HU225641B1 - Eszköz infravörös sugárzást kimutató kamerához hõmérséklet referencia megvalósítására, és infravörös sugárzást detektáló kamera - Google Patents

Description

A találmány tárgya eszköz infravörös sugárzást kimutató kamerához hőmérséklet-referencia megvalósítására, és infravörös sugárzást detektáló kamera.

Jelen találmány azon eszközök csoportjába tartozik, amelyek infravörös sugárzást detektáló kamerák ezekre gyakran „IR-kameraként hivatkozunk - képeinek elektronikus feldolgozásához használt hőmérséklet-referenciát állítanak elő.

Az ilyen típusú hőmérséklet-referenciát főleg - de nem kizárólag - párhuzamos optikai letapogatás típusú IR-kameráknál használnak.

A találmány ugyanakkor kapcsolódik egy olyan, infravörös sugárzást (a továbbiakban IR sugárzást) detektáló kamerához, amelyben legalább egy ilyen hőmérséklet-referenciát előállító eszköz található.

A 8-12 mikrométeres hullámhossztartományban az infravörös sugárzás detektálásának legelterjedtebb módszere a sugárzásra érzékeny elemek egydimenziós tömbjén alapul - amire a továbbiakban általánosan IR-szenzorként hivatkozunk. Egy letapogatóeszközzel ellátott optikai fokuszálórendszer infravörös képet hoz létre a tömbön, amely a kép hőmérséklet-eloszlásának a részleteit (pixeleket) egy vonal mentén mutatja ki. A letapogatóeszköz hatására az infravörös kép a tömbhöz képest keresztirányban gyorsan és egyenletesen elmozdul, ezzel befolyásolva a teljes kép időbeli detekcióját. Egy ilyen típusú berendezés ismerhető meg a WO-A-9736420 számon közzétett szabadalmi iratból.

A kimutatott jelek elektronikus feldolgozásához a jeleket egy ismert hőmérséklet-referenciával kell összevetni, hogy képesek legyünk kalibrálni és kiegyenlíteni minden egyes detektálóelem válaszát úgy, hogy az elemek által kimutatott infravörös kép pontjaira eső intenzitás megegyezzen, és így megfeleljen egy azonos értékű elektromos jelnek.

A fent említett hőmérséklet-referenciák általában infravörös sugárzóenergiát kiadó, egyenletes felületek, amelyeket az optikai rendszeren belül a kimutatandó kép oldalain egy középső gyújtósíkban helyezünk el.

Az optikai rendszer általában a következő elemekből áll: objektív, kollimátor, optikai letapogatóeszköz és egy második objektív. Az első objektív egy képet formál, ezzel megalkotva a fent említett gyújtósíkot. A kollimátor a középső gyújtósíkról összegyűjti a sugarakat, amelyeket a letapogatóeszközön és a második objektíven keresztül újra fókuszálunk a detektorok tömbjén.

A referenciák által kibocsátott infravörös sugárzást a kollimátor gyűjti össze, és a képek letapogatása után a tömb mutatja ki.

Ahhoz, hogy a kalibrálás hatékony legyen, a referencia-hőmérséklet pontos szabályozására és a vizsgálandó kép átlagos hőmérsékletéhez közeli értéken tartására van szükség. Amikor a referencia-hőmérséklet nagyon alacsonnyá válik, a levegőben levő páratartalom megszilárdul, így jég keletkezhet, amely káros hatással lehet magára a referenciára. Ezért az eszközt elszigetelt, páramentes környezetben kell tartanunk. Ez az az követelmény, amely általában technikai komplikációk forrását jelenti az izolált környezet megvalósításával kapcsolatos problémák terén.

A hőmérséklet-referenciák megvalósításának másik problémaforrása az egyenletes kibocsátófelület. Amíg a hőmérséklet-referenciát - a megfelelő és szükséges letapogatási ütem után - a képletapogatások után határozzuk meg, fontos, hogy a referenciának nagyon pontos és tiszta éle legyen, és hogy a letapogatót - ahogyan azt már korábban említettük - a gyújtósíkban helyezzük el. így a kiegészítő ütem elég rövid lehet, ezzel is növelve a letapogatás hatékonyságát. Ilyen feltételek mellett, ha a referencia felülete nem egyenletes, annak hibáit a tömb kimutatja, és hibásan, a tömbelemek elektromos válaszainak sokféleségeként értelmezi.

A WO-A-9736420 számon közzétett szabadalmi irat által leírt infravörös sugárzást kimutató kamerában a hőmérséklet-referenciákat úgy alakítják ki, hogy két, vezérelt hőmérsékletű és a készülék belépési objektívjénél a gyújtósíkban elhelyezett vékony lemezt egy olyan térben helyeznek el, amelyet a meghatározandó IR sugárzás által keresztezett két optikai komponens zár le. Ugyanebben a térben megtalálhatóak a vékony lemezekhez tartozó hőszivattyúk és hőmérsékletszenzorok. Így a tér dimenziói nem elhanyagolhatóak, és számos probléma merül fel a páramentesség fenntartásával kapcsolatban.

Ráadásul ez a tér nélkülözhetetlen a kollimátor aktív részei számára, amelyeket az infravörös kép fokuszálása céljából elmozdíthatunk. A hőmérséklet-referenciákat alkotó együttesnek és az azt szabályozott hőmérsékleten tartó eszközöknek mozgathatóaknak kell lenniük. Ez a követelmény a hőmérséklet-referenciákhoz tartozó hőszivattyúk hődisszipálódásának problémájához vezet, és korlátozza a hőmérséklet-referenciák dinamikus válaszát.

