SK6532002A3

SK6532002A3 - Device for implementation of a temperature reference in a camera for detecting infrared radiation, and a camera comprising said device

Info

Publication number: SK6532002A3
Application number: SK653-2002A
Authority: SK
Inventors: Silvano Pieri; Monica Olivieri
Original assignee: Galileo Avionica Spa
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-03-04
Also published as: EP1257118A1; AU4060902A; US20030213897A1; ZA200203641B; PL353786A1; HU225641B1; CZ20021619A3; HUP0201595A2; HU0201595D0

Description

ZARIADENIA NA USKUTOČNENIE TEPLOTNEJ REFERENCIE V KAMERE

PRE DETEKOVANIE INFRAČERVENÉHO ŽIARENIA A KAMERA

ZAHRŇUJÚCA TOTO ZARIADENIE

Oblasť techniky

Vynález sa týka zariadenia, ktoré uskutočňuje teplotnú referenciu, ktorá má byť použitá pre elektronické spracovanie obrazov získaných z kamier, ktoré detekujú infračervené žiarenie a ktoré sa zvyčajne označujú ako infračervené kamery.

Tento typ teplotnej referencie sa najmä, nie však výlučne, používa v infračervených kamerách s paralelným optickým snímaním.

Vynález sa rovnako týka kamery pre detekovanie infračerveného žiarenia s aspoň jedným žiarením, ktoré uskutočňuje teplotnú referenciu.

Doterajší stav techniky

Najviac rozšírené techniky týkajúce sa detekovania infračerveného žiarenia vo vlnovom pásme 8 až 12 pm, sú založené na použití jednorozmernej rady prvkov, ktoré sú citlivé na infračervené žiarenie a sú zvyčajne označované ako infračervené senzory. Optický zaostrovací systém, ktorý je taktiež vybavený snímacím zariadením, vytvára infračervený obraz na rade infračervených senzorov, ktoré detekujú detaily (obrazové prvky) teplotnej distribúcie infračerveného obrazu pozdĺž línie. Snímacie zariadenie spôsobuje rýchle a pravidelné posúvanie infračerveného obrazu v priečnom smere vzhľadom k rade infračervených senzorov, čím uskutočňuje detekciu celého obrazu v čase. Zariadenie tohto typu je opísané v patentovej prihláške WO - A - 9736420.

31939/T r r r r c ŕ* c r f r. C- r r r o c r- ľ c ·

Elektronické spracovanie detekovaných signálov vyžaduje porovnanie týchto signálov so známou teplotnou referenciou tak, aby bolo možné kalibrovať a vyrovnať odozvu každého detekčného prvku tak, aby rovnakej intenzite na bodoch infračerveného obrazu detekovanej každým prvkom zodpovedal rovnaký elektronický signál.

Vyššie uvedené teplotné referencie sú zvyčajne rovnomerné povrchy, ktoré emitujú energiu infračerveného zariadenia a sú umiestnené na stranách obrazu, ktorý má byť detekovaný v strednej ohniskovej rovine vo vnútri optického systému.

Optický systém typicky zahŕňa vstupný objektív, kolimátor, optické snímacie zariadenie a druhý objektív. Vstupný objektív vytvára obraz vo vyššie uvedenej strednej ohniskovej rovine. Kolimátor sústreďuje žiarenie zo strednej ohniskovej roviny a toto žiarenie sa cez snímacie zariadenie a druhý objektív opätovne zaostrí na radu detekčných prvkov.

Infračervené žiarenie emitované teplotnými referenciami sa sústreďuje samotným kolimátorom a detekuje sa radou detekčných prvkov na konci každého snímacieho obrazu. Aby kalibračná operácia bola účinná, je nutné dosiahnuť to, aby referenčná teplota bola presne regulovaná a ponechaná v tesnej blízkosti priemernej teploty obrazu, ktorý má byť detekovaný. Keď sa referenčná teplota stane veľmi nízkou, vlhkosť prítomná vo vzduchu stuhne za vytvorenia ľadu, ktorý môže poškodiť samotnú teplotnú referenciu. Z tohto dôvodu sa zariadenie musí ponechať v izolovanom prostredí bez prítomnosti vlhkosti. Táto požiadavka je typickým zdrojom technických komplikácií, kvôli problémom spočívajúcim v dosiahnutí tohto izolovaného prostredia.

Ďalším zdrojom problémov, ktoré sa týkajú uskutočnenia teplotných referencií, je rovnomernosť emitujúcich povrchov. Pretože teplotná referencia je detekovaná na koncoch snímacieho záberu pre snímanie obrazu, vhodným dodatočným snímacím záberom, je nutné zaistiť, aby teplotná referencia mala

31939/T veľmi presný a zreteľný okraj a bola umiestnená v ohniskovej rovine, ako to bolo uvedené vyššie. Týmto spôsobom môže byť dodatočný snímací záber výhodne veľmi krátky na dosiahnutie vyššej snímacej účinnosti. Za týchto podmienok, keď povrch referencie nie je rovnomerný, nerovnomernosti tohto povrchu sa detekujú detekčnými prvkami rady a zle interpretujú ako diverzita elektrickej odozvy detekčných prvkov rady.

V infračervenej detekčnej kamere opísanej v patentovej prihláške WO A - 9736420 sú teplotné referencie vytvorené z dvoch vrstiev, ktoré sú ponechané pri regulovanej teplote a umiestnené do ohniskovej roviny na vstupnej strane objektívu tohto zariadenia a vo vnútri priestoru uzavretého dvoma optickými prvkami, ktorými prechádza infračeivené žiarenie, ktoré má byť detekované. V tomto rovnakom priestore sú usporiadané aj tepelné čerpadlá a teplotné senzory združené s uvedenými vrstvami. Tento priestor je teda značne veľký a spôsobuje množstvo problémov spočívajúcich v dosiahnutí tohto priestoru zbaveného vlhkosti.

