RU2545346C1 - Method of rendering electromagnetic radiation and terascope device therefor - Google Patents
Method of rendering electromagnetic radiation and terascope device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545346C1 RU2545346C1 RU2013144643/28A RU2013144643A RU2545346C1 RU 2545346 C1 RU2545346 C1 RU 2545346C1 RU 2013144643/28 A RU2013144643/28 A RU 2013144643/28A RU 2013144643 A RU2013144643 A RU 2013144643A RU 2545346 C1 RU2545346 C1 RU 2545346C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electromagnetic radiation
- visualized
- capacitors
- decomposition
- elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области электрооптического (радиооптического) приборостроения, в частности к визуализации электромагнитного излучения.The invention relates to the field of electro-optical (radio-optical) instrumentation, in particular to the visualization of electromagnetic radiation.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Из всего спектра электромагнитных излучений, испускаемых природными или искусственными объектами, человеческий глаз способен видеть изображения объектов только в диапазоне длин волн 0.45÷0.75 мкм (видимый спектр).Of the entire spectrum of electromagnetic radiation emitted by natural or artificial objects, the human eye is able to see images of objects only in the wavelength range of 0.45–0.75 μm (visible spectrum).
Для решения задачи визуализации за пределами этого видимого диапазона в ультравысокочастотном диапазоне (УВЧ) и выше, в том числе в терагерцовой части спектра электромагнитных волн (1011-1013 Гц, диапазон длин волн 3-0,03 мм соответственно), используются различные устройства - тераскопы для визуализации электромагнитных излучений. К таким устройствам относятся, например, радиометры изображения или отображающие радиометры, радиоинтроскопы, электронно-оптические преобразователи (ЭОПы), радиовизоры и тепловизоры.To solve the visualization problem outside this visible range in the ultra-high frequency range (UHF) and above, including in the terahertz part of the spectrum of electromagnetic waves (10 11 -10 13 Hz, wavelength range 3-0.03 mm, respectively), various devices are used - telescopes for visualizing electromagnetic radiation. Such devices include, for example, image radiometers or imaging radiometers, radio introscopes, electron-optical converters (EOPs), radio imagers and thermal imagers.
Потребность в визуализации терагерцовых (субмиллиметровых) волн вызвана тем, что такое излучение легко проходит сквозь большинство диэлектриков, но сильно поглощается проводящими материалами и некоторыми диэлектриками. Соответственно применение терагерцового излучения различно и включает использование в томографических исследованиях на сантиметровой глубине, при идентификации веществ. Кроме того, учитывая безвредность терагерцового излучения для человека, оно может быть использовано во всевозможных сканирующих устройствах. Например, в устройствах антитеррористического контроля, визуализаторах-тераскопах.The need for visualization of terahertz (submillimeter) waves is caused by the fact that such radiation easily passes through most dielectrics, but is strongly absorbed by conducting materials and some dielectrics. Accordingly, the use of terahertz radiation is different and includes the use in tomographic studies at a centimeter depth, in the identification of substances. In addition, given the harmlessness of terahertz radiation to humans, it can be used in all kinds of scanning devices. For example, in anti-terrorism control devices, telescope visualizers.
Из патента RU 2218560 C2 известна система формирования изображения, которая включает в себя более чем один приемник на, по меньшей мере, одной подложке и оптический элемент для сбора электромагнитного излучения и для фокусировки его на указанные приемники, выполненные в виде болометров с сопрягающей антенной. Размеры антенн выбраны таким образом, что чувствительность болометров снижена на длинах волн, меньших заданного значения. Система дополнительно содержит, по меньшей мере, один адаптивный элемент для улучшения сопряжения излучения с болометрами. Оптический элемент выполнен с возможностью ограничения полосы длин волн электромагнитного излучения, падающего на подложку для болометров. В результате система обладает двухступенчатой селективностью по отношению к длине волны. Однако такая система имеет низкое разрешение при больших габаритных размерах устройства, при этом получаемое изображение имеет заметную инерционность. Кроме того, существует определенное ограничение использования прибора при комнатной температуре, без использования дорогостоящих охлаждающих устройств, связанное с тем, что нагревательная нагрузка болометра приемной антенны имеет тепловую инерционную составляющую с передачей тепла на лепестки антенн. При этом лепестки антенн, в свою очередь, достигнув определенной температуры, начнут отдавать тепло на сам нагревательный элемент болометра, что препятствует проведению визуализации динамических процессов.An imaging system is known from patent RU 2218560 C2, which includes more than one receiver on at least one substrate and an optical element for collecting electromagnetic radiation and for focusing it on these receivers, made in the form of bolometers with an interfacing antenna. The dimensions of the antennas are selected in such a way that the sensitivity of the bolometers is reduced at wavelengths shorter than the specified value. The system further comprises at least one adaptive element for improving the coupling of radiation with bolometers. The optical element is configured to limit the wavelength band of electromagnetic radiation incident on the substrate for bolometers. As a result, the system has two-stage selectivity with respect to the wavelength. However, such a system has a low resolution with large overall dimensions of the device, while the resulting image has a noticeable inertia. In addition, there is a certain restriction on the use of the device at room temperature, without the use of expensive cooling devices, due to the fact that the heating load of the receiving antenna bolometer has a thermal inertial component with heat transfer to the antenna lobes. At the same time, the antenna petals, in turn, having reached a certain temperature, will begin to transfer heat to the heating element of the bolometer itself, which impedes the visualization of dynamic processes.