IP-kamerákra további példákat ismerhetünk meg a GB-A-2100548 számú, GB-B-1562872 számú, EP-A-0459010 számú, GB-B-1418919 számú, EP-A-0365948 számú és az US-A-4280050 számú szabadalmi leírásokból.

Egy infravörös-televíziókamera ismerhető meg az US 3 718 751 számú szabadalmi leírásban, ahol különböző pozíciókba állítható az eszköz a hőmérséklet megállapítására, majd a mért értékeket egy komputerhez továbbítják.

Néhány esetben - amint az az US-A-4983837 számú vagy a US-A-4419692 számú szabadalmi leírásból ismert - a hőmérséklet-referenciát úgy kapjuk meg, hogy a vezérelt hőmérsékletű forrás által generált hőmérsékleti sugárzást kivetítjük a kamera detektálótömbje által meghatározandó helyszínről érkező sugár optikai útjára. Erre a célra visszaverő tükrökből álló elrendezésre van szükség. Az ilyen jellegű ismert konfigurációk különösen bonyolultak és nagy méretűek, továbbá nem adnak megoldást a páratartalom szabályozására abban a környezetben, amelyben a forrásokat elhelyeztük. Ráadásul nem biztosítanak hatékony megoldást az IR kép fokuszálására, ami pedig különösen fontos a hőmérséklet-referenciák jelenlétében.

HU 225 641 Β1

Jelen találmány célja egy olyan, IR-kamerákban hőmérséklet-referenciát előállító eszköz kialakítása, amelyet könnyű beszerelni és sokkal hatékonyabban védett a páratartalommal szemben.

Jelen találmány további célkitűzése egy olyan, legalább egy hőmérséklet-referenciát tartalmazó IR sugárzást detektáló kamera megvalósítása, amely nagyobb hatékonyságú és amelyben szabályozott páratartalom mellett könnyebb fenntartani a hőmérséklet-referenciát.

A fenti és további célokat és előnyöket - amelyek a következő leírás során nyilvánvalóvá válnak a szakember számára - úgy érjük el, hogy a sugárzó felületről érkező, szabályozott hőmérsékleten tartott sugárzást visszaverő elemek által meghatározott prizma segítségével elhajlítjuk az optikai út felé. A visszaverő elem valamelyik felületén visszaveri a sugárzást, továbbá valamelyik saját felületéről történő teljes visszaverődéssel - elhajlítja azt a hőkamerában levő detektálóeszközök irányába.

Ahogyan az majd a továbbiakból nyilvánvalóvá válik, a fenti konfigurációból kiindulva lehetőségünk nyílik számos előny kihasználására.

Valójában, első helyen, már nincs többé szükség arra, hogy a sugárzó felületet az IR-kamera által meghatározandó kép optikai útján helyezzük el, következésképpen nincs szükség arra, hogy ezen optikai út mentén egy, a hőmérséklet-referenciákat, hőszivattyúkat és megfelelő szenzorokat magában foglaló zárt teret biztosítsunk. Ezáltal megnő a detektálókamera hatékonysága, hiszen lecsökkentjük a meghatározandó sugár útjában levő komponensek számát.

A sugárzó felület által kibocsátott referenciasugárzást a prizma gyűjti össze, majd a referenciasugárzást a prizmán át, számos visszaverődésen és fénytörésen keresztül továbbítjuk a kamera IR-szenzorát alkotó detektorok tömbje felé. A prizma különleges formája azt jelenti, hogy a sugárzás főleg a prizma lapszögélének (dihedral edge) közelében koncentrálódik úgy, hogy a detekcióhoz az IR-kamera letapogató-rendszerének csak nagyon kis mértékű kiegészítő letapogatására van szükség.

Alapvetően a hőmérséklet-referenciák fent említett felépítésében az a rész, amit a jegesedéstől meg kell óvni, kívül esik azon a területen, ahol a képet alkotjuk (gyújtósík); így annak nem kell védettnek lennie, következésképpen a detektálókamera felépítése leegyszerűsödik, hatékonysága nő.

A gyújtósíkon helyezkedik el a prizma lapszögének (dihedral angle) felülete, amely fényes, átlátszó és nem okozhat egyenletességi hiányt. A referencia sugárzó felülete olyan távolságra van a gyújtósíktól, hogy az már fókuszon kívül esik. így a detektorok tömbjének minden detektálóelemében vett sugárzás a referencia sugárzó felületének egy nagy kiterjedésű részéről érkezik, így kiátlagoljuk és kiegyenlítjük a referencia sugárzó felületének egyenetlenségeit.

Ráadásul lehetőség nyílik arra, hogy a prizmát a fényvisszaverő felületével - amely a sugárzó felületről optikai úton érkező sugárzást elhajiítja a detektorok tömbjének irányába - helyezzük el a belépési objektív gyújtósíkjára, így a sugárzó felület és a megfelelő kapcsolódó elemek a gyújtósíkkal megegyező irányban maradnak, tekintettel a belépési objektíven áthaladó bejövő sugárzásra. Ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet-referenciát alkotó részek nem fogják megsérteni a belépési objektívhez tartozó területet. így lehetőségünk nyílik arra, hogy kereskedelmi forgalomban kapható komponenst használjunk belépési objektívnek.

