CZ20021619A3

CZ20021619A3 - Zařízení pro provedení teplotní reference v kameře pro detekování infračerveného záření a kamera zahrnující toto zařízení

Info

Publication number: CZ20021619A3
Application number: CZ20021619A
Authority: CZ
Inventors: Silvano Pieri; Monica Olivieri
Original assignee: Galileo Avionica S. P. A.
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2003-01-15
Also published as: HUP0201595A2; US20030213897A1; SK6532002A3; AU4060902A; HU225641B1; EP1257118A1; HU0201595D0; PL353786A1; ZA200203641B

Description

Vynález se týká zařízení, které provádí teplotní referenci, která má být použita pro elektronické zpracování obrazů získaných z kamer, které detekují infračervené záření a které se obvykle označuji jako infračervené kamery.

Tento typ teplotní reference se zejména, však ne výlučně, používá v infračervených kamerách s paralelním optickým snímáním.

Vynález se rovněž týká kamery pro detekování infračerveného záření s alespoň jedním zařízením, které provádí teplotní referenci.

Dosavadní stav techniky

Nejvíce rozšířené techniky týkající se detekování infračerveného záření ve vlnovém, pásmu 8 až 12 μια jsou založeny na použití jednorozměrné řady prvků, které jsou citlivé na infračervené záření a jsou obvykle označovány jako infračervené senzory. Optický zaostřovací systém, který je rovněž opatřen snímacím zařízením, vytváří infračervený obraz na řadě infračervených senzorů, které detekují detaily (obrazové prvky) teplotní distribuce infračerveného obrazu podél linie. Snímací zařízení způsobuje rychlé a pravidelné posouvání infračerveného obrazu v příčném směru vzhledem

84200A • «9 9* ·*· » 9 9 9 9 9 9 « 9 999999 9999 999 999 99 9· <999 k řadě infračervených senzorů, čímž provádí detekci celého obrazu v čase. Zařízení tohoto typu je popsáno v patentové přihlášce WO-A-9736420.

Elektronické zpracování detekovaných signálů vyžaduje porovnání těchto signálů se známou teplotní referencí tak, aby bylo možné kalibrovat a vyrovnat odezvu každého detekčního prvku tak, aby stejné intenzitě na bodech infračerveného obrazu detekované každým prvkem odpovídal stejný elektrický signál.

Výše uvedené teplotní reference jsou obvykle rovnoměrné povrchy, které emitují energii infračerveného záření a jsou umístěny na stranách obrazu, který má být detekován ve střední ohniskové rovině uvnitř optického systému.

Optický systém typicky zahrnuje vstupní objektiv, kolímátor, optické snímací zařízení a druhý objektiv. Vstupní objektiv vytváří obraz ve výše uvedené střední ohniskové rovině. Kolímátor soustřeďuje záření ze střední ohniskové roviny a toto záření se skrze snímací zařízení a druhý objektiv opětovně zaostří na řadu detekčních prvků.

Infračervené záření emitované teplotními referencemi se soustřeďuje samotným kolimátorem a detekuje se řadou detekčních prvků na konci každého snímání obrazu. Aby kalibrační operace byla účinná, je nutné dosáhnout toho, aby referenční teplota byla přesně regulována a ponechána v těsné blízkostí průměrné teploty obrazu, který má být detekován. Když se referenční teplota stane velmi nízkou, vlhkost, přítomná ve vzduchu, ztuhne za vytvoření ledu, který může poškodit samotnou teplotní referenci. Z tohoto důvodu se zařízení musí ponechat v izolovaném prostředí bez přítomnosti vlhkosti. Tento požadavek je typickým zdrojem technických komplikacích kvůli problémům spočívajícím v dosažení tohoto izolovaného prostředí.

Dalším zdrojem problémů, které se týkají provedení

84200A • 4

4 4 4 4 4 • 44 4 4 • 444 444

4 4 *44 •44 44 4 · 4444 teplotních referencí, je rovnoměrnost emitujících povrchů. Poněvadž teplotní reference je detekována na koncích snímacího záběru pro snímání obrazu, vhodným dodatečným snímacím záběrem, je nutné zajistit, aby teplotní reference měla velmi přesný a zřetelný okraj a byla umístěna v ohniskové rovině, jak to bylo výše uvedeno. Tímto způsobem dodatečný snímací záběr může být výhodně velmi krátký k dosažení vyšší snímací účinnosti. Za těchto podmínek, když povrch reference není rovnoměrný, nerovnoměrnosti tohoto povrchu se detekují detekčními prvky řady a špatně interpretují jako diverzita elektrické odezvy detekčních prvků řady.

V infračervené detekční kameře popsané v patentové přihlášce WO-A-9736420 teplotní reference jsou vytvořeny ze dvou vrstev, které jsou ponechány při regulované teplotě a umístěny do ohniskové roviny na vstupní straně objektivu tohoto zařízení a uvnitř prostoru uzavřeného dvěma optickými prvky, kterými prochází infračervené záření, které má být detekováno. V tomto stejném prostoru jsou uspořádány rovněž tepelné čerpadla a teplotní senzory sdružené s uvedenými vrstvami. Tento prostor je tudíž značně veliký a způsobuje množství problémů spočívajících v dosažení tohoto prostoru prostého vlhkosti.

