Gerät zur Wahrnehmbarmachung und Entfernungsmessung von fernen Gegenständen bei Nacht oder unsichtigem Wetter mit Infrarotstrahlen.
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur AVahrnehmbarmachung und zur Entfernungsmessung von fernen Gegenständen bei Nacht oder bei unsichtigein Wetter zum Beispiel zur Verhütung von Kollisionen, wobei vom Mess- ort impulsweise ausgesandte Infrarotstrahlen nach Reflexion an dem zu beobachtenden fernen Gegenstand im Messort wieder empfangen und mittels einer Bildwandiereinrichtung siehtbar gemacht werden.
Es sind bereits Nachtsehgeräte zur visuellen Beobachtung von fernen Gegenständen bei Nacht oder bei unsichtigem Wetter bekannt, bei denen von einem kontinuierlich strahlenden Scheinwerfer mit Infrarotfilter für das menschliche Auge unsichtbare Infrarotstrahlen ausgesandt und nach Reflexion an einem fernen Gegenstand einem in unmittelbarer Nähe des Infrarotstrahlers angeordneten Bildwandler zugeführt werden. Dieser Bildwandler formt das auf seiner Photokathode mittels einer Abbildungsoptik entworfene Infrarotbild in ein sichtbares Fluoreszenzbild um.
Die Arbeitsweise derartiger Bildwandler ist bekanntlich folgende : Mittels einer normalen Optik wird das ferne, angestrahlte Objekt auf einer infrarotempfindlichen Photokathode abgebildet, welche je nach der Beleuch- tungsstärke der versehiedenen Stellen des Bildes mehr oder weniger Photoelektronen emittiert, so dass ein dem optischen Bild ent sprechendes, für das menschliche Auge noch unsichtbares Elektronenbild hinter der Kathode entsteht.
Dieses Elektronenbild wird mittels einer Elektronenoptik auf einem F'luoreszenzschirm abgebildet, wobei die Elektronen infolge der ihnen durch die Linsenspannungen erteilten kinetischen Energie den Fluoreszenzschirm an den von den Elektronen getroffenen Stellen zum Leuchten anregen. Das Fluoreszenzbild kann dann direkt oder durch eine Optik beobachtet werden, es ist also nunmehr das Bild des angestrahlten, fernen Gegenstandes für das menschliche Auge sichtbar. Diese bereits be kannten Anordnungen gestatten lediglich eine visuelle Beobachtung der bei Dunkelheit oder Nebel für das Auge unsichtbaren, fernen Gegenstände, jedoch ist mit Hilfe dieser Anordnungen eine Entfernungsmessung nicht möglich.
Es ist auch bereits zur Durchführung einer Entfernungsmessung ferner Gegen- stände bei Nacht oder bei unsichtigem Wetter vorgesehlagen worden, von einem Beobach- tungs-oder Messort in einem durch eine gegebene Steuerwechselspannung festgelegten Rhythmus intermittierende Infrarotstrahlungen auszusenden, die nach Reflexion an dem fernen Gegenstand zu einem am Messort an geordneten infrarotempfindlichen Bildwandler gelangen.
Wird nun die von dem fernen Gegenstand reflektierte, intermittierende Infrarotstrahlung in irgendeiner Weise, zum Beispiel mittels einer bekannten Lichtsteuer- einrichtung etwa nach Art der bekannten Kerrzelle, durch eine Steuerwechselspannnny von derselben Frequenz beim Wiedereintreffen im Bildwandler beeinflusst, so kann durch Einschaltung eines Phasenschiebers zwischen die der Infrarotlichtquelle zugeführte Steuerwechselspannung und die der Lichtsteuereinrichtung (Kerrzelle) zugeführte Steuerwechselspannung eine Entfer nungsmessung unter Beobachtung der maximalen oder minimalen Helligkeit des Bildes durchgeführt werden, wobei der Phasenwinkel zwischen den beiden Steuerspannungen zur Bestimmung der Entfernung dient.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Steuerwechselspannung dem Bildwandler direkt als Anodenspannung für die Beschleunigung der Photoelektronen und als Linsenspannung für die. Elektronenoptik zuzu- führen. In diesem Fall kann nur dann ein Bild auf dem Fluoreszenzschirm entstehen, wenn die Phasenversehiebung zwischen der Steuerwechselspannung für die Infrarotlicht- quelle un der Steuerwechselspannung für den Bildwandler genau der Laufzeit des am fernen Gegenstand reflektierten Infrarotlichtes entspricht.
Der Phasenschieber, der zur Veränderung des Phasenwinkels zwischen diesen beiden Steuerspannungen dient, kann hierbei direkt in Entfermmgseinheiten geeieht sein.
