Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977) (1095911), страница 20
Текст из файла (страница 20)
лютпо черных тела, находящихся при комнатной температуре если разность их температур составляет 0,2" С (ЬТ .=- 0,2' С на уровне 20'С); 6) динамический диапазон изменяется от раз ности температур 1'С до разности температур 200 С (от 11. уровня черного до уровня белого); 7) диапазон регистрируемых температур объектов от --30 до +20" С. Тепловизор «АГА Термовижн» был разработан по заданию военного ведомства, но нащел также применение во многих областях промышленности и медицины: для проверки теплового режима злектросетей, обнаружения областей перегрева в электронном оборудовании, для наружного осмотра строящихся зданий с целью проверки теплоизоляции и обнаружения мест утечки тепла, диагностики раковых и сосудистых заболет -. ваний, определения положения плаценты при беременности и т.
д. Тепловизор модели 661 соРие. 91. Теиловизор «ЛГЛ Термовижю модели 661 стоит из двух основных блоков: оптической головки (17 кг), устанавливаемой на треноге, и индикатора (20 кг) (рис. 91). Модель 680 имеет более современное конструктивное оформление (рис. 92). Оптическая головка обеспечивает сканирование поля обзора в пространстве изображений и фокусировку ИК-излучения каждого злемента поля на однозлемеитный приемник, который преобразует его в злсктрический сигнал.
Сигнал приемника излучения усиливается и модулирует по яркости луч злектронполучевой трубки. Развертка луча на зкране индикатора осуществляется синхронно со сканированием' яркость изображения соответствует энергетической яркости объектов наблюдения и окружающего их фона. Рассмотрим структурную схему тепловизора (рис. 93). В состав оптической головки прибора входит оптическая система. охлаждаемый приемник излучения, предусилитель, система снн- 114 чиков и злектромеханические системы сканирования и х)»ода ' снповки.
ВхОДнОЕ ОКНО ОптичЕСКОи СИСтсмы, защищающеЕ ус1» 1» воздействия Внецшеи среды, изготОвляетсЯ из прозрачнои ~ й1г излучению синтетической пленки И. Основной объектив нч ской системы состоит из большого сферического зеркала 1 оп»тнче н мал ,„лого плоского зеркала 2. Диаметр большого зеркала объектн ,в Равен 195 мм, малого — — 71,4 мм, фокусное расстояние боль- зеркала 350 ым, размер » пятна Рассеиния в пло- Гаусса--2 мы (в ужке диаметроы 1,5 мм сосредоточено О0'" з"ер „ни), размер кружка наи ! .'0 Ра е я —— 0 5 мм (плоскость кружка наименьшего Рассеяния смещена относительно га- Ъ уссовой плоскОсти на 0,5 мм).
Плоское зеркало колеблется относительно горизонтальной оси В (нерпен- : щф.,"~., '»~»~' :..'~ ® ) днкуляриа к плоскости :: м':: 1~.- чертежа) с частотой 16 Гц, обеспечивая Обзор про- ....., ел странства со скоростью 16 кадр./с при времени обРатного хода, составляющем 12%. Колебательиое (пилообразное) перемещение зеркала Осуществляется при помощи двух про- Р»» 92 те»»»»о~»»зо»» ЛГЛ т~Р»»»»»»»»»»;»»»» модетивоположно действующих ли г»8О соосных кулачков 4, воздействующих на круглые роликовые подшипники б, смонтированные на верхнем и нижнем концах колеблющегося плоского зеркала.
Кулачки вращаются мотором кадровой развертки МК Угол поворота плоского зеркала равен 5' ( .2,5 ), что обеспечивает отклонение сканирующего луча на 5. Действительно, если колеблющееся зеркало установлено на расстоянии Г/2 Ог плоскости изображения (рис. 94), то при повороте зеркала на угол 1», соответствующий луч отклоняется на 21», т. е. Изображение смещается на величину Л =- (г/2) 2у ==- Гт», следовательно, у~ ол отклонения сканирующего луча ч» = — ЖР ==. Ру/Е ==-'1». В центре поля обзора кружок рассеяния оптической системы Определяется сферическими аберрациями и его наименьший диаметр равен 0,5 мм. Для точек вне оси добавляются такие аберРац»и, как кома, кривизна поля, астнгматизм и днсторсия, 1!5 й и х О М $ с~ ° с~ Ю.
