Устройство визуализации объекта

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и касается устройства визуализации объекта. Устройство включает в себя источник подсвета объекта, оптическую систему, формирующую пучок подсвета, антистоксовый преобразователь частоты инфракрасного излучения, входную оптическую систему, узкополосный интерференционный фильтр, фотоприемную матрицу, блок обработки сигнала и монитор. Антистоксовый преобразователь размещен на наблюдаемом объекте. В качестве источника оптического излучения используется перестраиваемый по частоте лазер, излучающий в инфракрасном диапазоне длин волн и возбуждающий антистоксовое флуоресцентное свечение наблюдаемого объекта на длине волны, соответствующей, по крайней мере, одной из фраунгоферовых линий поглощения солнечного излучения. Технический результат заключается в обеспечении возможности круглосуточной работы устройства, улучшении помехозащищенности и увеличении дальности действия устройства. 1 табл., 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к оптико-электронным системам дистанционного зондирования и к технике контроля и распределения полей оптического излучения, а конкретно - к устройствам визуализации объектов по их люминесцентному излучению, возбуждаемому источником света.

Известны устройства обнаружения и визуализации объектов, содержащие источник излучения, оптическую систему, формирующую световой пучок, облучающий объект, приемную оптическую систему, приемник оптического излучения, блок обработки сигнала и монитор [1. Патент 2351970 от 27.09.2007 г. 2. Патент RU 2493192 от 07.09.2011 г. 3. Патент RU 93168 от 21.07.2009 г. 4. Патент RU 2263939 от 29.03.2004 г.].

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство визуализации по патенту RU 2351970 от 27.09.2007 г., содержащее входную и выходную оптические системы и сопряженный с ними антистоксовый преобразователь частоты с источником излучения накачки антистоксового преобразователя, фотоприемная матрица, блок обработки сигналов в виде решающего устройства и сумматора и монитор. Устройство обеспечивает формирование видимого изображения объектов по их инфракрасному излучению.

Недостатком прототипа является низкая помехозащищенность, связанная с невозможностью работы при солнечном освещении, и недостаточная дальность действия.

Задача изобретения - обеспечить круглосуточную работу устройства визуализации объекта по его флуоресцентному излучению, улучшить помехозащищенность и увеличить дальность действия устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство визуализации объекта, содержащее входную оптическую систему (объектив), антистоксовый преобразователь частоты оптического излучения, фотоприемную матрицу, блок обработки сигнала и монитор, введены источник подсвета объекта, оптическая система, формирующая оптический пучок подсвета, и узкополосный интерференционный фильтр, установленный на входе фотоприемной матрицы, при этом спектральный коэффициент пропускания интерференционного фильтра согласован со спектром излучения наблюдаемого объекта и со спектральным диапазоном работы фотоприемной матрицы, антистоксовый преобразователь частоты инфракрасного излучения размещен на наблюдаемом объекте, в качестве источника оптического излучения использован перестраиваемый по частоте лазер, излучающий в инфракрасном диапазоне длин волн и возбуждающий антистоксовое флуоресцентное свечение наблюдаемого объекта на длине волны, соответствующей, по крайней мере, одной из фраунгоферовых линий поглощения (ФЛП) солнечного излучения. В качестве фотоприемной матрицы может быть использован электронно-оптический преобразователь или фотоприбор с зарядовой связью.

Линии Фраунгофера в спектре солнечного излучения являются линиями спектра поглощения, возникающими в результате поглощения излучения определенных длин волн из сплошного солнечного спектра излучения парами и газами, находящимися в атмосфере Солнца. Излучение на частотах, соответствующих линиям Фраунгофера, отсутствует в спектре солнечного излучения, дошедшего до земной поверхности и отражаемого ею [см., например: 1. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М: Наука, 1974. - С. 200; 2. Покотило С.А., Падалко Г.А., Дёмкин В.В., Четвериков Л.Л. Перспективные лазерные технологии для применения при построении перспективных систем наблюдения // II науч.-техн. конф. «Системы наблюдения, мониторинга и дистанц. зондир. Земли», 12-16 сентября 2005 г., Адлер. - Тез. докл. - М: МНТОРЭС им. А.С. Попова, 2005. - С. 35-42].

