INNOWACYJNA GOSPODARKA UEEFRR L-kolor

 

1. Oś priorytetowa:

Badania i rozwój nowoczesnych technologii

Działanie 1.3:

Wsparcie projektów B+R na rzecz przedsiębiorców realizowanych przez jednostki naukowe

Poddziałanie1.3.2.

Wsparcie ochrony prawnej własności przemysłowej tworzonej w jednostkach naukowych w wyniku prac B+R

Projekt nr POIG.01.03.02-14-044/10

Atermizacja optyki termowizyjnej

 

Cel projektu

Projekt ma na celu przygotowanie oraz złożenie dokumentacji wymaganej do przeprowadzenia procedur patentowych w Polsce, a także rozszerzenia ochrony polskiego zgłoszenia w europejskim urzędzie patentowym (zgodnie z procedurą EURO/PCT). W ramach realizacji projektu uzyskany patent europejski będzie walidowany w wybranych krajach Unii Europejskiej takich jak: Niemcy, Francja, Włochy, Wielka Brytania, Szwajcaria, Holandia. Do ochrony patentowej zgłoszone zostaną najnowsze układy technologiczne opracowane w Instytucie Optyki Stosowanej i wykorzystywane w termowizyjnych układach optycznych do detekcji, pomiaru i analizy obiektów wykazujących kontrast termiczny w paśmie 7-14 m. Specjalistyczne układy termowizyjne wykorzystywane są m.in. w nowoczesnych cywilnych i wojskowych systemach obserwacyjnych i pomiarowych. Zabezpieczenie wartości intelektualnej opracowanych rozwiązań na terenie Polski oraz innych Państw UE pozwoli na zwiększenie konkurencyjności na rynkach globalnych polskich firm oraz instytutów badawczych korzystających z opracowanych rozwiązań. Ponadto objęcie ochroną patentową wybranych rozwiązań może mieć wpływ na udoskonalenie produkowanych już urządzeń, a tym samym na wzrost potencjału technologicznego i obronności kraju.

Opis projektu

Do detekcji, obserwacji, analizy oraz pomiarów obiektów znajdujących się w temperaturze powyżej 0 K stosuje się systemy termowizyjne. Najczęściej wykorzystywane są przedziały widma promieniowania elektromagnetycznego o długości fal 3-5 m oraz 7-14 m (okna atmosferyczne). W przypadku typowego systemu termowizyjnego pracującego w paśmie 7-14 m elementy optyki obrazującej wykonywane są m.in. z germanu. W takim przypadku poważny problem stanowi zmiana współczynnika załamania światła w zależności od temperatury. Przy zmianie temperatury pracy układów kamery rzędu kilkudziesięciu stopni korekcja doskonale skorygowanego obiektywu o dużej aperturze numerycznej silnie się pogarsza. Ma to bezpośredni wpływ na kontrast obrazu, stosunek sygnału do szumu itp. W praktyce znane i stosowane są rozwiązania prowadzące do atermalizacji optyki pracującej w podczerwieni. Są to z reguły skomplikowane systemy aktywne zawierające: - sterowane silnikami lub serwomechanizmami elementy mechaniczne, - siłowniki, tłoczki i pojemniki z gazem, - elementy zmieniające swoje rozmiary wraz z temperaturą. W ostatnich latach pojawiły się rozwiązania bazujące ma metodzie WFC (Wave Front Coding [1]). Technika ta bazuje na dołączeniu do układu obrazującego dodatkowego elementu optycznego. Uzyskany obraz nie jest czytelny (dla dowolnej temperatury układu optycznego). W celu odtworzenia obrazu wysokiej jakości, niezależnie od temperatury kamery i osprzętu, konieczne jest jednak dodatkowe numeryczne przetwarzanie obrazu. Powyższe rozwiązania wymagają użycia układów aktywnych, silniczków, siłowników pneumatycznych lub wymagają dodatkowej czasochłonnej obróbki obrazu po jego akwizycji. Dodatkowo układ musi zawierać wiele elementów optycznych. Ze względu na wysoki współczynnik załamania materiału każda powierzchnia powoduje znaczne straty z powodu odbić. Jest to istotny problem nawet pomimo stosowania nowoczesnych warstw przeciwodblaskowych. W proponowanym rozwiązaniu skoncentrujemy się na elementach ogniskujących falę płaską w odcinek osi optycznej. Do takiej klasy struktur optycznych należą: miecz świetlny (ang. Light Sword Optical Element LSOE) [2], element typu pawie oko (ang. Peacock Eye PE) [3] oraz aksikony [4-5]. LSOE w odróżnieniu od aksikonów i soczewek jest elementem asymetrycznym osiowo. Odmienna funkcja mapująca powoduje, że obrazy tworzone przez LSOE okazują się być lepsze (pod pojęciem funkcji mapującej rozumiemy sposób skupiania światła przez element w ramach optyki geometrycznej). Zgodnie z metodą ray-tracing promienie z odpowiedniego obszaru elementu optycznego są skupiane w punkt odcinka ogniskowego. W przypadku aksikonu pojedynczy punkt odcinka ogniskowego jest tworzony przez światło pochodzące od związanego z nim właśnie poprzez funkcję mapującą infinitezymalnego pierścienia w aperturze elementu. W przypadku LSOE dany punkt jest tworzony w przybliżeniu przez infinitezymalny sektor kątowy, a w przypadku elementu Pawie Oko przez infinitezymalnie cienki odcinek). Dzięki możliwości formowania odcinka ogniskowego przez wymienione elementy obrazowanie przy ich użyciu odbywa się ze znacznie zwiększoną głębią ostrości. W konsekwencji ostre obrazowanie zostaje utrzymane dla zmieniającego się wraz z temperaturą współczynnika załamania germanu. Istotną zaletą proponowanej metody jest działanie w czasie rzeczywistym bez konieczności elektronicznej obróbki sygnału. Ochroną patentową zostaną objęte refrakcyjne i/lub dyfrakcyjne elementy LSOE stosowane w układach obrazowania termowizyjnego.

