Тепловизор ТКВр-ИФП СВИТ представляет собой термографическую камеру третьего поколения, работающую в реальном масштабе времени. Фотоприемным элементом служит фокальная матрица полупроводниковых конденсаторов на основе арсенида индия (InAs) (рис. 1). Камера предназначена для измерения температур и анализа статических и меняющихся во времени картин теплового состояния объектов. Стационарная камера показала хорошие результаты при решении задач медицинской диагностики заболеваний пациентов методами медицинской термографии, а также при решении ряда технических и научных задач в различных отраслях народного хозяйства, например, при измерении динамических тепловых изображений поверхности вращающихся печей при производстве цемента. Фоточувствительная матрица регистрирует собственное инфракрасное излучение любых нагретых тел, в том числе собственное излучение кожных покровов человека.

Рис.1 Строение фотонного приемника

Все материальные тела с температурой выше -273 °C (0 °К), излучают электромагнитное излучение, которое в соответствии с формулой Планка можно представить в виде, показанном на рис.2 (показаны зависимости эмиссии фотонов от длины волны при двух температурах абсолютно черного тела). При повышении температуры объектов увеличивается число испускаемых квантов излучения (ИК-излучение) при фиксированной длине волны. Испускаемые кванты света, в том числе невидимые (инфракрасные) с длиной волны > 1 мкм могут быть зарегистрированы датчиками инфракрасных излучений (полупроводниковые фотонные датчики).

Рис.2. Зависимость плотности потока квантов, испускаемых абсолютно черным телом при двух температурах, от длины волны.

Тепловое изображение объектов формируется специальным инфракрасным объективом и регистрируется с помощью фокальной матрицы, установленной в фокальной плоскости объектива.

Спектральный диапазон предлагаемой матрицы составляет 2,65-3,05 мкм. С точки зрения разработчиков, для решения ряда термографических задач, это очень удобный спектральный диапазон. Это связано с тем, что для фотонных приемников отношение числа информационных падающих квантов излучения (например для Т=30 °С, некоторой температуры поверхности кожи человека) и паразитных фоновых квантов (температура окружающего фона Т=25 °С) увеличивается с уменьшением длины волны падающего излучения. Так для спектрального диапазона 8,5-12 мкм, характерного для приемников на основе соединений ртуть-кадмий-теллур отношние составляет 1,08, для диапазона 7,5-8 мкм (приемник на основе сверхрешеток AlGaAs/GaAs) - 1,1, для диапазона 4,5-5 мкм (приемники на основе InSb и силицида платины) - 1,13, для диапазона 3,5-3,9 (приемники на основе InSb и силицида платины) - 1,23, для диапазона 2,65-3,05 мкм (матрица на основе InAs матрицы) - 1,3 и для диапазона 1,4-1,8 мкм - 1,6. В целом это дает возможность матрицам в коротковолновой области легче регистрировать малые температурные контрасты на объектах. Кроме того, с уменьшением длины волны падающего излучения уменьшается паразитный поток комнатного фона, что упрощает схемы считывания сигналов.

Рис.3 Строение гибридной микросхемы

Элементы фокальной матрицы преобразуют кванты света в электрические заряды, которые считываются кремниевым мультиплексором (рис.3), усиливаются, предварительно обрабатываются электронной схемой и передаются в компьютер (рис.4). В результате на экране монитора получаем тепловизионное изображение объекта (термограмму).

Рис.4. Блок-схема тепловизионной камеры.
1 - объектив, 2 - устройство калибровки, 3 - холодная диафрагма, 4 - матричное ФПУ, 5 - вакуумный криостат с просветленным окном, 6 - генератор управляющих импульсных и постоянных напряжений, 7 - усилитель с дифференциальным выходом, 8 - измеритель температуры ФПУ и автомат включения напряжения смещения подложки InAs, 9,14 - блоки управления и синхронизации, 10 - АЦП, 11 - сумматор, 12 - диспетчер памяти, 13,16 - банки памяти, 15 - блок связи с персональным компьютером, 17 - персональный компьютер

В техническом отношении одним из преимуществ тепловизора "Свит" является то, что этот тепловизор построен на основе матричного ИК-детектора. Это преимущество проявляется в сравнении с тепловизорами, использующими внутренние сканирующие системы, и которых много еще на мировом рынке. В связи с использованием принципа накопления информационного сигнала матричные тепловизоры при прочих равных условиях выигрывают у сканирующих систем по совокупности таких параметров, как надежность, чувствительность, быстродействие и пространственное разрешение.

Тепловизор "Свит" обладает рекордной по сравнению с классическими медицинскими тепловизорами температурной чувствительностью: СКО (среднеквадратичное отклонение) шума в режиме реального функционирования прибора на большинстве элементов матрицы соответствует температуре около 0,025 °С. Высокое температурное разрешение особенно важно при использовании прибора в медицине, поскольку позволяет регистрировать важные с диагностической точки зрения слабо контрастные участки термограмм. Тепловизор с температурным разрешением в 0,1 °С приводит к размытию слабоконтрастных очагов на термограммах, и элементы тонкой структуры (сосудистый рисунок, мелкоочаговая гипер- и гипотермия) становятся невидимыми, превращаясь в крупные пятна. При этом повышенное пространственное разрешение таких тепловизионных камер (256х256 элементов в кадре) является просто излишним.

Состав тепловизионной камеры (рис.5):

• германиевый объектив (диаметр 26 мм, фокусное расстояние 20,5 мм;
• детектирующая гибридная микросхема DIMS InAs 128x128;
• узел калибровки;
• заливной азотный криостат "К02";
• электронная плата управления и обработки сигналов с питанием от компьютера;
• штатив стандартный типа "TH 650".

Рис.5. Общий вид тепловизионной камеры в сборе.
Здесь 1 - отсек криостата с охлаждаемой фокальной матрицей, 2 - отсек объектива и узла калибровки, 3 - отсек электроники, 4 - горловина для заливки жидкого азота, 5 - штатив, 6 - расположение разъема под стандартный высокоскоростной кабель USB 2.0 A/B Cable (DUB-C5AB)

Тепловизионная камера легко снимается со штатива и может быть установлена на другой, специализированный держатель или штатив.