RU108151U1 - Устройство обнаружения и определения координат источников ультрафиолетового излучения - Google Patents

Abstract

Устройство обнаружения и определения координат источников ультрафиолетового излучения, содержащее приемный объектив, спектральный фильтр, приемник излучения, ПЗС-матрицу, к выходу которой подключен электронный блок обработки сигнала, отличающееся тем, что дополнительно введен проекционный объектив, установленный между приемником излучения и ПЗС-матрицей, при этом приемник излучения выполнен в виде электронно-оптического преобразователя с фотокатодом, чувствительным к ультрафиолетовому излучению.

Description

Полезная модель относится к приборостроению, в частности, к оптико-электронным приборам, предназначенным для поиска и обнаружения объектов, излучающих в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра, а также для определения их координат. Такими объектами могут быть коронные разряды в ЛЭП, факелы двигателей ракет и др. В ряде случаев УФ излучающие объекты необходимо обнаруживать в некоторой сравнительно широкой кольцевой зоне пространства (360° по азимуту, десятки градусов по углу места), либо в полусфере, либо в полной сфере. При обнаружении слабых потоков УФ излучения в условиях дневного освещения целесообразно работать в области спектра 190-290 нм (в так называемой «солнечно-слепой» области). Это основано на том, что солнечное излучение в этой области не проходит через земную атмосферу, сильно поглощаясь ее озоновым слоем, следовательно, в ней помехи от Солнца отсутствуют.

Одним из способов анализа круговой зоны пространства является его последовательный просмотр путем оптико-механического сканирования. Известно устройство для обнаружения излучения в узком диапазоне спектра от 232 до 275 нм (см. патент DE 3816927 С2, МПК⁷ G01S 3/78, опубл. 17.07.2003). Устройство содержит сканирующее зеркало, вращающееся с помощью привода вокруг вертикальной оси, объектив и приемник излучения - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), на входном окне которого нанесен узкополосный фильтр. При вращении зеркала просматривается круговая по азимуту зона пространства шириной, определяемой величиной катода ФЭУ и фокусным расстоянием объектива. Недостатком устройства является наличие механического привода, уменьшающее надежность устройства при эксплуатации и увеличивающее его инерционность и габаритные размеры. Кроме того, недостатком устройства является неопределенность угловой координаты излучающего объекта в вертикальном направлении, поскольку ФЭУ не является координатно-чувствительным приемником.

Другим способом анализа круговой зоны обзора пространства является ее разделение на отдельные части, каждая из которых обслуживается отдельным достаточно широкопольным прибором. Известно устройство для обнаружения УФ излучения с широким полем зрения (см. патент ЕР 1146324 А1, МПК⁷ G01J 1/42, опубл. 11.04.2001).

Устройство содержит последовательно установленные оптическую систему, спектральный фильтр и фотоприемник в виде ФЭУ. Спектральный фильтр подавляет помеховое солнечное излучение вне «солнечно-слепой» области спектра и содержит поглощающие элементы и элементы с интерференционными покрытиями. Оптическая система выполнена в виде телескопа, который уменьшает углы падения лучей на спектральный фильтр и, тем самым, улучшает условия для подавления помехового излучения. Недостатком этого устройства является неопределенность угловых координат излучающего объекта в его поле зрения.

Известно устройство для обнаружения УФ излучения (см. патент ЕР 0651233, МПК В44F 1/12, опубл. 03.05.2003). Устройство содержит оптическую систему, состоящую из объектива и спектрального фильтра, ультрафиолетовый приемник излучения и электронный блок обработки информации. Анод приемника излучения выполнен в виде матрицы 100×100 пикселей, размеры которой соответствуют размерам изображения пространства объектов на фотокатоде приемника. По координатам пикселя матрицы, на котором возникает сигнал от УФ источника излучения, находящегося в поле зрения устройства, однозначно определяются угловые координаты этого источника. Недостатком устройства является его небольшое поле зрения (±4,5°).

Известно устройство обнаружения УФ излучения (см. патент ЕР 0635704 МПК G01J 1/42, опубл. 25.01.1995), выбранное в качестве прототипа. Устройство включает в себя объектив, спектральный фильтр, приемник излучения, в качестве которого используется фотоэлектронный умножитель, на выходе которого установлена ПЗС-матрица, и электронный блок обработки сигнала, подключенный к выходу ПЗС-матрицы.

Оптический фильтр содержит абсорбционный компонент, выполненный из цветного стекла, и компонент с интерференционным покрытием на его поверхностях. Оптический фильтр пропускает УФ излучение в «солнечной-слепой» области спектра с длиной волны менее 300 нм. Излучение от источника, находящегося в поле зрения объектива, выделенное оптическим фильтром, фокусируется на фотокатоде приемника излучения. Электроны, испускаемые фотокатодом в результате воздействия на него УФ излучения, переносятся на элемент ПЗС-матрицы, соответствующий координатам засвеченного участка фотокатода. Сигналы с ПЗС-матрицы передаются в электронный блок обработки сигнала.