Kromě toho, tento prostor je celistvý s aktivními prvky kolimátoru, které jsou pohyblivé, aby umožňovaly zaostření infračerveného obrazu. V důsledku toho celá sestava, tvořená teplotními referencemi a prostředky pro ponechání teplotních referencí při regulované teplotě, musí být pohyblivá. To vyvolává problém, týkající se rozptýlení tepla tepelnými čerpadly, sdruženými s teplotními referencemi, a omezuje dynamickou odezvu samotných referencí.

Další příklady infračervených kamer jsou popsány v patentových přihláškách GB-A-2100548, GB-B-1562872, EP-A16 84200A •9 *99 9 • 9 9 9

9 9 9 · · 9»· 99 • 99

9999

0365948 a US-A-4280050.

V některých případech, jak to je popsáno v patentových přihláškách US-A-4983837 a US-A-4419692, se teplotní reference dosáhne promítnutím tepelného záření, generovaného zdrojem s regulovanou teplotou, do optické cesty svazku, přicházejícího ze scény, která má být detekována, řadou detekčních prvků detekčního zařízení. Za tímto účelem se předpokládají reflexní zrcadla. Známé konfigurace tohoto typu jsou značně složitá a těžkopádná a neřeší problém, týkající se regulace vlhkosti v prostředí, ve kterém jsou zdroje uspořádány. Kromě toho toto řešení neposkytuje žádný účinný způsob zaostření infračerveného obrazu, který bere v úvahu přítomnost teplotních referencí.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je poskytnout zařízení pro generování teplotní reference v infračervené kameře, které by se mohlo jednoduchým způsobem instalovat a které by zajišťovalo účinnou ochranu proti vlhkosti.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout kameru pro detekování infračerveného záření s alespoň jednou teplotní referencí, které má vyšší účinnost a ve kterém se teplotní reference může jednoduchým způsobem udržovat za podmínek regulované vlhkosti.

Výše uvedené a další cíle a výhody vynálezu, které jsou odborníkovi jasně zřejmé v daném oboru z následujícího textu, se v podstatě dosáhnou vychýlením záření, přicházejícího z radiačního povrchu, ponechaného při regulované teplotě, do optické detekční cesty reflexním prvkem, tvořeným optickým hranolem. Tento optický hranol přijímá záření, které se má odrazit od jedné z jeho stran, a úplným odrazem na jedné z jeho vnitřních stran vychyluje

84200A * 4 · 4 4 4 4 · « 4 « · 4 4 4 4 4 « 4 4 4 ···

4444 444 444 44 ·· ·#·· toto záření do směru detekčního prvku, který je uspořádán v tepelné kameře.

Jak to bude zřejmé z níže uvedeného popisu, výše uvedenou konfigurací je možné dosáhnout řady výhod.

Na první místě je nutné upozornit na to, že ve skutečnosti radiační povrch již nemusí být umístěn do optické cesty obrazu, který má být detekován infračervenou kamerou a proto již není nutné poskytnout podél uvedené optické cesty uzavřený prostor, ve kterém mají být uspořádány teplotní reference, tepelné čerpadla a odpovídající senzory. To zvyšuje účinnost detekční kamery, poněvadž počet prvků, umístěných podél cesty svazku, který má být detekován, se sníží.

Referenční záření, emitované radiačním povrchem, se sbírá hranolem a skrze tento hranol množinou reflexí a refrakcí se přenáší směrem k řadě detekčních prvků, tvořících infračervený senzor kamery. Konkrétní tvar hranolu je takový, že se uvedené záření koncentruje v blízkosti klínového okraje hranolu tak, že se detekce provádí uvnitř velmi malého dodatečného snímacího záběru systému infračervené kamery.

V podstatě s výše uvedeným provedením teplotní reference, část, která musí být chráněna, aby se zamezilo tvorbě ledu, leží vně oblasti, ve které je vytvořen obraz (ohnisková rovina) a která může zůstat v nechráněné oblasti, což zjednodušuje konstrukci a zvyšuje účinnost detekční kamery.

V ohniskové rovině leží povrch klínového okraje optického hranolu, který je jasný a transparentní a nemůže způsobit nedostatek rovnoměrnosti. Radiační povrch reference je v určité vzdálenosti od ohniskové roviny, takže je nezaostřený. Tímto způsobem detekčních prvků přijímá každý detekční prvek řady záření, přicházející z velké

84200A ···» ···« · « v • 9 «···· · • · ··«·· · • · ······ ···· ··» »·· · »· ···· plochy radiačního povrchu reference, takže nerovnoměrnosti, přítomné na radiačním povrchu jsou vyrovnány na průměrnou hodnotu a kompenzovány.

Kromě toho, je možné umístit optický hranol s reflexním povrchem, který vychyluje záření, přicházející od radiačního povrchu do optické cesty směrem k řadě detekčních prvků, do ohniskové roviny vstupního objektivu, což ponechává radiační povrch a odpovídající prvky, sdružené s radiačním povrchem, v poloze za ohniskovou rovinou vzhledem přicházejícímu záření, které prochází skrze vstupní objektiv. To znamená, že části, tvořící teplotní referenci, nezasahují do oblasti vstupního objektivu. Tímto způsobem je možné použít komerčně dostupné prvky, jakým je např. vstupní objektiv.

