ДИАФРАГМА ДЛЯ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах приборов и устройств, работающих в ИК-области электромагнитного спектра, в первую очередь, в среднем (3-5 мкм) и дальнем (8-14 мкм) его диапазонах. К таким приборам относятся тепловизоры, радиометры, теплопеленгаторы и др.
При использовании оптических и оптико-электронных приборов и устройств, работающих в ИК-области спектра (далее - ИК приборы), сильное помеховое воздействие оказывает собственное тепловое излучение, создаваемое как оптическими элементами приборов - линзами или зеркалами, так и элементами конструкции оптической системы - корпусными деталями, диафрагмами, оправами, блендами и другими механическими элементами.
Известны методы уменьшения помехового воздействия собственного теплового излучения элементов ИК приборов, включающие, как правило, захолаживание всей оптической системы [Олейников Л.Ш. и др., «Криообъектив для ИК - астрономии». Оптический журнал, №2, с.44-49, 2002 г.].
Оптическая система ИК прибора проектируется с учетом того, чтобы в поле зрения приемного устройства не попадало фоновое излучение механических деталей системы, в частности, диафрагм. Оптимальным является вариант исполнения, когда чувствительные элементы приемного устройства «не видят» элементов диафрагм, обладающих собственным излучением.
Для регулирования светового потока, проходящего через оптическую систему, во многих оптических приборах используются диафрагмы с изменяющимся отверстием [Справочник конструктора оптико - механических приборов. Под ред. В.А. Панова. 3-е издание, Л. »Машиностроение» Лен. Отдел., 1980, стр.338]. Используются диафрагмы и в ИК приборах [Криксунов Л.З. «Справочник по основам инфракрасной техники» - М. Сов. Радио, 1978, с.206; У. Вульф и др. «Справочник по инфракрасной технике». Том 2, - М. Мир, 1998, с.198]
Известна диафрагма для ИК-области спектра, описанная в [Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г., «Инфракрасные системы смотрящего типа», - М. Логос, 2004 с.95], принятая за аналог к заявленному изобретению. Для уменьшения собственного теплового излучения диафрагма охлаждается. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной диафрагмы, относится то, что создание режима охлаждения диафрагмы до низких температур, вплоть до температуры жидкого азота или гелия, требует использования специальной криогенной техники, что приводит к усложнению и удорожанию ИК приборов, снижает их мобильность.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является диафрагма световая, описанная в [ОСТ 3-3222-87, «Бленды и диафрагмы световые», с.9], принятая за прототип.
Диафрагма включает рабочие поверхности, расположенные со стороны пространства предметов и со стороны пространства изображений в оптической системе прибора, которые являются одинаковыми черными глубокоматовыми поверхностями. Для получения таких поверхностей используются покрытия из черной глубокоматовой эмали, либо черное химическое или анодное оксидирование, микродуговое оксидирование, никель черный, хром черный и т.д. При этом использование диафрагм с зачернением обеих рабочих поверхностей не влечет за собой усложнения ИК приборов (возникающего в случае захолаживания), сохраняет простоту их конструкции, габариты и мобильные свойства.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной диафрагмы, относятся следующие. В случае использования диафрагм с зачернением обеих рабочих поверхностей обе поверхности диафрагмы обладают высокой поглощательной способностью и будут эффективно поглощать фоновое излучение. Однако, обладая высокой поглощательной способностью, такие поверхности будут обладать и высокой излучательной способностью в ИК -области спектра, поэтому сами будут создавать в приборе тепловые помехи. Эффект будет усиливаться для диафрагм с изменяющимся отверстием, особенно когда геометрический размер этого отверстия, например,
диаметр круглого отверстия для изменения светового потока, проходящего через оптическую систему, будет стремиться к минимальному.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Задачей изобретения является создание диафрагмы для ИК-области спектра с минимальным помеховым воздействием на функционирование ИК приборов при сохранении простоты конструкции, весогабаритных характеристик, мобильных качеств этих приборов.
Техническим результатом изобретения является уменьшение фоновой засветки фотоприемных устройств ПК приборов при использовании заявляемой диафрагмы в оптической системе этих приборов при сохранении простоты конструкции, весогабаритных характеристик, мобильных качеств приборов.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в диафрагме для ИК-области спектра, преимущественно с изменяющимся световым отверстием, включающей поверхности со стороны пространства предметов и со стороны пространства изображений, в соответствии с заявляемым техническим решением поверхности диафрагмы выполняют так, что поверхность диафрагмы со стороны пространства изображений имеет излучательную способность меньше излучательной способности поверхности диафрагмы со стороны пространства предметов в том же диапазоне ИК-области спектра.
Здесь и далее подразумевается, что диапазон ИК области спектра, в котором используется диафрагма, является рабочим спектральным диапазоном чувствительности фотоприемного устройства ИК прибора, содержащего диафрагму.
На фиг.1 представлена схема диафрагмы, где 1 - поверхность диафрагмы со стороны пространства предметов, 2 - поверхность диафрагмы со стороны пространства изображений, 3 - световое отверстие диафрагмы. Для диафрагмы с изменяющимся световым отверстием геометрический размер светового отверстия 3 может изменяться.
Заявляемая диафрагма работает следующим образом. Поверхность 1 обращена в сторону пространства предметов. Световое отверстие 3 регулирует световой поток, проходящий через диафрагму со стороны пространства предметов в пространство изображений и попадающий впоследствии на фотоприемное устройство ИК прибора. Поверхность 1 поглощает излучение, попавшее в оптическую систему вне угла поля зрения системы, переотраженное и рассеянное оптическими и механическими элементами конструкции, а также собственное тепловое излучение оптических и механических элементов, находящихся перед диафрагмой. Поверхность 2 обращена в сторону пространства изображений и оказывает помеховое воздействие на работу прибора, за счет собственного теплового излучения в направлении фотоприемного устройства прибора. Чем выше излучательная способность поверхности диафрагмы со стороны пространства предметов и чем ниже излучательная способность поверхности диафрагмы со стороны пространства изображений в том же рабочем диапазоне ИК области спектра, тем больше поглощение фонового излучения поверхностью диафрагмы со стороны пространства предметов и тем меньше собственное тепловое излучение диафрагмы со стороны пространства изображений. В результате тем меньше будет фоновая засветка фотоприемного устройства ИК прибора.
Особенно актуально заявляемое выполнение поверхностей диафрагмы в тех случаях, когда световое отверстие диафрагмы изменяется в рабочем режиме, например, в случае применения ирисовых диафрагм, плавно изменяющих световое отверстие в требуемых пределах. В этом случае разной излучательной способностью в ИК рабочем диапазоне будут обладать поверхности лепестков ирисовых диафрагм в пространстве предметов и пространстве изображений.
В качестве конкретных поверхностей для использования в заявляемой диафрагме могут, например, служить поверхности алюминия, цинка, титана (низкая излучательная способность в пределах 0,02-0,05 в диапазоне 8-14 мкм), поверхности оксида железа, окиси алюминия (высокая излучательная способность 0,85-0,9 в диапазоне 8-14 мкм) и т.п.
На предприятии ФГУП НИИКИ ОЭП был создан опытный образец ирисовой диафрагмы, реализующий заявляемое техническое решение, успешно используемый в оптической системе тепловизора.