Jelen találmány különösen előnyös felépítéséhez igazodva a fényvisszaverő prizmát egybeépíthetjük a mozgó optikai elemekkel, így az állandóan a gyújtósíkban marad, míg a sugárzó felületet, a hőszivattyút és a hőmérsékletszenzort elhelyezhetjük egy rögzített tárolóban. Ezen a módon, a hőmérséklet-referencia egyszerűsödött beszerelése mellett a hőszivattyúból sokkal hatékonyabban disszipálódik a hő úgy, hogy ez a hőáram nem befolyásolja a referenciák hőmérsékletét. Ez azt jelenti, hogy nagy dinamikájú hőmérséklet-referenciákat kaphatunk, azaz olyan referenciákat, amelyekben a sugárzó felület hőmérséklete gyorsan változhat. Ez azért fontos, mert a hőmérséklet-referenciát olyan hőmérsékleten kell tartani, amely függ a detektálókamera által megfigyelt helyszín átlagos hőmérsékletétől. Nagy dinamikájú hőmérséklet-referenciával lehetőség nyílik arra - legalább néhány alkalmazás esetén -, hogy az általános esetben használt kettő helyett egy hőmérséklet-referenciát használjunk.

A sugárzó felület kiterjedése elég nagy ahhoz, hogy olyan hőmérsékleti sugárzáshullámot bocsásson ki, amely a fényvisszaverő prizmát a fokuszálás! mozgások következtében felvett minden lehetséges pozícióban eléri. Ebben az esetben még egy ablak jelenik meg a hőmérséklet-referencia optikai útján, ugyanakkor a képnek a külső helyszíntől a detektorok tömbjéig tartó optikai útja változatlan marad. Másképpen kifejezve, nincs szükség a sugárzó felületet körülvevő légüres teret vagy szabályozott atmoszférájú teret körülhatároló kiegészítő ablakok kialakítására az optikai út mentén, [gy korlátozzuk a megfigyelés alatt álló helyszínről érkező sugárzást elnyelő optikai komponensek, és emiatt a detekciós rendszer hatékonyságát csökkentő komponensek számát. Másrészt a hőmérséklet-referencia sugárzó felületről érkező, a prizma felé irányított sugárzás optikai útján levő kiegészítő ablak jelenléte nem jelent hátrányt, sőt, inkább előnyös, hiszen segítségével csökkenthetjük a sugárzó felület kihűlésének mértékét.

Attól még, hogy a detektálókamera rögzített részére felszerelt összeállítást és a sugárzó felületet különösen az elért előnyök miatt részesítjük előnyben, nem szabad elvetni azt a lehetőséget sem, hogy a sugárzó felületet egybeépítjük a megfelelő prizmával, így a detektálókamera lehetséges, fokuszálómozgást végző optikai elemei együtt mozognának a prizmával.

A sugárzó felületet, a hőszivattyút és a hőmérsékletszenzort vagy bármilyen más csatlakoztatott részt bármelyik esetben könnyen elhelyezhetjük egy kisméretű tárolóban, amelyet nem kell (ellentétben a hagyományos készülékekkel) vákuumszivattyúhoz vagy más, páratartalmat kiküszöbölő eszközhöz csatlakoz3

HU 225 641 Β1 tatni; ennek oka pedig a tároló szerény méretében keresendő, ami azt jelenti, hogy a tárolóban esetleg megmaradó páratartalom mennyisége elhanyagolható, nem jelent veszélyt az eszköz működésére nézve.

Abban az esetben, mikor a sugárzó felületet és a prizmát egybeépítjük, a sugárzó felületet tartalmazó tároló elejét lezárhatjuk magának a prizmának a bemeneti oldalával, így csökkentjük az optikai eszközök számát és ezzel az eszköz költségét.

A találmány szerinti hőmérséklet-referenciát előállító eszköz jellemzője, hogy a sugárzó felületetet szabályozott hőmérsékleten tartó és azzal összekapcsolt hőszivattyúja van, ahol a hőszivattyú és a sugárzó felület egy tartályban van elhelyezve.

A találmány szerinti eszköz egy előnyös kiviteli alakja esetén a sugárzó felületéről érkező sugárzás, az optikai prizmán keresztülhaladva, legalább egy teljes fényvisszaverődésen megy keresztül, az optikai prizmának legalább három oldala van, amelyek közül a sugárzó felületről érkező sugárzás az első oldalnál lép be az optikai prizmába, és az optikai prizma belsejében teljes visszaverődést elszenvedett sugárzás második oldalnál lép ki az optikai prizmából, a sugárzó felülete tekintettel az optikai prizma visszaverődő felületére, amelyről a sugárzó felületről érkező sugárzás utoljára verődik vissza - az optikai prizmának azon az oldalán van elhelyezve, amelyik oldalon a sugárzás kilép az optikai prizmából, továbbá az optikai prizma első, második és harmadik oldalai olyan a dőléssel vannak kialakítva, hogy a sugárzó felületről érkező sugárzás az optikai prizma második és harmadik oldala által meghatározott él közelében koncentrálódik.