Из патента №2356129 известен визуализатор электромагнитных излучений, содержащий в качестве воспринимающей излучения мишени - антенную матрицу, преобразующую падающую на нее энергию излучения в электрическую энергию тока, который, в свою очередь, нагревает резистивную пленку, преобразуя, таким образом, электрическую энергию в тепло (энергию инфракрасного излучения), а в качестве преобразователя тепловой энергии в электрическую - тепловизор, который строит инфракрасное (тепловое) изображение температурного поля на поверхности своего матричного приемника, который, в свою очередь, преобразует энергию ИК излучения в необходимый электрический сигнал. Недостатком такого визуализатора является его невысокая чувствительность по отношению к естественному излучению исследуемых объектов в субмиллиметровом диапазоне излучения. Другим недостатком является низкая разрешающая способность визуализации вследствие необходимости конструктивного исполнения каждого элемента разложения антенной матрицы по размерам, зависящим от длины волны визуализируемого излучения, что приводит к громоздкости мишени с элементами разложения и соответственно всего устройства в целом, без какого-либо увеличения разрешающей способности визуализатора. Дополнительным недостатком является повышенная сложность конструкции камеры мишени вследствие необходимости ее термоизоляци. Кроме того, наличие в данном устройстве большого количества нетермоизолированных линз, полупрозрачных зеркал, а также незначительность самой тепловой информации элемента разложения мишени приводит к большим шумовым помехам и искажениям. Так как исследуемое электромагнитное излучение проходит несколько этапов трансформации в различные виды энергии, в том числе через тепловое преобразование поглощенной энергии излучения, проявляется дополнительная инерционность и размытость изображения объекта.From the patent No. 2356129, a visualizer of electromagnetic radiation is known that contains, as a receiving radiation, a target — an antenna matrix that converts the incident radiation energy into electric current energy, which, in turn, heats the resistive film, thereby converting electrical energy into heat ( energy of infrared radiation), and as a converter of thermal energy into electrical energy - a thermal imager that builds an infrared (thermal) image of the temperature field on the surface of its mat -screw receiver which, in turn, converts the power of IR radiation in the desired electrical signal. The disadvantage of such a visualizer is its low sensitivity with respect to the natural radiation of the studied objects in the submillimeter radiation range. Another disadvantage is the low resolution of the visualization due to the need for constructive execution of each element of the decomposition of the antenna array in size, depending on the wavelength of the visualized radiation, which leads to the cumbersomeness of the target with the decomposition elements and, accordingly, of the entire device as a whole, without any increase in the resolution of the visualizer. An additional disadvantage is the increased complexity of the design of the target chamber due to the need for thermal insulation. In addition, the presence in this device of a large number of non-thermally insulated lenses, translucent mirrors, as well as the insignificance of the thermal information of the target decomposition element leads to large noise interference and distortion. Since the studied electromagnetic radiation undergoes several stages of transformation into various types of energy, including through the thermal conversion of the absorbed radiation energy, additional inertia and blurriness of the image of the object are manifested.
Из заявки на патент RU 2012136439 известно устройство визуализации электромагнитных излучений, наиболее близкое к заявляемому объекту, содержащее линзовую антенну, принимающую и фокусирующую электромагнитное излучение; вакуумированный диэлектрический корпус с экраном, имеющим пропускающее излучение окно и вмещающий в себя чувствительный элемент, расположенный в фокальной плоскости линзовой антенны и электронно-оптический преобразователь; электронный блок обработки и устройство воспроизведения изображения, причем чувствительный элемент содержит металлическое основание-подложку, электрически связанное с экраном вакуумированного диэлектрического корпуса, с диэлектрической прокладкой со стороны падающего излучения, с расположенным на ней набором элементов разложения, выполненных с возможностью поглощать сфокусированное электромагнитное излучение и преобразовывать его в переменные электрические заряды с частотой, заданной геометрическими размерами элемента разложения, причем каждый элемент разложения из набора элементов разложения имеет емкостную связь с металлической основанием-подложкой, причем электронно-оптический преобразователь для обеспечения эмиссии предварительно возбужденных электронов выполнен с возможностью создания внешнего статического поля с энергией, равной:From the patent application RU 2012136439 a device for visualizing electromagnetic radiation is closest to the claimed object, comprising a lens antenna receiving and focusing electromagnetic radiation; evacuated dielectric housing with a screen having a radiation-transmitting window and containing a sensing element located in the focal plane of the lens antenna and an electron-optical converter; an electronic processing unit and an image reproducing device, wherein the sensing element comprises a metal base substrate electrically connected to the screen of the evacuated dielectric housing, with a dielectric gasket on the side of the incident radiation, with a set of decomposition elements disposed thereon, configured to absorb focused electromagnetic radiation and convert it into alternating electric charges with a frequency given by the geometric dimensions of the decomposed element Nia, each member of a set of decomposition expansion element is capacitively coupled to the metal-base substrate, the electro-optical converter to provide pre-emission of excited electrons is adapted to create an external static field with an energy equal to:
ЕА=Ев мат - Ев0 - Еэми E A = E in mat - E in 0 - E amy
где:Where:
Ев мат - энергия выхода электронов материала,E in the mat is the electron energy of the material,
Ев0 - энергия покоя электрона,E b0 is the rest energy of the electron,
Еэми - переменная энергия заряда, сгенерированного на обкладке элемента разложения при приеме поглощенного визуализируемого электромагнитного излучения,E amy is the variable energy of the charge generated on the lining of the decomposition element when receiving the absorbed visualized electromagnetic radiation,
ЕА - энергия внешнего однородного статического электрического поля,E A is the energy of an external homogeneous static electric field,
причем электронно-оптический преобразователь содержит элемент преобразования информационного потока электронов, причем каждый из элементов разложения выполнен из материала, обладающего высокой автоэлектронной эмиссией при низком значении напряженности электрического поля.moreover, the electron-optical converter contains an element for converting the information flow of electrons, and each of the decomposition elements is made of a material having high field emission with a low electric field strength.
