СИСТЕМА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК G01J5/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системе обнаружения электромагнитного излучения, такого как инфракрасное излучение.

Уровень техники

Системы обнаружения электромагнитного излучения обычно используются для оснащения головок самонаведения самонаводящихся снарядов типа реактивного средства или ракеты, дронов или тепловизионных камер, биноклей и очков для ночного видения, телескопов и, в более общем случае, любого устройства наблюдения, основанного на обнаружении электромагнитного излучения.

Как правило, системы обнаружения электромагнитного излучения оснащены датчиком электромагнитного излучения матричного типа FPA (антенной решетки в фокальной плоскости). Датчик электромагнитного излучения, который в дальнейшем называется просто как датчик, состоит из множества чувствительных к электромагнитному излучению детекторов, таких как термодетекторы или фотодетекторы. Каждый фотодетектор преобразует, например, фотоны электромагнитного излучения в пары электрон-дырка с помощью фотоэлектрического эффекта, и затем собирает электроны в потенциальной яме. Затем говорится о заполнении потенциальной ямы. Количество собранных электронов пропорционально количеству принятых фотонов. Эти датчики позволяют получать изображения, состоящие из пикселей, причем каждый пиксель представлен по меньшей мере одним значением, выданным из по меньшей мере одного детектора упомянутого датчика, причем каждое значение зависит от уровня заполнения потенциальных ям электронами. Для того, чтобы предотвратить заполнение ям парами электрон-дырка, вырабатываемыми светочувствительным материалом датчика (например, подложкой), эти датчики необходимо охлаждать.

Кроме того, упомянутая система содержит охлаждаемую диафрагму для предотвращения появления фотонов, которые упоминаются как паразитные фотоны, излучаемые за пределами поля наблюдения системы обнаружения электромагнитного излучения и создающие также ненужные пары электрон-дырка. Эта диафрагма ограничивает количество паразитных фотонов, достигающих датчика.

Каждое охлаждение (подложки и диафрагмы) осуществляется криостатом ("сосудом Дьюара").

Из-за влияния дисперсии отдельных откликов каждого детектора датчика необходимо калибровать каждый детектор упомянутого датчика применительно к коэффициенту усиления и значению смещения. Так как калибровка коэффициента усиления приравнивается к измерению наклона кривой, необходимо получить по меньшей мере два сигнала (то есть два значения), соответствующие двум разным заполнениям потенциальной ямы. Что касается значения смещения, то оно берется в точке заполнения потенциальной ямы. Такая серия измерений обычно называется двухточечной калибровкой и иногда трехточечной калибровкой. Для того, чтобы каждое измерение было релевантным, заполнение должно варьироваться в течение фиксированного времени интегрирования. Поэтому они должны соответствовать различным сценам. Кроме того, с целью корректировки фотометрических эффектов, полная оптическая система в идеальном случае принимается во внимание в каждом из измерений.

На фиг.1А показаны кривые отклика первого и второго детекторов детектора датчика в соответствии с температурой сцены.

Кривая 1 представляет кривую отклика первого детектора. Кривая 2 представляет кривую отклика второго детектора. Кривые отклика первых и вторых детекторов являются совершенно разными как по наклону, так и в начальной точке. Одна из задач калибровки состоит в обеспечении того, чтобы кривая отклика каждого детектора соответствовала идеальной кривой отклика, показанной на фиг.1 кривой 3.

На фиг.1B показан первый этап калибровки, во время которого корректируется наклон кривой отклика каждого детектора. Затем функция, позволяющая определить значение коэффициента усиления, которое будет применено к кривой отклика, в соответствии со значением температуры сцены, определяется для первого и второго детекторов. Как показано на фиг.1B, применение этой функции к кривым 1 и 2 позволяет сгладить эти кривые для того, чтобы получить кривые, имеющие наклон, идентичный кривой 3.

На фиг.1С показан второй этап калибровки, во время которого корректируется значение смещения кривой отклика каждого детектора.

Значение смещения каждой кривой определяется таким образом, чтобы получить кривую отклика, совпадающую с идеальной кривой для каждого детектора.

Обычно коэффициенты усиления рассчитываются один раз на заводе, в то время как значения смещения рассчитываются в изделии (то есть на месте использования системы обнаружения электромагнитного излучения). Однако многочисленные матрицы FPA, например, состоящие из MCT (теллурида кадмия и ртути), демонстрируют нестабильность коэффициента усиления. Следовательно, для детектора датчика применяемая коррекция коэффициента усиления является ошибочной, и коррекция значения смещения не может компенсировать эту ошибку. Затем детектор, о котором идет речь, неправильно корректируется. Эти неправильные коррекции могут, в изображении, создаваемом датчиком, вызывать появление пикселей, которые упоминаются нетипичными пикселями, которые несовместимы с другими пикселями изображения. Эта нестабильность коэффициента усиления представляет еще большую проблему, так как пиксели, на которые оказывается воздействие, варьируются от одного использования к другому (то есть от одной установки к другой) систем обнаружения электромагнитного излучения. Кроме того, так как системы обнаружения электромагнитного излучения имеют относительно продолжительный срок службы (например, от 15 до 20 лет), эта нестабильность коэффициента усиления может быть также связана со старением датчика во время этого срока службы.