A találmány szerinti eszköz egy másik előnyös kiviteli alakja esetén az optikai prizmának van egy első oldala, amelyen keresztül az optikai prizmába belép a sugárzó felületről érkező sugárzás; van egy második oldala, amely az első oldallal akkora szöget zár be, hogy az első oldalon megtört sugárzás a második oldal belső felületéről visszaverődik az optikai prizmának a harmadik oldala felé, ahol a harmadik oldal a második oldallal akkora szöget zár be, hogy a második oldal belső felületéről a harmadik oldal felé visszaverődött sugárzás a harmadik oldal belső felületéről olyan szögben verődik vissza a második oldal felé, hogy a sugárzás megtörik a második oldalnál és kilép az optikai prizmából, az optikai prizma által visszavert sugárzás kilépésének iránya közelítőleg merőleges az optikai prizmába belépő sugárzás irányára. Míg egy további előnyös kiviteli alak esetén az optikai prizmával egybeépített tárolója van, amely tároló a sugárzó felület által kibocsátott sugárzást kibocsátó, az optikai prizma egy oldala által lezárt ablakkal van ellátva, a tárolón a sugárzó felületről kibocsátott sugárzást átengedő és egy, az optikai prizmától elkülönülő komponens által lezárt ablak van kialakítva, az optikai prizma pedig az ablakkal szemben van elhelyezve, és az optikai prizmától visszavert sugárzás kimeneti iránya az optikai prizmába belépő sugárzás irányára megközelítőleg derékszögű.

A találmány szerinti célkitűzést egy olyan IR-kamerával valósítjuk meg, amelynek

- legalább egy kollimátorból és egy letapogatóeszközből - tükörből - álló optikai útja,

- infravörös sugárzást kimutató eszköze és

- legalább egy, szabályozott hőmérsékletű sugárzó felülettel ellátott hőmérséklet-referenciát megvalósító eszköze van, és az optikai prizmának fényvisszaverő harmadik oldalán - amely a kamera egy belépési objektívének gyújtósíkjában van elhelyezve - a sugárzás felületéről érkező sugárzás az optikai sugár útjával szemben tükröződik, és a teljes sugárzási felülete - tekintettel a belépési objektív gyújtósíkjára - a környezetből érkező és a belépési objektív által felfogott sugárzás belépési helyéhez képest ellentétes oldalon van elhelyezve.

A találmány szerint IR-kamera egy előnyös kiviteli alakjának prizmája a visszavert sugárzás kimeneti oldala és az az oldal - amelyen a sugárzás az optikai prizmán belül utoljára törik meg, mielőtt a sugárzás kilépne az optikai prizmából - meghatározó éllel van ellátva, és amely él a kamera által detektált kép szélének megfelelő pozícióban van elhelyezve, továbbá a detektálókamerához képest rögzített tárolója van, továbbá az optikai prizma együtt mozog a kamera optikai komponenseinek legalább egy részével, ezzel lehetővé téve a detektálókamera által felvett képre való fokuszálást, és a tároló a kamera képét leképező gyújtósíkon kívül van elhelyezve.

A találmány szerinti infravörös sugárzást detektáló kamra egy előnyös kiviteli alakját és a kamrában lévő hőmérséklet-referenciát előállító eszközt a csatolt ábrák segítségével részletesen ismertetjük, ahol az

1. ábra a találmány szerinti infravörös sugárzást detektáló - IR- - kamera optikai útjának leegyszerűsített vázlata, a

2. ábra a találmány szerinti IR-kamera egyik lehetséges kiviteli alakjának hosszmetszete, a benne lévő, a találmány szerinti hőmérséklet-referenciát ellátó eszközzel, a

3. ábra a találmány szerinti hőmérséklet-referenciát létrehozó eszköz alkotóelemei kinagyítva, a

4. ábra a találmány szerinti hőmérséklet-referenciát létrehozó eszköz egy másik lehetséges kialakítása.

A hőmérséklet-referenciát megvalósító eszköz működésének megértését segítendő az 1. ábrán egy IR-kamera tipikus optikai rendszerének sematikus rajza látható. A tárgyról érkező sugárzást egy 1 objektív gyűjti össze, amely 1 objektívet az 1. ábrán egyetlen lencsével szemléltetünk. Megjegyezzük azonban, hogy az 1 objektív valójában kettő vagy több lencséből álló optikai rendszert alkot. Az 1 objektív a képet egy középső 3 gyújtósíkra fókuszálja. A 3 gyújtósíkról érkező sugárzást egy 5 kollimátor összegyűjti és egy 7 letapogatóeszköz felé kollimálja, amely 7 letapogatóeszközt az 1. ábrán egy mozgó tükör szemlélteti. A gyakorlatban azonban, ahogyan ez a WO-A-9736420 számon közzétett nemzetközi szabadalmi leírásból ismert, a 7 letapogatóeszköz tipikusan két mozgó tükörből, név szerint a letapogatótükörből (scanning mirror proper) és a váltott soros tükörből (interlacing mirror) áll. Az

HU 225 641 Β1

1. ábrán az 5 kollimátort egyetlen lencsével szemléltetjük, de az 1 objektlwel kapcsolatban leírtakhoz hasonlóan az 5 kollimátor Is több lencséből épül fel.

A 7 letapogatóeszköz után a sugárzás egy 9 második objektíven áthaladva egy 11 detektorok tömbjébe fokuszálódik. A gyakorlatban a 9 második objektív számos optikai komponensből tevődik össze, amelyeket az egyszerűbb ábrázolás érdekében az 1. ábráról elhagytunk, és így a 9 második objektívet egyetlen lencseként szemléltetjük.

Megjegyezzük, hogy a fent említett elemek mindegyike jól ismert, így ezek az elemek nem képezik a találmány részét. Ezen komponensek részletesebben megismerhetők a már hivatkozott WO-A-9736420 számon közzétett nemzetközi szabadalmi leírásból, amelynek tartalma része a jelen leírásnak.