Okrem toho, je tento priestor celistvý s aktívnymi prvkami kolimátora, ktoré sú pohyblivé, aby umožňovali zaostrenie infračerveného obrazu. V dôsledku toho musí byť celá zostava, tvorená teplotnými referenciami pri regulovanej teplote pohyblivá. To vyvoláva problém, týkajúci sa rozptýlenia tepla tepelnými čerpadlami, združenými s teplotnými referenciami, a obmedzuje dynamickú odozvu samotných referencií.

Ďalšie príklady infračervených kamier sú opísané v patentových prihláškach GB - A - 2100548, GB - B - 1562872, EP-A - 0365948 a US A - 4280050.

V niektorých prípadoch, ako to je opísané v patentových prihláškach US -A - 4983837 a US - A - 4419692, sa teplotná referencia dosiahne premietnutím tepelného žiarenia, generovaného zdrojom s regulovanou teplotou, do optickej cesty zväzku, prichádzajúceho zo scény, ktorá má byť

31939/T ^r f c c r , - r.

( c r C r r / , . ,

'.C'.. .'.r /- -...V detekovaná, množstvom detekčných prvkov detekčného zariadenia. Za týmto účelom sa predpokladajú reflexné zrkadlá. Známe konfigurácie tohto typu sú značne zložité a ťažkopádne a neriešia problém, týkajúci sa regulácie vlhkosti v prostredí, v ktorom sú zdroje usporiadané. Okrem toho riešenie neposkytuje žiadny účinný spôsob zaostrenia infračerveného obrazu, ktorý berie do úvahy prítomnosť teplotných referencií.

Podstata vynálezu

Cieľom vynálezu je poskytnúť zariadenie pre generovanie teplotnej referencie v infračervenej kamere, ktoré by sa mohlo jednoduchým spôsobom inštalovať a ktoré by zaisťovalo účinnú ochranu proti vlhkosti.

Ďalším cieľom vynálezu je poskytnúť kameru pre detekovanie infračerveného žiarenia s aspoň jednou teplotnou referenciou, ktorá má vyššiu účinnosť a v ktorom sa teplotná referencia môže jednoduchým spôsobom udržovať za podmienok regulovanej vlhkosti.

Vyššie uvedené a ďalšie ciele a výhody vynálezu, ktoré sú odborníkovi v danom odbore jasne zrejmé z nasledujúceho textu, sa v podstate dosiahnu vychýlením žiarenia, prichádzajúceho z radiačného povrchu, ponechaného pri regulovanej teplote, do optickej detekčnej cesty reflexným prvkom, tvoreným optickým hranolom. Tento optický hranol prijíma žiarenie, ktoré sa má odraziť od jednej z jeho strán, a úplným odrazom na jednej z jeho vnútorných strán vychyľuje toto žiarenie do smeru detekčného prvku, ktorý je usporiadaný v tepelnej kamere.

Ako to bude zrejmé z nižšie uvedeného opisu, vyššie uvedenou konfiguráciou je možné dosiahnuť množstvo výhod.

31939/T

H c f r Γ _r < c r r r r <· c r r ' • ľ r - r /

Na prvom mieste je nutné upozorniť na to, že v skutočnosti radiačný povrch už nemusí byť umiestnený do optickej cesty obrazu, ktorý má byť detekovaný infračervenou kamerou a preto už nie je nutné poskytnúť pozdĺž uvedenej optickej cesty uzavretý priestor, v ktorom majú byť usporiadané teplotné referencie, tepelné čerpadlá a zodpovedajúce senzory. To zvyšuje účinnosť detekčnej kamery, pretože počet prvkov, umiestnených pozdĺž cesty zväzku, ktorý má byť detekovaný, sa zníži.

Referenčné zariadenie, emitované radiačným povrchom, sa zbiera hranolom a cez tento hranol množinou reflexií a refrakcií sa prenáša smerom k rade detekčných prvkov, tvoriacich infračervený senzor kamery. Konkrétny tvar hranolu je taký, že sa uvedené žiarenie koncentruje v blízkosti klinového okraja hranolu tak, že. sa detekcia uskutočňuje vo vnútri veľmi malého detekčného snímacieho záberu systému infračervenej kamery.

V podstate s vyššie uvedeným uskutočnením teplotnej referencie, časť, ktorá musí byť chránená, aby sa zamedzilo tvorbe ľadu, leží vo vnútri oblasti, v ktorej je vytvorený obraz (ohnisková rovina) a ktorá môže ostať v nechránenej oblasti, čo zjednodušuje konštrukciu a zvyšuje účinnosť detekčnej kamery.

V ohniskovej rovine leží povrch klinového okraja optického hranolu, ktorý je jasný a transparentný a nemôže spôsobiť nedostatok rovnomernosti. Radiačný povrch referencie je v určitej vzdialenosti od ohniskovej roviny, takže je nezaostrený. Týmto spôsobom každý detekčný prvok rady detekčných prvkov prijíma žiarenie, prichádzajúce z veľkej plochy radiačného povrchu referencie, takže nerovnomernosti, prítomné na radiačnom povrchu sú vyrovnané na priemernú hodnotu a kompenzované.