Недостатком прототипа является то, что изображение анализируемого пространства, соответствующего угловому полю зрения объектива, переносится с фотокатода приемника излучения на ПЗС-матрицу без изменения масштаба. Угловое поле зрения устройства зависит от размеров ПЗС-матрицы и фокусного расстояния объектива. При уменьшении фокусного расстояния объектива уменьшается и диаметр его входного зрачка, а следовательно, и обнаружительная способность устройства. При заданном фокусном расстоянии объектива с увеличением размеров ПЗС-матрицы возрастает угловое поле зрения устройства. Однако ПЗС-матрицы, характеризующиеся высокой чувствительностью, обычно имеют небольшие размеры, что ограничивает угловое поле зрения устройства при условии обеспечения его заданной обнаружительной способности. Так например, угловое поле зрения устройства с объективом, имеющим фокусное расстояние f=11,6 мм и относительное отверстие 1:1,84, и ПЗС-матрицей формата 1/4" составляет 12°×12°.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение углового поля зрения устройства при обеспечении заданной обнаружительной способности.

Указанная задача решается тем, что в устройстве обнаружения и определения координат источников ультрафиолетового излучения, содержащем приемный объектив, спектральный фильтр, приемник излучения, ПЗС-матрицу, к выходу которой подключен электронный блок обработки сигнала, дополнительно введен проекционный объектив, установленный между приемником излучения и ПЗС-матрицей, при этом приемник излучения выполнен в виде электронно-оптического преобразователя (ЭОП) с фотокатодом, чувствительным к ультрафиолетовому излучению.

На фиг.1 показана оптическая схема устройства.

Устройство обнаружения и определения координат источников ультрафиолетового излучения содержит расположенные по ходу лучей приемный объектив 1 с широким полем зрения, спектральный фильтр 2, приемник излучения, выполненный в виде ЭОП 3 с фотокатодом, чувствительным к УФ излучению, проекционный объектив 4, установленный между приемником излучения - ЭОП 3 и ПЗС-матрицей 5, к выходу которой подключен блок обработки сигнала (БОС) 6. Фотокатод ЭОП 3 совмещен с фокальной плоскостью приемного объектива 1. Плоскость предметов проекционного объектива 4 совмещена с выходным экраном ЭОП 3, а плоскость изображений проекционного объектива 4 совмещена с ПЗС-матрицей 5. Спектральный фильтр 2 может быть выполнен из нескольких подложек, на поверхностях которых нанесены интерференционные покрытия. При этом часть подложек изготовлена из кварца, пропускающего УФ излучение, а часть - из цветного стекла, пропускающего излучение в рабочей «солнечно-слепой» области спектра и поглощающего излучение в нерабочей области. Совокупность интерференционных покрытий и цветного стекла с селективным пропусканием позволяет выделить «солнечно-слепую» область спектра и подавить фоновое солнечное излучение, которое не задерживается озоновым слоем земной атмосферы.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Излучение от удаленного источника, содержащее УФ составляющую, поступает в приемный объектив 1, затем направляется на установленный в заднем отрезке объектива 1 спектральный фильтр 2, который пропускает излучение в «солнечно-слепой» области спектра и подавляет излучение вне этой области. Прошедшее через спектральный фильтр 2 УФ излучение собирается на чувствительном к УФ излучению фотокатоде ЭОП 3 в точке, координаты которой соответствуют угловому положению источника УФ излучения в поле зрения устройства. Электроны, выбитые из фотокатода ЭОП 3 под действием УФ излучения, создают на выходном люминесцентном экране ЭОП 3 изображение источника УФ излучения в видимой области спектра. Это изображение с выходного экрана ЭОП 3 затем переносится проекционным объективом 4 в плоскость ПЗС-матрицы 5, в результате чего на соответствующем пикселе ПЗС-матрицы 5 вырабатывается электрический сигнал, который передается в блок обработки сигнала 6. По координатам засвеченного пиксела в блоке обработки сигнала 6 вычисляются угловые координаты обнаруженного источника УФ излучения. Пространство объектов изображается на фотокатоде и на выходном люминесцентном экране ЭОП 3 в одном и том же масштабе. Изображение пространства объектов с экрана ЭОП 3 переносится проекционным объективом 4 в плоскость ПСЗ-матрицы 5 с уменьшением. Кратность уменьшения зависит от соотношения размеров фотокатода ЭОП 3 и ПЗС-матрицы фотоприемника 5. Таким образом, благодаря оптическому переносу с помощью проекционного объектива 4 изображения пространства объектов с экрана ЭОП 3 на ПЗС-матрицу 5, имеющую ограниченные размеры, можно использовать в устройстве ЭОП с увеличенными размерами фотокатода, что позволяет при выбранном фокусном расстоянии приемного объектива f=11,6 мм и ПЗС-матрицей формата 1/4" расширить угловое поле зрения устройства до 90°×90° без снижения обнаружительной способности устройства.

Claims (1)

1. Устройство обнаружения и определения координат источников ультрафиолетового излучения, содержащее приемный объектив, спектральный фильтр, приемник излучения, ПЗС-матрицу, к выходу которой подключен электронный блок обработки сигнала, отличающееся тем, что дополнительно введен проекционный объектив, установленный между приемником излучения и ПЗС-матрицей, при этом приемник излучения выполнен в виде электронно-оптического преобразователя с фотокатодом, чувствительным к ультрафиолетовому излучению.