Jellemző módon, a találmány célkitűzéséhez kapcsolódóan, az F optikai sugár útján kívül egy 15 tárolót helyezünk el, amely 15 tárolóban található egy sugárzó felület, amelynek hőmérsékletét hőszivattyúk segítségével szabályozott értéken tartjuk, és adott esetben meg is változtathatjuk, amint azt a következőkben részletesen kifejtjük. A 15 tárolóhoz tartozik egy 17 optikai prizma. A 17 optikai prizma az egyik oldalával érinti a 3 gyújtósíkot. Erre a későbbiek során részletesen kitérünk. A 15 tárolóban levő sugárzási felületről érkező sugárzás az F optikai sugár optikai útjában elhelyezett 17 optikai prizma 17A első oldalának - lapszögoldalélének - közelében koncentrálódik. A 17 optikai prizma 17A első oldalának - lapszögélének - kiterjedését a 7 letapogatóeszköz - tükör - túlfutásos mozgásának köszönhetően egy 11 detektorok tömbje érzékelni tudja. Mindazonáltal sok hagyományos eszközzel ellentétben itt nem a sugárzó felületet, hanem a 17 optikai prizma oldala által definiált fényvisszaverő felületet helyezzük el a 3 gyújtósíkban.

Ahogyan azt már korábban említettük, néhány ismert berendezésben a hőmérséklet-referenciákat tükrökön keresztül vetítik. Ezzel szemben a jelen találmányban a tükrözőhatást (specular effect) a 17 optikai prizmában, úgynevezett „teljes visszaverődés” jelenségével valósítjuk meg. Ez a 17 optikai prizmában lezajló és az optikai úttal kapcsolatos jelenség nélkülözhetetlen a már korábban említett, illetve a leírás során a következőkben ismertetendő előnyök eléréséhez.

Az 1. ábrán egyetlen hőmérsékletreferencia-megvalósító eszköz látható, amelyet a 15 tárolóban elhelyezett sugárzóforrás és egyetlen 17 optikai prizma segítségével hoztunk létre. Könnyen belátható, hogy a 3 gyújtósík két oldalán akár két hőmérséklet-referenciát megvalósító eszközt is kialakíthatunk, általában de nem szükségszerűen - a komponensek szimmetrikus elrendezésével.

A 2. ábrán egy, a jelen találmánynak megfelelően kialakított egyetlen hőmérséklet-referenciát megvalósító eszközt tartalmazó IR-kamera részletesebb rajza látható. Az azonos alkotóelemeket azonos hivatkozási számmal láttuk el.

A 2. ábrán a detektálókamera által megfigyelt helyszínről érkező IR sugárzás belépési irányát az F optikai sugár jelzi. A külső helyszínről érkező IR sugár keresztülhalad az 5 kollimátoron, amely 5 kollimátor a jelen kiviteli alak esetén két, egy 5A és egy 5B lencséből áll, az 5A és 5B lencsék egy, a fokuszáláshoz használt 21 mozgó berendezésen vannak elhelyezve. Az 5A és 5B lencsékből álló 5 kollimátornak azon az oldalán, ahol a sugár kilép az 5 kollimátorból, helyezzük el a rendszerhez tartozó első 7 letapogatóeszközt - tükröt -, amelynek hatására a 2. ábra síkjára merőleges A tengely mentén a letapogatás oszcillálómozgással történik. A 2. ábrán további, a 9 második objektívet alkotó két kiegészítő 9A és 9B lencse látható. Ezek mögött a 9A és 9B lencsék mögött önmagában ismert kiegészítő optikai komponensek és egy második oszcilláló, váltott soros tükör található.

Az 5A és 5B lencsékből álló 5 kollimátor előtt helyezkedik el az első objektív, amelyet az 1. ábrán az 1 hivatkozási szám jelöl, míg a 2. ábrán az első objektívet egyáltalán nem jelöljük. Az első objektív gyújtósíkját a 2. ábrán a 3 gyújtósík jelzi. Ez a belépési objektív tartalmazhat a detektálókamerán kívüli komponenst, amely komponens kereskedelmi forgalomban megvásárolható. Valójában a 3 gyújtósík lehetne a fokuszálöeszközökkel - mozgó 5 kollimátor - és hőmérséklet-referenciákkal felszerelt detektálókamerába érkező sugár belépési pontja.

A 21 mozgó berendezéshez rögzítjük a 17 optikai prizmát, amely így együtt mozog az 5A és 5B lencsékkel, a fokuszálómozgást követve. A fokuszálómozgást magától értetődő módon érjük el. A 17 optikai prizmát egy 17A első, egy 17B második, továbbá egy 17C harmadik és egy 17D negyedik oldalai határolják.

A detektálókamera rögzített részén - azon a részén, amely nem mozog együtt a fókuszáló 21 mozgó berendezéssel - van elhelyezve a 15 tároló, amelyben egy 31 test található, amelynek sík felületén helyezkedik el a referenciaként tekintett infravörös sugárzást kibocsátó 31A sugárzó felület. A 31 test hőmérsékletét a 31 testben elhelyezett 33 hőmérsékletszenzor mutatja ki. A 31 test hőátmenetet képez az - általában Peltier-hatás alapján működő - 35 hőszivattyúval. A 35 hőszivattyúnak a 31 testtel érintkező oldalával szemközti oldala a 15 tároló hátfalával érintkezik, amely hátfalat megfelelően illesztve - például (hő)bordák rendszerével - a hőt kifelé disszipálhatjuk.