Для того, чтобы идентифицировать эти нетипичные пиксели, можно использовать несколько стратегий. На заводе или заблаговременно способом так называемой "жесткой" калибровки выполняют последовательные калибровки для того, чтобы увеличить вероятность обнаружения пикселей, где изменяется коэффициент усиления или существует вероятность его изменения в будущем.

Для того, чтобы управлять старением датчиков, некоторые способы пытаются продемонстрировать стабильность коэффициента усиления датчика в течение всего срока службы системы обнаружения электромагнитного излучения. Другое решение состоит в проведении калибровок в течение срока службы устройства обнаружения электромагнитного излучения.

Эти способы калибровки являются продолжительными и дорогостоящими. Более того, они требуют проведения их на испытательном стенде, что означает, что в случае регулярной калибровки система обнаружения электромагнитного излучения должна регулярно доставляться и иммобилизироваться на заводе.

Однако постепенно разрабатываются встроенные способы калибровки, которые упоминаются как активные способы. Основное преимущество этих способов состоит в том, что устройства не нужно возвращать на завод для их настройки. Известны способ апостериорного обнаружения нетипичных пикселей путем анализа значений смещения и другой способ, использующий устройство двухточечной калибровки с использованием черных тел, включенных в систему обнаружения электромагнитного излучения, и позволяющий вычислить коэффициенты усиления в виде произведения. Существующий активный способ делает оптическую систему значительно более сложной и обычно должен использовать модуль Пельтье для получения термоэлектрического охлаждения. Использование модуля Пельтье приводит к увеличению потребления электроэнергии и проблемам, связанным с требованиями к размерам в системе обнаружения электромагнитного излучения из-за объема, занимаемого модулем Пельтье. Кроме того, отмечается, что эти активные способы не могут быть внешними (кроме исключительных случаев), что может привести к ошибочным расчетам коэффициентов усиления.

Способы пассивной и активной калибровки, как правило, основаны на обнаружении нетипичных пикселей путем наблюдения коэффициентов усиления и/или значений смещения соответствующих детекторов. Существует большое количество способов обнаружения нетипичных пикселей. Эти способы позволяют идентифицировать основную часть нетипичных пикселей, но, как правило, не позволяют идентифицировать все из них. Кроме того, часто эти способы декларируют "для безопасности" (то есть излишне декларируют), что действительные пиксели являются нетипичными пикселями.

Желательно устранить эти недостатки предшествующего уровня техники. В частности, желательно предложить средство, объединяющее в одно целое систему обнаружения электромагнитного излучения для выполнения способа активной калибровки, которое функционирует без модуля Пельтье, которое излишне не декларирует нетипичные пиксели, и которое позволяет избежать использования жесткой калибровки. Желательно также, чтобы система обнаружения электромагнитного излучения позволяла проводить двухточечную калибровку.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения настоящее изобретение относится к системе обнаружения электромагнитного излучения, содержащей: кожух, ограничивающий камеру, в которой имеется частичный вакуум, который содержит окно, прозрачное для упомянутого электромагнитного излучения; холодный палец, имеющий боковую стенку, закрытую на одном конце торцевой стенкой, расположенной напротив окна; датчик, установленный на торцевой стенке, имеющий плоскую верхнюю поверхность, расположенную напротив окна, содержащую детекторы, чувствительные к электромагнитному излучению и охлаждаемые холодным пальцем, причем упомянутый датчик определяет оптическую ось, перпендикулярную плоской верхней поверхности и расположенную по центру относительно нее; холодный экран, окружающий датчик по существу в форме купола, установленный на холодном пальце и образованный вращением вокруг оптической оси, и содержащий верхний конец, расположенный между окном и датчиком, образующий кругообразную диафрагму, расположенную по центру на оптической оси, и боковую стенку, соединяющую основание холодного экрана с верхним концом, имеющим внутреннюю поверхность с вогнутостью, обращенной к оптической оси. Система содержит: по меньшей мере один полосовой фильтр электромагнитного излучения, имеющий заданный коэффициент пропускания, причем каждый фильтр является подвижным и выполнен с возможностью принимать первое положение, в котором он расположен снаружи кожуха напротив окна, и второе положение, в котором он расположен таким образом, чтобы не фильтровать электромагнитное излучение, принимаемое системой, при этом в упомянутом первом положении каждый фильтр имеет в сечении в любой секущей плоскости, содержащей оптическую ось, вогнутую форму, обращенную к датчику, имеющую профиль с коническим и/или асферическим основанием, и отражает фокальную плоскость внутри кожуха; и средство обработки, позволяющее оценивать для каждого детектора датчика коэффициент усиления и значение смещения, используя первое значение, выданное упомянутым детектором, когда каждый фильтр находится во втором положении, и по меньшей мере одно второе значение, выданное упомянутым детектором, когда фильтр из упомянутого по меньшей мере одного фильтра находится в первом положении.