Основными недостатками известного устройства визуализации электромагнитных излучений на основе автоэлектронной эмиссии с предварительным возбуждением электронов являются достаточно сложная юстировка (настройка) устройства визуализации на слабых сигналах исследуемых излучений, что позволяет визуализировать только относительно сильные(мощные) источники сигнала, а также наличие нескольких промежуточных преобразований исследуемого электромагнитного излучения, что вызывает дополнительные шумы, приводящие к ухудшению визуализированного изображения и требующие многозвенной настройки и юстировки.The main disadvantages of the known device for visualizing electromagnetic radiation based on field emission with preliminary excitation of electrons are rather complicated alignment (adjustment) of the device for visualization on weak signals of the studied radiation, which allows you to visualize only relatively strong (powerful) signal sources, as well as the presence of several intermediate transformations of the electromagnetic radiation, which causes additional noise, leading to poor visualization nnogo images and require multilink setup and alignment.
Таким образом, по меньшей мере, указанные выше недостатки известного устройства не позволяют получить простое и чувствительное к слабым сигналам устройство визуализации исследуемых объектов в УВЧ диапазоне и выше в динамическом и статическом режимах.Thus, at least the above-mentioned disadvantages of the known device do not allow to obtain a simple and sensitive to weak signals visualization device of the studied objects in the UHF band and above in dynamic and static modes.
Целью данного изобретения является непосредственное преобразование исследуемого электромагнитного излучения в электрические информационные сигналы, с последующей их визуализацией.The aim of this invention is the direct conversion of the investigated electromagnetic radiation into electrical information signals, followed by their visualization.
Краткое изложение существа изобретенияSummary of the invention
Задачей настоящего изобретения является предоставление способа и устройства визуализации электромагнитного излучения УВЧ диапазона и выше, использующего непосредственное преобразование исследуемого электромагнитного излучения в электрические информационные сигналы с последующей их визуализацией.The present invention is the provision of a method and device for visualizing electromagnetic radiation in the UHF range and above, using the direct conversion of the investigated electromagnetic radiation into electrical information signals with their subsequent visualization.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение чувствительности, разрешающей способности, простоты настройки и удобства эксплуатации.The technical result achieved by the invention is to increase the sensitivity, resolution, ease of setup and ease of use.
Поставленная задача согласно одному аспекту настоящего изобретения решается предоставлением устройства визуализации электромагнитных излучений, содержащегоThe task in accordance with one aspect of the present invention is achieved by providing an electromagnetic radiation imaging device comprising
линзовую антенну, принимающую и фокусирующую электромагнитное излучение;a lens antenna receiving and focusing electromagnetic radiation;
вакуумированный диэлектрический корпус, имеющий пропускающее излучение окно и вмещающий в себя чувствительный элемент, расположенный в фокальной плоскости линзовой антенны,a vacuum dielectric housing having a radiation transmitting window and containing a sensing element located in the focal plane of the lens antenna,
электронный блок обработки и соединенное с ним устройство воспроизведения изображения,an electronic processing unit and an image reproducing device connected thereto,
отличающееся тем, чтоcharacterized in that
корпус дополнительно вмещает в себя экран, выполненный с возможностью работы в качестве коллектора вторичных электронов,the housing further accommodates a screen configured to operate as a collector of secondary electrons,
устройство дополнительно содержит блок подачи электронов, предназначенный для создания модулируемого импульса, иthe device further comprises an electron supply unit for creating a modulated pulse, and
чувствительный элемент, принимающий модулируемый импульс и сфокусированное визуализируемое электромагнитное излучение, содержит набор элементов разложения, представляющих собой конденсаторы, имеющие первую и вторую обкладки, разделенные диэлектрической прокладкой, причем первая обкладка конденсаторов из набора расположена на стороне падающего визуализируемого электромагнитного излучения и выполняет функцию антенны, поглощающей сфокусированное визуализируемое электромагнитное излучение, которое модулирует модулируемый импульс, а вторая обкладка конденсатора расположена на противоположной стороне диэлектрической прокладки и имеет электрическую связь с электронным блоком обработки для передачи созданного результирующего промодулированного сигнала, причемa sensing element receiving a modulated pulse and focused visualized electromagnetic radiation contains a set of decomposition elements, which are capacitors having first and second plates separated by a dielectric gasket, the first layer of capacitors from the set located on the side of the incident visualized electromagnetic radiation and acts as an antenna absorbing focused visualized electromagnetic radiation that modulates a modulated pulse c, and the second capacitor plate is located on the opposite side of the dielectric strip and is in electrical communication with the electronic processing unit to transmit the resulting resulting modulated signal, moreover
чувствительный элемент выполнен с возможностью преобразования падающего визуализируемого электромагнитного излучения в переменные электрические заряды с резонансной частотой, заданной геометрическими размерами и формой элемента разложения.the sensitive element is capable of converting the incident visualized electromagnetic radiation into alternating electric charges with a resonant frequency specified by the geometric dimensions and shape of the decomposition element.