V zejména výhodném provedení vynálezu reflexní optický hranol může být celistvý s pohyblivými optickými prvky, takže může nepřetržitě ležet v ohniskové rovině, zatímco radiační povrch, tepelné čerpadlo a teplotní senzor mohou být uspořádány v pevném zásobníku. V důsledku toho, kromě zjednodušení instalace teplotní reference, dochází k účinnějšímu rozptylu tepla směrem ven tepelným čerpadlem, aniž by tepelný tok měl vliv na teplotu reference. To znamená, že může být dosažena teplotní reference s vysokou dynamikou, tj. teplotní reference, ve které se teplota radiačního povrchu může měnit rychle. To je důležité, poněvadž teplotní reference musí být ponechána při teplotě, která závisí na průměrné teplotě scény, která je snímána detekční kamerou. Teplotní reference s vysokou dynamikou alespoň v některých aplikacích umožňuje použít pouze jednu teplotní referenci na místo dvou obvykle používaných referencí.

Radiační povrch má rozměry dostatečné pro emitaci svazku tepelného záření, které dosáhne reflexního optického hranolu v libovolné poloze, kterou optický hranol může

84200A • a a· a a a · a · a a a ···♦· a • a a a a a a a aaaa aaa aaa «a a· aaaa získat v důsledku zaostřovacího pohybu. V tomto případě, se na optické cestě teplotní reference nachází okénko, avšak optická cesta obrazu z vnější scény, směřující k řadě detekčních prvků zůstává nezměněna. Jinými slovy, podél uvedené optické cesty není nutné umístit libovolná další okénka pro vymezení vakuového prostoru nebo prostoru s regulovanou atmosférou pro uzavření radiačního povrchu. Tímto způsobem se omezí počet optických prvků, které mohou absorbovat záření, přicházející ze snímané scény, a tudíž prvky, které mohou omezit účinnost detekčního systému. Naproti tomu, umístění dodatečného okénka podél cesty záření, přicházejícího z radiačního povrchu teplotní reference a vedené směrem k optickému hranolu, nezpůsobuje problémy, avšak spíše představuje výhodu, poněvadž omezuje snížení stupně chlazení radiačního povrchu.

Dokonce skutečnost, že konfigurace s radiačním povrchem, připevněným na pevné části detekční kamery představuje výhodnou konfiguraci, nevylučuje možnost poskytnutí radiačního povrchu, který je integrální s příslušným optickým prvkem a tudíž se posunuje společně s optickým hranolem, který je integrální s případnými optickými prvky detekční kamery, které jsou pohyblivé pro zaostřování obrazu.

V obou případech radiační povrch, tepelné čerpadlo a teplotní senzor nebo libovolný jiný prvek, který je sdružen s radiačním povrchem, tepelným čerpadlem a teplotním senzorem, mohou být výhodně uspořádány v malém zásobníku, který na rozdíl od konvenčních zařízení nemusí být ponechán ve spojení s vakuovým čerpadlem kvůli vyloučení vlhkosti.

Z tohoto důvodu zásobník zabírá malý prostor, což znamená, že libovolná zbytková vlhkost, obsažená uvnitř zásobníku, má nepatrnou velikost a dosahuje takové hodnoty, která neohrožuje chod zařízení.

84200A

	• *	0«	00 0 ·	• · ·
-	3 -	•	•	• 0 ·	0« ·
		•	0	• 00	0 · ·
		• 000	000	0 0 0 0 0	00 0000

Když radiační povrch a optický hranol jsou vzájemně integrální, zásobník, ve kterém je umístěn radiační povrch, může být uzavřen na přední straně vstupní stranou optického hranolu, aby se omezil počet optických prvků a tudíž snížila cena zařízení.

Další výhodné znaky a provedení zařízení pro provedení teplotní reference a infračervené kamery podle vynálezu jsou uvedeny v přiložených patentových nárocích.

Přehled obrázků na výkresech

V následující části této přihlášky vynálezu je uveden popis příkladů provedení, ve kterém jsou činěny odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje optickou cestu v infračervené kameře, obr. 2 zobrazuje podélný řez částí infračervené kamery v případném provedení s teplotní referencí, obr. 3 zobrazuje ve zvětšeném měřítku prvky, které tvoří teplotní referenci, a obr. 4 zobrazuje rozdílné provedení teplotní reference.

Příklady provedení vynálezu

Následující popis je uveden k pochopení působení teplotní reference, přičemž v tomto popise jsou činěny odkazy na obr. 1, který schématicky zobrazuje typický optický systém infračervené kamery. Záření, které přichází

84200A • · ·? 0 00 000000 0

0 0 0 0 0 0 0

0000 000 000 00 »0 0000 od předmětu, se sbírá vstupním objektivem 1, který je zde zastoupen jedinou čočkou, avšak který ve skutečnosti je tvořen optickým systémem, vyrobeným ze dvou nebo více čoček. Objektivem se obraz zaostří na střední ohniskovou rovinu 2·

Z ohniskové roviny 3 se záření sbírá kolimátorem 5 a kolimuje směrem ke snímacímu zařízení, které je zastoupeno pohyblivým snímacím zrcadlem 7. Jak je to známé ze stavu techniky, jakým je např. patentová přihláška WO-A-973642Q, snímací zařízení typicky zahrnuje dvě pohyblivá zrcadla, zejména vlastní snímací zrcadlo a prokládací zrcadlo. Kolimátor je zastoupen na obr. 1 jedinou čočkou, avšak ve skutečnosti stejně jako vstupní objektiv koliminátor je tvořen množinou čoček.