Ausserdem ist bereits vorgesehlagen worden, im Bildwandler an einer Stelle geringer Elektronengesehwindigkeit eine Steuerelek- trode anzuordnen, welche zur Sperrung und zur Steuerung des Bildstromes benntzt wer- den kann. Die Bildröhre wird in diesem Fall wie üblich mit Gleichspannung als Anodenund Linsenspannung betrieben und die phasenversehobene Steuerwechselspannung der Steuerelektrode zugeführt.
Diese bereits vorgeschlagenen Anordnun- gen zur Entfernungsmessung mittels intermittierender Infrarotstrahlung weisen jedoch einen grossen Nachteil auf, da erst bei richtiger phasengerechter Einstellung des Phasensehiebers ein sichtbares Bild erscheint und somit die allgemeine Übersicht fehlt. Es kann also der Fall eintreten, dass zum Beispiel in der Fahrtrichtung ein Hindernis, etwa ein entgegenfahrendes Sehiff vorhanden ist, dessen Existenz jedoch nicht wahrgenommen wird, weil zufällig der Phasenschieber eine Stellung hat, die nicht der Entfernung zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem angestrahlten Objekt entspricht. In diesem Falle wird somit kein Bild des in der Fahrtrichtung liegenden Hindernisses erzeugt und die Gefahr einer Kollision heraufbeschworen.
Der den bereits vorgeschlagenen Anordnungen zur Entfernungsmessung mittels Infrarotstrahlung anhaftende Nachteil ist beim Gerät gemäss der Erfindung dadurch beseitigt, dass die Bildwandlereinriehtung mindestens eine Bildwandlerrohre aufweist und zwecks Erzeugung von zwei siehtbaren Bildern des angestrahlten fernen Gegenstandes unter dem Einflu# zweier Steuerspan- nungen steht, und zwar einer Steuergleichspannung, unter deren Einfluss die Bildwandlereinrichtung ein zur Übersicht geeignetes, stets sichtbares Bild liefert, und einer von einem für Sender und Empfänger gemeinsamen Generator erzeugten und über einen einstellbaren Phasenschieber geleiteten Steuerwechselspannung, unter deren Einfluss die Bildwandlereinrichtung ein Bild liefert,
dessen Helligkeit bzw. Sichtbarkeit durch die Einstellung des Phasenschiebers bestimmt ist, derart, dass die Einstellung des Phasensehiebers auf einen Extremwert der Helligkeit bzw. Sichtbarkeit des Bildes ein Mass für die Entfernung des angestrahlten fernen Gegenstandes vom Messort darstellt.
Die Bildwandlereinriehtung kann beispielsweise zwei Bildwandlerrohren aufweisen, wovon die eine zur Beobachtung und die andere zur Entfernungsmessung dient.
Die Speisung der einen Bildwandlerröhre erfolgt dabei durch eine Steuergleichspannung und jene der anderen Bildwandlerröhre durch eine von einem für Sender und Empfänger gemeinsamen Generator erzeugte und über einen Phasenschieber geleitete Steuerwechsel- spannung.
Zur Erleichterung der Beobachtung und Messung kann in diesem Fall eine Optik vor- gesellen sein, durch welche die beiden getrennt erzeugten Bilder des fernen Gegenstandes-also sowohl das der allgemeinen Übersicht dienende als auch das der Entfer- nungsmessung dienende Bild-zusammen auf einen gemeinsamen Bildschirm nebeneinander projiziert werden. Diese Anordnung stellt zweifellos eine bedeutende Erleichte- rung für den Navigationsoffizier dar.
Mit besonderem Vorteil kann auch an Stelle von zwei Bildwandlerröhren nur eine einzige Bildwandlerröhre vorgesehen werden, deren Speisung durch eine Gleichspannung erfolgt, welcher die vom gemeinsamen Steuer generator erzeugte, über einen Phasenschieber geleitete Steuerwechselspannung überlagert ist. Bei dieser Anordnung treten zu gleicher Zeit somit zwei Wirkungen auf. Zunächst wird durch die Speisung mit einer Gleiehspannung die Bildwandlerrohre befähigt, ein stetes Bild des von dem impulsweise betriebenen Sender angestrahlten Objektes zwecks allgemeiner Übersicht zu erzeugen. Diesem Bild überlagert sieh dann das aus der impulsweisen Steuerung des Strahlers und der Bildwandlerröhre resultierende Bild.