о О И В Ф й М ~ъ о ОЪ о х й Иб ,рые увеличивают кружок па краю поля обзора в плоскости иаи ,, луни|ей установки до 1,6 мм. Сканирование в плоскости, перпендикулярной направлению . пирования плоского зеркала (по строкам), осуществляется ,ащеиием многогранной приза Обычно используется чеыьрехграпная призма из германия или кремния, вращиощаяся со скоростью 200 Об1с мотором трочиой развертки МС, 3а каждый оборот призмы сканируется четыре строки, чтО Обек спе пинает скорость обзора 16® строк,'с (так как в кадре 100 строк, то скорость обзора равна 16 кадр.1с). % В результате вносимых призмой дополнительных аберраций д кружок рассеяния увеличивает'- ся до 2 мм (в плоскости иаилучщей резкости).
Конструктивно призме придается подушкообразная форма за счет снятия восьми углов, ие имеющих значения для хода лучей. Рабочие поверхности призмы просветляются окисью кремния для обеспечения максимального пропускания в спектральном дианазоне от 2,0 до 5,4 мкм.
Изображение злемента поля обзора формируется оптической системой в плоскости диафрагмы 7. Излучение, проходящее сквозь отверстие диафрагмы, передается линзамии 8, 9 и плоским зеркалом 10 на чувствительную площадку приемника 11, закрытого охлаждаемой диафрагмой 12, имеющей отверстие диаметром 0,5 мм. Приемник излучения представляет собой охлаждаемый жидким азотом фоторезистор на основе антимоиида индия (1пЬЬ). Сопротивление его равно 50 кОм.
Сосуд Дюара 14, заливаемый жидким азотом до уровня, находящегося на расстоянии 5 мм от верх- Я Рис. 94. Отклонение сканирующего луча при повороте плоского зеркала, установленно1 о в сходящемся пучке рнс. 9 9о тепловая фотография груди (норма) 117 Рис. 96. Тепловв1е фот01 9афи1 и р 110ка выВВ1О1иие ироиесс кр Овообр а1цеи и я ио ~а) и после (6) куреиия Одной сигарет1,1 (тск1г1ергггура в мцЗИИ1111 ПО11НЗИЛГ1С1, более "ки иа 3" 1;) Рис. 97.
Рак ираВой мОл(жнО191 гк.*" ЛИЗИ Рис. 98. Теиловаи фогографив НО1 человека ~травыати" ческий артрит левого колеи- ного суставг1) мки обеспечивает время, в течение которого происходит „пое испаренне азота около 6 ч. С„„нал, вырабатываемый приемником излучения, усиливается .силителем ПУ, усилителем Ус и воздействует на модулирую Рющий электрод электроннолучевой трубки ЗЛУ индикатора. развертка луча индикатора по строкам и кадру осуществляется „нераторами строчной ГС и кадровой ГК разверток, которые „„хроиизируются датчиками сигналов синхронизации строк ДС и кадров ЛК. Последние формируют сигналы синхронизации помощью фотодиодов, освещаемых светом, прерываемым модупрующими дисками синхронно с вращением призмы и колеба„нями плоского зеркала.