Okrem toho, je možné umiestniť optický hranol s reflexným povrchom, ktorý vychyľuje žiarenie, prichádzajúce od radiačného provrchu do optickej cesty smerom k rade detekčných prvkov, do ohniskovej roviny vstupného objektívu, čo ponecháva radiačný povrch a zodpovedajúce prvky, združené s radiačným povrchom, v polohe za ohniskovou rovinou vzhľadom k prichádzajúcemu žiareniu, ktoré prechádza cez vstupný objektív. To

31939/T « r r r '-Τ'.- znamená, že časti tvoriace teplotnú referenciu, nezasahujú do oblastí vstupného objektívu. Týmto spôsobom je možné použiť komerčne dostupný prvok, akým je napr. vstupný objektív.

V obzvlášť výhodnom uskutočnení vynálezu reflexný optický hranol

I môže byť celistvý s pohyblivými optickými prvkami, takže môže nepretržite ležať v ohniskovej rovine, zatiaľ čo radiačný povrch, tepelné čerpadlo a teplotný senzor môžu byť usporiadané v pevnom zásobníku. V dôsledku toho, okrem zjednodušenia inštalácie teplotnej referencie, dochádza k účinnejšiemu rozptylu tepla smerom von tepelným čerpadlom, pričom by tepelný tok mal vplyv na teplotu referencie. To znamená, že sa môže dosiahnuť teplotná referencia s vysokou dynamikou, t.j. teplotná referencia, v ktorej sa teplota radiačného povrchu môže rýchlo meniť. To je dôležité, pretože teplotná > referencia musí byť ponechaná pri teplote, ktorá závisí na priemernej teplote scény, ktorá je snímaná detekčnou kamerou. Teplotná referencia s vysokou dynamikou aspoň v niektorých aplikáciách umožňuje použiť iba jednu teplotnú referenciu na miesto dvoch zvyčajne používaných referencií.

Radiačný povrch má rozmery dostatočné pre emitáciu zväzku tepelného žiarenia, ktoré dosiahne reflexný optický hranol v ľubovoľnej polohe, ktorú optický hranol môže získať v dôsledku zaostrovacieho pohybu. V tomto prípade, sa na optickej ceste teplotnej referencie nachádza okienko, avšak optická cesta obrazu z vonkajšej scény, smerujúca k rade detekčných prvkov ostáva nezmenená. Inými slovami, pozdĺž uvedenej optickej cesty nie je nutné umiestniť ľubovoľné ďalšie okienka pre vymedzenie vákuového priestoru, alebo priestoru s regulovanou atmosférou, na uzavretie radiačného povrchu. Týmto spôsobom sa obmedzí počet optických prvkov, ktoré môžu absorbovať žiarenie, prichádzajúce zo snímanej scény, a teda prvky, ktoré môžu obmedziť účinnosť detekčného sytému. Naproti tomu, umiestnenie dodatočného okienka pozdĺž cesty žiarenia, prichádzajúceho z radiačného povrchu teplotnej referencie a vedenej smerom k optickému hranolu, nespôsobuje problémy,

31939/T e ·

R- .·.· .

avšak skôr predstavuje výhodu, pretože obmedzuje zníženie stupňa chladenia radiačného povrchu.

Dokonca skutočnosť, že konfigurácia s radiačným povrchom, pripevneným na pevnej časti detekčnej kamery predstavuje výhodnú konfiguráciu, nevylučuje možnosť poskytnutia radiačného povrchu, ktorý je integrálny s príslušným optickým prvkom a teda sa posúva spoločne s optickým hranolom, ktorý je integrálny s prípadnými optickými prvkami detekčnej kamery, ktoré sú pohyblivé pre zaostrovanie obrazu.

V oboch prípadoch radiačný povrch, tepelné čerpadlo a teplotný senzor, alebo ľubovoľný iný prvok, ktorý je združený s radiačným povrchom, tepelným čerpadlom a teplotným senzorom, môžu byť výhodne usporiadané v malom zásobníku, ktorý na rozdiel od konvenčných zariadení nemusí byť ponechaný v spojení s vákuovým čerpadlom kvôli vylúčeniu vlhokosti. Z tohto dôvodu zásobník zaberá malý priestor, čo znamená, že ľubovoľná zvyšková vlhkosť, obsiahnutá vo vnútri zásobníka, má nepatrnú veľkosť a dosahuje takú hodnotu, ktorá neohrozuje chod zariadenia.

Keď sú radiačný povrch a optický hranol navzájom integrálne, zásobník, v ktorom je umiestnený radiačný povrch, môže byť uzavretý na prednej strane vstupnou stranou optického hranola, aby sa obmedzil počet optických prvkov a teda znížila cena zariadenia.

Ďalšie výhodné znaky a uskutočnenia zariadenia pre uskutočnenie teplotnej referencie a infračervené kamery podľa vynálezu sú uvedené v priložených patentových nárokoch.

31939/T e e e re r r· c r ŕ· < r( r r t

Prehľad obrázkov na výkresoch

V nasledujúcej časti tejto prihlášky vynálezu je uvedený opis príkladov uskutočnenia, v ktorom sú urobené odkazy na priložené výkresy, na ktorých obr. 1 zobrazuje optickú cestu v infračervenej kamere, obr. 2 zobrazuje pozdĺžny rez časti infračervenej kamery v prípadnom uskutočnení s teplotnou referenciou, obr. 3 zobrazuje vo zväčšej mierke prvky, ktoré tvoria teplotnú referenciu, a obr. 4 zobrazuje rozdielne uskutočnenie teplotnej referencie.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Nasledujúci opis je uvedený na pochopenie pôsobenia teplotnej referencie, pričom v tomto opise sú uvedené odkazy na obr. 1, ktorý schématicky zobrazuje typický optický systém infračervenej kamery. Žiarenie, ktoré prichádza od predmetu, sa zbiera vstupným objektívom 1, ktorý je tu zastúpený jedinou šošovkou, avšak ktorý je v skutočnosti tvorený optickým systémom, vyrobeným z dvoch alebo viacerých šošoviek. Objektívom sa obraz zaostrí na strednú ohniskovú rovinu 3. Z ohniskovej roviny 3 sa žiarenie zbiera kolimátorom 5 a kolimuje smerom k snímaciemu zariadeniu, ktoré je zastúpené pohyblivým snímacím zrkadlom 7. Ako je to známe zo stavu techniky, akým je napr. patentová prihláška WO - A - 9736420, snímacie zariadenie typicky zahŕňa dve pohyblivé zrkadlá, najmä vlastné snímacie zrkadlo a predkladacie zrkadlo. Kolimátor je zastúpený na obr. 1 jedinou šošovkou, avšak v skutočnosti rovnako ako vstupný objektív je kolimátor tvorený množinou šošoviek.