Wird nun der zwischen der Steuerwechselspannung des Strahlers und der des Bildwandlers angeord nete Phasenschieber betätigt, so wird bei einer Einstellung des Phasensehiebers, welche der tatsächlichen Entfernung des angestrahlten Objektes vom Alessort entspricht, eine maximale Aufhellung des Bildes eintreten. Die Ablesung des in Entfernungseinheiten geeich- ten Phasenschiebers ergibt bei der maximalen Aufhellung des Bildes die gesuchte Entfernung des angestrahlten Objektes.
Eine zur Beobachtung und gleichzeitiger Entfernungsmessung dienende Bildwandler robre kann auch aus zwei ineinander ge schachtelten Systemen bestehen, derart, dass beispielsweise die Randzone des Bildes zur t, bersieht dient, also von der Gleichspannung erzeugt wird, während die Mittelzone von der Impulsspannung erzeugt wird und zur t. nt- fernungsmessung dient.
An Stelle von zwei konzentrisch ineinander geschachtelten Bildern sind durch eine andere Anordnung der Röhre auch zwei nebeneinander stehende Bildhälften denkbar.
Zweckmässigerweise sind zur Absuchung des optischen Horizontes sowohl die Infrarotlichtquelle als auch die Empfangsoptik synchron schwenkbar auf einer gemeinsamen Achse übereinander, bzw. unter Zwischenschaltung von Zahnradübertragungen nebeneinander angeordnet, wobei zweeks Erzielung einer optimalen Wirkung die optischen Achsen des Sende-und des Empfangssystems stets parallel gerichtet sind.
Zweekmässig wird als impulsweise strahlende Infrarotlichtquelle eine Gasentladungslampe, zum Beispiel eine Queeksilberhoch- drueklampe verwendet, welche durch äusserst kurzzeitige Steuerimpulse von hoher Spannung kurzzeitig hochgetastet, das heisst für die Dauer eines jeden Steuerimpulses kurzzeitig stark überlastet wird. Bei diesen Gasentladungsröhren lässt sich ohne Gefahr für die Lebensdauer dieser Röhren eine kurzzeitige sehr hohe Überlastung durchführen, ohne dass die als Integral über diese einzelnen Belastungsstosse zu denkende Gesamtbelastung unzulässig hoeh wird.
Die Impulsfrequenz, das heisst die Anzahl der in einer Sekunde aufeinanderfolgenden Impulse beträgt mit Vorteil etwa einige hundert Hertz, während die Dauer eines jeden Impulses nur etwa 10-6 bis 10-7 Sekunden betragen kann.
Die Kurvenform dieser kurzzeitigen Steuerimpulse ist zweckmässig rechteekig, um eine genau definierte Impulsdauer zu erzielen.
Diese kurzzeitigen, mögliehst rechteekigen Steuerimpulse von hoher Spannung werden zweckmässig aus einer sinusförmigen Spannung abgeleitet, die von einem für Sender und Empfänger gemeinsamen Wechselstromerzeuger an sich beliebiger, jedoch konstanter Frequenz erzeugt wird. Zu diesem Zweeke kann die Steuerweehselspannung einem Impulsgenerator zugeführt werden, wo sie durch Übersteuerung einer Elektronenröhre mit nachfolgender Differentiation und Verstärkung in rechteekige, kurzzeitige Steuerimpulse von hoher Spannung umgeformt werden kann, deren Folgefrequenz gleieh der Frequenz der sinusförmigen Steuerwechsel- spannung ist.
An Stelle einer übersteuerten Elektronenröhre kann auch die Entladung eines Kondensators über eine Funkenstrecke im Falle der Steuerweehselspannung zur Impulserzeugung benützt werden.
Ferner können je ein derartiger Impulserzeuger für rechteckige, kurzzeitige Steuer impulse sowohl dem Infrarotlichtstrahler als auch dem zur Entfernungsmessung dienenden Bildwandler zugeordnet werden. Beide Impulserzeuger werden dann von dem eine sinusförmige Wechselspannung erzeugenden Generator gesteuert.
Wird nun in der Verbinclmgsleitung zwischen dem Steuergenerator und dem Impulserzeuger für den Bildwandler ein Phasenschieber angeordnet, so werden je nach Einstellung des Phasenschiebers die Steuerimpulse für den Bildwandler den Steuerimpulsen für die Infrarotlichtquelle um eine genau definierte Zeit nacheilen. Entspricht nun die zeitliche Verschiebung der Steuerimpulse für den Bildwandler der Lauf- zeit der reflektierten Infrarotlichtimpulse, so tritt eine maximale Aufhellung des Bildes des fernen Gegenstandes ein, die um so schärfer ist, je besser die Rechteckform der Steuerimpulse ist.