Za snímacím zařízení záření prochází druhým objektivem 9 a opětovně se zaostří na řadu detekčních prvků. Druhý objektiv 9 je obr. 1 zastoupen jedinou čočkou, avšak ve skutečnosti je tvořen množinou optických prvků.

Všechny výše uvedené prvky nejsou součástí vynálezu a tudíž jsou sami o sobě známé. Podrobnější popis těchto prvků je uveden ve výše uvedených dokumentech ze stavu techniky, zejména v patentové přihlášce WO-A-9736420.

V řešení podle vynálezu se předpokládá, že vně optické cesty F optického svazku, je uspořádán zásobník 15, uvnitř kterého se nachází radiační povrch, jehož teplota se udržuje při regulované hodnotě, která se může měnit tepelným čerpadlem, jak to je podrobněji popsáno v níže uvedeném popisu. Se zásobníkem 15 je sdružen optický hranol 17. Tento optický hranol 17 je uspořádán tak, že jedna z jeho stran leží v ohniskové rovině 3. Jak to je jasnější z níže uvedeného popisu, záření, přicházející z radiačního povrchu, umístěného uvnitř zásobníku 15, se soustřeďuje v oblasti klínového okraje 17S optického hranolu 17, která se nachází uvnitř optické cesty F optického svazku. Tato oblast

84200A

• *	4	4	4	4	4	4
4 4 4	•	•	4 4	4	4	4
4 ·	4	• 4	4	4	4
44·· 444	444	44	4	4444

klínového okraje optického hranolu 17 je viditelná pro řadu detekčních prvků 11 díky pohybu snímacího zrcadla 7, který je známý sám o sobě.

Avšak, na rozdíl od mnoha konvenčních zařízení není to radiační povrch, který přijímá polohu přímo v ohniskové rovině 3, nýbrž je to reflexní povrch, definovaný stranou optického hranolu 17, který je uspořádán v ohniskové rovině

3.

Jak je to uvedeno ve výše uvedeném popise, některá známá zařízení předpokládají teplotní reference, promítané skrze zrcadla. Na místo toho, v řešení podle vynálezu se zrcadlový efekt dosáhne uvnitř optického hranolu 17 v důsledku jevu „totální reflexe. Použití tohoto jevu se spojenou optickou cestou uvnitř optického hranolu je podstatnou skutečností pro dosažení výhod uvedených ve výše uvedeném popise a dále diskutovaných v níže uvedeném popise.

Obr. 1 zobrazuje jednu jedinou teplotní referenci vytvořenou s radiačním zdrojem, uspořádaným v zásobníku 15, a jeden jediný optický hranol 17. Avšak vynález je nutné chápat tak, že zařízení podle vynálezu může zahrnovat dokonce dvě teplotní reference, umístěné na opačných stranách ohniskové roviny 3 a uspořádáné typicky, ale ne výhradně, v symetrické konfiguraci.

Obr. 2 zobrazuje podrobnější pohled na konstrukci infračervené kamery, zahrnující teplotní referenci, vytvořenou podle vynálezu. Je nutné upozornit na to, že vztahové značky, které jsou stejné na obr. i a 2 označují na těchto obrázcích stejné nebo odpovídající prvky zařízení.

Jak je to zřejmé z obr. 2, šipka F znázorňuje směr, kterým infračervené zářeni, které přichází ze scény, která je snímána detekční kamerou, vstupuje do detekční kamery. Svazek infračerveného záření, které přichází z vnější scény, prochází skrze kolimátor 5, který je v tomto příkladě

84200A ·♦· *« • « «··« »·· «44 4 » · 4 * « • 4 4 *4 «««· provedení tvořen dvěma čočkami 5A a 5B, nesenými pohyblivým zařízením 21. Za výstupní stranou kolimátoru, tvořeného čočkami 5A a 5B, je uspořádáno první snímací zrcadlo 7, sdružené se systémem (tento systém není zobrazen, poněvadž je o sobě známý), který umožňuje kývavý pohyb snímání kolem osy, kolmé k rovině obr. 2 a vyznačené linií A. Obr. 2 rovněž zobrazuje dvě dodatečné čočky 9A a 9B, které tvoří část druhého objektivu. Za těmito dodatečnými čočkami jsou uspořádány dodatečné optické prvky a druhé kývavé prokládací zrcadlo, které jsou známé ze stavu techniky.

Před kolimátorem, tvořeným čočkami 5A a 5B, je uspořádán vstupní objektiv 1, který je zobrazen na obr. 1, ale ne na obr. 2. Obr. 2 rovněž zobrazuje ohniskovou rovinu 3 vstupního objektivu L· Tento vstupní objektiv jL může být tvořen externím prvkem detekční kamery, který může být komerčně dostupný. Ve skutečnosti ohnisková rovina 3 může být vstupním bodem svazku, vstupujícího do detekční kamery, která je opatřena zaostřovacím prostředkem (pohyblivým kolimátorem 5) a tepelnou referencí.