Использование по меньшей мере одного фильтра в системе обнаружения электромагнитного излучения позволяет выполнить по меньшей мере двухточечную калибровку каждого детектора датчика. Эта система в дальнейшем не содержит модуль Пельтье.

Согласно одному варианту осуществления по меньшей мере один первый фильтр из упомянутого по меньшей мере одного фильтра имеет поверхность, любое сечение которой плоскостью, содержащей оптическую ось, имеет форму эллипса или круга, усеченного плоскостью, перпендикулярной оптической оси, и образованного вращением вокруг оптической оси.

Согласно одному варианту осуществления по меньшей мере один фильтр из упомянутого по меньшей мере одного фильтра отражает фокальную плоскость внутри холодного экрана.

Согласно одному варианту осуществления каждый фокус эллипса сечения в форме усеченного эллипса или круга сечения в форме усеченного круга первого фильтра расположен на краю окна.

Согласно одному варианту осуществления кожух содержит внутреннюю поверхность, отражающую электромагнитное излучение, и холодный экран содержит внешнюю поверхность, поглощающую электромагнитное излучение.

Согласно одному варианту осуществления каждый фокус эллипса сечения в форме усеченного эллипса или круга сечения в форме усеченного круга первого фильтра расположен на краю диафрагмы.

Согласно второму аспекту изобретения, изобретение относится к способу калибровки чувствительных к электромагнитному излучению детекторов датчика, используемого системой обнаружения электромагнитного излучения согласно первому аспекту. Способ содержит: позиционирование фильтра из упомянутого по меньшей мере одного фильтра в первом положении; инициирование получения первой матрицы значений датчиком, причем каждое значение в матрице значений выдается из детектора ИК-датчика; позиционирование упомянутого фильтра во второе положение; инициирование получения второй матрицы значений датчиком; определение, для каждого детектора датчика, коэффициента усиления и значения смещения, которое должно применяться к значениям, выдаваемым упомянутым детектором, причем каждое определение коэффициента усиления и значения смещения детектора использует значение первой матрицы, соответствующее упомянутому детектору, и значение второй матрицы, соответствующее упомянутому детектору.

Согласно третьему аспекту изобретения, изобретение относится к компьютерной программе, содержащей инструкции для выполнения, устройством, способа согласно второму аспекту, когда упомянутая программа исполняется процессором упомянутого устройства.

Согласно четвертому аспекту изобретения изобретение относится к средству хранения, хранящему компьютерную программу, содержащую инструкции для выполнения, устройством, способа согласно второму аспекту, когда упомянутая программа исполняется процессором упомянутого устройства.

Краткое описание чертежей

Признаки изобретения, упомянутые выше, а также другие, станут более понятными после прочтения последующего описания примерного варианта осуществления, причем упомянутое описание представлено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

На фиг.1А показаны кривые откликов первого и второго детекторов датчика в соответствии с температурой сцены;

на фиг.1B показана первая кривая калибровки, во время которой корректируется наклон кривой отклика каждого детектора;

на фиг.1C показан второй этап калибровки, во время которого корректируется значение смещения кривой отклика каждого детектора;

на фиг.2 показан вид в разрезе системы обнаружения инфракрасного излучения согласно уровню техники;

на фиг.3 показан вид в разрезе системы обнаружения инфракрасного излучения согласно изобретению;

на фиг.4 показан вид в разрезе части системы обнаружения инфракрасного излучения согласно изобретению;

на фиг.5 схематично показан пример аппаратной архитектуры модуля для обработки данных, выдаваемых ИК-датчиком; и

на фиг.6 показан способ калибровки согласно изобретению.

Подробное описание изобретения

Далее, изобретение описано в контексте системы обнаружения инфракрасного излучения (ИК). Однако изобретение применимо к любой системе обнаружения электромагнитного излучения и для излучений, отличных от инфракрасного излучения.

На фиг.2 показан вид в разрезе системы обнаружения инфракрасного излучения согласно уровню техники.

Система 2 обнаружения инфракрасного излучения в дальнейшем упоминается как ИК-система, содержащая кожух 20, ограничивающий камеру, в которой имеет место частичный вакуум (приблизительно 10^-6 бар), и снабженный окном 201, прозрачным для ИК-излучения.

ИК-система 2 содержит холодный палец 202, содержащий криостат (сосуд Дьюара) 203, способный вмещать в себя теплообменник 213. Холодный палец 202 имеет боковую стенку 204, закрытую на одном конце торцевой стенкой 208, расположенной напротив окна 201.