A 15 tároló előrészén egy 37 ablak található, amely 37 ablak a 31 test 31A sugárzó felülete előtt van elhelyezve, és amelyet a például germániumlapból vagy más, a 31 testből kibocsátott infravörös sugárzást átengedő anyagból készített sík 39 záróelem zár le.

A 31 test 31A sugárzó felülete által kibocsátott sugárzás a 17A első oldalán keresztül belép a 17 optikai prizmába, majd a 17 optikai prizma 17C harmadik oldaláról visszaverődik az F optikai sugárra, ahogyan azt majd a 3. ábra kapcsán részletesen ismertetjük.

A 17 optikai prizma 17C harmadik és 17B második oldalai egy 17S élt alkotnak, amely a 3 gyújtósík lapfelszínén helyezkedik el, ez az a felület, amelyet a 2. ábrán nem ábrázolt 11 detektorok tömbje megfigyel, miközben a 7 letapogatóeszköz - tükör - pozitív irányban

HU 225 641 Β1 (az óramutató járásával ellentétes irányban) eléri a maximális oszcillációs helyzetét. Az 1. ábrán, majd a

2. ábrán részletesebben bemutatott példában csak egyetlen 17 optikai prizma található, amelyet egyik oldalával a készülék megfigyelési területére helyeztünk, a 17 optikai prizmához az egyetlen 31A sugárzó felület kapcsolódik, amely 31A sugárzó felület hőmérsékletét a 35 hőszivattyúk segítségével szabályozzuk. Azonban elképzelhető, hogy akármikor, ha két rendelkezésre álló hőmérsékletreferencia-eszközre van szükségünk, azt a készülék 0 optikai tengelyének másik oldalán szimmetrikus elrendezésben alakítjuk ki. Az, hogy egy vagy két hőmérsékletreferencia-eszközt használunk, attól függ, hogy az IR-megfigyelőeszközt milyen jellegű használatra tervezték,

A 3. ábra kapcsán érdemes megfigyelni, ahogy a sugárzó 31 test 31A sugárzó felületéről érkező referencia-IR-sugárzás egy része - R sugárzás - keresztülhalad a 15 tároló 39 záróelemén, majd visszaverődik a 17 optikai prizma 17A első oldalának külső felületéről. Az R sugárzás megtörik, belép a 17 optikai prizmába, ezzel elérve a prizma 17B második oldalának belső felületét. A 17B második oldal belső felületét elérő R sugárzás elhajlása olyan mértékű, hogy a sugárzás a teljes visszaverődés után eléri a 17 optikai prizma 17C harmadik oldalának belső felületét. A 3. ábrán megfigyelhető, hogy - a 31A sugárzó felületről érkező, a 17 optikai prizma 17C harmadik oldalát elérő - R sugárzás a 17S élhez közeli területen koncentrálódik.

A 3. ábrán a találmány szerinti kialakításnál példaképpen az R sugárzás két sugara érkezik a 31A sugárzó felületről, amelyek 17 optikai prizma a 17C harmadik oldalát két, különböző helyen érik el, az egyik esetben közelebb, a másikban távolabb a 17S élhez, ezeket a területeket a 7 letapogatóeszköz - tükör - működése közben lehet jól megfigyelni, miközben a 7 letapogatóeszköz - tükör - két különböző szögállást ér el.

A 17 optikai prizma 17C harmadik oldalának belső felületét elérő sugárzás a felületről teljesen visszaverődik és ismét eléri a 17 optikai prizma 17B második oldalának belső felületét. A 17C harmadik oldalról való teljes visszaverődés után a 17B második oldalt elérő sugárzás beesési szöge akkora, hogy a sugárzás megtörik és kilép a 17 optikai prizmából, ezzel belépve a készülék 0 optikai tengelyével párhuzamos irányú F optikai sugár átviteli útjára. A 17 optikai prizmában visszaverődéseket és töréseket elszenvedő, majd a 17 optikai prizmából kilépve az 5 kollimátort elérő sugárzás egy R1 sugárzásnak felel meg.

Ahogyan az eddigi leirásból világosan látható, a találmány megfelelő elrendezésével számos előny érhető el. Először is, a hőmérséklet-referenciát megvalósító eszköz sugárzó felületének 3 gyújtósíkjában - abban a síkban, amelyben az 1 objektív megalkotja a megfigyelés alatt álló helyszín képét - helyezkedik el. A hőmérséklet-referenciát megvalósító eszköz 31A sugárzási felülete a 17 optikai prizma 17 C harmadik oldaláról a 17S él közelében visszaverődő képéből áll. Ezáltal lehetőségünk nyílik arra, hogy kiküszöböljük az IR-kamerákban a külső környezet és a hőmérséklet-referenciát tartalmazó eszköz sugárzó felületének elkülönítésére általában használt úgynevezett ablakrendszereket a kimutatandó sugárzás optikai útjából. Ebben az esetben a 31 testben kialakított 31A sugárzó felület a nagyon is korlátos térfogatú 15 tároló belsejében található. Ezért a 15 tárolót nem kapcsolhatjuk össze páratartalmat kivonó rendszerekkel. A 11 detektorok tömbje által kimutatandó infravörös F optikai sugár útja mentén elhelyezkedő ablakokat - amelyek komponensei elnyelhetik az infravörös sugárzás egy részét és ezzel csökkenthetik az eszköz érzékenységét - így tehát kiküszöböljük.