31939/T

WV/ /.,

Za snímacím zariadením žiarenie prechádza druhým objektívom 9 a opätovne sa zaostri na rade detekčných prvkov. Druhý objektív 9 obr. 1, je zastúpený jedinou šošovkou, avšak v skutočnosti je tvorený množinou optických prvkov.

Všetky vyššie uvedené prvky nie sú súčasťou vynálezu a teda sú samé o sebe známe. Podrobnejší opis týchto prvkov je uvedený vo vyššie uvedených dokumentoch zo stavu techniky, najmä v patentovej prihláške WO - A 9736420.

V riešení podľa vynálezu sa predpokladá, že vo vnútri optickej cesty F optického zväzku, je usporiadaný zásobník 15, vo vnútri ktorého sa nachádza radiačný povrch, ktorého teplota sa udržuje pri regulovanej hodnote, ktorá sa môže meniť tepelným čerpadlom, ako to je podrobnejšie opísané v nižšie uvedenom opise. So zásobníkom 15 je združený optický hranol 17. Tento optický hranol 17 je usporiadaný tak, že jedna z jeho strán leží v ohniskovej rovine 3. Ako je to jasnejšie ž nižšie uvedeného opisu, žiarenie, prichádzajúce z radiačného povrchu, umiestneného vo vnútri zásobníka 15, sa sústreďuje v oblasti klinového okraja 17S optického hranolu 17, ktorý sa nachádza vo vnútri optickej cesty F optického zväzku. Táto oblasť klinového okraja optického hranolu 17 je viditeľná pre radu detekčných prvkov 11 vďaka pohybu snímacieho zrkadla 7 spôsobom, ktorý je známy sám o sebe.

Avšak na rozdiel od mnohých konvenčných zariadení nie je to radiačný povrch, ktorý prijíma polohu priamo v ohniskovej rovine 3, ale je to reflexný povrch, definovaný stranou optického hranolu 17, ktorý je usporiadaný v ohniskovej rovine 3.

Ako je to uvedené vo vyššie uvedenom opise, niektoré známe zariadenia predpokladajú teplotné referencie premietané cez zrkadlo. Na miesto toho, v riešení podľa vynálezu sa zrkadlový efekt dosiahne vo vnútri optického hranolu 17 v dôsledku javu „totálnej reflexie“. Použitie tohto javu so

31939/T • 9 r r r r r · · n

- e r » r, - .f _t r· r ľ r· r r. r : ' ť r spojenou optickou cestou vo vnútri optického hranolu je podstatnou skutočnosťou na dosiahnutie výhod uvedených vo vyššie uvedenom opise a ďalej diskutovaných v nižšie uvedenom opise.

Obr. 1 zobrazuje jedinú teplotnú referenciu vytvorenú s radiačným zdrojom, usporiadaným v zásobníku 15, a jeden jediný optický hranol 17. Avšak vynález je nutné chápať tak, že zariadenie podľa vynálezu môže zahŕňať dokonca dve teplotné referencie, umiestnené na opačných stranách ohniskovej roviny 3 a usporiadané typicky, ale nie výhradne, v symetrickej konfigurácii.

Obr. 2 zobrazuje podrobnejší pohľad na konštrukciu infračervenej kamery, zahrňujúcej teplotnú referenciu vytvorenú podľa vynálezu. Je nutné upozorniť na tď, že vzťahové značky, ktoré sú rovnaké na obr. 1 a 2 označujú na týchto obrázkoch rovnaké alebo zodpovedajúce prvky zariadenia.

Ako je to zrejmé z obr. 2, šípka F znázorňuje smer, ktorým infračervené žiarenie, ktoré prichádza zo scény, ktorá je snímaná detekčnou kamerou, vstupuje do detekčnej kamery. Zväzok infračerveného žiarenia, ktoré prichádza z vonkajšej scény, prechádza cez kolimátor 5, ktorý je v tomto príklade uskutočnenia tvorený dvoma šošovkami 5A a 5B, nanesenými pohyblivým zariadením 2T Za výstupnou stranou kolimátora, tvoreného šošovkami 5A a 5B, je usporiadané prvé snímacie zrkadlo 7, združené so systémom (tento systém nie je zobrazený, pretože je sám o sebe známy), ktorý umožňuje kývavý pohyb snímania okolo osy, kolmej k rovine obr. 2 a vyznačenej líniou A. Obr. 2 taktiež zobrazuje dve dodatočné šošovky 9A a 9B, ktoré tvoria časť druhého objektívu. Za týmito dodatočnými šošovkami sú usporiadané dodatočné optické prvky a druhé kývavé prekladacie zrkadlo, ktoré sú známe zo. stavu techniky.

