Тепловизор на основе растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением

Полезная модель относится к инфракрасной технике. Задачей полезной модели было создание тепловизионного прибора по отечественной технологии с высокими эксплуатационными характеристиками. Эта задача была решена путем создания преобразователя инфракрасного изображения в виде растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением. Оригинальная схема входного объектива и объектива переноса позволяет добиться высокой чувствительности, т.к. потери света в процессе переноса с выхода преобразователя инфракрасного изображения на вход ПЗС-матрицы минимальны. Как вариант изобретения, выходной сигнал с ПЗС-матрицы обрабатывается в блоке обработки видеосигнала, в котором осуществляется выделение полезного сигнала на фоне шума путем нелинейной оптимальной цифровой фильтрации.

Полезная модель относится к устройствам для преобразования инфракрасных изображений в электрический телевизионный сигнал и может быть использовано в системах охраны, для обнаружения пожаров, в промышленном контроле в медицинской диагностике, для видения в условиях недостаточной освещенности, при низкой прозрачности атмосферы. Кроме того, инфракрасное излучение в диапазоне 8-14 мкм значительно меньше ослабляется в атмосфере по сравнению с видимым излучением, особенно при наличии дымки и тумана.

Аналогами по функциональному назначению заявленной полезной модели могут являться многочисленные тепловизионные приборы на основе болометрических матриц или линеек фоточувствительных элементов, которые описаны, в частности, на следующих сайтах: www.tekkno.ru, www.diagnost.ru, www.necsan-ei.ru.

В качестве прототипа полезной модели выбрано техническое решение - тепловизор на основе электронно-оптического преобразователя, работающего в инфракрасной области спектра, содержащее объектив, электронно-оптический преобразователь инфракрасного излучения, телевизионную камеру (Л.З.Криксунов Справочник по основам инфракрасной техники. Москва, Советское радио, 1978 г.) Недостатком указанного известного технического решения является низкая разрешающая способность и неравномерность фокусировки по полю. Аналогичная конфигурация устройства широко известна и описана, например, в патенте Франции 2685788 / G02B 13/14.

Задачей полезной модели являлось создание тепловизора на основе отечественного преобразователя инфракрасного излучения на растровом приемнике инфракрасного изображения с внутренним усилением на основе пироэлектрика с параметрами, превосходящими указанные по разрешающей способности и чувствительности.

Для реализации данной задачи был сконструирован растровый приемник инфракрасного изображения с внутренним усилением, аналогом которого является техническое решение по патенту РФ 2345440 H01J 31/52, 09.01.2009 г., которое содержит «Пироэлектрический электронно-оптический преобразователь инфракрасного изображения» (пироЭОП), содержащий входное окно, прозрачное в инфракрасной области спектра.

Входное окно выполнено из материала, слабо поглощающего оптическое излучение в инфракрасном диапазоне. Фотокатод, расположенный на внутренней поверхности входного окна, представляет собой источник однородного потока электронов. Фотокатод имеет лазерную или светодиодную подсветку. Прибор имеет многослойную пироэлектрическую мишень, включающую в себя поглощающий слой, пироэлектрический слой, несущую диэлектрическую пленку и управляющий тонкопленочный электрод. Все они, кроме поглощающего слоя, выполнены непрерывными со сквозными отверстиями, а поглощающий слой состоит из отдельных дискретных элементов. При этом слои мишени пироЭОПа располагаются в следующем порядке по направлению от входного окна: дискретные элементы поглощающего, слоя, пироэлектрический слой, несущая диэлектрическая пленка со сквозными отверстиями, совпадающими с отверстиями в проводящем электроде и сплошной проводящий тонкопленочный электрод со сквозными щелевыми отверстиями.

Недостатком описанного технического решения является недостаточная равномерность фокусировки по полю, т.е. размытость создаваемого изображения на периферии растра. Поэтому для достижения указанных целей, т.е. повышения равномерности фокусировки по полю, в заявленной полезной модели в растровом приемнике инфракрасного изображения с внутренним усилением усовершенствована конфигурация дополнительного электрода, что позволило получить более равномерную фокусировку по полю.

На фиг.1 изображена функциональная схема тепловизора, которая содержит входной объектив 1, растровый приемник инфракрасного изображения с внутренним усилением 2, объектив переноса 3, телевизионную камеру 4, блок обработки видеосигнала 5.

Растровый приемник инфракрасного изображения с внутренним усилением работает следующим образом: световая энергия ИК изображения в мишени поглощается, происходит поляризация пироэлектрика. Возникшие в пироэлектрике заряды модулируют поток фотоэлектронов, испускаемых фотокатодом. На выходе растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением формируется видимое изображение. Световой поток в заявленном тепловизоре поступает на растровый приемник инфракрасного изображения с внутренним усилением через входной объектив. В соответствии с вариантами технического решения полезной модели в качестве входного объектива может быть использован линзовый, зеркальный либо зеркально-линзовый объектив.

Инфракрасное изображение с выхода входного объектива поступает на вход растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением.

Выход растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением соединен со входом объектива переноса и работает следующим образом: световой поток преобразованного из инфракрасного изображения видимого изображения с выхода растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением идет слева направо и поступает на объектив переноса и проецируются на плоскость изображения фотоприемника - ПЗС матрицы телевизионной камеры. Задача объектива переноса - без искажений перенести изображение с выхода растрового приемника на вход ПЗС матрицы телевизионной камеры. Как вариант изобретения, объектив переноса может быть заменен на фокон, выход которого также оптически связан со входом ПЗС матрицы телевизионной камеры, выход которой подключен ко входу введенного блока обработки видеосигнала. Как вариант изобретения, блок обработки видеосигнала корректирует видеосигнал, выделяя полезный сигнал и уменьшая составляющую шума. Выделение полезного сигнала на фоне шума осуществляется путем нелинейной оптимальной цифровой фильтрации.

Промышленная применимость.

Полезная модель промышленно применима и может быть выполнена на основе отечественной элементной базы с применением известных технологий, из отечественных материалов.

1. Тепловизор на основе растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением, содержащий входной объектив, выход которого оптически соединен со входом преобразователя инфракрасного изображения, выход которого через объектив переноса соединен с телевизионной камерой, отличающийся тем, что введен блок обработки сигнала, в качестве преобразователя инфракрасного изображения применен растровый приемник инфракрасного изображения с внутренним усилением, выход растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением оптически соединен со входом объектива переноса, выход которого соединен со входом ПЗС-матрицы телевизионной камеры, выход которой подключен ко входу блока обработки видеосигнала.

2. Тепловизор на основе растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением по п.1, отличающийся тем, что в качестве входного объектива использован линзовый светосильный объектив.

3. Тепловизор на основе растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением по п.1, отличающийся тем, что в качестве входного объектива использован зеркальный объектив.

4. Тепловизор на основе растрового приемника инфракрасного изображения с внутренним усилением по п.1, отличающийся тем, что в качестве входного объектива использован зеркально-линзовый объектив.