показатель преломления материала клина. При вращении клина с угловой скоростью со вокруг оси 00, совпадающей с осью объектива, луч, прошедший через клин, описывает коническую поверхность, а точка М встречи луча с фокальной плоскостью - окружность (рис. 7.16, а). Текущие координаты точки М:

у = а cos at; г - а sin (at.

Если два одинаковых клина вращать с разными скоростями щ к а^ в противоположных направлениях, точка М будет перемещаться по кривой, описываемой системой уравнений:

{/ = i/i + {/2 = cos at + 2 cos tu2<; г = Zi + Z2 = 1 sin (Hit + 2 sin at.

Переходя от декартовых координат к полярным (р, ф), находим

- р = =

= V(pi COS (Hit + Сг cos tOaO + ( 1 sin (i>it + sin tuj/).

В зависимости от отношений aj/oa и а^а^ получаются различные траектории сканирования.

В состав тепловизионной установки входят три блока: передающая камера, содержащая механизм вращения клиньев, приемник излучения с пред-усилителем и элементы синхронизации; усилитель, кинескоп и органы управления установкой} блок питания.

Передающая камера (рис.7.16, б) имеет форму цилиндра диаметром 200 мм и длиной 500 мм, масса ее около 35 кг. Защитное окно расположено в передней части камеры. Сканирующее

Рис. 7.16. Способ сканирования с вращающимися оптическими клиньями (а) и общий вид передающей камеры (б):

/ - входное окно; 2 - вра-.щающи еся оптические клинья; 3 -плоское зеркало; 4 - зеркальный объектив; 5- приемник взлучеивя с охлаждающим устройством; 6-, элементы синхронизации; 7 - электродвигатель

устройство образовано двумя призмами диаметром 120 мм, вращающимися в одном направлении с угловыми скоростями 100 и 101 с-, что позволяет получить спиральную развертку, содержащую 50 витков. Разрешающая способность вдоль диаметра составляет 100 точек, частота кадров 2 кадра/с, угол зрения 32°. Так как призмы несимметричны, они должны быть механически сбалансированы, для чего служит вспомогательная балансировочная призма, имеющая форму диска. Оправы призм связаны с валом электродвигателя мощностью 600 Вт.

Объектив - зеркальный, состоит из первичного параболического и вторичного плоского зеркал. Диаметр параболического зеркала 120 мм, фокусное расстояние 100 мм. Размер изображения в фокусе 0,4 мм, что меньше размера чувствительной площадки приемника излучения (1 мм).

Приемником служит сурьмянистоиндиевый фоторезистор, работающий при температуре жидкого азота. Пары азота подаются под давлением через -отверстие к чувствительной площадке приемника, находящейся в сосуде Дьюара. Для предотвращения вибрации система охлаждения помещена в корпус из виброзащитного материала (полиуретановая пена). Внутреннее сопротивление приемника порядка нескольких килоом, что позволяет согласовывать его с предусилитеием на транзисторах. Последний имеет коэффи- циент усилеи11Я 20 ООО и содержит схему повышения контрастности, которая, изменяя порог детектирования, увеличивает контрастность сигналов от низкотемпературных объектов, находящихся на теплоизлучающем фоне. Электрические фильтры, ограничивающие ширину полосы пропускания системы усиления, содействуют процессу электронной фильтрации сигнала с выхода приемника. Общий коэффициент усиления изменяется oj 3 10° до 3 10; полоса пропускания 25 кГц.

Изображение рассматриваемого объекта формируется на экране электронно-лучевой трубки с длительным послесвечением. Синхронизация трубки со сканирующим устройством обеспечивается электромагнитными датчиками, расположенными на оправе каждой из призм; за один оборот выдается один импульс синхронизации.

Тепловизор позволяет обнаружить в ночных условиях на открытой местности присутствие человека на расстоянии 600 м и автомашины - на расстоянии нескольких километров. Пороговый температурный контраст 0,02-0,03° при температурах окружающей среды 20° С [59].

