементы фотоприемника обладают оптимальными параметрами. Для устранения влияния на фотоприемник вибраций компрессора 22 последний установлен на отдельном от теплообменника основании, а между теплообменником и фотоприемником введен теплопроводный демпфер 27. Для устранения влияния на фотоприемник электромагнитного поля компрессора в трубопровод 23, соединяющий компрессор и теплообменник, введен диэлектрический элемент 24.

Изобретение относится к области инфракрасной техники и предназначено для использования как прибор ночного видения. Тепловизионный прибор содержит объектив, состоящий из четырех линз, вторая и четвертая из которых по ходу луча могут выводиться из поля зрения для его увеличения. Между фокальной плоскостью объектива и фотоприемником расположена проекционная система, входная линза которой снабжена щелевой, а выходная - апертурной диафрагмами. Апертурная диафрагма совмещена с вогнутым зеркальным отражателем, обращенным в сторону фотоприемника. Микрокриогенная система типа Сплит-Стирлинг выполнена по дифференциальной схеме, компрессор и теплообменник в ней установлены на разных основаниях, а в соединяющий их трубопровод введен диэлектрический элемент. Между фотоприемником и теплообменником установлен теплопроводный демпфер. Обработка информации осуществляется в аналоговом и цифровом виде. Технический результат - устранение влияния на фотоприемник паразитной засветки от элементов конструкции прибора, а также электромагнитных и механических полей компрессора. Все это в итоге позволяет различать объекты с разностью температур до 0,15 К и довести разрешающую способность до 103 при высоком качестве изображения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тепловизионный прибор, содержащий объектив, фотоприемник, микрокриогенную систему, отличающийся тем, что в него введены между объективом и фотоприемником последовательно расположенные первое зеркало, перемещающийся зеркальный уголковый отражатель с возможностью совершения возвратно-поступательного движения, щелевая диафрагма, входная линза, второе зеркало, линза, выходная линза, с апертурной диафрагмой и вогнутым зеркальным отражателем, обращенным к фотоприемнику. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что микрокриогенная система выполнена по дифференциальной схеме. 3. Прибор по п. 2, отличающийся тем, что в трубопровод, соединяющий компрессор и теплообменник микрокриогенной системы, введен диэлектрический элемент, служащий для ослабления влияния электромагнитного поля компрессора на фотоприемник. 4. Прибор по п. 2, отличающийся тем, что сопряженный с фотоприемником теплообменник снабжен теплопроводным демпфером, служащим для ослабления влияния упругих колебаний на фотоприемник.