Pred kolimátorom, tvoreným šošovkami 5A a 5B, je usporiadaný vstupný objektív I., ktorý je zobrazený na obr. 1, ale nie na obr. 2. Obr. 2 taktiež zobrazuje ohniskovú rovinu 3 vstupného objektívu 1_. Tento vstupný objektív 1.

môže byť tvorený externým prvkom detekčnej kamery, ktorý môže byť

31939/T r e Λ r r r r Or t· <- r · r r C r f> r ( c n r·. , t- , .'·/ /·. ' komerčne dostupný. V skutočnosti ohnisková rovina 3 môže byť vstupným bodom zväzku, vstupujúceho do detekčnej kamery, ktorá je vybavená zaostrovacím prostriedkom (pohyblivým kolimátorom 5) a tepelnou referenciou.

K pohyblivému zariadeniu 21 je pripevnený optický hranol 17, ktorý sa teda pohybuje integrálne s šošovkami 5A a 5B, čím sleduje zaostrovací pohyb. Tento optický hranol 17 má štyri strany 17A, 17B, 17C a 17D.

Na pevnej časti detekčnej kamery, t.j. časti, ktorá sa nepohybuje spoločne so zaostrovacím pohyblivým zariadením 21, jé usporiadaný zásobník 15, vo vnútri ktorého je umiestnené radiačné telo 31 s rovinným povrchom, ktorý tvorí radiačný povrch 31 A, ktorý emituje referenčné infračervené žiarenie.. Teplota radiačného tela 31 sa detekuje teplotným senzorom 33, umiestneným do vnútra samotného radiačného tela 31.. Radiačné telo 31 je v tepelnom kontakte s tepelným čerpadlom 35, typicky tvoreným tepelným čerpadlom na báze Peltierovho efektu. Strana tepelného čerpadla 35, ktorá je opačná k strane tepelného čerpadla 35, ktorá je v kontakte s radiačným telom 31., je v kontakte so zadnou stenou zásobníka 15, ktorá môže byť vhodne prispôsobená, napr. vybavená systémom rebier, na rozptýlenie tepla smerom von.

Na čelnej strane má zásobník 15 okienko 37, ktoré je usporiadané pred radiačným povrchom 31A a je uzavreté rovinným krycím prvkom 39, akým je napr. doska z germánia, alebo iného materiálu ktorý je transparentný pre infračervené žiarenie v rozsahu žiarenia, emitovaného radiačným telom 31.

Ako je to dobre zrejmé z obr. 3, žiarenie, emitované radiačným povrchom 31A radiačného tela 31, vstupuje do optického hranolu 17 cez prvú stranu 17A a odráža sa pozdĺž optickej cesty od tretej strany 17C optického hranolu 17.

31939/T e n r

Strany 17C a 17B optického hranolu 17 tvoria klinový okraj 17S, ktorý sa nachádza v laterálnej oblasti ohniskovej roviny 3, t.j. oblasti, ktorá sa detekuje radou detekčných prvkov 11 (nie sú zobrazené na obr. 2), keď je snímacie zrkadlo 7 v polohe maximálneho výkyvu, uskutočneného proti smeru otáčania hodinových ručičiek. Na obr. 1 a 2 je zobrazený iba jeden optický hranol 17, usporiadaný na jednej strane snímacou oblasťou detekčného zariadenia, a jediný radiačný povrch 31A, združený k tomuto optickému hranolu 17 a ponechaný pri regulovanej teplote tepelným čerpadlom 35. Avšak na druhej strane je možné predpokladať symetrické usporiadanie na opačných stranách vzhľadom k optickej osy O zariadenia v prípadoch, v ktorých je želané mať dve teplotné referencie. Použitie jednej alebo dvoch teplotných referencií závisí na type použitia infračerveného detekčného zariadenia.

V nasledujúcej opisnej časti, v ktorej sú robené odkazy na obr. 3, sa uvádza, akým spôsobom jedna radiačná časť R referenčného infračerveného žiarenia, prichádzajúca z radiačného povrchu 31A radiačného tela 31_, prechádza cez krycí prvok 39 zásobníka 15 a dopadá na vonkajší povrch prvej strany 17A optického hranolu 17. Radiačná časť R sa láme a vstupuje do vnútra optického hranolu 17, aby sa dosiahol vnútorný povrch druhej strany 17B samotného optického hranolu 17. Sklon, pod ktorým radiačná čať R dopadne na vnútorný povrch druhej strany 17B, je taký, aby sa dosiahol úplný odraz radiačnej časti R smerom k vnútornému povrchu tretej strany 17C optického hranolu 17. Ako je to najmä zrejmé z obr. 3, radiačná časť R, ktorá prichádza z radiačného povrchu 31A a dosiahne tretiu stranu 17C optického hranolu 17, sa koncentruje v oblasti, veľmi blízkej ku klinovému okraju 17S.

Formou príkladu obr. 3 zobrazuje dva zväzky radiačnej časti R referenčného infračerveného žiarenia, prichádzajúceho z radiačného povrchu

A, z ktorého jeden dosiahne tretiu stranu 17C v oblasti, najbližšej ku klinovému okraju 17S, a druhý dosiahne tretiu stranu 17C v oblasti, najvzdialenejšej od klinového okraja 17S, pričom oba uvedené zväzky sa môžu

31939/T r « c r e / (· r r r. .· r. t · c n <- r f' snímať snímacou operáciou snímacieho zrkadla 7, keď snímacie zrkadlo 7 dosiahne dve rozdielne uhlové polohy.

Žiarenie, ktoré dosiahne vnútorný povrch tretej strany 17C sa úplne odrazí od tohto povrchu a znovu dopadne na vnútorný povrch druhej strany 17B optického hranolu 17. Uhol, pod ktorým žiarenie po odraze od tretej strany 17C dopadne na druhú stranu 17B, je taký, že žiarenie sa láme a vystupuje z optického hranolu, aby vstúpilo do optickej cesty F zariadenia v smere paralelnom s optickou osou O tohto zariadenia. Z obr. .3 je zrejmá časť R1 žiarenia, ktorá sa odráža a láme vo vnútri optického hranolu 17 aby dosiahla kolimátor 5.