На рис. 95 и 96 приведены тепловые фотографии, полученные с помощью тепловизора «АГА Термовижн». Для сравнения на рис. 97 и 98 приведены тепловые фотографии, полученные тепловизором «Рубин» (СССР), внешний вид которого представлен па рис. 46, а описание дано в $ 1.7 (гл. 4). Глава 6 СКАНИРОВАНИЕ ВРАЩАЮЩИМИСЯ ОБЪЕКТИВАМИ И ОПТИЧЕСКИМИ К Л ИНЬЯМИ. ЭКРАНИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ И СИСТЕМЫ С ИЗМЕНЯЮЩИМИСЯ ОПТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ 5 1. СКАНИРОВАНИЕ ВРАЩАЮЩИМИСЯ ОБЪЕКТИВАМИ Принцип построчного сканирования вращающимися объективами рассмотрим по схеме, представленной на рис. 99. Три объектива — сферические зеркала — размещены на вращающемся основании, в центре которого установлен неподвижный приемник излучения.
Всякий раз используется объектив, находящийся над отверстием в корпусе прибора (на рис. 99 объектив Об,). 8 положениях ! и !!! объектив воспринимает излучение источ"иков, находящихся на краях поля обзора, в положении !!в в центре поля обзора. На смену объективу Об, приходит объект"в 06, и т. д. Сканирование по кадру осуществляется за счет движения всей системы вдоль оси, перпендикулярной плоскости рисунка, Коэффициент заполнения канала усиления сигналами, при~~одящими от источников, находящихся в поле обзора, может быть доведен до единицы. Система с вращающимися объективами имеет следующие недостатки.
Ич 1. Приемник излучения воспринимает сигналы, приходящи не только от источников, расположенных в поле обзора, но, от всего окружающего прибор фона, так как объективы всегда направляют падающее на них излучение на приемник, незави. симо от того, приходит это излучение от наблюдаемых источнн ков или корпуса прибора. 2. Излучение, приходящее от наблюдаемых источников, падает на чувствительную площадку приемника под различными углами гя иа Рис. 99. Сканирование вращающимися объективами в зависимости от положения источника в поле обзора. В связи с тем, что чувствительность приемника зависит от угла падения излучения, один и тот же объект может вызывать разный сигнал при перемещении его.по полю обзора.
3. Конструкция оптической головки прибора с вращающимися объективами получается достаточно сложной и громоздкой. Форма растра, образованного в плоскости наблюдения, при сканировании вращающимися объективами в системе с многоэлементным приемником излучения напоминает форму растра создаваемого вращающейся призмой. Однако вследствие того что в данном случае плоскость приемной площадки всегда параллельна плоскости наблюдения, формулы для вычисления раз меров линейного поля зрения имеют несколько иной вид. Пействительно, по-прежнему при угле визирования ф2 можно найти: а„= Нб„веса 2; йи = Нбазес 2 ъ (9 но ве о величина мгновенного поля зрения изменяется по полю обора (рис.
100). Ьаг соа 2 1 Ьи баа 3десь ба, ---- ХЖ бои =- У/Р, где х, у — линейные размеры чувствительной площадки приемника излучения (диафрагмы поля); р =- фокусное расстояние М объектива. Х М~Г Следовательно, а,. = Нб соз — зес — = Ч агр 2 2 ==- Но„зес —; Я~ Я~ а, ==- Нба„зес — ° С помощью вращающегося объектива можно обеспечить сканирование по спиральной и розеточной траекториям. Рассмотрим в качестве примера такого способа сканирования принципиальное устройство самолетного теплопеленгатора «Киль-4», Разработанного в Германии во время второй мировой войны. Теплопеленгатор «Киль-4» Рис. 100. Изменение мгновенного поля предназначен для обнаруже- зрения при сканировании вращающимися иия ночью самолета по тепло- ооъекги вам и ному излучению двигателя.
Он устанавливался на самолетах-истребителях и обеспечивал обнаружение двухмоторного бомбардировщика на дистанциях, превыгцающих 3 км. Поле обзора теплопеленгатора и ==- 20 сканируется мгновенным полем зрения б = — 1' за 0,5 с. Принципиальная схема "Рибора приведена на рис. 101. Параболическое зеркало — объектив Об (диаметр 230 мм, фокус 150 мм, шейка каустики 1 мм)— ~~креплено на вращающемся со скоростью 15 с ' валике так, "то его главная ось составляет угол у, = 5 с валиком.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