A15 tároló rögzítésével és a 17 optikai prizmának a 21 mozgó berendezéssel történő egybeépítésével a 35 hőszivattyúval hőátmenetet képző tároló hátsó falán keresztül történő hődisszipáció jelentősen leegyszerűsödik. Ezáltal az eszköz sokkal dinamikusabbá válik, és ezzel a konfigurációval lehetőségünk nyílik arra, hogy egyes alkalmazásokban két hőmérsékletreferencia-megvalósító eszköz helyett csak egyetlen eszközt használjunk.

A 17 optikai prizma visszaverő 17C harmadik felületét a 3 gyújtósíkon, míg magát a 17 optikai prizmát, a 15 tárolót a benne található eszközökkel együtt a 3 gyújtósík alatt, a detektálókamerába belépő F optikai sugár útja szerint helyezzük el. így a 3 gyújtósík felett már nincsenek komponensek, ezért használhatunk szokványos objektíveket, nem kell speciális objektíveket terveznünk az IR-kamerához.

Ahogyan az a 3. ábrán látható, a 31A sugárzó felület kiterjedése elegendően nagy ahhoz, hogy lehetővé tegye a fokuszáláshoz használt 21 mozgó berendezéssel együtt haladó 17 optikai prizma elmozdulását. Annak ellenére, hogy ez a haladó mozgás minden esetben csak pár milliméterre korlátozódik, a 31A sugárzó felület által kibocsátott R sugárzás egy kis része a 17A első oldali felületen keresztül mindig áthalad a 17 optikai prizmán, majd a fent ismertetett fénytörések és visszaverődések után továbbítódik az F optikai útra.

Ráadásul, ahogyan az a 3. ábrán jól látható, a 17S éloldalnál koncentrálódik a 31A sugárzó felület meglehetősen nagy részéről érkező sugárzás. így a 31A sugárzó felület bármely egyenetlensége kiátlagolódik a 17 optikai prizma 17C harmadik oldalának belső felületén, és egy alapjában véve egyenlő intenzitású kép keletkezik.

A fentebb ismertetett előnyök tekintélyes része szintén fellelhető a találmány szerinti eszköz 4. ábra szerinti leegyszerűsített rajzán. A 4. ábrán a 3. ábrán is szereplő optikai komponensek láthatóak, célunk az, hogy nyilvánvalóvá váljon: a komponenseket a 2. ábrán szereplő kiegészítőszerkezetnek megfelelően is elrendezhetjük. Ez a felépítés - amelyben ugyanazokat a részeket ugyanazon hivatkozási számok jelölik, mint amelyeket a korábbi, 2. és 3. ábrán jelöltek -, amelyben a 17 optikai prizmát meghosszabbítottuk, a 31A sugárzó felületről érkező R sugárzást visszaverő elemen kívül egy, a 31 testet és a 35 hőszivattyút magában foglaló 15 tárolót lezáró elemet helyeztünk el. A sugárzás ismét a 17A első oldalon keresztül lép be a

HU 225 641 Β1 prizmába, majd a 17A első oldalon megtört R sugárzás a 17B második oldalról verődik vissza, és a 17 optikai prizma harmadik 17C harmadik oldala felé irányul. Innen a sugárzás visszaverődik, majd a 17 optikai prizma 17D negyedik oldalán megtörik a 17S él közelében.

A 2. és a 3. ábrán bemutatott kiviteli alakokkal összehasonlítva a 4. ábrán látható kialakításból hiányzik egy komponens, nevezetesen a 15 tárolót lezáró 39 záróelem. Ez csökkentheti a gyártási költségeket, ugyanakkor korlátozás is, ha figyelembe vesszük, hogy a 15 tároló ebben az esetben egybe van építve a 17 optikai prizmával. Amennyiben a 17 optikai prizmát a 21 mozgó berendezéshez erősítjük, fokuszáláskor a 15 tárolónak is mozdulnia kell. Ebben az esetben az előnyök, amelyek abból származnak, hogy a 15 tároló helyzetét rögzítjük, pontosabban az az előny, hogy a 35 hőszivattyú által generált hő hatékonyabban disszipálódik a külső környezet felé, elveszik. Az utóbbi előnyös tulajdonság nem vész el, ha az eszközben nem alkalmazunk mozgó részeket fokuszáláshoz. Ebben az esetben mind a 17 optikai prizmát, mind a 15 tárolót az 5 kollimátor optikai elemeivel együtt egy közös, rögzített pozícióba helyezzük el.

Megjegyezzük, hogy a bemutatott ábrák csupán példa jellegűek, céljuk a jelen találmány praktikus bemutatása, a találmány felépítése és elrendezése azonban megváltozhat anélkül, hogy az eredeti találmányi gondolattól eltérünk.