Согласно одному варианту воплощения визуализируемое излучение является излучением в УВЧ диапазоне и выше.According to one embodiment, the visualized radiation is radiation in the UHF band and above.
Согласно другому варианту воплощения первая обкладка конденсаторов из набора выполнена в форме, обеспечивающей круговую поляризацию сигнала принимаемого электромагнитного излучения.According to another embodiment, the first lining of the capacitors from the set is made in a form that provides circular polarization of the signal of the received electromagnetic radiation.
Согласно другому варианту воплощения форма первой обкладки конденсаторов представляет собой круг или любую фигуру, обеспечивающую прием визуализируемого электромагнитного излучения.According to another embodiment, the shape of the first capacitor plate is a circle or any shape capable of receiving a visualized electromagnetic radiation.
Согласно другому варианту воплощения набор элементов разложения содержит группы элементов, состоящие из элементов разных размеров и одинаковой геометрической формы.According to another embodiment, the set of decomposition elements comprises groups of elements consisting of elements of different sizes and the same geometric shape.
Согласно другому варианту воплощения набор элементов разложения содержит группы элементов, состоящие из элементов одинаковых размеров и разной геометрической формы. В качестве примера могут быть представлены группы элементов, состоящие из элементов в форме круга и многоугольника, соответственно, причем диаметр круга равен диаметру окружности, описываемой вокруг многоугольника.According to another embodiment, the set of decomposition elements comprises groups of elements consisting of elements of the same size and different geometric shapes. As an example, groups of elements consisting of elements in the form of a circle and a polygon can be represented, respectively, the diameter of the circle being equal to the diameter of the circle circumscribed around the polygon.
Согласно другому варианту воплощения элемент набора элементов разложения может быть выполнен плоской или объемной формы.According to another embodiment, the element of the set of decomposition elements can be made flat or three-dimensional.
Согласно другому варианту воплощения набор элементов разложения содержит группы элементов, состоящие из элементов разных размеров и имеющих разную геометрическую форму.According to another embodiment, the set of decomposition elements comprises groups of elements consisting of elements of different sizes and having different geometric shapes.
Согласно другому варианту воплощения электронный блок обработки преобразует и обрабатывает электрический сигнал от чувствительного элемента для его последующей подачи в устройство воспроизведения изображения.According to another embodiment, the electronic processing unit converts and processes the electrical signal from the sensor element for subsequent supply to the image reproducing device.
Согласно другому варианту воплощения блок подачи электронов представляет собой блок импульсной подачи пучка электронов или по меньшей мере одну электронную пушку.According to another embodiment, the electron supply unit is a pulsed electron beam supply unit or at least one electron gun.
Согласно другому варианту воплощения электронный блок обработки может быть фильтром низких частот, сглаживающим фильтром, усилителем сигнала, блоком наведения синхроимпульсов.According to another embodiment, the electronic processing unit may be a low-pass filter, a smoothing filter, a signal amplifier, a clock guidance unit.
Согласно другому варианту воплощения вторая обкладка конденсатора выполнена общей или изолированной отдельной для каждой соответствующей первой обкладки конденсаторов набора или группы конденсаторов набора.According to another embodiment, the second capacitor plate is made common or isolated separately for each respective first capacitor plate of the kit or group of capacitors of the kit.