Es kann somit einerseits durch die Tastung des Strahlers mittels der erwähnten Rechteckimpulse eine intermittierende Ultrarotstrahlung von sehr grosser Intensität erzielt werden, wodurch die Reichweite des Gerätes beträchtlich erhöht wird. Anderseits lässt sich durch die Steuerung des Bildwandlers mit Hilfe der gleichen Impulsart eine äusserst genaue Entfernungsmessung des angestrahlten, reflektierenden Objektes erzielen, da schon bei geringer Versehiebung des Phasenschiebers aus der zeitliehen Resonanzlage das Bild zum Verschwinden gebracht werden kann.
Zur Nullpunkteinstellung der Messanordnung kann in der Verbindungsleitung zwischen dem die sinusförmige Steuerspannung und dem die Rechteekimpulse er zeugenden Impulsgenerator ein zusätzlicher Phasenschieber angeordnet sein.
Durch die Kombination zweier Bild wandlersysteme, von denen das eine als tuber- sichtsrohr arbeitet und das andere zur Entfernungsmessung dient, ist insbesondere in Verbindung mit der oben genannten Impulssteuerung sowohl des Strahlers als auch des zur Entfernungsmessung dienenden Bildwandlers ein Navigationsgerät geschaffen, mit dessen Hilfe jede Kollisionsgefahr zum Beispiel in der Seeschiffahrt bei Nacht oder bei unsichtigem Wetter beseitigt ist.
Im folgenden sind an Hand der Zeiclinung einige der möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es bedeuten :
Fig. 1 ein Schaltsehema eines Gerätes mit zwei Bildwandlerrohren ;
Fig. 2 ein Schaltschema unter Verwendung nur einer Bildwandlerrohre ;
Fig. 3 ein Schaltsehema unter Verwendung von Impulserzeugern.
Wie aus Fig. l hervorgeht, werden von dem Infrarotlichtstrahler 7 intermittierende Strahlungen unsichtbaren Infrarotlichtes ausgesandt, die naeh Reflexion an einem fernen Gegenstand-zum Beispiel an dem in der Dunkelkeit, bzw. bei Nebel nicht sicht- baren Schiff 5-wieder zum blessort zurück- gelangen und dort durch eine normale Optik 12 dem Bildwandler 1 zugeführt werden.
Dieser Bildwandler wird durch die Strom- quelle 15 mit Gleichspannung versorgt. Nach Umwandlung des zunächst nicht sichtbaren Elektronenbildes in ein sichtbares Floreszenzbild erselieint der ferne Gegenstand 5 als stehendes Bild auf dem Betrachtungsschirm 1. 4. Gleichzeitig gelangen aber auch die von dem fernen Gegenstand 5 reflektierten inter mittierenden Strahlen zu dem Bildwandler 2, dem sie ebenfalls durch eine normale Optik 11 zugeführt werden.
Da nun sowohl der Strahler 7 als auch der Bildwandler 2 durch eine gemeinsame Wechselstromquelle 3 gespeist und somit im gleichen Rhythmus gesteuert werden, so kann auf dem Bildschirm 13 des Bildwandlers 2 nur dann ein Bildoptimum erscheinen, wenn der Phasenwinkel zwischen der dem Strahler zugeführten Wechselspan- nung und der dem Bildwandler 2 zugeführten Weehselspannung gleich der Laufzeit des vom Strahler 7 ausgesandten und nach Reflexion am fernen Gegenstand 5 im Bildwandler 2 wieder empfangenen Strahlungsimpulse ist Selbstverständlich kann hierbei statt der be schriebene Maximalmethode auch die Minimalmethode angewandt werden, das heisst dass als Kriterium für die richtige Einstellung des Phasenschiebers 4,
der in Entfernungsein- heiten unmittelbar geeicht sein kann, entweder das Optimum oder das Minimum des auf dem Bildschirm 13 erscheinenden Bildes dient. Da, wie bereits erwähnt, die gesamte Alessanordnung bzw. der Strahler 7 und die Optik 11 bzw. 12 gemeinsam auf einer Achse schwenkbar angeordnet sind, kann auch sofort auf einer Skala der Winkel abgelesen werden, in dem das fremde Fahrzeug sieh befindet. Damit ist das fremde Fahrzeug nach Richtung und Entfernung eindeutig bestimmt, so dass jede Kollisionsgefahr vermieden werden kann. Zur Nullpunkteinstellung der Messanordnung dient der in der Leitung zwischen dem Steuergenerator 3 und dem Strahler 7 angeordnete Phasenschieber 10.