Датчик 207 инфракрасного излучения, упоминаемый в дальнейшем как ИК-датчик, установлен на торцевой стенке 208 таким образом, чтобы на него могло падать ИК-излучение, проходящее через окно 207, при охлаждении холодным пальцем 202. ИК-датчик 207 имеет плоскую верхнюю поверхность 206, прямоугольную или кругообразную, расположенную напротив окна 201 и состоящую из матрицы детекторов, чувствительных к ИК-излучению. ИК-датчик 207 определяет оптическую ось Х, перпендикулярную плоской верхней поверхности 206 и расположенную по центру относительно нее.

Во многих приложениях ИК-системы используются для наблюдения по меньшей мере одного объекта на сцене. Упомянутая сцена может быть разделена на две зоны: первую зону, содержащую объект, и вторую зону, содержащую все остальное, что не является частью объекта, которая будет упоминаться как фон. Объект и фон, как правило, имеют одинаковые температуры, около 300°К, и, следовательно, генерируют аналогичные ИК-излучения. В этих условиях может быть трудно отличить объект от фона. Чтобы преодолеть эту проблему, ИК-системы, как правило, имеют поле зрения, ограниченное таким образом, чтобы ограничить излучение, воспринимаемое датчиком, которое исходит от фона наблюдаемого объекта. Как следует из вышеизложенного, такое ограничение достигается, например, за счет размещения холодной диафрагмы между наблюдаемым объектом и датчиком.

Поэтому ИК-система 1 содержит холодный экран 212 по существу в форме купола, окружающий ИК-датчик 207, установленный на холодном пальце 202 и образованный вращением вокруг оптической оси X ИК-датчика 207. Холодный экран 212 предназначен для ограничения любого ИК-излучения, которое может достигнуть ИК-датчика 207. Холодный экран 212 имеет основание 205, с помощью которого холодный экран 212 устанавливается на криостате 203. Кроме того, холодный экран 212 содержит верхний край 210, расположенный между окном 201 и ИК-датчиком 207, образуя кругообразную диафрагму 211, расположенную по центру на оптической оси X. Холодный экран 212 также содержит боковую стенку 209, соединяющую основание 205 с верхним концом 210. Боковая стенка 209 имеет внутреннюю поверхность с вогнутостью, обращенной к оптической оси X.

ИК-система 2 также содержит линзовую систему 30, подходящую для фокусировки ИК-излучения, исходящего от наблюдаемого объекта, на ИК-датчик 207. Линзовая система 30 может содержать множество оптических элементов. В одном варианте осуществления линзовая система 30 содержит первую переднюю линзу 300 и вторую промежуточную линзу 301. Каждая линза является пропускающей для набора электромагнитных длин волн, соответствующих диапазону инфракрасного излучения представляющему интерес, для ИК-системы 2. Линзовая система 30 связана с фокальной плоскостью, перпендикулярной оптической оси X. ИК-датчик 207 расположен в фокальной плоскости, связанной с линзовой системой 30.

Следует отметить, что линзовая система 30 является внешней по отношению к криостату, и поэтому она не охлаждается.

Более того, ИК-система 3 содержит модуль 213 обработки, который будет описан ниже со ссылкой на фиг.5. Модуль 213 обработки принимает матрицу значений от ИК-датчика 207, при этом каждое значение выдается из детектора ИК-датчика 207. Модуль 213 обработки применяет обработку к каждому из принятых значений для того, чтобы сформировать изображение из матрицы значений. Модуль 213 обработки применяет, в частности, коэффициент усиления и заданное значение смещения к каждому из значений матрицы значений.

На фиг.5 схематично показан пример аппаратной архитектуры модуля 213 для обработки значений, выдаваемых ИК-датчиком 207.

В соответствии с примером аппаратной архитектуры, показанной на фиг.5, модуль 213 обработки затем содержит, соединенные с помощью коммуникационной шины 2130: процессор или центральный процессор (CPU) 2131; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 2132; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 2133; блок хранения данных, такой как жесткий диск или устройство для считывания носителя информации, такой как устройство 2134 для считывания безопасных цифровых (SD) карт памяти; по меньшей мере один интерфейс 2135 связи, позволяющий модулю 213 обработки взаимодействовать, например, с ИК-датчиком 207 и модулем отображения изображения, который не показан.

Процессор 2131 способен выполнять инструкции, загруженные в ОЗУ 2132 из ПЗУ 2133, из внешней памяти (не показана), с носителя информации (такого как SD-карта) или из сети связи. После включения ИК-системы 2 процессор 2131 способен считывать инструкции из ОЗУ 2132 и выполнять их. Эти инструкции образуют компьютерную программу, предписывающую процессору 2131 выполнять способы обработки значений, выдаваемых из детекторов ИК-датчика 207. Как будет описано ниже, система 213 обработки, в частности, способна выполнить способ согласно изобретению, описанный со ссылкой на фиг.6, для оценки коэффициента усиления и значения смещения для каждого детектора ИК-датчика 207.