Поставленная задача согласно второму аспекту настоящего изобретения решается предоставлением способа визуализации электромагнитных излучений, содержащего этапы, на которыхThe task according to the second aspect of the present invention is solved by providing a method for visualizing electromagnetic radiation, comprising stages in which
воспринимают электромагнитное излучение с помощью линзовой антенны,perceive electromagnetic radiation using a lens antenna,
фокусируют воспринятое визуализируемое электромагнитное излучение на чувствительный элемент,focus the perceived visualized electromagnetic radiation on the sensing element,
преобразуют сфокусированное падающее визуализируемое электромагнитное излучение в переменные электрические заряды,convert focused incident visualized electromagnetic radiation into alternating electric charges,
формируют изображение на устройстве воспроизведения изображения,form an image on the image reproducing device,
отличающегося тем, чтоcharacterized in that
на этапе фокусирования фокусируют воспринятое визуализируемое электромагнитное излучение на чувствительный элемент, содержащий набор элементов разложения, представляющих собой конденсаторы, имеющие первую и вторую обкладки, разделенные диэлектрической прокладкой, причем первая обкладка конденсаторов из набора расположена на стороне падающего визуализируемого электромагнитного излучения и выполнена в качестве антенны для поглощения сфокусированного визуализируемого электромагнитного излучения, а вторая обкладка конденсаторов расположена на противоположной стороне диэлектрической прокладки,at the focusing stage, the perceived visualized electromagnetic radiation is focused on a sensitive element containing a set of decomposition elements, which are capacitors having first and second plates separated by a dielectric gasket, the first capacitor plate being located on the side of the incident visualized electromagnetic radiation and made as an antenna for absorption of focused visualized electromagnetic radiation, and the second lining of capacitors located on the opposite side of the dielectric strip,
на этапе преобразования сфокусированного падающего визуализируемого электромагнитного излучения в переменные электрические заряды дополнительно подают электроны для создания импульса, модулируемого визуализируемым электромагнитным излучением, причем преобразуют сфокусированное падающее визуализируемое электромагнитное излучение в переменные электрические заряды с резонансной частотой, заданной геометрическими размерами и формой элемента разложения,at the stage of converting the focused incident visualized electromagnetic radiation to alternating electric charges, electrons are additionally supplied to generate a pulse modulated by the visualized electromagnetic radiation, and the focused incident visualized electromagnetic radiation is converted to variable electric charges with a resonant frequency specified by the geometric dimensions and shape of the decomposition element,
на этапе формирования изображения передают созданный результирующий промодулированный сигнал от второй обкладки конденсатора на электронный блок обработки и устройство воспроизведения изображения.at the stage of image formation, the created resulting modulated signal is transmitted from the second capacitor plate to the electronic processing unit and the image reproducing device.
Согласно другому варианту воплощения воспринимают излучение в УВЧ диапазоне и выше.According to another embodiment, radiation is received in the UHF band and above.
Согласно другому варианту воплощения электроны для создания импульса, модулируемого визуализируемым электромагнитным излучением, подают посредством блока импульсной подачи пучка электронов или по меньшей мере одной электронной пушкой.According to another embodiment, the electrons for generating a pulse modulated by the visualized electromagnetic radiation are supplied by means of a pulsed electron beam supply unit or at least one electron gun.
Согласно другому варианту воплощения этап формирования изображения дополнительно включает в себя обработку полученного электрического сигнала электронным блоком обработки, воспроизведение обработанного электрического сигнала с помощью устройства воспроизведения изображения.According to another embodiment, the image forming step further includes processing the received electrical signal by the electronic processing unit, reproducing the processed electrical signal using the image reproducing apparatus.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:The invention is further explained in the description of the preferred embodiment with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 изображает схематический вид устройства визуализации излучения согласно первому предпочтительному варианту воплощения.FIG. 1 is a schematic view of a radiation imaging device according to a first preferred embodiment.
Фиг. 2 изображает схематический вид устройства визуализации излучения согласно второму предпочтительному варианту воплощения.FIG. 2 is a schematic view of a radiation imaging apparatus according to a second preferred embodiment.
Описание предпочтительных вариантов воплощенияDescription of Preferred Embodiments
Принцип работы одного предпочтительного варианта воплощения устройства визуализации излучения УВЧ диапазона и выше основан на использовании принципа визуализации промодулированного сигнала, полученного модуляцией подаваемого импульса сфокусированным электромагнитным излучением. При этом подаваемый импульс может быть обеспечен устройством импульсной подачи пучка электронов, выполненным по технологии многоострийной системы электродов с анодной сеткой. Технология создания многоострийной системы электродов предполагает использование металлических автоэлектронных эмиттеров для создания концентрированного пучка электронов.The principle of operation of one preferred embodiment of the device for visualizing radiation in the UHF band and above is based on the principle of visualization of a modulated signal obtained by modulating the supplied pulse with focused electromagnetic radiation. In this case, the supplied pulse can be provided by a device for pulse supply of an electron beam made by the technology of a multi-pointed electrode system with an anode grid. The technology for creating a multi-pointed electrode system involves the use of metal field emitters to create a concentrated electron beam.
Устройство визуализации согласно первому предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения (фиг.1) содержит: линзовую антенну 1, вакуумированную диэлектрическую камеру 2, окно 3, пропускающее визуализируемое излучение, коллектор 4 вторичных электронов, расположенный по периметру внутри камеры 2 вдоль направления прохождения визуализируемого излучения, выполняющий функцию экрана, первые обкладки 5 конденсаторов элементов разложения, диэлектрическую прокладку 6, вторые обкладки 7 конденсаторов элементов разложения, электронный блок 8 обработки сигнала, устройство 9 воспроизведения изображения, устройство 10 импульсной подачи пучка электронов.The imaging device according to the first preferred embodiment of the present invention (Fig. 1) comprises: a
Согласно первому предпочтительному варианту устройство визуализации работает следующим образом.According to a first preferred embodiment, the imaging device operates as follows.