Der Strahler 7 ist im Brennpunkt eines Hohlspiegels angeordnet, um eine mögliehst scharfe Bündelung der ausgesandten Infrarot] iehtstrahlen zu erhalten.
In Fig. 2 ist grundsätzlich die gleiche Anordnung wie in Fig. 1 gezeigt, nur mit dem ITnterschied, dass hier an Stelle von zwei Bildwandlern 1 und 2 nur ein einziger Bildwandler 6 verwendet wird, der die Funktionen der in Fig. 1 gezeigten Bildwandler 1 und 2 allein übernimmt. Der Bildwandler 6 wird von der C leiehstromquelle 15 über eine Drossel 17 mit (8-leiehstrom gespeist ; während die Zuführung bzw. Überlagerung des von dem Generator 3 erzeugten Weehselstroms über einen Kondensator 16 erfolgt. Die übrige Anordnung und ihre Wirkungsweise entspricht der in Fig. 1 gezeigten Anordnung. Das mit Hilfe der Gleichstromspeisung des Bildwandlers 6 erzeugte Bild erscheint als stehendes Bild auf clem Betrachtungssehirm 18.
Diesem Bild wird das mit Hilfe der Wechselstromspeisung des Bildwandlers 6 erzeugte Bild überlagert.
Die in Abhängigkeit von der Entfernung des angestrahlten Gegenstandes 5 bzw. in Abhän- gigkeit von der Einstellung des Phasenschiebers 4 erfolgende maximale Aufhellung des auf dem Schirm 18 erscheinenden Bildes ist das Kriterium für die gesuchte Entfernung.
In Fig. 3, in welcher das mit Gleichstrom gespeiste tSbersiehtKsrohr der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, ist eine Anordnung gezeigt, aus der die besonders wirksame Tastung des Strahlers 7 und des Bildwandlers mit Hilfe von Impulsen möglichst hoher Spannung und möglichster Rechteckform zu ersehen ist. Die von einem gemeinsamen Wechselstromgenerator 3, der zweekmässig eine sinusförmige Spannung konstanter Fre quenz erzeugt, gelieferte Steuerspannung wird über die Phasenschieber 4 bzw. 10 einerseits dem Impulserzeuger 9 für den Bildwandler 2 und anderseits dem Impulserzeuger 8 für den Strahler 7 zugeführt.
In diesen Impulserzeugern wird die zugeführte sinusförmige Steuerspannmg in der oben dargelegten Art in Reehteek- impulse sehr hoher Spannung umgeformt. Da die vom Wechselstromgenerator 3 zugeführte Weehselspannung mittels des Phasenschiebers 4 hinsichtlich ihres Phasenwinkels beliebig versehoben werden kann,
so werden die Steuerimpulse des Impulserzeugers 9 entsprechend der Einstellung des Phasenschiebers 4 den vom Impulserzeuger 8 erzeugten Impulsen um eine genau definierte Zeitspanne nacheilen. Entspricht diese Pha senversehiebung der beiden Impulse genau der Laufzeit'der vom Strahler 7 abgestrahlten und nach Reflexion am fernen Gegenstand 5 wieder im Bildwandler 2 empfangenen Infrarotimpulse, so erseheint das Bild des fernen Gegenstandes mit maximaler-oder beim Arbeiten naeh der Minimummethode-mit minimaler Helligkeit. In diesem Augenbliek erfolgt die Ablesung des Einstellungswertes am Phasenschieber 4, der in Entfernungseinheiten unmittelbar geeicht sein kann.
Die Anwendung dieser Art der Tastung des Strahlers 7 und des Bildwandlers 2 mit Hilfe der Rechteekimpulse ergibt, wie bereits weiter oben dargelegt, eine grosse Reiehweite des Gerätes und eine grosse Messgenauigkeit.
Anstatt die Infrarotimpulse dauernd auszusenden, kann es, beispielsweise um die WIögliehkeit des Empfangs an fremden Empfängern herabzusetzen, von Vorteil sein, das Gerät so zu steuern, dass für eine Beob- achtung bzw. Messung jeweilen nur eine geringe Anzahl von Impulsen, im Extremfall ein einzelner Impuls, zur Aussendung gelangt. Eine solehe Steuerung kann beispielsweise durch entsprechend rotierende Nocken- se. halter oder Relaisanordnungen erfolgen.
Damit insbesondere das von dem als Über- siehtsrohr dienenden Bildwandler 1 gelieferte Bild des fernen Gegenstandes in Ruhe betraehtet werden kann, weist der Fluoreszenz- schirm des Bildwandlers 1 zweckmässig eine der Dauer der kurzzeitig wirksamen Strahlung entsprechend angemessene Nachleuchtdauer auf. Auch sind besondere Bildspeicher- einrichtungen möglieh, die ein Festhalten des knrzzeitigen Bildeindruckes ermöglichen.