Способы, используемые системой 213 обработки и, в частности, способ, описанный со ссылкой на фиг.6, могут быть осуществлены в виде программного обеспечения, путем исполнения набора инструкций программируемой машиной, например, процессором цифровых сигналов (DSP) или микроконтроллером, или могут быть осуществлены в виде аппаратных средств с помощью машины или специализированного компонента, например, программируемой логической матрицы (FPGA) или специализированной интегральной микросхемы (ASIC).

На фиг.3 показан вид в разрезе системы обнаружения инфракрасного излучения согласно изобретению.

ИК-система 3, показанная на фиг.3, повторяет ИК-систему 2, показанную на фиг.2. Каждый идентичный элемент, показанный на фиг.2 и 3, имеет одну и ту же ссылочную позицию. Новые элементы или модифицированные элементы имеют разные ссылочные позиции.

В одном варианте осуществления кожух 20 остается на фиг.2 и 3 идентичным. С другой стороны, линзовая система 30 заменена на линзовую систему 40. В линзовой системе 40 предусмотрены передние линзы 300 и промежуточные линзы 301. Линзовая система 40 связана с фокальной плоскостью, перпендикулярной оптической оси X, на которой расположен ИК-датчик 207.

Основное различие между ИК-системой 3 и ИК-системой 2 заключается во введении по меньшей мере одного инфракрасного фильтра, который в дальнейшем упоминается как ИК-фильтр, на входе в кожух 20 (то есть снаружи кожуха 20 напротив окна 201). Как будет показано далее, цель введения по меньшей мере одного ИК-фильтра в ИК-систему 3 состоит в том, чтобы обеспечить по меньшей мере одну двухточечную калибровку. Каждый введенный ИК-фильтр является подвижным полосовым фильтром с заданным коэффициентом T пропускания, который перемещается перед окном 201. Путем изменения ИК-фильтра, из-за различных коэффициентов T пропускания упомянутых ИК-фильтров, заполнение потенциальных ям варьируется в соответствии с требованиями, которые относятся к двухточечной калибровке и позволяют вычислить коэффициенты усиления и значение смещения каждого детектора ИК-датчика 207 (то есть путем модуляции уровня заполнения электронами потенциальных ям детекторов ИК-датчика 207 без изменения времени интегрирования и включения полной оптической системы). Таким образом, ИК-фильтр может принимать первое положение, в котором он размещается снаружи кожуха 20 напротив окна 201, и второе положение, в котором он размещается таким образом, чтобы не фильтровать какое-либо электромагнитное излучение, принимаемое ИК-системой 3. В первом положении ИК-фильтр имеет вогнутую форму, обращенную в сторону ИК-датчика 207, имеющую профиль с коническим и/или асферическим основанием и отражающую фокальную плоскость внутри кожуха 20 через окно 201, или, в предпочтительном режиме, внутри холодного экрана 212 через диафрагму 211. Таким образом, с точки зрения формы, каждый ИК-фильтр имеет в сечении в любой секущей плоскости, содержащей оптическую ось X, вогнутую форму, обращенную в сторону ИК-датчика 207, имеющую профиль с коническим и/или асферическим основанием. Более того, каждый фильтр характеризуется заданным коэффициентом T пропускания и может размещаться на или за пределами оптического пути линзовой системы 40.

ИК-система 3 содержит средства для перемещения каждого ИК-фильтра. Эти средства перемещения содержат, например, для ИК-фильтра, двигатель и рычаг, на котором размещается ИК-фильтр с возможностью или без возможности позиционирования ИК-фильтра напротив окна 201.

В одном варианте осуществления каждый ИК-фильтр может быть установлен между последней линзой линзовой системы 40 (то есть в данном случае между промежуточной линзой 201) и окном 201 в положении, позволяющем отражать фокальную плоскость по меньшей мере внутри кожуха 20 и, предпочтительно, внутри холодного экрана 212.

В одном варианте осуществления ИК-система 3 содержит один ИК-фильтр 402.

В одном варианте осуществления ИК-фильтр 402 имеет поверхность, любое сечение которой плоскостью, содержащей оптическую ось X, имеет форму эллипса, усеченного плоскостью, перпендикулярной оптической оси X, и образованного вращением вокруг оптической оси.

В одном варианте осуществления ИК-фильтр 402 имеет поверхность, сечение которой плоскостью, содержащей оптическую ось, имеет форму круга, усеченного плоскостью, перпендикулярной оптической оси X, и образованного вращением вокруг оптической оси, при этом круг является частным случаем эллипса.