Ako to vyplýva z vyššie uvedeného opisu, usporiadanie podľa vynálezu má veľa výhod. Na prvom mieste je nutné upozorniť na skutočnosť, že v ohniskovej rovine 3 zariadenia, t.j. v rovine v ktorej vstupný objektív 1_ vytvára obraz scény, ktorá sa sníma, nie je prítomný žiadny radiačný povrch, tvoriaci teplotnú referenciu. Teplotná referencia je tvorená obrazom radiačného povrchu 31A, ktorý sa odráža od tretej strany 17C optického hranolu 17 v oblasti, nachádzajúcej sa vo veľkej blízkosti klinového okraja 17S. To umožňuje vylúčenie ‘ systému okienok, ktoré sa typicky používajú v infračervených kamerách na izolovanie radiačných povrchov, ktoré vytvárajú teplotné referencie, od vonkajšieho prostredia, z optickej cesty žiarenia, ktoré má byť detekované. V tomto prípade, je radiačný povrch 31 A, vytvorený radiačným telom 31_, umiestnený vo vnútornom oddelení zásobníka 15, ktorý zaberá veľmi obmedzený priestor. Uvedený zásobník 15 teda nemôže byť združený so systémami na odstránenie vlhkosti. Z oblasti, rozloženej pozdĺž optickej cesty F infračerveného zväzku, ktorý má byť detekovaný radou detekčných prvkov 11, sú teda vylúčené okienka, ktoré inak tvoria prvky, ktoré absorbujú určitú časť infračerveného žiarenia, čím znižujú citlivosť zariadenia.

31939/T * e r e or r <5< e c e cr ' c er r c r

r. r r ŕ

Umiestnenie zásobníka 15 v pevnej polohe a integrálne spojenie optického hranolu 17 s pohyblivým zariadením 21 napomáha rozptýleniu tepla cez zadnú stenu zásobníka, ktorá je v tepelnom kontakte s tepelným čerpadlom

I

35. To zvyšuje dynamiku zariadenia a umožňuje v tejto konfigurácii použitie jedinej teplotnej referencie v mnohých aplikáciách na miesto dvoch teplotných referencií.

• Reflexný povrch tretej strany 17C optického hranolu 17 sa nachádza na ohniskovej rovine 3, zatiaľ čo telo optického hranolu 17, zásobník 15 a všetky prvky, ktoré sa nachádzajú vo vnútri zásobníka 1_5, sú ’ umiestnené za ohniskovou rovinou 3 vzhľadom na optickú cestu F zväzku, vstupujúceho do detekčnej kamery. To vylučuje prítomnosť prvkov pred ohniskovou rovinou 3 a teda umožňuje použitie objektívu komerčného typu a eliminuje potrebu špeciálnych objektívov pre infračervenú kameru.

Ako je to zrejmé z obr. 3, radiačný povrch 31 má rozmery dostatočné na to, aby umožnil pohyb optického hranolu 17, ktorý sa posúva integrálne s pohylbivým prvkom 21 na dosiahnutie zaostrenia obrazu. Bez ohľadu na rozsah posunutia, ktoré je v ľubovoľnom prípade obmedzené na'niekoľko milimetrov, vždy existuje časť R radiačného žiarenia, emitovaného radiačným povrchom 31 A, ktorá prenikne do optického hranolu 17 a ktorá sa po uskutočnení vyššie uvedených odrazov a lomov zavedie dovnútra optickej cesty F.

Okrem toho, ako je to najlepšie zrejmé opäť z obr. 3, v oblasti klinového okraja 17S sa koncentruje žiarenie, prichádzajúce z rozmernejšej časti radiačného povrchu 31A. Týmto spôsobom sa ľubovoľný nedostatok rovnomernosti na radiačnom povrchu 31A vyrovná na vnútornom povrchu tretej strany 17C optického hranolu 17 a na tomto povrchu sa generuje obraz, majúci rovnomernú intenzitu.

31939/T c e· « cr .·?

r *- <· c r vr r ^r'· '·

Podstatná časť vyššie uvedených výhod sa taktiež dosiahne zjednodušenou konfiguráciou zobrazenou na obr. 4. Z obr. 4 sú zrejmé niektoré prvky, ktoré sú zobrazené na obr. 3, pričom sa rozumie, že tieto komponenty môžu byť usporiadané zodpovedajúcim spôsobom na nosnej štruktúre zobrazenej na obr. 2. Taktiež je samozrejmé, že rovnaké vzťahové značky na obr. 2, 3, 4 označujú rovnaké alebo zodpovedajúce prvky. V uskutočnení zobrazenom na obr. 4, má optický hranol 17 pozdĺžny tvar, pričom okrem toho, že tvorí prvok pre odrážanie žiarenia R, prichádzajúceho od radiačného povrchu 31A, rovnako tvorí krycí prvok zásobníka 15, v ktorom je usporiadané telo 31 a tepelné čerpadlo 35. Z obr, 4 je zrejmá prvá strana 17A optického hranolu 17, ktorá je vstupnou stranou pre prichádzajúce žiarenie, druhá strana 17B optického hranolu 17., na ktorej sa odráža žiarenie R, zlomené prvou stranou 17A, aby sa potom viedlo k tretej strane 17C optického hranolu 17. Na tejto strane sa žiarenie odráža a ďalej s láme druhou stranou 17B v blízkosti klinového okraja 17S.