Device for making perceptible and measuring the distance of distant objects at night or in invisible weather with infrared rays.
The invention relates to a device for making distant objects perceptible and for measuring the distance of distant objects at night or when the weather is not visible, for example to prevent collisions, with infrared rays emitted in pulses from the measuring location being received again after reflection on the distant object to be observed in the measuring location and using an image wandering device can be made visible.
Night vision devices are already known for the visual observation of distant objects at night or in invisible weather, in which infrared rays invisible to the human eye are emitted by a continuously radiating headlight with infrared filter and, after reflection on a distant object, fed to an image converter arranged in the immediate vicinity of the infrared radiator will. This image converter converts the infrared image created on its photocathode using imaging optics into a visible fluorescence image.
It is well known that such image converters work as follows: By means of normal optics, the distant, illuminated object is imaged on an infrared-sensitive photocathode, which, depending on the illuminance of the various parts of the image, emits more or fewer photoelectrons, so that a corresponding optical image , electron image that is still invisible to the human eye is created behind the cathode.
This electron image is imaged on a fluorescent screen by means of electron optics, the electrons, as a result of the kinetic energy imparted to them by the lens voltages, causing the fluorescent screen to glow at the points hit by the electrons. The fluorescence image can then be observed directly or through optics, so the image of the illuminated, distant object is now visible to the human eye. These already known arrangements only allow visual observation of the distant objects invisible to the eye in darkness or fog, but distance measurement is not possible with the aid of these arrangements.
It has also already been proposed to carry out a distance measurement of distant objects at night or in bad weather, to emit intermittent infrared rays from an observation or measurement location in a rhythm determined by a given control alternating voltage, which after reflection on the distant object to a get to an orderly infrared-sensitive image converter at the measuring location.
If the intermittent infrared radiation reflected by the distant object is now influenced in any way, for example by means of a known light control device similar to the type of the known Kerr cell, by an alternating control voltage of the same frequency when it re-enters the image converter, a phase shifter can be switched between the The alternating control voltage supplied to the infrared light source and the alternating control voltage supplied to the light control device (Kerr cell) a distance measurement can be carried out while observing the maximum or minimum brightness of the image, the phase angle between the two control voltages being used to determine the distance.
It has also already been proposed that the alternating control voltage be applied to the image converter directly as the anode voltage for the acceleration of the photoelectrons and as the lens voltage for the. To supply electron optics. In this case, an image can only appear on the fluorescent screen if the phase shift between the alternating control voltage for the infrared light source and the alternating control voltage for the image converter corresponds exactly to the transit time of the infrared light reflected on the distant object.
The phase shifter, which is used to change the phase angle between these two control voltages, can be calibrated directly in distance units.
In addition, it has already been proposed to arrange a control electrode in the image converter at a point of low electron velocity, which control electrode can be used to block and control the image current. In this case, the picture tube is operated as usual with direct voltage as anode and lens voltage and the phase-shifted control alternating voltage is fed to the control electrode.
However, these arrangements for distance measurement by means of intermittent infrared radiation, which have already been proposed, have a major disadvantage, since a visible image only appears when the phase separator is correctly adjusted in phase, and thus the general overview is missing. It can therefore happen that, for example, there is an obstacle in the direction of travel, such as an oncoming ship, but the existence of this is not perceived because the phase shifter happens to be in a position that does not correspond to the distance between the vehicle and the illuminated object corresponds. In this case, no image of the obstacle in the direction of travel is generated and the risk of a collision is evoked.
The disadvantage associated with the previously proposed arrangements for distance measurement by means of infrared radiation is eliminated in the device according to the invention in that the image converter unit has at least one image converter tube and is under the influence of two control voltages for the purpose of generating two visible images of the irradiated distant object a DC control voltage, under the influence of which the image converter device delivers an image that is always visible and suitable for an overview, and an AC control voltage generated by a generator common to the transmitter and receiver and passed through an adjustable phase shifter, under the influence of which the image converter device delivers an image,
the brightness or visibility of which is determined by the setting of the phase shifter in such a way that the setting of the phase shifter to an extreme value of the brightness or visibility of the image represents a measure of the distance of the illuminated distant object from the measurement location.
The image converter device can, for example, have two image converter tubes, one of which is used for observation and the other for distance measurement.
One image converter tube is fed by a DC control voltage and that of the other image converter tube by an alternating control voltage generated by a generator common to the transmitter and receiver and conducted via a phase shifter.
