Тепловизионный прибор с тремя каналами наблюдения

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, к тепловизионным приборам (ТВП).
Известены ТВП второго поколения (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009, 840 с, с. 470, блок-схема рис. 6.1.3, с. 487, рис. 6.2.9а, с. 487, ТВП ТПН-1 фирмы ОАО КОМЗ, РФ, с. 487, рис. 6.2.9з, ТВП FORTIS, фирмы Siemens Abbis/Leica, Швейцария). ТВП содержат инфракрасный (ИК) объектив, оптико-механическую систему развертки изображения по одной координате, фотоприемное устройство (ФПУ), выполненное в виде двух или более линеек фотодетекторов, электронный блок, OLED дисплей. Недостатком таких ТВП является их низкая геометрическая разрешающая способность, низкое отношение сигнал/шум, наличие оптико-механической системы развертки изображения. Кроме того, недостатком является работа только в одном диапазоне спектра (3-5 мкм или 8-12 мкм). Это ограничивает информационные возможности ТВП, поскольку в каждом возможном рабочем диапазоне спектра (3-5 мкм, 8-12 мкм, 30-40 мкм) содержатся свои важные информационные признаки.
Известны ТВП третьего поколения (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009, 840 с, с. 488; рис. 6.2.13б - ТВП MAG 2406 фирмы Raytheon, США, с. 499; рис. 6.2.27 - ТВП Sentinel фирмы Raytheon, США). Известен также принятый за прототип ТВП третьего поколения (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009, 840 с, с. 470, блок-схема рис. 6.1.4.) ТВП содержат ИК объектив, ФПУ. В отличие от ТВП второго поколения в ТВП третьего поколения отсутствует оптико-механическая система развертки изображения, ФПУ выполнено в виде фокально-плоскостной матрицы фотодетекторов. Достоинством ТВП третьего поколения по сравнению с ТВП второго поколения является его более высокая геометрическая разрешающая способность, более высокое отношение сигнал/шум, отсутствие оптико-механической системы развертки изображения. Однако недостатком такого ТВП по-прежнему является работа только в одной области спектра, что ограничивает информационные возможности ТВП.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение информационных возможностей ТВП, за счет расширения рабочей области спектра ТВП.
Указанная задача решается тем, что тепловизионный прибор, содержащий последовательно установленные на оптической оси линзовый инфракрасный объектив, первый тепловизионный модуль, представляющий собой матрицу фотодетекторов, подключенную к первому электронному блоку, выход которого подключен к OLED дисплею, отличающийся тем, что инфракрасный объектив выполнен зеркально-линзовым, причем он состоит из последовательно установленных на оптической оси защитного окна, параболического зеркала, первого плоского зеркального контротражателя, нанесенного на вторую по ходу луча оптическую поверхность защитного окна, первого линзового компенсатора полевых аберраций, сфокусированного на матрицу фотодетекторов первого тепловизионного модуля, при этом в центральной части защитного окна выполнено концентрическое отверстие, в котором дополнительно установлен второй линзовый компенсатор полевых аберраций, сфокусированный на вторую матрицу фотодетекторов дополнительно введенного второго тепловизионного модуля, выход которой подключен через второй электронный блок второго тепловизионного модуля ко второму входу блока электронной обработки, второй компенсатор полевых аберраций оптически сопряжен со вторым плоским зеркальным контротражателем, нанесенным на первый выход плоскопараллельной пластины, на втором выходе которой дополнительно установлен третий линзовый компенсатор полевых аберраций, сфокусированный на дополнительно введенную третью инфракрасную матрицу фотодетекторов третьего тепловизионного модуля, подключенную к его третьему электронному блоку, выход которого подключен к третьему входу блока электронной обработки.
Данная задача решается благодаря тому, что в ТВП ИК объектив выполнен зеркально-линзовым, оптически сопряженный с дополнительно введенными двумя тепловизионными модулями, работающими в разных областях спектра.