Прием оптических сигналов на длине волны, соответствующей одной из фраунгоферовых линий поглощения, сводит к минимуму уровень фотонного шума, который является определяющим по мощности по сравнению с другими видами шума, и обеспечивает максимально возможное отношение амплитуды принимаемого оптического сигнала к среднеквадратическому значению уровня шума. Таким образом, при этом обеспечиваются наилучшие условия наблюдения объекта.

В таблице в качестве примера приведены технические данные некоторых типов перестраиваемых по частоте лазеров, и длины волн, соответствующие некоторым ФЛП.

Заявляемое устройство иллюстрируется функциональной схемой, изображенной на фигуре. Функциональная схема включает в себя следующие элементы: 1 - перестраиваемый по частоте инфракрасный лазер; 2 - формирующая оптическая система; 3 - визуализируемый объект; 4 - антистоксовый преобразователь частоты; 5 - интерференционный фильтр; 6 - входная оптическая система; 7 - фотоприемная матрица; 8 - блок обработки сигналов; 9 - монитор; 10 - наблюдатель, - при этом антистоксовый преобразователь частоты расположен на наблюдаемом объекте, лазер излучает в инфракрасном диапазоне, а фотоприемная матрица принимает излучение от объекта на длине волны, соответствующей одной из фраунгоферовых линий поглощения А, В, С, D и находящейся в спектральном диапазоне от 587,0 нм до 763,0 нм.

Устройство работает следующим образом. Перестраиваемый по частоте лазер 1 с помощью формирующей оптической системы 2 облучает антистоксовый преобразователь частоты 4, расположенный на визуализируемом объекте 3. Возбужденное флуоресцентное излучение антистоксового преобразователя 4 происходит на длине волны, соответствующей одной из фраунгоферовых линий поглощения и воспринимается фотоприемной матрицей 7 через интерференционный светофильтр 5 и приемную оптическую систему 6, что обеспечивает высокую помехозащищенность принимаемого сигнала. С выхода фотоприемной матрицы 7 электрические сигналы изображения поступают в блок обработки сигналов 8, где подвергаются электронной обработке - усилению и фильтрации - с целью повышения отношения сигнал/шум, и подаются на монитор 9, в котором преобразуются в видимое изображение объекта 3, 4, наблюдаемого оператором 10.

Технический результат заключается в возможности визуализации объекта по нанесенному на его поверхность антистоксовому преобразователю частоты инфракрасного излучения в частоту видимого излучения, в улучшении помехозащищенности устройства визуализации за счет использования оптического излучения на фраунгоферовых линиях поглощения, и в увеличении дальности действия устройства.

Устройство визуализации объекта, включающее в себя входную оптическую систему, антистоксовый преобразователь частоты оптического излучения, фотоприемную матрицу, блок обработки сигнала и монитор, отличающееся тем, что в него введены источник подсвета объекта, оптическая система, формирующая пучок подсвета, и узкополосный интерференционный фильтр, установленный на входе фотоприемной матрицы, спектральный коэффициент пропускания которого согласован со спектром излучения наблюдаемого объекта и со спектральным диапазоном работы фотоприемной матрицы, при этом антистоксовый преобразователь частоты инфракрасного излучения размещен на наблюдаемом объекте, в качестве источника оптического излучения использован перестраиваемый по частоте лазер, излучающий в инфракрасном диапазоне длин волн и возбуждающий антистоксовое флуоресцентное свечение наблюдаемого объекта на длине волны, соответствующей, по крайней мере, одной из фраунгоферовых линий поглощения солнечного излучения.