Устройство 10 импульсной подачи пучка электронов создает импульсный пучок электронов в соответствии с частотой смены кадров и геометрическими размерами чувствительного элемента. Сам чувствительный элемент содержит набор элементов разложения, представляющих собой конденсаторы, имеющие первые и вторые обкладки 5, 7, разделенные диэлектрической прокладкой 6, причем первые обкладки 5 конденсаторов из набора расположены на стороне падающего визуализированного электромагнитного излучения и выполняет функцию антенны, поглощающей сфокусированное визуализированное электромагнитное излучение. Пучок электронов, принятый от устройства 10 импульсной подачи пучка электронов, создает на первых обкладках 5 конденсаторов импульсы, имеющие одинаковую длительность для одновременной оценки и преобразования электронным блоком 8 обработки сигналов со всех элементов разложения в видеосигнал, подаваемый на устройство 9 воспроизведения изображения. Таким образом, частота подачи импульсного пучка электронов соответствует частоте смены кадров визуализируемого электромагнитного излучения.The
Сформированные импульсы на первых обкладках 5 конденсаторов, в свою очередь, модулируются одновременно поступающим электромагнитным излучением, имеющим значительно более высокую частоту (УВЧ и выше). Это излучение поступает от исследуемого объекта визуализации, фокусируется линзовой антенной 1, проходит сквозь окно 3, пропускающее визуализируемое электромагнитное излучение в вакуумированную диэлектрическую камеру 2, и попадает на первые обкладки 5 конденсаторов набора элементов разложения чувствительного элемента. Элементы разложения чувствительного элемента поглощают сфокусированное визуализируемое электромагнитное излучение и формируют потенциальную картину объекта визуализации, соответствующую уровню переменного заряда с резонансной частотой на элементах разложения, в соответствии с их формой, геометрическими размерами и круговой поляризацией. The generated pulses on the first plates of the 5 capacitors, in turn, are modulated simultaneously by the incoming electromagnetic radiation having a much higher frequency (UHF and higher). This radiation comes from the studied visualization object, is focused by the
Коллектор 4 вторичных электронов служит одновременно гасителем вторичных электронов, выбитых пучком электронов с элементов разложения и экраном от паразитного излучения. Таким образом, происходит усиление слабого визуализируемого электромагнитного излучения, его преобразование в промодулированные сигналы с помощью сигналов, полученных от устройства 10 импульсной подачи пучка электронов, на каждом элементе разложения в удобную для последующей их обработки форму. Далее, результирующий промодулированный сигнал, несущий информацию о яркости и соответствии уровня переменного заряда каждой точке разложения, поступает одновременно со вторых обкладок 7 конденсаторов в электронный блок 8 обработки сигнала, который преобразует их в аналоговый или цифровой видеосигнал для подачи на устройство 9 воспроизведения изображения.The
Согласно второму предпочтительному варианту воплощения, показанному на Фиг.2, устройство содержит линзовую антенну 1, вакуумированную диэлектрическую камеру 2, окно 3, пропускающее визуализируемое излучение, коллектор 4 вторичных электронов, выполняющий функцию экрана, первые обкладки 5 конденсаторов элементов разложения, диэлектрическую прокладку 6, вторую общую обкладку 7 конденсатора элементов разложения, электронный блок 8 обработки сигнала, устройство 9 воспроизведения изображения, устройство 10 электронной пушки.According to a second preferred embodiment shown in FIG. 2, the device comprises a
Устройство согласно второму предпочтительному варианту воплощения работает следующим образом. Блок подачи электронов представляет собой устройство 10 электронной пушки, которое создает узкий луч электронов, перемещающийся посредством отклоняющей системы (не показана), последовательно и в соответствии с построчной и покадровой разверткой и размерами чувствительного элемента. Сам чувствительный элемент содержит набор элементов разложения, представляющих собой конденсаторы, имеющие обкладки 5, 7, разделенные диэлектрической прокладкой 6, причем первая обкладка 5 конденсаторов из набора расположена на стороне падающего визуализируемого электромагнитного излучения и выполняет функцию антенны, поглощающей сфокусированное визуализируемое электромагнитное излучение. Принятый от устройства 10 электронной пушки электронный луч создает на первой обкладке 5 импульс, имеющий длительность, равную длительности нахождения электронного луча на этом элементе разложения. Сформированный импульс, в свою очередь, модулируется одновременно поступающей частотой визуализируемого электромагнитного излучения, имеющего более высокую частоту. Визуализируемое электромагнитное излучение поступает от исследуемого объекта визуализации, фокусируется линзовой антенной 1, проходит сквозь окно 3, пропускающее визуализируемое излучение, в вакуумированную диэлектрическую камеру 2, и попадает на элементы разложения чувствительного элемента. При этом первые обкладки конденсаторов чувствительного элемента, расположенные на стороне падающего визуализируемого электромагнитного излучения, поглощают сфокусированное визуализируемое электромагнитное излучение, и формируют потенциальную картину переменного заряда с частотой падающего визуализируемого электромагнитного излучения, которое модулирует модулируемые импульсы. При этом элементы разложения имеют форму, геометрические размеры, необходимые для восприятия визуализируемого электромагнитного излучения в УВЧ диапазоне и выше, обеспечивают круговую поляризацию воспринимаемого сигнала и обеспечивают резонанс на частоте воспринимаемого визуализируемого электромагнитного излучения. Коллектор 4 вторичных электронов служит одновременно гасителем вторичных электронов, выбитых электронной пушкой с элементов разложения, и экраном от паразитного излучения.The device according to the second preferred embodiment operates as follows. The electron supply unit is an
Таким образом, обеспечивается одновременное усиление слабого электромагнитного излучения и его преобразование в промодулированный сигнал с помощью наведенного устройством 10 электронной пушки модулируемого сигнала на каждом элементе разложения. Далее, результирующий промодулированный сигнал, несущий информацию о яркости, соответствии уровня переменного заряда каждой точке разложения, о строчных и кадровых гасящих импульсах, снимается со второй общей обкладки 7 конденсатора.Thus, the simultaneous amplification of weak electromagnetic radiation and its conversion into a modulated signal is ensured by the modulated signal induced by the