K pohyblivému zařízení 21 je připevněn optický hranol 17, který se tudíž pohybuje integrálně s čočkami 5A a 5B, čímž sleduje zaostřovací pohyb. Tento optický hranol 17 má čtyři strany 17A, 17B, 17C a 17D.

Na pevné části detekční kamery, tj. části, která se nepohybuje společně se zaostřovacím pohyblivým zařízením 21, je uspořádán zásobník 15, uvnitř kterého je umístěno radiační tělo 31 s rovinným povrchem, který tvoří radiační povrch 31A, který emituje referenční infračervené záření. Teplota radiačního těla 31 se detekuje teplotním senzorem 33, umístěným do vnitřku samotného radiačního těla 31. Radiační tělo 31 je v tepelném kontaktu s tepelným čerpadlem 35, typicky tvořeným tepelným čerpadlem na bázi Peltierova efektu. Strana tepelného čerpadla 35, která je opačná ke

84200A

44·· · straně tepelného čerpadla 35, která je v kontaktu s radiačním tělem 31, je v kontaktu se zadní stěnou zásobníku 15, která může být vhodně uzpůsobena, např. opatřena systémem žeber, pro rozptýlení tepla směrem ven.

Na čelní straně zásobník 15 má okénko 37, které je uspořádáno před radiačním povrchem 31A a je uzavřeno rovinným krycím prvkem 39, jakým je např. deska z germánia nebo jiného materiálu a který je transparentní pro infračervené záření v rozsahu záření, emitovaného radiačním tělem 31.

Jak je to dobře zřejmé z obr, 3, záření, emitované radiačním povrchem 31A radiačního těla 21' vstupuje do optického hranolu 17 skrze první stranu 17A a odráží se podél optické cesty od třetí strany 17C optického hranolu 17.

Strany 17C a 17B optického hranolu 17 tvoří klínový okraj 17S, který se nachází v laterální oblasti ohniskové roviny 3, tj. oblasti, která se detekuje řadou detekčních prvků 11 (nejsou zobrazeny na obr. 2), když snímací zrcadlo 2 je v poloze maximálního výkyvu, provedeného proti směru otáčení hodinových ručiček. Na obr. 1 a 2 je zobrazen pouze jeden optický hranol 17, uspořádaný na jedné straně snímací oblasti detekčního zařízení, a jeden jediný radiační povrch 31A, sdružený k tomuto optickému hranolu 17 a ponechaný při regulované teplotě tepelným čerpadlem 35. Avšak na druhé straně je možné předpokládat symetrické uspořádání na opačných stranách vzhledem k optické ose 0 zařízení v případech, ve kterých je žádoucí mít dvě teplotní reference. Použití jedné nebo dvou teplotních referencí závisí na typu použití infračerveného detekčního zařízení.

V následujícím popisné části, ve které jsou činěny odkazy na obr. 3, se uvádí, jakým způsobem jedna radiační část R referenčního infračerveného záření, přicházející

8420OA .ϊ .* ί fr · • fr· · frfr · •ϊ ·’ • fr • · • fr frfr· · • · fr · • fr fr fr · • · · · fr · ·»·fr z radiačního povrchu 31A radiačního těla 31, prochází skrze krycí prvek 39 zásobníku 15 a dopadá na vnější povrch první strany 17A optického hranolu 17. Radiační část R se láme a vstupuje do vnitřku optického hranolu 17, aby dosáhnul vnitřního povrchu druhé strany 17B samotného optického hranolu 17. Sklon, pod kterým radiační část R dopadne na vnitřní povrch druhé strany 17B, je takový, aby se dosáhlo úplného odrazu radiační části R směrem k vnitřnímu povrchu třetí strany 17C optického hranolu 17. Jak je to zejména zřejmé z obr. 3, radiační část R, která přichází z radiačního povrchu 31A a dosáhne třetí strany 17C optického hranolu 17, se koncentruje v oblasti, velmi blízké ke klínovému okraji 17S.

Formou příkladu obr. 3 zobrazuje dva svazky radiační části R referenčního infračerveného záření, přicházející z radiačního povrchu 31A, z nichž jeden dosáhne třetí stranu 17C v oblasti, nejbližší ke klínovému okraji 17S, a druhý dosáhne třetí stranu 17C v oblasti, nejvzdálenější od klínového okraje 175, přičemž oba uvedené svazky se mohou snímat snímací operací snímacího zrcadla 7, když snímací zrcadlo dosáhne dvě rozdílné úhlové polohy.

Záření, které dosáhne vnitřního povrchu třetí strany 17C se úplně odrazí od tohoto povrchu a znovu dopadne na vnitřní povrch druhé strany 17B optického hranolu 17. Úhel, pod kterým záření po odrazu od třetí strany 17C dopadne na druhou stranu 17B, je takový, že záření se láme a vystupuje z optického hranolu, aby vstoupilo do optické cesty F zařízení ve směru paralelním s optickou osou 0 tohoto zařízení. Z obr. 3 je zřejmá část R1 záření, která se odráží a láme uvnitř optického hranolu 17 a vystupuje z optického hranolu 17, aby dosáhla kolimátoru 5.

