Устройство преобразования ИК-изображений в видеосигнал

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Зыков Григорий Люцианович Залесский Валерий Борисович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство преобразования ИК-изображений в видеосигнал, содержащее объектив,оптически связанный с матрицей преобразующих элементов, блок обработки информации, элемент излучения, фотоприемники, отличающееся тем, что содержит линзу, оптически связанную с фотоприемниками, чувствительными в ближней ИК-области,выполненными в виде матрицы, соответствующей матрице преобразующих элементов, и электрически подключенными к блоку обработки информации, фокусирующую оптику,оптически связанную через зеркало с матрицей преобразующих элементов и линзой, причем элемент излучения оптически соединен с фокусирующей оптикой, а преобразующие элементы матрицы выполнены на основе микрорезонаторов Фабри-Перо, представляющих собой по две тонкопленочные интерференционные микроструктуры, между которыми расположен разделяющий слой, прозрачный в ИК-области.(56) 1. Арутюнов В.А., Васильев И.С., Иванов В.Г. и др. Перспективы разработок монолитных охлаждаемых матричных ИК-приборов для комплексированных многоспектральных систем обнаружения в диапазоне 1,5-5 и 8-12 мкм // Прикладная физика. - 2005. -5. С. 47-52. 2. Патент РБ 10398, 2008 (прототип). 67432010.10.30 Полезная модель относится к области оптики и может быть использована в системах обнаружения объектов, измерения распределения температуры, для визуализации ИКизображений в широком спектральном диапазоне и т.д. Известно устройство преобразования ИК-изображений в видеосигнал 1, которое состоит из объектива, оптически связанного с фоточувствительным прибором с зарядовой связью (фотоматрицей ПЗС-элементов с барьерами Шоттки), соединенным с холодильником и подключенным к блоку аналоговой обработки, который связан с блоком аналогоцифрового преобразования, последний соединен с блоком цифровой обработки, который связан с цифроаналоговым преобразователем, причем элементы устройства, кроме объектива и холодильника, соединены с блоком управления. Данное устройство имеет недостаточную помехозащищенность и чувствительность из-за влияния дестабилизирующих факторов, таких как электромагнитные наводки, ионизирующее излучение, высокие температуры и т.д. Наиболее близким по технической сущности является устройство 2, содержащее объектив, оптически связанный с матрицей преобразующих элементов, линейку фотоприемников, линейку лазеров, блок обработки информации, термостат, а преобразующие элементы матрицы выполнены на основе микродисковых резонаторов, объединенных по строкам и столбцам волноводами, причем входы волноводов столбцов оптически связаны с соответствующими элементами излучения линейки лазеров, каждый из которых имеет свою частоту излучения, собственные резонансные частоты микродисковых резонаторов каждого столбца равны частоте излучения соответствующего элемента излучения линейки лазеров, а волноводы строк оптически соединены с линейкой фотоприемников, электрически подключенной к блоку обработки информации, электрически соединенному с линейкой лазеров, при этом матрица микродисковых резонаторов имеет тепловой контакт с термостатом. Описанное устройство обладает недостаточно высокой помехозащищенностью, обусловленной импульсным управлением линейкой источников излучения, создающим помехи во время опроса линейки фотоприемников, а также невысокой стабильностью частоты опроса пикселей, влияющей на достоверность считываемой информации. Кроме того,сложность изготовления устройства, так как необходимо оборудование с разрешением менее 100 нм. Техническая задача - повышение достоверности преобразования информации за счет повышения помехозащищенности и одновременное упрощение изготовления устройства. Поставленная техническая задача достигается тем, что устройство преобразования ИК-изображений в видеосигнал, содержащее объектив, оптически связанный с матрицей преобразующих элементов, блок обработки информации, элемент излучения, фотоприемники, содержит линзу, оптически связанную с фотоприемниками, чувствительными в ближней ИК-области, выполненными в виде матрицы, соответствующей матрице преобразующих элементов, и электрически подключенными к блоку обработки информации,фокусирующую оптику, оптически связанную через зеркало с матрицей преобразующих элементов и линзой, причем элемент излучения оптически соединен с фокусирующей оптикой, а преобразующие элементы матрицы выполнены на основе микрорезонаторов Фабри-Перо, представляющих собой по две тонкопленочные интерференционные микроструктуры, между которыми расположен разделяющий слой, прозрачный в ИК-области. Совокупность указанных признаков в предлагаемом устройстве позволяет повысить достоверность преобразования информации за счет увеличения помехозащищенности, а также обеспечивает возможность его изготовления по хорошо освоенной промышленностью технологии за счет снижения требований к размерам и точности выполнения как отдельных элементов, так и расстояний между ними. Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой приведена структурная схема устройства, где 2 67432010.10.30 1 - объектив,2 - матрица преобразующих элементов,3 - зеркало,4 - линза,5 - фотоприемники,6 - блок обработки информации,7 - фокусирующая оптика,8 - элемент излучения. В заявленном устройстве объектив 1 оптически связан с матрицей преобразующих элементов 2, с которой через фокусирующую оптику 7 и зеркало 3 оптически связан элемент излучения 8. Матрица преобразующих элементов 2 через линзу 4 оптически связана с фотоприемниками 5, которые электрически соединены с блоком обработки информации 6. В конкретном исполнении объектив 1 - это набор линз из германия. Матрица преобразующих элементов 2 - это набор микрорезонаторов Фабри-Перо, выполненных из чередующихся пленок микрокристаллического кремния, составляющих два интерференционных зеркала, между которыми расположен разделяющий слой аморфного кремния. Зеркало 3 это слой алюминия толщиной 0,25 мкм, нанесенный на стеклянную подложку по вакуумной технологии. Линза 4 - это стандартный объектив, используемый в телекамерах для построения изображения. Фотоприемники 5 - это промышленно выпускаемая матрица ПЗС-фотоприемников с максимумом чувствительности на длине электромагнитной волны 0,9 мкм (ближний диапазон инфракрасного излучения). Блок обработки информации 6 это набор микросхем для управления ПЗС-фотоприемниками и усиления их выходных сигналов, а также сопряжения их с микропроцессором. Фокусирующая оптика 7 представляет собой стандартный конденсор, состоящий из двух линз. Элемент излучения 8 - это серийно выпускаемый светодиод с длиной волны излучения 0,9 мкм. Работа устройства осуществляется следующим образом. В исходном состоянии ИКизлучение на входе объектива 1 отсутствует, а оптическое излучение с длиной волны 0,9 мкм элемента 8 через фокусирующую оптику 7 и зеркало 3 равномерно освещает матрицу преобразующих элементов 2. Каждый микрорезонатор Фабри-Перо матрицы преобразующих элементов 2 отражает часть этого оптического излучения, которое через линзу 4 поступает на соответствующий ему фотоприемник 5 матрицы ПЗС. По сигналам управления из блока обработки информации 6 опрашиваются все фотоприемники 5 матрицы ПЗС, выходные электрические сигналы которой после усиления в блоке обработки информации 6 запоминаются в нем и являются опорными сигналами для последующих циклов работы устройства. После этого через объектив 1 информационное инфракрасное изображение поступает на матрицу преобразующих элементов 2. Каждый микрорезонатор Фабри-Перо матрицы преобразующих элементов 2 нагревается в соответствии с поступившей на него мощностью преобразуемого инфракрасного излучения. Это приводит к смещению резонансной характеристики каждого микрорезонатора Фабри-Перо, величина которого определяется его собственной температурой, и тем самым к соответствующему изменению его коэффициента отражения. В результате этого оптическое излучение с длиной волны 0,9 мкм, отраженное от каждого из микрорезонаторов Фабри-Перо матрицы преобразующих элементов 2, поступает на соответствующие фотоприемники 5. После считывания информации со всех фотоприемников 5 матрицы ПЗС в блок обработки информации 6 поступают электрические сигналы, в результате сравнения которых с опорными сигналами формируется видеосигнал, соответствующий преобразуемому инфракрасному изображению исследуемого объекта. В предлагаемой полезной модели существенно увеличивается помехозащищенность и достоверность считывания информации за счет исключения помех при считывании информации и использования стандартных алгоритмов считывания информации с фотоприемников 5 при высокостабильной частоте опроса. Элементарные ячейки матрицы 3 67432010.10.30 преобразующих элементов 2 имеют размеры 2020 мкм с зазором между ними 10 мкм, что позволяет их изготавливать с использованием стандартной технологии, освоенной промышленностью. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4