V porovnaní s príkladom uskutočnenia zobrazeným na obr. 2 a 3, konfigurácia zobrazená na obr. 4 má o jeden prvok menej, pričom týmto prvkom je najmä krycí prvok 39 na uzavretie zásobníka 15. To vedie k'obmeďzeniu výrobných nákladov, avšak spôsobuje obmedzenie, spočívajúce v skutočnosti, že zásobník 15 je v tomto prípade integrálny s optickým hranolom 17. Keď je optický hranol 17 pripravený na zaostrovacom pohyblivom zariadení 21_, zaostrovanie spôsobuje integrálny posun zásobníka 15. V tomto prípade sa prichádza o výhody, ktoré vyplývali zo skutočnosti, že zásobník 15 je umiestnený v pevnej polohe, a ktoré spočívali najmä vo väčšej účinnosti rozptylu tepla, generovaného tepelným čerpadlom 35, smerom k vonkajšiemu prostrediu. O túto naposledy uvedenú výhodu sa neprichádza, keď zariadenie nemá pohyblivé časti na zaostrovanie. V tomto prípade tak optický hranol 17 ako aj zásobník 15 sú usporiadané v pevnej polohe spoločne s optickými prvkami kolimátora 5.

31939/T <· r

Je samozrejmé, že zobrazené uskutočnenia vynálezu predstavujú iba príklady uskutočnenia vynálezu, ktoré sú tu uvedené pre lepšie pochopenie podstaty vynálezu, a teda nijako neobmedzujú rozsah ochrany vynálezu, ktorý je vymedzený priloženými patentovými nárokmi, a že odborníkovi v danom odbore sú zrejmé ďalšie modifikácie, variácie a alternatívy uvedených uskutočnení, ktoré spadajú do rozsahu ochrany vynálezu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY r r c c e r rr e e · r r r Ce r r cr

C <* - ff , r r r f r . r «e r· rr ·* ·. · - -· , - - _f,

1. Zariadenie na uskutočnenie teplotnej referencie v infračervenej detekčnej kamere, pričom toto zariadenie zahŕňa radiačný povrch (31 A), ktorý je ponechaný pri regulovanej teplote, vyznačujúce sa tým, že ďalej zahŕňa optický hranol (17), ktorý prijíma žiarenie z radiačného povrchu (31 A) a odráža toto žiarenie podľa smeru, ktorý je vychýlený vzhľadom k radiačnému povrchu (31 A) smerom k detekčnej optickej ceste.
2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že radiačný povrch (31A) je združený s tepelným čerpadlom (35), ktoré udržuje radiačný povrch na regulovanej teplote.
3. Zariadenie podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že žiarenie, prichádzajúce z radiačného povrchu (31 A), pri priechode optickým hranolom (17) je podrobené aspoň jednému úplnému lomu a aspoň jednému úplnému odrazu.
4. Zariadenie podľa nárokov 1, 2 alebo 3, vyznačujúce sa tým, že že optický hranol (17) má aspoň tri strany (17A, 17B, 17C), z ktorých prvá strana (17A) je určená pre zavedenie žiarenia, emitovaného z radiačného povrchu (31 A), dovnútra optického hranolu (17) a druhá strana (17B) je určená pre vyvedenie žiarenia, úplne odrazeného vo vnútri optického hranolu (17), von z optického hranolu (17).

31939/T
5. Zariadenie podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že radiačný povrch (31 A) je umiestnený vzhľadom na reflexný povrch optického hranolu (17), na ktorom dochádza k poslednému odrazu žiarenia prichádzajúceho z radiačného povrchu (31A), úplne na strane výstupu žiarenia z optického hranolu (17).

f. _v

O n 0 ·?
6. Zariadenie podľa nárokov 4 alebo 5, vyznačujúce sa tým, že sklon prvej strany (17A), druhej strany (17B) a tretej strany (17C) optického hranolu (17) sú také, že žiarenie, prichádzajúce z radiačného povrchu (31 A) je koncentrované v blízkosti klinového okraja (17S), vytvoreného druhou stranou (17B) a treťou stranou (17C) optického hranolu (17).
7. Zariadenie podľa niektorého z predchádzajúceich nárokov, vyznačujúce sa tým, že optický hranol (17) má vstupnú prvú stranu (17A), cez ktorú vstupuje žiarenie, prichádzajúce z radiačného povrchu (31A), dovnútra optického hranolu (17), druhú stranu (17B), ktorá s prvou stranou (17A) zviera taký uhol, aby sa žiarenie, zlomené prvou stranou (17A), odrazilo od vnútorného povrchu druhej strany (17B) smerom k tretej strane (17C) optického hranolu (17), a tretiu stranu (17C), ktorá zviera s druhou stranou (17B) taký uhol, aby sa žiarenie, odrazené od vnútorného povrchu druhej strany (17B) smerom k tretej strane (17C), odrazilo od vnútorného povrchu tretej strany (17C) smerom k druhej strane (17B) pri takom uhle, aby sa žiarenie zlomilo druhou stranou (17B) a vyviedlo sa z optického hranolu 17 von.
8. Zariadenie podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že smer výstupu žiarenia, odrazeného hranolom (17) je približne kolmý k smeru žiareniu, vstupujúceho do optického hranolu (17).