Jak to vyplývá z výše uvedeného popisu, uspořádání podle vynálezu má mnoho výhod. Na prvním místě je nutné

84200A • * w »

0 0 0 ♦ 0 ♦ 0 0#

00000 · · 0 00*000 0

0 00000«

0000 000 000 00 0· 0000 upozornit na skutečnost, že v ohniskové rovině 3 zařízení, tj. rovině, ve které vstupní objektiv 1 vytváří obraz scény, která se snímá, není přítomen Žádný radiační povrch, tvořící teplotní referenci. Teplotní reference, tvořená obrazem radiačního povrchu 31A, který se odráží od třetí strany 17C optického hranolu 17 v oblasti, nacházející se ve velké blízkosti klínového okraje 175. To umožňuje vyloučení systému okének, které se typicky používají v infračervených kamerách pro izolování radiačních povrchu, které vytvářejí teplotní reference, od vnějšího prostředí, z optické cesty záření, které má být detekováno. V tomto případě, radiační povrch 31A, vytvořený radiačním tělem 31, je umístěn ve vnitřním oddělení zásobníku 15, který zabírá velmi omezený prostor. Uvedený zásobník 15 tudíž nemůže být sdružen se systémy pro odstranění vlhkosti. Z oblasti, rozložené podél optické cesty F infračerveného svazku, který má být detekován řadou detekčních prvků 11, jsou tudíž vyloučena okénka, která jinak tvoří prvky, které absorbují určitou část infračerveného záření, čímž snižují citlivost zařízení.

Umístění zásobníku 15 v pevné poloze a integrální spojení optického hranolu 17 s pohyblivým zařízením 21 napomáhá rozptýlení tepla skrze zadní stěnu zásobníku, která je v tepelném kontaktu s tepelným čerpadlem 35. To zvyšuje dynamiku zařízení a umožňuje v této konfiguraci použití jedné jediné teplotní reference v mnoha aplikacích na místo dvou teplotních referencích.

Reflexní povrch třetí strany 17C optického hranolu 17 se nachází na ohniskové rovině 3, zatímco tělo optického hranolu 17, zásobník 15 a všechny prky, které se nachází uvnitř zásobníku 15, jsou umístěny za ohniskovou rovinou 3 vzhledem optické cestě F svazku, vstupujícího do detekční kamery. To vylučuje přítomnost prvků před ohniskovou rovinou 3 a tudíž umožňuje použití objektivů komerčního typu a

84200A

J·-¹ 4 · 4 4 · 4 · * · 4 ··$···

4 44444« • 444 444 444 44 44 4444 eliminuje potřebu speciálních objektivů pro infračervenou kameru.

Jak je to zřejmé zejména z obr. 3, radiační povrch 31 má rozměry dostatečné k tomu, aby umožnil pohyb optického hranolu 17, který se posunuje integrálně s pohyblivým prvkem 21 k dosažení zaostření obrazu. Bez ohledu na rozsahu posunutí, které je v libovolném případě omezeno na několik milimetrů, vždy existuje část R radiačního záření, emitovaného radiačním povrchem 31A, která pronikne do optického hranolu 17 a která se po provedení výše uvedených odrazů a lomů zavede dovnitř optické cesty F.

Kromě toho, jak je to nejlépe zřejmé opět z obr. 3, v oblasti klínového okraje 175 se koncentruje záření, přicházející z rozměrnější části radiačního povrchu 31A. Tímto způsobem se libovolný nedostatek rovnoměrnosti na radiačním povrchu 31A vyrovná na vnitřním povrchu třetí strany 17C optického hranolu 17 a na tomto povrchu se generuje obraz, mající rovnoměrnou intenzitu.

Podstatná část výše uvedených výhod se rovněž dosáhne zjednodušenou konfigurací zobrazenou na obr. 4. Z obr. 4 jsou zřejmé některé prvky, které jsou zobrazeny na obr. 3, přičemž se rozumí, že tyto komponenty mohou být uspořádány odpovídajícím způsobem na nosné struktuře zobrazené na obr.

2. Rovněž je samozřejmé, že stejné vztahové značky na obr. 2,3,4 označují stejné nebo odpovídající prvky. V provedení zobrazeném na obr. 4, optický hranol 17 má podlouhlý tvar, přičemž kromě toho, že tvoří prvek pro odrážení záření R, přicházejícího od radiačního povrchu 31A, rovněž tvoří krycí prvek zásobníku 15, ve kterém je uspořádáno tělo 31 a tepelné čerpadlo 35. Z obr. 4 je zřejmá první strana 17A optického hranolu 17, která je vstupní stranou pro přicházející záření, druhá strana 17B optického hranolu 17, na které se odráží záření R, zlomené první stranou 17A, aby

84200A

9 9 9

99 ··

9 9 9 Λ • · » ♦ · * • 9 9 9 9 9 * · «99 9 9 «

9·· 99 99 9999 se potom vedlo k třetí straně 17C optického hranolu 17. Na této straně se záření odráží a dále láme druhou stranou 17B v blízkosti klínového okraje 175