Известны также конструкции тепловизоров с одноэлементным приемником, основанные иа способе сканирования, использующем колеблющееся плоское зеркало и вращающуюся призму, расположенные в сходящемся пучке. Вращением четырехгранной (или вообще 2л-гранной при п > 2) призмы вокруг оси, перпендикулярной направлению развертки, получается сканирование в одном направлении; при этом увеличивается кружок рассеяния в изображении точечного источника. Даже в исходном положении, когда грани призмы перпендикулярны оптической оси объектива, возникают большие аберрации, возрастающие с увеличением толщины призмы (расстояния по перпендикуляру между противоположными гранями), числа граней и угла сканирования.

Угол сканирования зависит от толщины призмы d:

/об COS и

J cos(p + ы)

j/ l i -(P + )

где р - угол наклона грани к оси оптической системы; и - угол между на-.правлением луча, падающего на призму, и осью объектива; п - показатель преломления материала призмы. Максимальное значение р определяется по соотношению

Рмакс ~ 2k

где k - фсло граней призмы.

Между углом сканирования и углом поворота призмы, расположенной за объективом, существует линейная зависимость. Аберрации при сканировании значительно возрастают. В изображении заданной точки концентрируется не вся энергия, падающая на объектив, а только часть ее; например, при крайнем положении, когда углы призмы совпадают с осью объектива, эта часть составляет примерно 50%. Отмеченные недостатки рассмотренного способа сканирования (увеличение аберраций, потеря энергии при больших углах поворота призмы), компенсируются его преимуществами: простотой механических элементов, малой скважностью и небольшими размерами призмы.

Рассмотренный способ сканирования использован в шведском теплови-воре фирмы АГА Термовйжн , применяющемся во многих областях промышленности и медицины. Тепловизор состоит из оптической головки, устанавливаемой на треноге, и индикатора. В состав головки (рис. 7.17, а) входит оптическая система, одноэлементный приемник излучения, предусилитель и влектромеханическая система сканирования с датчиками синхронизации.

Входное окно оптической системы изготовлено из синтетической пленки, прозрачной для инфракрасного излучения. Объектив состоит из сферического веркала диаметром 195 мм и малого плоского зеркала диаметром 71,4 мм.

.

yzzzzzmzzzzzzzziTZz.

Рис. 7.17. Схема, оптической головки (а) и индикаторного бЛока (б) теплови-sopa АГА Термовйжн (модель 680):

1 - входное окно; 2 - кулачки; 3 - электродвигатель для сканирования плоского зеркала; 4 - ролики; 5, 7 - датчики синхронизирующих импульсов кадровой и строчной развертки; б - сканирующее зеркало; в - электродвигатель вращения призмы; 9 - призма; 10 -диафрагма; -первичное зеркало; /2-приемник излучения; /3-сосуд Дьюара; /4 - предусилитель; /5 - уаиитель; /б -ЭЛТ; /7-. генератор строчной развертки! /3 - генератор кадровой развертки

В пятне остаточных аберраций диаметром 1,5 мм срсредоточеио 80% воспринимаемой энергии. В центре поля зрения диаметр пятна 0,5 мм. Плоское зеркало колеблется относительно горизонтальной оси с частотой 16 Гц, обеспечивая кадровую развертку. Колебательное перемещение зеркала осуществляется кулачками, вращаемыми электродвигателем кадровой развертки. Угол поворота зеркала ±2,5°.

Строчная развертка (в кадре IQ0 строк) выполняется четырехгранной призмой из германия, вращающейся с частотой 200 с * с электродвигателем строчной развертки. Рабочие поверхности призмы просветлены окисью кремния, чем обеспечивается максимальное пропускание излучения в диапазоне 2-5,4 мкм.

Приемник излучения - охлаждаемый жидким азотом фоторезистор на основе антимонида индия с темновым сопротивлением 50 кОм. Сосуд Дьюара с хладагентом охлаждает приемник в течение 6 ч. Выходной сигнал приемника усиливается предусилителем, усилителем и воздействует на модулирующий электрод электронно-лучевой трубки индикатора (рис. 7.17, б). Генераторы строчной и кадровой разверток синхронизируются датчиками. Последние выполнены в виде фотодиодов, освещаемых световым пучком, который