To facilitate observation and measurement, optics can be provided in this case through which the two separately generated images of the distant object - that is, both the image used for general overview and the image used for distance measurement - together on a common screen projected side by side. This arrangement undoubtedly represents a significant relief for the navigational officer.
With particular advantage, instead of two image converter tubes, only a single image converter tube can be provided, which is fed by a DC voltage on which the control AC voltage generated by the common control generator and conducted via a phase shifter is superimposed. With this arrangement, two effects occur at the same time. First, the supply of a balancing voltage enables the image converter tubes to generate a constant image of the object illuminated by the pulse-operated transmitter for the purpose of a general overview. The image resulting from the pulsed control of the radiator and the image converter tube is then superimposed on this image.
If the phase shifter is actuated between the AC control voltage of the radiator and that of the image converter, the image will be maximally brightened when the phase shifter is set, which corresponds to the actual distance of the illuminated object from the location. The reading of the phase shifter, calibrated in distance units, gives the sought distance of the illuminated object at the maximum brightening of the image.
An image converter robre serving for observation and simultaneous distance measurement can also consist of two nested systems in such a way that, for example, the edge zone of the image serves to overlook, i.e. is generated by the direct voltage, while the central zone is generated by the pulse voltage and for the t. Distance measurement is used.
Instead of two concentrically nested images, two adjacent image halves are also conceivable by arranging the tube differently.
To search the optical horizon, both the infrared light source and the receiving optics are expediently arranged so that they can be swiveled synchronously one above the other on a common axis, or side by side with the interposition of gearwheel transmissions, whereby the optical axes of the transmitting and receiving systems are always directed parallel to achieve an optimal effect .
A gas discharge lamp, for example a Queeksilber high-pressure lamp, is used as a pulse-wise infrared light source, which is briefly upshifted by extremely brief control pulses of high voltage, i.e. is briefly heavily overloaded for the duration of each control pulse. With these gas discharge tubes, a brief, very high overload can be carried out without risking the service life of these tubes, without the total load to be considered as an integral of these individual load surges becoming inadmissibly high.
The pulse frequency, i.e. the number of consecutive pulses in one second, is advantageously around a few hundred Hertz, while the duration of each pulse can only be around 10-6 to 10-7 seconds.
The curve shape of these short-term control pulses is expediently rectangular in order to achieve a precisely defined pulse duration.
These short-term, possibly rectangular control pulses of high voltage are expediently derived from a sinusoidal voltage that is generated by an alternating current generator of any desired but constant frequency, which is common to the transmitter and receiver. For this purpose, the alternating control voltage can be fed to a pulse generator, where it can be converted into rectangular, short-term control pulses of high voltage by overdriving an electron tube with subsequent differentiation and amplification, the repetition frequency of which is the same as the frequency of the sinusoidal alternating control voltage.
Instead of an overdriven electron tube, the discharge of a capacitor via a spark gap in the case of the control alternating voltage can also be used to generate pulses.
Furthermore, such a pulse generator for rectangular, short-term control pulses can be assigned to both the infrared light emitter and the image converter used for distance measurement. Both pulse generators are then controlled by the generator that generates a sinusoidal alternating voltage.
If a phase shifter is now arranged in the connecting line between the control generator and the pulse generator for the image converter, the control pulses for the image converter will lag behind the control pulses for the infrared light source by a precisely defined time, depending on the setting of the phase shifter. If the time shift of the control impulses for the image converter corresponds to the transit time of the reflected infrared light impulses, a maximum brightening of the image of the distant object occurs, which is sharper the better the rectangular shape of the control impulses.
On the one hand, an intermittent ultra-red radiation of very high intensity can be achieved by scanning the radiator by means of the aforementioned square pulses, whereby the range of the device is considerably increased. On the other hand, by controlling the image converter with the help of the same type of pulse, an extremely precise distance measurement of the illuminated, reflective object can be achieved, since the image can be made to disappear even with a slight shift of the phase shifter from the temporal resonance position.
To adjust the zero point of the measuring arrangement, an additional phase shifter can be arranged in the connection line between the sinusoidal control voltage and the pulse generator generating the square pulses.
Through the combination of two image converter systems, one of which works as an overhead tube and the other is used for distance measurement, a navigation device is created, with the help of which each The risk of collision, for example in sea shipping at night or in poor weather, has been eliminated.
Some of the possible embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to the lines. It means:
1 shows a circuit diagram of a device with two image converter tubes;
2 shows a circuit diagram using only one image converter tube;
3 shows a circuit diagram using pulse generators.