Ve srovnání s příkladem provedení zobrazeným na obr. 2 a 3, konfigurace zobrazená na obr. 4 má o jeden prvek méně, přičemž tímto prvkem je zejména krycí prvek 39 pro uzavření zásobníku 15. To vede k omezení výrobních nákladů, avšak způsobuje omezení, spočívající ve skutečnosti, že zásobník 15 je v tomto případě integrální s optickým hranolem 17. Když optický hranol 17 je připevněn na zaostřovacím pohyblivém zařízením 21, zaostřování způsobuje integrální posun zásobníku 15. V tomto případě se přichází o výhody, které vyplývaly ze skutečnosti, že zásobník 15 je umístěn v pevné poloze, a které zejména spočívaly ve větší účinnosti rozptylu tepla, generovaného tepelným čerpadlem 35, směrem k vnějšímu prostředí. 0 tuto naposled uvedenou výhodu se nepřichází, když zařízení nemá pohyblivé části pro zaostřování. V tomto případě jak optický hranol 17 tak i zásobník 15 jsou uspořádány v pevné poloze společně s optickými prvky kolimátoru 5.

Je samozřejmé, že zobrazená provedení vynálezu představují pouze příklady provedení vynálezu, které jsou zde uvedeny pro lepší pochopení podstaty vynálezu, a tudíž nikterak neomezují rozsah ochrany vynálezu, který je vymezen přiloženými patentovými nároky a že, odborníkovi v daném oboru jsou zřejmé další modifikace, variace a alternativy uvedených provedeních, které spadají do rozsahu ochrany vynálezu.

84200A

4 44

JUDr. Miloš Všetečka advokát

120 00 Praha 2, Hálkova 2 • 4 « 4 4 • 44« *

4·4« 4

4 «44 •4 4· 4*4·

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Zařízení pro provedení teplotní reference v infračervené detekční kameře, přičemž toto zařízení zahrnuje radiační povrch (31A), který je ponechán při regulované teplotě, vyznačené tím, že dále zahrnuje optický hranol (17), který přijímá záření z radiačního povrchu (31A) a odráží toto záření podle směru, který je .vychýlen vzhledem k radiačnímu povrchu (31A) směrem k detekční optické cestě.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že radiační povrch (31A) je sdružen s tepelným čerpadlem (35), které udržuje radiační povrch při regulované teplotě.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznač ené tím, že záření,· přicházející z radiačního povrchu (31A) , při průchodu optickým hranolem (17) je podrobeno alespoň jednomu úplnému lomu a alespoň jednomu úplnému odrazu.

4. Zařízení podle nároků 1,2 nebo 3, vyznačené t í m, že optický hranol (17) má alespoň tři strany (17A, 17B,17C), z nichž první strana (17A) je určena pro zavedení záření, emitovaného z radiačního povrchu (31A), dovnitř optického hranolu (17) a druhá strana (17B) je určena pro vyvedení záření, úplně odraženého uvnitř optického hranolu (17), ven z optického hranolu (17).

5. Zařízení podle některého z předcházejících nároků, vyznačené tím, že radiační povrch (31A) je umístěn vzhledem k reflexnímu povrchu optického hranolu (17), na kterém dochází k poslednímu odrazu záření,

16 84200A « · · · · · • · »»··« ···* ··· ··· «· ·« ···· přicházejícího z radiačního povrchu (31A), zcela vedle výstupu záření z optického hranolu (17).

6. Zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačené tím, že sklon první strany (17A) , druhé strany (17B) a třetí strany (17C) optického hranolu (17) jsou takové, že záření, přicházející z radiačního povrchu (31A) je koncentrováno v blízkosti klínového okraje (17S), vytvořeného druhou stranou (17B) a třetí stranou (17C) optického hranolu (17).

7. Zařízení podle některého z předcházejících nároků, vyznačené tím, že optický hranol (17) má vstupní první stranu (17A) , skrze kterou je záření, přicházející z radiačního povrchu (31A), zavedeno dovnitř optického hranolu (17), druhou stranu (17B), která s první stranou (17A) svírá takový úhel, aby záření, zlomené první stranou (17A), se odrazilo od vnitřního povrchu druhé strany (17B) směrem ke třetí straně (17C) optického hranolu (17), a třetí stranu (17C), která svírá s druhou stranou (17B) takový úhel, aby záření, odražené od vnitřního povrchu druhé strany (17B) směrem k třetí straně (17C), se odrazilo od vnitřního povrchu třetí strany (17C) směrem k druhé straně (17B) při takovém úhlu, aby se záření zlomilo druhou stranou (17B) a vyvedlo se z optického hranolu 17 ven.

8. Zařízení podle některého z předcházejících nároků, vyznačené tím, že směr výstupu záření, odraženého hranolem (17) je přibližně kolmý ke směru záření, vstupujícího do optického hranolu (17).

9. Zařízení podle některého z předcházejících nároků, vyznačené tím, že radiační povrch (31A) je

16 8420QA • »·* »· · · ·«· · ····· · * · · »·»··· · * · ·····* *«·· ··· ··· ·· ·· ···· umístěn v zásobníku (15), integrálním s optickým hranolem (17) a majícím okénko (37) pro záření, emitované radiačním povrchem (31A), přičemž okénko (37) je uzavřeno jednou stranou optického hranolu (17) .

