CH669699A5

CH669699A5 -

Info

Publication number: CH669699A5
Application number: CH685/86A
Authority: CH
Inventors: Aldo Mazza; Walter Dipl-Phys Jaeger
Original assignee: Gx Holding Ag
Priority date: 1986-02-20
Filing date: 1986-02-20
Publication date: 1989-03-31
Also published as: DE3700243A1; GB8703920D0; FR2594617A1; SE8700420D0; US4866275A; SE8700420L; DE3700243C2; GB2187060A; BR8700789A; GB2187060B; JPS62197726A; SE467182B; IT1207832B; IT8709327A0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektronischen Erzeugung einer thermischen Abbildung eines Objektes auf einem Monitor, wobei man mittels eines Infrarotobjektivs ein Temperaturbild des Objektes auf einer auf zeitliche Temperaturänderungen ansprechende Signalelektrode einer Kameraröhre abbildet, dass man den vom Objekt zur Signalelektrode der Kameraröhre verlaufenden Wärmefluss mittels eines im Strahlengang wirkenden Wärmeflussmodulators periodisch steuert, dass in der Kameraröhre ein Elektronenstrahl die nach dem pyroelektrischen Effekt wirkende Signalelektrode zeilen- und bild- bzw. halbbildweise abtastet, wobei während eines ersten, einer Bildbzw. Halbbildabtastung entsprechenden Zeitintervalls der Wärmefluss des Objektes auf der Signalelektrode zur Wirkung kommt und man die Signalinformation dieser Abtastung in einem ersten Bild- bzw. Halbbildspeicher speichert, dass man während eines weiteren, einer Bild- bzw. Halbbildabtastung entsprechenden Zeitintervalls, während dem nur der Wärmefluss des Modulators auf der Signalelektrode zur Wirkung kommt, die Signalinformation dieser Abtastung in einem zweiten Bild- bzw. Halbbildspeicher speichert, und dass man weiter die Differenz der beiden gespeicherten Abtastsignalfolgen bildet und das Differenzsignal zur Abbildung auf einem Monitor verwendet, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren der obengenannten Art ist z.B. aus der EP 0 138 398 bekannt, wobei bei diesem bekannten Verfahren ein zahnradscheibenähnlicher Wärmeflussmodulator im Strahlengang verwendet wird. Um einen ruhigen Bildeindruck zu erzeugen, ist es auch bekannt, die Zahnradscheibe mit der Vertikalablenkung zu synchronisieren. Dabei wird die Umdrehungsgeschwindigkeit der Zahnradscheibe vorteilhaft so gewählt, dass die Zahnflanke sich zudem mindestens angenähert im Gleichschritt mit der Vertikalablenkung des Elektronenstrahls bewegt.

Derartige Anlagen erzeugen einen ungleichmässigen Bildeindruck, und einen erheblichen, zum Teil feststehenden Störhintergrund. Es ist deswegen gemäss der EP 0 138 398 schon vorgeschlagen worden, das Bildsignal das bei öffnendem und das Bildsignal das bei schliessendem Modulator entsteht, zu speichern, und die so entstehenden, entgegengesetzt polarisierten Bildsignale zu addieren und erst das so entstehende Differenzsignal dem Monitor zuzuführen. Man kann so ein relativ gutes Bild erzeugen, muss aber dafür sorgen, dass die Bildmodulation nicht nur synchron, sondern auch parallel mit der elektronischen Bildabtastung läuft. Dies bedeutet in der Praxis eine sehr grosse Zahnradscheibe als Wärmeflussmodulator, was in der Praxis aus Platzgründen meistens sehr störend ist. Die Bewegungsauflösung ist bei diesem Verfahren relativ gut, die thermische Empfindlichkeit ist jedoch für viele potentielle Einsatzzwecke ungenügend.