Literatura

[1] E. R. Dowski, Jr. and W. T. Cathey, Extended depth of field through wave-front coding, Appl. Opt. 34 (1995) 1859-1866

[2] A. Kolodziejczyk, S. Bara, Z. Jaroszewicz, M. Sypek, The light sword optical element a new diffraction structure with extended depth of focus, J. Mod. Opt. 37 (1990) 1283-1286.

[3] Z. Jaroszewicz, A. Kolodziejczyk, D. Mouriz, J. Sochacki, Generalized zone plates focusing light into arbitrary line segments, J. Mod. Opt. 40 (1993) 601-612.

[4] J. Sochacki, A. Kołodziejczyk, Z. Jaroszewicz, S. Bará: "Nonparaxial designing of generalized axicons", Appl. Opt.- OT 31, No. 25, (1992), 5326-5330.

Uzasadnienie projektu

Współczesne technologie systemów termowizyjnych wykorzystywanych w medycynie, przemyśle i na współczesnych polach walki (namierzanie żołnierzy, obiektów przeciwnika, źródeł ciepła) wymuszają stały rozwój metod i doskonalenie przyrządów pomiarowych w połączeniu z ich automatyzacją. Dostępne kamery termowizyjne oferują szeroki zakres mierzonych temperatur, jednak paradoksalnie same muszą być instalowane w warunkach relatywnie ustalonej temperatury. Projekt umożliwi znaczne poszerzenie zakresu temperatur pracy nowoczesnych urządzeń obrazujących w zakresie podczerwieni termowizyjnej. Co istotne, usprawnienie to odbędzie się bez znaczącego zwiększenia stopnia skomplikowania i kosztu urządzenia. Obecne poważne ograniczenia temperaturowe dotyczą przede wszystkim pomiarów w skrajnie zmieniających się warunkach środowiskowych: przemysł, lotnictwo cywilne i wojskowe. Powodzenie niniejszego projektu pozwoli na wypełnienie istniejącej luki i opracowanie kolejnej generacji urządzeń termowizyjnych na wzór kolejnych generacji noktowizorów. Proponowana technika atermalizacji oparta jest na znanym i przebadanym efekcie powiększania głębi ostrości obrazowania poprzez zastosowanie elementu LSOE, charakteryzującego się zmienną kątowo mocą optyczną. Należy podkreślić, że w świecie intensywnie rozwijane są rozwiązania konkurencyjne, obarczone jednak wadami, od których wolna jest proponowana technika oparta na LSOE. Możliwościami usprawnienia termowizji zainteresowane są oprócz wojska inne służby mundurowe, zwłaszcza w związku z rosnącym zagrożeniem atakiem terrorystycznym. Systemy proponowane do objęcia ochroną patentową doskonale wpisują się w obecną politykę prowadzoną przez Unię Europejską. Rozwój nowoczesnych technologii produkcyjnych, w tym rozwój nanotechnologii umożliwi polskim firmom uzyskanie przewagi technologicznej nad producentami z krajów UE oraz spoza jej granic. Ważne jest, że produkcja systemów proponowanych do opatentowania będzie mogła odbywać się w Polsce przy użyciu dostępnych i sprawdzonych technologii. Należy podkreślić, że tego typu systemy, wykorzystujące rozwiązania opracowane w INOS, są wysoce innowacyjne. Nowo proponowane rozwiązania technologii termowizyjnej mogą stać się wizytówką polskiej myśli technicznej oraz znaleźć zastosowanie w tak kluczowych gałęziach gospodarki, takich jak przemysł chemiczny i rafineryjny oraz w przemyśle zbrojeniowym.

Osoba do kontaktu:

dr Narcyz Błocki e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie obsługi JavaScript. tel: 22 813 32 85 begin_of_the_skype_highlighting

 

We use cookies to improve our website and your experience when using it. Cookies used for the essential operation of the site have already been set. To find out more about the cookies we use and how to delete them, see our privacy policy.

I accept cookies from this site.

EU Cookie Directive Module Information