Дальнейшее преобразование последовательного потока сигнала может происходить различными способами. Например, при уровне амплитуды сигнала, наведенного устройством 10 электронной пушки на первой обкладке 5 конденсаторов элементов разложения, равной Uимп>UЭМИ сигн max, вполне достаточно в качестве электронного блока 8 обработки сигнала иметь фильтр низких частот, отсекающий шум, созданный остальными элементами разложения, временно не участвующими в процессе их сканирования электронной пушкой, но наводящими на второй общей обкладке 7 слабые сигналы, а также сглаживающий фильтр, выравнивающий амплитуду сигнала, с последующим усилением и подачей на устройство 9 воспроизведения изображения.Further conversion of the serial signal stream can occur in various ways. For example, when the amplitude level of the signal induced by the
Claims (16)
линзовую антенну, принимающую и фокусирующую электромагнитное излучение;
вакуумированный диэлектрический корпус, имеющий пропускающее излучение окно и вмещающий в себя чувствительный элемент, расположенный в фокальной плоскости линзовой антенны,
электронный блок обработки и соединенное с ним устройство воспроизведения изображения,
отличающееся тем, что
корпус дополнительно вмещает в себя экран, выполненный с возможностью работы в качестве коллектора вторичных электронов,
устройство дополнительно содержит блок подачи электронов, предназначенный для создания модулируемого импульса, и
чувствительный элемент, принимающий модулируемый импульс и сфокусированное визуализируемое электромагнитное излучение, содержит набор элементов разложения, представляющих собой конденсаторы, имеющие первую и вторую обкладки, разделенные диэлектрической прокладкой, причем первая обкладка конденсаторов из набора расположена на стороне падающего визуализируемого электромагнитного излучения и выполняет функцию антенны, поглощающей сфокусированное визуализируемое электромагнитное излучение, которое модулирует модулируемый импульс, а вторая обкладка конденсатора расположена на противоположной стороне диэлектрической прокладки и имеет электрическую связь с электронным блоком обработки для передачи ему созданного результирующего промодулированного сигнала, причем
чувствительный элемент выполнен с возможностью преобразования падающего визуализируемого электромагнитного излучения в переменные электрические заряды с резонансной частотой, заданной геометрическими размерами и формой элемента разложения.1. A device for visualizing electromagnetic radiation, containing
a lens antenna receiving and focusing electromagnetic radiation;
a vacuum dielectric housing having a radiation transmitting window and containing a sensing element located in the focal plane of the lens antenna,
an electronic processing unit and an image reproducing device connected thereto,
characterized in that
the housing further accommodates a screen configured to operate as a collector of secondary electrons,
the device further comprises an electron supply unit for creating a modulated pulse, and
a sensing element receiving a modulated pulse and focused visualized electromagnetic radiation contains a set of decomposition elements, which are capacitors having first and second plates separated by a dielectric gasket, the first layer of capacitors from the set located on the side of the incident visualized electromagnetic radiation and acts as an antenna absorbing focused visualized electromagnetic radiation that modulates a modulated pulse c, and the second capacitor plate is located on the opposite side of the dielectric strip and is in electrical communication with the electronic processing unit to transmit to it the resulting resulting modulated signal, and
the sensitive element is capable of converting the incident visualized electromagnetic radiation into alternating electric charges with a resonant frequency specified by the geometric dimensions and shape of the decomposition element.
воспринимают электромагнитное излучение с помощью линзовой антенны,
фокусируют воспринятое визуализируемое электромагнитное излучение на чувствительный элемент,
преобразуют сфокусированное падающее визуализируемое электромагнитное излучение в переменные электрические заряды,
формируют изображение на устройстве воспроизведения изображения,
отличающийся тем, что
на этапе фокусирования фокусируют воспринятое визуализируемое электромагнитное излучение на чувствительный элемент, содержащий набор элементов разложения, представляющих собой конденсаторы, имеющие первую и вторую обкладки, разделенные диэлектрической прокладкой, причем первая обкладка конденсаторов из набора расположена на стороне падающего визуализируемого электромагнитного излучения и выполнена в качестве антенны для поглощения сфокусированного визуализируемого электромагнитного излучения, а вторая обкладка конденсаторов расположена на противоположной стороне диэлектрической прокладки,
на этапе преобразования сфокусированного падающего визуализируемого электромагнитного излучения в переменные электрические заряды дополнительно подают электроны для создания импульса, модулируемого визуализируемым электромагнитным излучением, причем преобразуют сфокусированное падающее визуализируемое электромагнитное излучение в переменные электрические заряды с резонансной частотой, заданной геометрическими размерами и формой элемента разложения,
на этапе формирования изображения передают созданный результирующий промодулированный сигнал от второй обкладки конденсатора на электронный блок обработки и устройство воспроизведения изображения.13. A method for visualizing electromagnetic radiation, comprising stages in which
perceive electromagnetic radiation using a lens antenna,
focus the perceived visualized electromagnetic radiation on the sensing element,
convert focused incident visualized electromagnetic radiation into alternating electric charges,
form an image on the image reproducing device,
characterized in that
at the focusing stage, the perceived visualized electromagnetic radiation is focused on a sensitive element containing a set of decomposition elements, which are capacitors having first and second plates separated by a dielectric gasket, the first capacitor plate being located on the side of the incident visualized electromagnetic radiation and made as an antenna for absorption of focused visualized electromagnetic radiation, and the second lining of capacitors located on the opposite side of the dielectric strip,
at the stage of converting the focused incident visualized electromagnetic radiation to alternating electric charges, electrons are additionally supplied to generate a pulse modulated by the visualized electromagnetic radiation, and the focused incident visualized electromagnetic radiation is converted to variable electric charges with a resonant frequency specified by the geometric dimensions and shape of the decomposition element,
at the stage of image formation, the created resulting modulated signal is transmitted from the second capacitor plate to the electronic processing unit and the image reproducing device.