31939/T ^r e r r r -r r r r c r r

Γ r r r r r <· r· - r r r

19 .....
9. Zariadenie podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že radiačný povrch (31 A) je umiestnený v zásobníku (15), integrálnom s optickým hranolom (17) a majúcim výstupné okienko (37) pre žiarenie, emitované radiačným povrchom (31A), pričom okienko (37) je uzavreté jednou stranou optického hranolu (17).·

r. f
10. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 8, vyznačujúce sa tým, že radiačný povrch (31 A) je umiestnený v zásobníku (15) s okienkom (37) pre výstup žiarenia, emitovaného z radiačného povrchu (31A), pričom okienko (37) je uzavreté krycím prvkom (39), ktorý je oddelený od optického hranolu (17).
11. Infračervená detekčná kamera, vyznačujúca sa tým, že zahŕňa aspoň jedno zariadenie pre uskutočnenie teplotnej referencie podľa niektorého z nárokov 1 až 10.
12. Infračervená detekčná kamera, zahrňujúca

- optickú cestu s aspoň jedným kolimátorom (5) a aspoň jedným snímacím zrkadlom (7),

- infračervený detekčný prvok (11), a

-aspoň jednu teplotnú referenciu s radiačným povrchom (31A) na regulovateľnej teplote, vyznačujúca sa tým, že teplotná referencia zahŕňa reflexný optický hranol (17), ktorý prijíma žiarenie, emitované z radiačného povrchu (31A) a odráža toto žiarenie do optickej cesty smerom k detekčnému prvku (11).

31939/T r r r r
13. Infračervená detekčná kamera podľa nároku 12, vyznačujúca sa tým, že radiačný povrch (31A) je združený s tepelným čerpadlom (35), ktoré udržiava radiačný povrch (31 A) na regulovanej teplote.
14. Infračervená detekčná kamera podľa nároku 12 alebo 13, vyznačujúca sa tým, že žiarenie, prichádzajúce z radiačného povrchu (31 A), je podrobené v optickom hranole (17) aspoň jednému úplnému lomu a aspoň jednému úplnému odrazu.
15. Infračervená detekčná kamera podľa nároku 12, 13, alebo 14, vyznačujúca sa tým, že optický hranol (17) má aspoň tri strany (17A, 17B, 170), z ktorých prvá strana (17A) je určená pre vstup žiarenia, emitovaného z radiačného povrchu (31A), dovnútra optického hranolu (17), a druhá strana (17B) je určená pre výstup žiarenia, ktoré sa odrazilo vo vnútri optického hranolu (17), von z optického hranolu (17).
16. Infračervená detekčná kamera podľa niektorého z nárokov 12 až 15, vyznačujúca sa tým, že optický hranol (17) má vstupnú prvú stranu (17A), cez ktorú vstupuje aspoň časť žiarenia, prichádzajúceho z radiačného povrchu (31A), do optického hranolu (17), druhú stranu (17B), ktorá zviera s prvou stranou (17A) taký uhol, aby sa žiarenie, zlomené prvou stranou (17A) odrazilo od vnútorného povrchu druhej strany (17B) smerom k tretej strane (17B) optického hranolu (17), a tretiu stranu (17C), ktorá zviera s druhou stranou (17B) taký uhol, aby sa žiarenie, odrazené od vnútorného povrchu druhej strany (17B) smerom k tretej strane (17C), odrazilo od vnútorného povrchu tretej strany (17C) smerom k druhej strane (17B) pri takom uhle, aby sa žiarenie zlomilo druhou stranou (17B) a vyviedlo sa z optického hranolu (17) von.

31939/T

C 9 e c ? r c p r c r , · r -
17. Infračervená detekčná kamera podľa nároku 12 až 16, vyznačujúca sa tým, že reflexná tretia strana (170) optického hranolu (17), na ktorej dochádza k poslednému odrazu žiarenia predtým, ako toto žiarenie vystupuje z optického hranolu (17), leží v ohniskovej rovine (3) vstupného objektívu (1).
18. Infračervená detekčná kamera podľa nároku 17, vyznačujúca sa tým, že radiačný povrch (31A) je celkom umiestnený, vzhľadom na ohniskovú rovinu (3) vstupného objektívu, (1) na strane, ktorá je opačná k strane vstupu žiarenia, prichádzajúceho z vonkajšieho prostredia a snímaného vstupným objektívom.
19. Infračervená detekčná kamera podľa niektorého z nárokov 12 až

18, vyznačujúca sa tým, že smer výstupu odrazeného žiarenia je približne kolmý k smeru žiarenia, vstupujúceho do optického hranolu (17).
20. Infračervená detekčná kamera podľa niektorého z nárokov 12 až

19, vyznačujúca sa tým, že optický hranol (17) má klinový okraj (17S), vytvorený výstupnou druhou stranou (17B) odrazeného žiarenia a treťou stranou (17C), na ktorej dochádza k poslednému odrazu žiarenia predtým, ako toto žiarenie vystupuje z optického hranolu (17), pričom klinový okraj (17S) leží v polohe, zodpovedajúcej okraju obrazu, detekovaného kamerou.
21. Infračervená detekčná kamera podľa niektorého z nárokov 12 až

20, vyznačujúca sa tým, že radiačný povrch (31 A) je umiestnený vo vnútri zásobníka (15), integraálne s optickým hranolom (17) a majúceho výstupné okienko (37) pre žiarenie, emitované radiačným povrchom (31A), pričom okienko (37) je uzavreté jednou stranou optického hranolu (17).

31939/T e e r c
22. Infračervená detekčná kamera podľa niektorého z nárokov 12 až 20, vyznačujúca sa tým, že radiačný povrch (31 A) a tepelné čerpadlo (35) sú usporiadané v zásobníku (15) s okienkom (37), uzavretým krycím prvkom (39), oddeleným od optického hranolu (17).

¹ I
23. Infračervená detekčná kamera podľa nároku 22, vyznačujúca sa tým, že zásobník (15) je v pevnej polohe vzhľadom k detekčnej kamere a optický hranol (17) je pohyblivý spoločne s aspoň jednou časťou optických prvkov kamery na umožnenie zaostrenia obrazu snímaného detekčnou kamerou.