Aus der US-PS 3 476 029 ist es ferner bekannt, ein Flüssigkristallelement als Blende zu verwenden. Derartige Blenden sind wohl kompakt, ergeben jedoch bei Einsatz in einer pyroelektrischen Fernsehkamera und bei Anwendung der bisher bekannten Abtastsignalverarbeitungsverfahren eine weitere Verschlechterung der an und für sich schon für viele potentielle Einsatzzwecke ungenügenden thermischen Empfindlichkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art mit bedeutend verbesserter thermischer Empfindlichkeit gegenüber den bisher bekannten Verfahren, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man den vom Objekt zur Signalelektrode der Kameraröhre verlaufenden Wärmefluss mittels des Wärmeflussmodulators derart periodisch steuert, dass dieser Wärmefluss während eines an das erste Zeitintervall anschliessenden zweiten, einer Bild- bzw. Halb5

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bildabtastung entsprechenden Zeitintervalls unterbrochen und die während dem letzteren erhaltene Abtastsignalfolge nicht weiter verwendet wird, dass man während eines anschliessenden dritten, einer Bild- bzw. Halbbildabtastung entsprechenden Zeitintervalls, während dem nur der Wärmefluss des Modulators auf der Signalelektrode zur Wirkung kommt, die während diesem dritten Zeitintervall erhaltene Abtastsignalfolge zur weiteren Auswertung dem zweiten Bild- bzw. Halbbildspeicher zuführt, während eines anschliessenden vierten, einer Bild- bzw. Halbbildabtastung entsprechenden Zeitintervalls die Unterbrechung des vom Objekt zur Signalelektrode gerichteten Wärmeflusses wieder aufhebt und die während diesem vierten Zeitintervall erhaltene Abtastsignalfolge nicht weiter verwendet, und dass man die beiden abgespeicherten Signalfolgen zur Bildung eines Differenzsignals je einmal direkt und dreimal wiederholt einer Differenzschaltung zuführt.

Bei einem solchen Verfahren erzielt man eine erheblich verbesserte thermische Empfindlichkeit auf Kosten der Bewegungsauflösung, was für viele Einsatzzwecke von grösstem Nutzen ist.

Da die üblicherweise interessierenden Bildobjekte zumeist eine gegenüber dem Wärmeflussmodulator erheblich höhere Temperatur aufweisen, ist es zur Vermeidung von Temperaturverschiebung der Signalelektrode vorteilhaft, wenn die Zeit während welcher ausschliesslich der Wärmefluss des Objektes auf der Signalelektrode zur Wirkung gebracht wird, kleiner, vorzugsweise mindestens zweimal kleiner ist als die Zeit, während welcher nur der Wärmefluss des Modulators auf der Signalelektrode zur Wirkung gebracht wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der mit der Abtastung synchronisierte Wärmeflussmodulator innerhalb des abbildenden Objektivs als rotierender Wärmeflussunterbrecher ausgebildet ist, wobei die Rotationsachse senkrecht zur optischen Achse verläuft, und der Querschnitt des Wärmeflussunterbrechers in einer die Rotationsachse beinhaltenden Ebene betrachtet ein mindestens annähernd U-förmiges Profil aufweist, dessen Seitenschenkel einen Schnitt durch je eine Unterbrecherfläche darstellen.

Zweckmässige Weiterausgestaltungen der erfindungsgemäs-sen Einrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 4 bis 6.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig. 2 die Wirkung des Wärmeflussmodulators der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung auf den Wärmefluss;

Fig. 3 die Wirkungsweise des Wärmeflussmodulators der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung auf die Signalelektrodentemperatur;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine beispielsweise Anordnung eines Wärmeflussmodulators; und

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur thermischen Abbildung eines Objektes 1 auf einem Monitor 2.

Dazu wird eine Abbildung des Objektes I mittels eines Objektivs 3, das im Wellenlängenbereich zwischen 8 und 14 um arbeitet, auf der Signalelektrode 4 einer Kameraröhre 5 abgebildet.

Der Wärmefluss jedes Bildelementes des Objektes 1 auf das entsprechende Bildelement der Abbildung auf der Signalelektrode 4 wird durch eine rotierende Sektorscheibe 6 periodisch unterbrochen und freigebeben.

Da die Signalelektrode 4 aus pyroelektrisch empfindlichem Material besteht, und auf der dem Objekt 1 zugewandten Seite mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist, kann die py-roelektrisch entstehende Ladung mittels einer Elektronenstrahl-

abtastung 7 in einen Signalstrom, der im Verstärker 8 in ein Bildsignal umgewandelt wird, transformiert werden.