обработку полученного электрического сигнала электронным блоком обработки,
воспроизведение обработанного электрического сигнала с помощью устройства воспроизведения изображения. 16. The method according to item 13, in which the step of image formation further includes
processing the received electrical signal by the electronic processing unit,
reproduction of the processed electrical signal using the image reproducing device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013144643/28A RU2545346C1 (en) | 2013-10-04 | 2013-10-04 | Method of rendering electromagnetic radiation and terascope device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013144643/28A RU2545346C1 (en) | 2013-10-04 | 2013-10-04 | Method of rendering electromagnetic radiation and terascope device therefor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2545346C1 true RU2545346C1 (en) | 2015-03-27 |
| RU2013144643A RU2013144643A (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=53282498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013144643/28A RU2545346C1 (en) | 2013-10-04 | 2013-10-04 | Method of rendering electromagnetic radiation and terascope device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2545346C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU476533A1 (en) * | 1972-12-12 | 1975-07-05 | Харьковский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького | Electromagnetic Imaging Device |
| RU2218560C2 (en) * | 1997-09-16 | 2003-12-10 | Меторекс Интернешнел Ой | Submillimeter range system forming image |
| RU2356129C1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Visualiser of electromagnet emissions |
| RU2012136439A (en) * | 2012-08-27 | 2013-03-27 | Асхат Хайдарович Кутлубаев | METHOD OF VISUALIZATION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
| WO2013094306A1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-06-27 | 株式会社日立製作所 | Electromagnetic wave visualization device |
-
2013
- 2013-10-04 RU RU2013144643/28A patent/RU2545346C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU476533A1 (en) * | 1972-12-12 | 1975-07-05 | Харьковский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького | Electromagnetic Imaging Device |
| RU2218560C2 (en) * | 1997-09-16 | 2003-12-10 | Меторекс Интернешнел Ой | Submillimeter range system forming image |
| RU2356129C1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Visualiser of electromagnet emissions |
| WO2013094306A1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-06-27 | 株式会社日立製作所 | Electromagnetic wave visualization device |
| RU2012136439A (en) * | 2012-08-27 | 2013-03-27 | Асхат Хайдарович Кутлубаев | METHOD OF VISUALIZATION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013144643A (en) | 2015-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7495369B2 (en) | Broadband imager | |
| JP6196787B2 (en) | Image forming apparatus and imaging system | |
| CN102829879B (en) | Infrared imaging detection chip integrated with liquid crystal optically-controlled array and area array photosensitive structure | |
| US5013902A (en) | Microdischarge image converter | |
| JP2009075107A (en) | Correlated ghost imager | |
| US20210041289A1 (en) | Detection device and detection system | |
| RU2507542C2 (en) | Method to visualise electromagnetic radiations and device for its realisation | |
| RU2545346C1 (en) | Method of rendering electromagnetic radiation and terascope device therefor | |
| CN107064050B (en) | Continuous terahertz wave imaging system and method thereof | |
| US2653185A (en) | Television equipment | |
| US2980763A (en) | Image transducing system | |
| RU2565350C1 (en) | Method and device for rendering electromagnetic radiation | |
| US3483320A (en) | Image transducers using extrinsic photoconductors | |
| US3056062A (en) | Thermal image converter | |
| Levanon et al. | Oversampling advances in millimeter-wave scan imaging using inexpensive neon indicator lamp detectors | |
| Levanon et al. | Calibration method for MMW imaging using inexpensive miniature neon indicator lamp detectors | |
| KR20040022676A (en) | Passive Millimeter-wave Imaging System | |
| US3939347A (en) | Two dimensional display of detector response | |
| CN103943964A (en) | Si-based field effect transistor annular terahertz detector antenna based on CMOS manufacturing process | |
| US9588234B2 (en) | Miniature, mobile X-ray computed radiography system | |
| JP2009118332A (en) | Trigger signal generating apparatus | |
| JPH0927927A (en) | Millimeter wave infrared ray image pickup device | |
| US3239605A (en) | Infrared scanning apparatus | |
| US2320977A (en) | Photoelectric tube and circuit | |
| US20220124261A1 (en) | Imager optical systems and methods |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161005 |