Claims (17)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eszköz infravörös sugárzást kimutató kamerához tartozó hőmérséklet-referencia megvalósítására, amelynek a kamerában egy szabályozott hőmérsékleten tartott sugárzó felülete (31 A) és egy, a sugárzó felületről (31 A) érkező sugárzás (R) a sugárzó felülethez (31 A) képest elhajló irányba, a detektáló optikai útvonal felé visszaverő prizmája (17) van, azzal jellemezve, hogy a sugárzó felületet (31 A) szabályozott hőmérsékleten tartó és azzal összekapcsolt hőszivattyúja (35) van.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a hőszivattyú (35) és a sugárzó felület (31 A) egy tartályban (15) van elhelyezve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a sugárzó felületéről (31 A) érkező sugárzás, az optikai prizmán (17) keresztülhaladva, legalább egy teljes fényvisszaverődésen megy keresztül.
4. 4. Az 1-3. igénypontok szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az optikai prizmának (17) legalább három oldala (17A, 17B, 17C) van, amelyek közül a sugárzó felületről (31 A) érkező sugárzás (R) az első oldalnál (17A) lép be az optikai prizmába (17), és az optikai prizma (17) belsejében teljes visszaverődést elszenvedett sugárzás (R) második oldalnál (17B) lép ki az optikai prizmából (17).
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a sugárzó felülete (31 A) - tekintettel az optikai prizma (17) visszaverődő felületére, amelyről a sugárzó felületről (31 A) érkező sugárzás (R) utoljára verődik vissza - az optikai prizmának (17) azon az oldalán van elhelyezve, amelyik oldalon a sugárzás (R) kilép az optikai prizmából (17).
6. 6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az optikai prizma (17) első (17A), második (17B) és harmadik (17C) oldalai olyan a dőléssel vannak kialakítva, hogy a sugárzó felületről (31 A) érkező sugárzás (R) az optikai prizma (17) második (17B) és harmadik (17C) oldala által meghatározott él (17S) közelében koncentrálódik.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az optikai prizmának (17) van egy első oldala (17A), amelyen keresztül az optikai prizmába (17) belép a sugárzó felületről (31 A) érkező sugárzás (R), van egy második oldala (17B), amely az első oldallal (17A) akkora szöget zár be, hogy az első oldalon (17A) megtört sugárzás (R) a második oldal (17B) belső felületéről visszaverődik az optikai prizmának (17) a harmadik oldala (17C) felé, ahol a harmadik oldal (17C) a második oldallal (17B) akkora szöget zár be, hogy a második oldal (17B) belső felületéről a harmadik oldal (17C) felé visszaverődött sugárzás (R) a harmadik oldal (17C) belső felületéről olyan szögben verődik vissza a második oldal (17B) felé, hogy a sugárzás (R) megtörik a második oldalnál (17B) és kilép az optikai prizmából (17).
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az optikai prizma (17) által visszavert sugárzás (R) kilépésének iránya közelítőleg merőleges az optikai prizmába (17) belépő sugárzás (R) irányára.
9. 9. A 2. igénypont szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az optikai prizmával (17) egybeépített tárolója (15) van, amely tároló (15) a sugárzó felület (31 A) által kibocsátott sugárzást (R) kibocsátó, az optikai prizma (17) egy oldala által lezárt ablakkal (37) van ellátva.
10. 10. A 2. igénypont szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a tárolón (15) a sugárzó felületről kibocsátott sugárzást (R) átengedő és egy, az optikai prizmától (17) elkülönülő záróelem (39) által lezárt ablak (37) van kialakítva, az optikai prizma (17) pedig az ablakkal (37) szemben van elhelyezve.
11. 11. Az 1-10. igénypontok bármelyik szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az optikai prizmától (17) visszavert sugárzás (R) kimeneti iránya az optikai prizmába (17) belépő sugárzás (R) irányára megközelítőleg derékszögű.
12. 12. Infravörös sugárzást detektáló kamera, amelynek

    - legalább egy kollimátorból (5) és egy letapogatóeszközből - tükörből - (7) álló optikai útja,

    - infravörös sugárzást kimutató detektortömbje (11) és

    - legalább egy, szabályozott hőmérsékletű sugárzó felülettel (31 A) ellátott hőmérséklet-referenciát megvalósító eszköze van, azzal jellemezve, hogy eszköze az 1-11. igénypontok szerinti.
13. 13. A 12. igénypont szerinti, infravörös sugárzást detektáló kamera, azzal jellemezve, hogy az optikai prizmának (17) fényvisszaverő harmadik oldalán (17C)

    HU 225 641 Β1

    - amely a kamera (5) egy belépési objektívének (1) gyújtósíkjában van elhelyezve - a sugárzás felületéről (31A) érkező sugárzás (R) az optikai sugár (F) útjával szemben tükröződik.
14. 14. A 13. igénypont szerinti, infravörös sugárzást detektáló kamera, azzal jellemezve, hogy a teljes sugárzási felülete (31 A) - tekintettel a belépési objektív (1) gyújtósíkjára (3) - a környezetből érkező és a belépési objektív (1) által felfogott sugárzás belépési helyéhez képest ellentétes oldalon van elhelyezve.
15. 15. A 12-14. igénypontok bármelyike szerinti, infravörös sugárzást detektáló kamera, azzal jellemezve, hogy az optikai prizmája (17) a visszavert sugárzás (R) kimeneti oldala (17B) és az az oldal - amelyen a sugárzás (R) az optikai prizmán (17) belül utoljára törik meg, mielőtt a sugárzás (R) kilépne az optikai prizmából (17) - meghatározó éllel (17S) van ellátva, és amely él (17S) a kamera (5) által detektált kép szélének megfelelő pozícióban van elhelyezve.

    5
16. 16. A 12-15. igénypontok bármelyike szerinti, infravörös sugárzást detektáló kamera, azzal jellemezve, hogy a detektálókamerához (5) képest rögzített tárolója (15) van, továbbá az optikai prizma (17) együtt mozog a kamera (5) optikai komponenseinek legalább egy ré10 szével, ezzel lehetővé téve a detektálókamera (5) által felvett képre való fokuszálást.
17. 17. Az 1-15. igénypontok bármelyik szerinti infravörös sugárzást detektáló kamera, azzal jellemezve, hogy a tároló (15) a kamera (5) képét leképező gyújtó15 síkon (3) kívül van elhelyezve.