As can be seen from FIG. 1, intermittent radiations of invisible infrared light are emitted by the infrared light emitter 7, which after reflection on a distant object - for example on the ship 5 that is not visible in the dark or in fog - back to the blessort. and are fed there to the image converter 1 through normal optics 12.
This image converter is supplied with direct voltage by the power source 15. After converting the initially invisible electron image into a visible fluorescence image, the distant object 5 appears as a stationary image on the viewing screen 1. 4. At the same time, however, the intermittent rays reflected by the distant object 5 also reach the image converter 2, which they also pass through a normal optics 11 are fed.
Since both the radiator 7 and the image converter 2 are now fed by a common alternating current source 3 and thus controlled in the same rhythm, an optimum image can only appear on the screen 13 of the image converter 2 if the phase angle between the alternating voltage supplied to the radiator voltage and the alternating voltage supplied to the image converter 2 is equal to the transit time of the radiation pulses emitted by the radiator 7 and received again after reflection on the distant object 5 in the image converter 2, of course, instead of the maximum method described, the minimum method can also be used here, i.e. as a criterion for the correct setting of the phase shifter 4,
which can be directly calibrated in distance units, either the optimum or the minimum of the image appearing on the screen 13 is used. Since, as already mentioned, the entire Aless arrangement or the radiator 7 and the optics 11 or 12 are arranged pivotably on one axis, the angle at which the other vehicle is located can also be read off immediately on a scale. This means that the direction and distance of the unfamiliar vehicle is clearly determined so that any risk of collision can be avoided. The phase shifter 10 arranged in the line between the control generator 3 and the radiator 7 is used to set the zero point of the measuring arrangement.
The radiator 7 is arranged at the focal point of a concave mirror in order to obtain the sharpest possible bundling of the emitted infrared rays.
In FIG. 2, basically the same arrangement as in FIG. 1 is shown, only with the difference that here, instead of two image converters 1 and 2, only a single image converter 6 is used, which performs the functions of the image converter 1 shown in FIG and 2 alone takes over. The image converter 6 is fed with 8-lied current from the carbon source 15 via a throttle 17; while the alternating current generated by the generator 3 is supplied or superimposed via a capacitor 16. The rest of the arrangement and its mode of operation corresponds to that in FIG. 1. The image generated with the aid of the direct current feed of the image converter 6 appears as a still image on the viewing screen 18.
The image generated with the aid of the alternating current supply of the image converter 6 is superimposed on this image.
The maximum brightening of the image appearing on the screen 18 depending on the distance of the irradiated object 5 or depending on the setting of the phase shifter 4 is the criterion for the distance sought.
In Fig. 3, in which the direct current fed tSversichtKsrohr is not shown for the sake of simplicity, an arrangement is shown from which the particularly effective keying of the radiator 7 and the image converter with the help of pulses of the highest possible voltage and possible rectangular shape can be seen. The control voltage supplied by a common alternating current generator 3, which generates a sinusoidal voltage of constant frequency in two ways, is fed to the pulse generator 9 for the image converter 2 on the one hand and to the pulse generator 8 for the radiator 7 on the other hand via the phase shifters 4 and 10.
In these pulse generators, the supplied sinusoidal control voltage is converted into Reehteek pulses of very high voltage in the manner described above. Since the alternating voltage supplied by the alternator 3 can be offset as desired by means of the phase shifter 4 with regard to its phase angle,
so the control pulses of the pulse generator 9 according to the setting of the phase shifter 4 lag behind the pulses generated by the pulse generator 8 by a precisely defined period of time. If this phase shift of the two pulses corresponds exactly to the transit time of the infrared pulses emitted by the radiator 7 and received again in the image converter 2 after reflection on the distant object 5, the image of the distant object appears with maximum brightness or, when working near the minimum method, with minimum brightness . The reading of the setting value at the phase shifter 4, which can be directly calibrated in distance units, takes place at this point.
The use of this type of scanning of the radiator 7 and the image converter 2 with the aid of the right-hand pulse results, as already explained above, a large range of the device and a high measurement accuracy.
Instead of continuously sending out the infrared pulses, it can be advantageous, for example to reduce the possibility of reception at external receivers, to control the device in such a way that only a small number of pulses are used for an observation or measurement, in extreme cases single impulse, is transmitted. Such a control can take place, for example, by appropriately rotating cam holders or relay arrangements.
In particular, so that the image of the distant object supplied by the image converter 1 serving as a viewing tube can be viewed in peace, the fluorescent screen of the image converter 1 expediently has an afterglow period corresponding to the duration of the short-term radiation. Special image storage devices are also possible which enable the short-term image impression to be retained.