Da die Signalelektrode 4 hochisolierend ist, muss sie zur Wiedergabe sowohl wärmerer als auch kälterer Objektteile mit einer Grundladung versehen werden. Zu ihrer Erzeugung wird die Kathode 9 des Elektronenstrahlsystems während des Zeilenrücklaufs auf negative Werte abgesenkt. Die Elektronen der dann entstehenden Elektronenstrahlen weisen eine so hohe Geschwindigkeit auf, dass Sekundärelektronen entstehen, und eine Sockelspannung Uo des Bildsignals U(t) erzeugt wird.

Der Wärmeflussmodulator 6 wird mittels des Motors 10 und der Schaltung 11 und dem Positionssensor 12 phasenstarr mit der Vertikalablenkung V synchronisiert.

Da der Wärmeflussmodulator 6 eine Umdrehung während der Zeit von vier Vertikalabtastungen ausführt, entsteht an der Stelle 13 ein Bildsignal U(t).

Das Bildsignal U(t) wird mittels des Schalters 14 ebenfalls synchron mit der Vertikalablenkung abwechselnd während den Abtastintervallen PI und P3 in die Speicher 15 und 16 eingelesen. Die beiden letzteren geben die eingeschriebenen Bildsignale U(P1) und U(P3) direkt und dreimal wiederholt an die Differenzschaltung 17 ab, die ihrerseits das Differenzsignal U(P1) — U(P3), das die Sockelspannung Uo nicht mehr enthält, an den Monitor 2 zur Bildwiedergabe abgibt.

Dieses Differenzsignal U(P1) — U(P3) weist eine gegenüber den Einzelsignalen U(P1) und U(P3) vergrösserte Amplitude auf. Selbst eine Verminderung würde aber mehr als kompensiert durch die sehr viel stärker wirkende Eliminierung der Sockelspannung und des stehenden Bildrauschens.

Fig. 2 zeigt punktiert die Wirkung eines bisher üblichen Wärmeflussmodulators und ausgezogen die Wirkung des erfin-dungsgemäss verwendeten Modulators auf den Wärmefluss der die Signalelektrode 4 in Fig. 1 erreicht.

Während der bisherige Wärmeflussmodulator einen in der Zeit symmetrischen Wärmefluss erzeugt, bewirkt der erfin-dungsgemäss wirkende Modulator 6 eine nur kurzzeitige Einwirkung des Wärmeflusses des Objektes 1, und eine im Verhältnis dazu viel längere Einwirkung des vom Modulator 6 ausgehenden Wärmeflusses.

Fig. 3 zeigt im zeitlich gleichen Massstab wie in Fig. 2 gestrichelt die Wirkung eines bisher verwendeten Modulators und ausgezogen die Wirkung eines erfindungsgemäss arbeitenden Modulators 6.

Der bisher verwendete Modulator, der 20°C warm sein möge, bewirkt für einen 40°C warmen Objektpunkt einen Temperaturverlauf des entsprechenden Bildpunktes auf der Signalelektrode 4 gemäss dem Kurvenverlauf A-B-C-D-E-F.

Der erfindungsgemäss wirkende Modulator 6 hingegen bewirkt einen deutlich stärker modulierten Temperaturverlkuf A-G-H-I für einen gleich warmen Objektpunkt.

Beim erfindungsgemässen Verfahren werden die Zeitintervalle P2 und P4, in denen sowieso kein wesentlicher Temperaturanstieg bzw. Temperaturabnahme zu erwarten wäre, zur Unterbrechung bzw. Aufhebung der Unterbrechung des vom Objekt auf die Signalelektrode gerichteten Wärmeflusses verwendet, und dadurch grösstmögliche Temperaturänderungen ATi und AT3, d.h. eine grösstmögliche thermische Empfindlichkeit erzielt und zur Bildwiedergabe ausgenützt.

Da der pyroelektrische Effekt mit der Temperatur zunimmt, wird daher mittels des erfindungsgemässen Verfahrens eine erheblich grössere Empfindlichkeit einer derart arbeitenden Kamera, als dies bisher möglich war, erreicht.

Fig. 4 zeigt eine innerhalb dem Objektiv 3', 3" , 3" ' angeordnete Ausführungsform eines Modulators 6'.