Блок-схема предлагаемой полезной модели представлена на чертеже фиг. 1. Устройство содержит ИК зеркально-линзовый объектив 1. Он состоит из последовательно установленных на оптической оси защитного окна 2, параболического зеркала 3, первого плоского зеркального контротражателя 4, нанесенного на вторую по ходу луча оптическую поверхность защитного окна 2, первого линзового компенсатора полевых аберраций 5, первого тепловизионного модуля 6, содержащего последовательно электрически соединенные первую терагерцовую матрицу фотодетекторов 7 и первый электронный блок 8. Его выход подключен к первому входу блока электронной обработки (БЭО) 9, выход которого подключен к OLED дисплею 10. В центральной части защитного окна 2 выполнено концентрическое отверстие 11, в котором установлен второй линзовый компенсатор полевых аберраций 12, оптически сопряженный со вторым плоским зеркальным контротражателем 14, нанесенным на первый выход плоскопараллельной пластины 13. На выходе второго компенсатора полевых аберраций 12 установлен второй тепловизионный модуль 15. Он содержит электрически соединенные матрицу фотодетекторов на основе микроболометров 16 и второй электронный блок 17, выход которого подключен ко второму входу БЭО 9. При этом второй компенсатор полевых аберраций 12 сфокусирован на матрицу фото детекторов 16. На втором выходе плоскопараллельной пластины 13 установлен третий линзовый компенсатор полевых аберраций 18. На его выходе установлен третий тепловизионный модуль 19, содержащий третью матрицу фотодетекторов 20 на основе InSb, подключенной к третьему электронному блоку 21, выход которого подключен к третьему входу БЭО 9. При этом третий линзовый компенсатор полевых аберраций 18 сфокусирован на третью матрицу фотодетекторов 20.
Защитное окно 2 пропускает в областях спектра 3-5 мкм, 8-12 мкм и 30-40 мкм. Параболическое зеркало 3 отражает во всех этих областях спектра. Первый плоский зеркальный контротражатель 4 пропускает в областях спектра 3-5 мкм и 8 - 12 мкм и отражает в области спектра 30-40 мкм. Второй плоский зеркальный контротражатель 14 пропускает в области спектра 3-5 мкм и отражает в области спектра 8-12 мкм. Первая терагерцовая матрица фото детекторов 7 работает в области спектра 30-40 мкм, вторая матрица фотодетекторов 17 работает в области спектра 8-12 мкм, а третья матрица фотодетекторов 20 работает в области спектра 3-5 мкм.
Устройство работает следующим образом. Объект наблюдения и окружающий его фон излучают в тепловой области спектра 3-40 мкм. Тепловое излучение от объекта и фона проходит через защитное окно 2 зеркально-линзового объектива 1, отражается от параболического зеркала 3. Затем излучение в области спектра 30-40 мкм отражается от первого зеркального контротражателя 4, затем проходит через первый компенсатор полевых аберраций 5, который создает тепловое изображение объекта и фона на первой терагерцовой матрице фото детекторов 7 первого тепловизионного модуля 6. Матрица преобразует излучение в видеосигнал, который усиливается и обрабатывается в реальном масштабе времени в первом электронном блоке 8. Видеосигнал с его выхода поступает на первый вход БЭО 9. Излучение в области спектра 3-5 мкм и 8-12 мкм проходит через входное окно 2. Затем излучение в области спектра 8-12 мкм отражается от второго зеркального контротражателя 14, затем проходит через второй линзовый компенсатор полевых аберраций 12, оптически сопряженный через сквозное отверстие 11 во входном окне 2 со второй матрицей фото детекторов 16 второго тепловизионного модуля 15. Второй линзовый компенсатор полевых аберраций 12 создает изображение объекта и фона в области спектра 8-12 мкм на второй матрице фотодетекторов 16. Она преобразует изображение в видеосигнал, который усиливается и обрабатывается в реальном масштабе времени во втором электронном блоке 17. Видеосигнал с его выхода приходит на второй вход БЭО 9. Излучение в области спектра 3-5 мкм проходит через плоскопараллельную пластину 13, затем проходит через третий линзовый компенсатор полевых аберраций 18, сфокусированный на третью матрицу фотодетекторов 20 третьего тепловизионного модуля 19. Матрица фотодетекторов 20 преобразует изображение в видеосигнал, который усиливается и обрабатывается в третьем электронном блоке 21. Видеосигнал с его выхода поступает на третий вход БЭО 9. Он осуществляет микропроцессорное микширование всех видеосигналов и формирует единое интегрированное изображение, воплощающее в себе все лучшие признаки отдельных изображений в тепловизионных модулях 6, 15, 19. Результирующий видеосигнал с выхода БЭО 9 поступает в OLED дисплей 10, с экрана которого оператор наблюдает изображение.
В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.
Таким образом, благодаря тому, что в ТВП ИК объектив выполнен зеркально-линзовым и оптически сопряжен с дополнительно введенными двумя тепловизионными модулями, работающими в разных областях спектра, расширяется рабочая область спектра ТВП, что приводит к повышению информационных возможностей устройства.