В одном варианте осуществления ИК-фильтр 402 может принимать два положения в ИК-системе 3: в первом положении все ИК-излучение, достигшее ИК-датчика 207, проходит через ИК-фильтр 402. Второе положение соответствует отсутствию ИК-фильтра в ИК-системе 3. Таким образом, во втором положении ИК-фильтра 402 ИК-система 3 эквивалентна ИК-системе 2 и, следовательно, не фильтрует электромагнитное излучение, принимаемое ИК-системой 3. Перемещение фильтра поочередно в два различных положения позволяет обеспечить ИК-системе 3 (то есть ИК-датчику 207) два уровня заполнения потенциальной ямы каждого детектора ИК-датчика 207, которые отличаются в одно и то же время интегрирования, что эквивалентно двум полученным изображениям при двух различных температурах абсолютно черного тела, и позволяет вычислить коэффициент усиления и значение смещения для применения к значениям, выдаваемым каждым детектором.

В одном варианте осуществления, когда фильтр находится в первом положении, каждый фокус эллипса сечения в форме усеченного эллипса (или, соответственно, круга сечения в форме усеченного круга) ИК-фильтра 402 размещается на краю окна 201. Такое положение фокусов эллипса сечения в форме усеченного эллипса (или, соответственно, круга сечения в форме усеченного круга) позволяет гарантировать, что ИК-фильтр 402 отражает фокальную плоскость внутри кожуха 20. Это позиционирование фокусов эллипса сечения в форме усеченного эллипса упоминается в дальнейшем как общее позиционирование.

В одном варианте осуществления, когда фильтр находится в первом положении, каждый фокус эллипса сечения в форме усеченного эллипса (или, соответственно, круга сечения в форме усеченного круга) ИК-фильтра 402 размещается на краю диафрагмы 211. Такое позиционирование фокусов эллипса сечения в форме эллипса (или, соответственно, круга сечения в виде круга) позволяет гарантировать, что ИК-фильтр 402 отражает фокальную плоскость внутри холодного экрана 212. Это позиционирование фокусов эллипса сечения в форме усеченного эллипса упоминается в дальнейшем как оптимальное позиционирование.

В одном варианте осуществления позиционирование фокусов эллипса сечения в форме усеченного эллипса ИК-фильтра 402 определяется с использованием методов трассировки лучей, чтобы гарантировать, что ИК-фильтр 402 отражает фокальную плоскость внутри холодного экрана 212 или внутри кожуха 20.

На фиг.4 показан упрощенный вид в разрезе части системы обнаружения инфракрасного излучения согласно изобретению.

Ссылочные позиции, которые являются общими на фиг.3 и фиг.4, соответствуют идентичным элементам. На фиг.4 предполагается, что ИК-фильтр 402 находится в первом положении. ИК-излучения 4000-4002 показаны на фиг.4. Затем следует рассмотреть два случая.

В первом случае фокусы в сечении в форме эллипса находятся в оптимальном положении. В этом случае все ИК-излучение, выходящее из линзовой системы 30 и проходящее через ИК-фильтр 402 (например, ИК-излучение 4001), и все ИК-излучение, выходящее из внутренней части кожуха 20 и отраженное от ИК-фильтра 402 (например, ИК-излучение 4000, излучаемое холодным экраном 212), сходятся внутри холодного экрана 212. Следует отметить, что при коэффициенте T пропускания, T% ИК-излучения, выходящего из линзовой системы 40, проходит через ИК-фильтр 402, и (100-T)% ИК-излучения, выходящего из внутренней части кожуха 20, отражается от ИК-фильтра 402. Аналогичным образом, (100-T)% ИК-излучения, выходящего из линзовой системы 40, отражается от ИК-фильтра 402 (например, излучение 4002), и T% ИК-излучения, выходящего из внутренней части кожуха 20, проходит через ИК-фильтр 402.

Во втором случае фокусы в сечении в форме эллипса находятся в общем положении. В этом случае, нельзя гарантировать, что все ИК-излучение, выходящее из внутренней части кожуха 20 и отраженное от ИК-фильтра 402, сходится внутри холодного экрана 212. Это связано с тем, что некоторая часть ИК-излучения, выходящего из внутренней части кожуха 20, может отражаться от внутренней поверхности кожуха 20, что может привести к паразитному излучению, которое может достичь ИК-датчика 207. Чтобы предотвратить это, необходимо точно определить внутреннюю поверхность кожуха 20, которая должна быть отражающей, и внешнюю поверхность холодного экрана 212, которая должна быть поглощающей, например, неотражающая краска, нанесение или обработка подходящим поглощающим и/или рассеивающим материалом .

В одном варианте осуществления коэффициент T пропускания равен 50%.