Der Modulator 6' ist dabei zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit als doppeltgekrümmte Fläche, vorzugsweise wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, als Ausschnitt eines Kugelmantels ausgebildet, welcher um die Rotationsachse 18 gedreht wird.

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1. Verfahren zur elektronischen Erzeugung einer thermischen Abbildung eines Objektes auf einem Monitor, wobei man mittels eines Infrarotobjektivs ein Temperaturbild des Objektes auf einer auf zeitliche Temperaturänderungen ansprechende Signalelektrode einer Kameraröhre abbildet, dass man den vom Objekt zur Signalelektrode der Kameraröhre verlaufenden Wär-mefluss mittels eines im Strahlengang wirkenden Wärmeflussmodulators periodisch steuert, dass in der Kameraröhre ein Elektronenstrahl die nach dem pyroelektrischen Effekt wirkende Signalelektrode Zeilen- und bild- bzw. halbbildweise abtastet, wobei während eines ersten, einer Bild- bzw. Halbbildabtastung entsprechenden Zeitintervalls der Wärmefluss des Objektes auf der Signalelektrode zur Wirkung kommt und man die Signalinformation dieser Abtastung in einem ersten Bild- bzw. Halbbildspeicher speichert, dass man während eines weiteren, einer Bild- bzw. Halbbildabtastung entsprechenden Zeitintervalls, während dem nur der Wärmefluss des Modulators auf der Signalelektrode zur Wirkung kommt, die Signalinformation dieser Abtastung in einem zweiten Bild- bzw. Halbbildspeicher speichert, und dass man weiter die Differenz der beiden gespeicherten Abtastsignalfolgen bildet und das Differenzsignal zur Abbildung auf einem Monitor verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass man den vom Objekt zur Signalelektrode der Kameraröhre verlaufenden Wärmefluss mittels des Wärmeflussmodulators derart periodisch steuert, dass dieser Wärmefluss eines an das erste Zeitintervall anschliessenden zweiten, einer Bild- bzw. Halbbildabtastung entsprechenden Zeitintervalls unterbrochen und die während dem letzteren erhaltene Abtastsignalfolge nicht weiter verwendet wird, dass man während eines anschliessenden dritten, einer Bild- bzw. Halbbildabtastung entsprechenden Zeitintervalls, während dem nur der Wärmefluss des Modulators auf der Signalelektrode zur Wirkung kommt, die während diesem dritten Zeitintervall erhaltene Abtastsignalfolge zur weiteren Auswertung dem zweiten Bild- bzw. Halbbildspeicher zuführt, während eines anschliessenden vierten, einer Bild- bzw. Halbbildabtastung entsprechenden Zeitintervalls die Unterbrechung des vom Objekt zur Signalelektrode gerichteten Wärmeflusses wieder aufhebt und die während diesem vierten Zeitintervall erhaltene Abtastsignalfolge nicht weiter verwendet, und dass man die beiden abgespeicherten Signalfolgen zur Bildung eines Differenzsignals je einmal direkt und dreimal wiederholt einer Differenzschaltung zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit, während welcher ausschliesslich der Wärmefluss des Objektes auf der Signalelektrode zur Wirkung gebracht wird, kleiner, vorzugsweise mindestens zweimal kleiner ist als die Zeit, während welcher nur der Wärmefluss des Modulators auf der Signalelektrode zur Wirkung gebracht wird.

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PATENTANSPRÜCHE .

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Abtastung synchronisierte Wärmeflussmodulator innerhalb des abbildenden Objektivs als rotierender Wärmeflussunterbrecher ausgebildet ist, wobei die Rotationsachse senkrecht zur optischen Achse verläuft, und der Querschnitt des Wärmeflussunterbrechers in einer die Rotationsachse beinhaltenden Ebene betrachtet ein mindestens annähernd U-förmiges Profil aufweist, dessen Seitenschenkel einen Schnitt durch je eine Unterbrecherfläche darstellen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Unterbrecherflächen mindestens annähernd parallel zueinander und zur Rotationsachse verlaufen.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unterbrecherflächen längs einer Zylindermantelfläche verlaufen.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unterbrecherflächen kalottenförmig ausgebildet sind.