10. Zařízení podle nároku 1 až 8, vyznačené tím, že radiační povrch (31A) je umístěn v zásobníku (15) s okénkem (37) pro výstup záření, emitovaného z radiačního povrchu (31A), přičemž okénko (37) je uzavřeno krycím prvkem (39), který je oddělen od optického hranolu (17).

11. Infračervená detekční kamera, vyznačená tím, že zahrnuje alespoň jedno zařízení pro provedení teplotní reference podle některého z nároků 1 až 10.

12. Infračervená detekční kamera, zahrnující optickou cestu s alespoň jedním kolimátorem (5) a alespoň jedním snímacím zrcadlem (7), infračervený detekční prvek (11) a alespoň jednu teplotní referenci s radiačním povrchem (31A) při regulovatelné teplotě, vyznačená tím, že teplotní reference, zahrnuje reflexní optický hranol (17), který přijímá záření, emitované z radiačního povrchu (31A) a odráží toto záření do optické cesty směrem k detekčnímu prvku (11).

13. Infračervená detekční kamera podle nároku 12, vyznačená tím, že radiační povrch (31A) je sdružen s tepelným čerpadlem (35), který udržuje radiační povrch (31A) při regulované teplotě.

14. Infračervená detekční kamera podle nároku 12 nebo 13, vyznačená tím, že záření, přicházející z radiačního povrchu (31A) , je podrobeno v optickém hranolu

16 84200A • · ·«« · ··«· (17) alespoň jednomu úplnému lomu a alespoň jednomu úplnému odrazu.

15. Infračervená detekční kamera podle nároku 12,13 nebo 14, vyznačená tím, že optický hranol (17) má alespoň tři strany (17A,17B,17C), z nichž první strana (17A) je určena pro zavedení záření, emitovaného z radiačního povrchu (31A), dovnitř optického hranolu (17), a druhá strana (17B) je určena pro vyvedení záření, které se odrazilo uvnitř optického hranolu (17), ven z optického hranolu (17).

16. Infračervená detekční kamera podle některého z nároků 12 až 15, vyznačená tím, že optický hranol (

17) má vstupní první stranu (17A), skrze kterou je zavedena alespoň část záření, přicházejícího z radiačního povrchu (31A), do optického hranolu (17), druhou stranu (17B), která svírá s první stranou (17A) takový úhel, aby se záření, zlomené první stranou (17A) odrazilo od vnitřního povrchu druhé strany (17B) směrem k třetí straně (17B) optického hranolu (17), a třetí stranu (17C), která svírá s druhou stranou (17B) takový úhel, aby se záření, odražené od vnitřního povrchu druhé strany (17B) směrem k třetí straně (17C), odrazilo od vnitřního povrchu třetí strany (17C) směrem k druhé straně (17B) při takovém úhlu, aby se záření zlomilo druhou stranou (17B) a vyvedlo se z optického

hranolu (17) ven. 17. Infračervená detekční kamera podle nároku 12 až 16, vy značená tím, že reflexní třetí strana (17C) optického hranolu (17), na které dochází k poslednímu odrazu záření předtím, než se toto záření vyvede z optického hranolu (17) , leží v ohniskové rovině (3) vstupního

16 84200A *· * · · » · t · » t 4 ·

4 4 * 4 4 « ·

4 4* 4 4 4 4*4 44 · 4444 objektivu (1).

18. Infračervená detekční kamera podle nároku 17, vyznačená tím, že radiační povrch (31A) je zcela umístěn, vhledem k ohniskové rovině (3) vstupního objektivu, (1) na straně, která je opačná ke straně vstupu záření, přicházejícího z vnějšího prostředí a snímaného vstupním objektivem (1).

19. Infračervená detekční kamera podle některého z nároků 12 až 18, vyznačená tím, že směr vyvedení odraženého záření je přibližně kolmý ke směru záření, vstupujícího do optického hranolu (17).

20. Infračervená detekční kamera podle některého z nároků 12 až 19, vyznačená tím, že optický hranol (17) má klínový okraj (17S), vytvořený výstupní druhou stranou (17B) odraženého záření a třetí stranou (17C), na které dochází k poslednímu odrazu záření předtím, než se toto záření vyvede z optického hranolu (17), přičemž klínový okraj (17S) leží v poloze, odpovídající okraji obrazu, detekovaného kamerou.

21. Infračervená detekční kamera podle některého z nároků 12 až 20, vyznačená tím, že radiační povrch (31A) je umístěn uvnitř zásobníku (15), celistvého s optickým hranolem (17) a majícího okénko (37) pro záření, emitované radiačním povrchem (31A), přičemž okénko (37) je uzavřeno jednou stranou optického hranolu (17).

22. Infračervená detekční kamera podle některého z nároků 12 až 20, vyznačená tím, že radiační povrch (31A) a tepelné čerpadlo (35) jsou uspořádány

16 84200A • « 9 9 9 9 · 9 9 · « · » 9 9 9 9 9

9999 *99 9·· *9 ·· 999 v zásobníku (15) s okénkem (37), uzavřeným krycím prvkem (39), odděleným od optického hranolu (17).

23. Infračervená detekční kamera podle nároku 22, vyznačený tím, že zásobník (15) je v pevné poloze vzhledem k detekční kameře a optický hranol (17) je pohyblivý společně s alespoň jednou částí optických prvků kamery k umožnění zaostření obrazu snímaného detekční kamerou.