В одном варианте осуществления ИК-система 3 содержит первый и второй ИК-фильтры, каждый из которых связан с различными коэффициентами пропускания. Первый ИК-фильтр связан с коэффициентом T1 пропускания, например, равным 30%, и второй ИК-фильтр связан с коэффициентом T2 пропускания, например, равным 70%. Подобно ИК-фильтру 302, первый и второй ИК-фильтры могут перемещаться в первое или во второе положение. Далее, существуют три конфигурации ИК-системы 3: первая конфигурация, в которой первый и второй фильтры находятся во втором положении; вторая конфигурация, в которой первый фильтр находится в первом положении, и второй фильтр, находится во втором положении; третья конфигурация, в которой первый фильтр находится во втором положении, и второй фильтр, находится в первом положении. Затем эти три конфигурации позволяют провести трехточечную калибровку. При использовании одного фильтра двухточечная калибровка имеет характеристики, аналогичные трехточечной калибровке, хотя и отличается с точки зрения пиксельной коррекции тем, что одно из измерений, используемых для вычисления коэффициента усиления, также используется для вычисления значения смещения.

На фиг.6 показан пример способа калибровки согласно изобретению.

Способ, показанный на фиг.6, выполняется модулем 213 обработки ИК-системы 3. Оператор может начать в любое время выполнение способа, показанного на фиг.6, например, путем нажатия кнопки (не показана) ИК-системы 3. При выполнении способа ИК-система 3 отображает одну и ту же сцену на всем протяжении выполнения способа. В примере, показанном на фиг.6, ИК-система 3 содержит один ИК-фильтр 402.

На этапе 601 модуль 213 обработки передает команду путем перемещения ИК-фильтра 402 для того, чтобы поместить ИК-фильтр 402 в первое положение.

На этапе 602 модуль 213 обработки инициирует получение первой матрицы значений с помощью ИК-датчика 207, при этом каждое значение в матрице значений выдается из детектора ИК-датчика 207. После получения первая матрица значений сохраняется в блоке 2134 хранения данных модуля 213 обработки.

На этапе 603 модуль 213 обработки передает команду путем перемещения ИК-фильтра 402 для того, чтобы поместить ИК-фильтр 402 во второе положение.

На этапе 604 модуль 213 обработки инициирует получение второй матрицы значений ИК-датчиком 207. После получения вторая матрица значений хранится в блоке 2134 хранения данных модуля 213 обработки.

На этапе 605 модуль обработки выполняет двухточечную калибровку каждого детектора ИК-датчика 207 для того, чтобы определить для каждого детектора коэффициент усиления и значения смещения, которые будут применены к значениям, выдаваемым упомянутым детектором. В каждой двухточечной калибровке детектора используется значение первой матрицы, соответствующее упомянутому детектору, и значение второй матрицы, соответствующее упомянутому детектору.

Способ, описанный со ссылкой на фиг.6, применим и в том случае, когда ИК-система 3 содержит более одного ИК-фильтра при поочередном позиционировании каждого ИК-фильтра в первом или втором положении. Когда фильтр находится в первом положении, каждый другой фильтр находится во втором положении.

Использование: для обнаружения электромагнитного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что система обнаружения электромагнитного излучения, содержит кожух (20), ограничивающий камеру, в которой имеется частичный вакуум, содержащий окно (201), прозрачное для упомянутого электромагнитного излучения, холодный палец (202), имеющий боковую стенку (204), закрытую на одном конце торцевой стенкой (208), расположенной напротив окна (201), датчик (207), установленный на торцевой стенке (208), имеющий плоскую верхнюю поверхность (206), расположенную напротив окна (201), содержащую детекторы, чувствительные к электромагнитному излучению и охлаждаемые холодным пальцем, причем упомянутый датчик определяет оптическую ось (X), перпендикулярную плоской верхней поверхности (206) и расположенную по центру относительно нее, холодный экран (212), окружающий датчик (207) по существу в форме купола, установленный на холодном пальце (202), образованный вращением вокруг оптической оси (X) и содержащий верхний конец (210), расположенный между окном (201) и датчиком (207), образующий кругообразную диафрагму (211), расположенную по центру на оптической оси (X), и боковую стенку (209), соединяющую основание (205) холодного экрана (212) с верхним концом (210), имеющим внутреннюю поверхность с вогнутостью, обращенной к оптической оси (X), по меньшей мере один полосовой фильтр (402) электромагнитного излучения, имеющий заданный коэффициент пропускания, причем каждый фильтр является подвижным и выполнен с возможностью принимать первое положение, в котором он расположен снаружи кожуха (20) напротив окна (201), и второе положение, в котором он расположен таким образом, чтобы не фильтровать любое электромагнитное излучение, принимаемое системой, в упомянутом первом положении каждый фильтр имеет в сечении в любой секущей плоскости, содержащей оптическую ось (X), вогнутую форму, обращенную к датчику (207), имеющую профиль с коническим и/или асферическим основанием, и отражает фокальную плоскость внутри кожуха (20), и средство (213) обработки, позволяющее оценивать для каждого детектора датчика (207) коэффициент усиления и значение смещения с использованием первого значения, выданного упомянутым детектором, когда каждый фильтр находится во втором положении, и по меньшей мере одного второго значения, выданного упомянутым детектором, когда фильтр из упомянутого по меньшей мере одного фильтра находится в первом положении. Технический результат: обеспечение возможности объединения в одно целое системы обнаружения электромагнитного излучения для выполнения способа активной калибровки, которое функционирует без модуля Пельтье и позволяет избежать использования жесткой калибровки. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система обнаружения электромагнитного излучения, содержащая:

кожух (20), ограничивающий камеру, в которой имеется частичный вакуум, содержащий окно (201), прозрачное для упомянутого электромагнитного излучения;

холодный палец (202), имеющий боковую стенку (204), закрытую на одном конце торцевой стенкой (208), расположенной напротив окна (201);

датчик (207), установленный на торцевой стенке (208), имеющий плоскую верхнюю поверхность (206), расположенную напротив окна (201), содержащую детекторы, чувствительные к электромагнитному излучению и охлаждаемые холодным пальцем, причем упомянутый датчик определяет оптическую ось (X), перпендикулярную плоской верхней поверхности (206) и расположенную по центру относительно нее;

холодный экран (212), окружающий датчик (207) по существу в форме купола, установленный на холодном пальце (202), образованный вращением вокруг оптической оси (X) и содержащий верхний конец (210), расположенный между окном (201) и датчиком (207), образующий кругообразную диафрагму (211), расположенную по центру на оптической оси (X), и боковую стенку (209), соединяющую основание (205) холодного экрана (212) с верхним концом (210), имеющим внутреннюю поверхность с вогнутостью, обращенной к оптической оси (X);

отличающаяся тем, что система содержит:

по меньшей мере один полосовой фильтр (402) электромагнитного излучения, имеющий заданный коэффициент пропускания, причем каждый фильтр является подвижным и выполнен с возможностью принимать первое положение, в котором он расположен снаружи кожуха (20) напротив окна (201), и второе положение, в котором он расположен таким образом, чтобы не фильтровать любое электромагнитное излучение, принимаемое системой, в упомянутом первом положении каждый фильтр имеет в сечении в любой секущей плоскости, содержащей оптическую ось (X), вогнутую форму, обращенную к датчику (207), имеющую профиль с коническим и/или асферическим основанием, и отражает фокальную плоскость внутри кожуха (20); и

средство (213) обработки, позволяющее оценивать для каждого детектора датчика (207) коэффициент усиления и значение смещения с использованием первого значения, выданного упомянутым детектором, когда каждый фильтр находится во втором положении, и по меньшей мере одного второго значения, выданного упомянутым детектором, когда фильтр из упомянутого по меньшей мере одного фильтра находится в первом положении.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один первый фильтр из упомянутого по меньшей мере одного фильтра имеет поверхность, любое сечение которой плоскостью, содержащей оптическую ось (X), имеет форму эллипса или круга, усеченного плоскостью, перпендикулярной оптической оси (X), и образованного вращением вокруг оптической оси (X).

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере один фильтр из упомянутого по меньшей мере одного фильтра отражает фокальную плоскость внутри холодного экрана (212).

4. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждый фокус эллипса сечения в форме усеченного эллипса или круга сечения в форме усеченного круга первого фильтра расположен на краю окна (201).

5. Система по пп.1, 2 или 4, отличающаяся тем, что кожух (20) содержит внутреннюю поверхность, отражающую электромагнитное излучение, и холодный экран (212) содержит внешнюю поверхность, поглощающую электромагнитное излучение.

6. Система по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что каждый фокус эллипса сечения в форме усеченного эллипса или круга сечения в форме усеченного круга первого фильтра расположен на краю диафрагмы (211).

7. Способ калибровки чувствительных к электромагнитному излучению детекторов датчика, используемого системой обнаружения электромагнитного излучения по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что способ содержит:

позиционирование (601) фильтра из упомянутого по меньшей мере одного фильтра в первом положении;

инициирование (602) получения первой матрицы значений датчиком (207), причем каждое значение в матрице значений выдается из детектора ИК-датчика (207);

позиционирование (603) упомянутого фильтра во второе положение;

инициирование (604) получения второй матрицы значений датчиком (207);

определение (605), для каждого детектора датчика (207), коэффициента усиления и значения смещения, которое должно применяться к значениям, выдаваемым упомянутым детектором, причем каждое определение коэффициента усиления и значения смещения детектора использует значение первой матрицы, соответствующее упомянутому детектору, и значение второй матрицы, соответствующее упомянутому детектору.

8. Средство хранения, отличающееся тем, что оно хранит компьютерную программу, содержащую инструкции для выполнения устройством (213) способа по п.7, когда упомянутая программа исполняется процессором упомянутого устройства (213).