DE102007035682B4

DE102007035682B4 - IR-Detektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007035682B4
Application number: DE102007035682.1A
Authority: DE
Inventors: Roderich Rüger; Dr. Barth Jochen
Original assignee: MBDA Deutschland GmbH
Current assignee: MBDA Deutschland GmbH
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: DE102007035682A1

Abstract

IR-Detektionsvorrichtung (30) zur Integration mit einem optischen System zur Erfassung von IR-Strahlung, mit einem Dewargefäß (31), einem in diesem angeordneten IR-Detektor (32), mit einem Fenster (33) zum Durchlassen von von dem IR-Detektor (32) zu detektierender IR-Strahlung aus dem optischen System und einer innerhalb des Dewargefäßes (31) zwischen dem IR-Detektor (32) und dem Fenster (33) angeordneten Blende (34) und mit einer außerhalb des Dewargefäßes (31) und vor dem Fenster (33) angeordneten weiteren Blende (40), dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Blende (40) als Hohlspiegelring und von der Richtung des IR-Detektors (32) aus gesehen kugelförmig derart ausgebildet ist, dass sich der IR-Detektor (32) in dem Hohlspiegelring selbst sieht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Infrarot(IR)-Detektionsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US4820923 und der DE4303231 ist eine IR-Detektionsvorrichtung zur Erfassung von IR-Strahlung bekannt, mit einem Dewargefäß, einem in diesem angeordneten IR-Detektor, mit einem Fenster zum Durchlassen von von dem IR-Detektor zu detektierender IR-Strahlung aus dem optischen System und einer innerhalb des Dewargefäßes zwischen dem IR-Detektor und dem Fenster angeordneten Blende und mit einer außerhalb des Dewargefäßes und vor dem Fenster angeordneten weiteren Blende IR-Detektionsvorrichtungen müssen für leistungsfähige Infrarotgeräte auf niedrige Temperaturen, z. B. minus 200 Grad Celsius, gekühlt werden und weisen eine an das IR-Optiksystem angepasste gekühlte Blende, auch „Cold-Shield” genannt, auf.
Üblicherweise sind IR-Detektionsvorrichtungen als optimierte Einheit mit einem vorgegebenen IR-Optiksystem ausgebildet und dadurch nur für dieses IR-Optiksystem geeignet.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine IR-Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die mitunterschiedlichen IR-Optiksystemen integriert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diesen rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Nach der Erfindung ist eine IR-Detektionsvorrichtung zur Integration mit einem optischen System zur Erfassung von IR-Strahlung vorgesehen, wobei die IR-Detektionsvorrichtung aufweist: ein Dewargefäß, einen IR-Detektor, ein Fenster zum Durchlassen von von dem IR-Detektor zu detektierender IR-Strahlung aus dem optischen System und eine innerhalb des Dewargefaßes zwischen dem IR-Detektor und dem Fenster angeordnete Blende, wobei außerhalb des Dewargefäßes und vor dem Fenster eine weitere Blende angeordnet ist.
Die weitere Blende kann ringförmig ausgebildet sein. Auch kann die weitere Blende auf der Detektorseite verspiegelt sein. Insbesondere kann die weitere Blende von der Richtung des IR-Detektors aus gesehen konkav ausgebildet sein.
Durch die erfindungsgemäße IR-Detektionsvorrichtung kann diese mit verschiedenen optischen Systemen integriert werden, ohne dass dabei Einbußen der optischen Leistung der Gesamtanordnung hingenommen werden müssten.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der beigefügten Figuren beschreiben, die zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Infrarot(IR)-Detektionsvorrichtung nach dem Stand der Technik mit einem Dewargefäß, einem IR-Detektor, einem Fenster, einer Blende und einer IR-Optik;
2 eine schematische Darstellung einer Infrarot(IR-)Detektionsvorrichtung nach dem Stand der Technik in einer im Vergleich zur Vorrichtung nach 1 anderen Bauweise, mit einem kürzeren Abstand zwischen der Blende und dem IR-Detektor;
3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Infrarot(IR-)-Detektionsvorrichtung; und
4a und 4b schematische Darstellungen von Strahlengängen zwischen dem optischen System und der erfindungsgemaß außerhalb des Dewargefäßes angeordneten weiteren Blende, wobei die 4b eine Schnittdarstellung der die Ebene A-A durchlaufenden Strahlen zeigt.
Die 1 und 2 zeigen die Strahlengänge von zwei verschieden dimensionierten IR-Detektionsvorrichtungen, die jeweils mit einem vorgegebenen IR-Optiksystem integriert sind. Dabei wird gezeigt, dass Änderungen von Dimensionen der Detektor-Blenden-Anordnung einer IR-Detektionsvorrichtung nach dem Stand der Technik zu Einbußen bei der optischen Qualität, wie Schärfe oder Intensität, führen:
Die 1 zeigt eine IR-Detektionsvorrichtung 10 zur Integration mit einem optischen System 14 zur Erfassung von IR-Strahlung, mit einem Dewargefäß 11, einem IR-Detektor 12, einem Fenster 13 zum Durchlassen von von dem IR-Detektor 12 zu detektierender IR-Strahlung aus dem optischen System und einer innerhalb des Dewargefäßes 11 zwischen dem IR-Detektor 12 und dem Fenster 13 angeordneten Blende 15. Das Innere des Dewargefäßes ist auf eine tiefe Temperatur, üblicherweise etwa minus 200 Grad Celsius gekühlt, um den Detektor für IR-Strahlung empfindlich zu machen. Gleichzeitig reduziert die tiefe Temperatur innerhalb des Dewars die Eigenstrahlung von Teilen der Detektorvorrichtung, insbesondere auch die der Blende, die die Öffnung der auf den IR-Detektor treffenden Strahlenbündel definiert. Der Abstand zwischen dem IR-Detektor 12 und der Blende 15 beträgt L1. Der Detektor 12 mit Dewargefäß 11 und der gekühlten Blende 15 sind auf das optische System 14 abgestimmt, wie die in der 1 eingetragenen Strahlenverläufe zeigen.
In der 2 ist eine andere Ausführungsform der IR-Detektionsvorrichtung nach der 1 gezeigt, zur Integration mit demselben optischen System 14, das bei der Ausführungsform nach der 1 verwendet wird, mit einem Dewargefäß 21, einem IR-Detektor 22, einem Fenster 23 und einer innerhalb des Dewargefäßes 21 zwischen dem IR-Detektor 22 und dem Fenster 23 angeordneten Blende 25. Der Abstand zwischen dem IR-Detektor 22 und der Blende 25 beträgt L2.
Die 2 zeigt, dass der Randstrahl 27 bei der Anordnung aus IR-Detektionsvorrichtung 20 und optischem System 14 eine Unschärfe in der Abbildung bewirkt: die Strahlen 27 können die Optik durchlaufen, während diese bei der Anordnung nach der 1 von der kalten Blende (Cold-Shield) begrenzt werden. Da die Optik für diese Strahlen nicht korrigiert wird, wird die Optik-Modulationsübertragungsfunktion und somit die Bildscharfe schlechter.
Weiterhin zeigt die 2, daß der Randstrahl 28, der z. B. von der Fassung einer Linse kommt, von dem Detektor 22 erfasst wird. Dies führt dazu, dass die Anordnung aus IR-Detektionsvorrichtung 20 und optischem System 14 zu einer schwächeren Intensität der Abbildung führt, da die Randstrahlen 28 an der Optik vorbeilaufen, so dass vielerlei Objekte im Gerät, z. B. auch heisse Motoren o. ä., vom Detektor gesehen werden, so dass die Bildqualität durch Streustrahlung reduziert wird.
Diese Nachteile bei der Anordnung aus IR-Detektionsvorrichtung 20 und optischem System 14 nach der 2 könnten durch eine Änderung des optischen Systems 14, z. B. durch eine Vergrößerung der Durchmesser von Linsen des optischen Systems 14 überwunden werden, was jedoch angesichts der hohen Kosten eines optischen Systems wiederum sehr nachteilig Ware. Abgesehen davon ist dies bei üblichen Anwendungsfällen nicht moglich, wenn Linsengruppen mit Randauflagen versehen sind. Auch ist eine Optik mit größeren Durchmessern in manchen Geräten nicht unterbringbar.
In den 3, 4a, 4b ist die erfindungsgemäße IR-Detektionsvorrichtung dargestellt.
Die erfindungsgemäße IR-Detektionsvorrichtung 30 zur Integration mit einem optischen System zur Erfassung von IR-Strahlung weist ein Dewargefaß 31, einen IR-Detektor 32, ein Fenster 33 zum Durchlassen von von dem IR-Detektor 32 zu detektierender IR-Strahlung aus dem optischen System und einer innerhalb des Dewargefaßes 31 zwischen dem IR-Detektor 32 und dem Fenster 33 angeordneten Blende 34. Der IR-Detektor weist ein Pixelfeld auf, in dem die Strahlung detektiert wird. Weiterhin ist außerhalb des Dewargefäßes 31 und vor dem Fenster 33 eine weitere Blende 40 angeordnet. Die weitere Blende 40 kann ringförmig ausgebildet sein. Weiterhin kann die weitere Blende 40 auf der Detektorseite verspiegelt sein. Auch kann die weitere Blende, von der Richtung des IR-Detektors aus gesehen, konkav und insbesondere kugelförmig ausgebildet sein. Eine solche Blende ist mit gestrichelten Linien in der 3 eingetragen und mit dem Bezugszeichen 40a versehen.
Die Öffnung der gekühlten Blende 34 ist so groß, dass nur Strahlung direkt aus der Optik 14 auf den Detektor 32 fallen kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass Strahlung aus dem Geräteinneren von dem Detektor 32 erfasst wird und dass somit Streustrahlung die Bildqualität reduzieren kann.
Die zusätzlich vorgesehene Blende 40 kann Raumtemperatur haben. Der Detektor 32 sieht also mit z. B. der F-Zahl 4.6 durch die Optik und mit z. B. F-Zahl 4.0 (d. h. einem etwas größerem Raumwinkel auf die Blende 34).
Die Detektions-Eigenschaften können bei der erfindungsgemäßen Lösung bei einem gegebenen optischen System 14 optimiert werden, wie auch die 3 zeigt: Der Strahlengang 38, der dem Strahlengang 28 der 2 entspricht, durchläuft nicht mehr das Optik-System.
In den 4a, 4b ist gezeigt, dass in einem kleinen ringförmigen (am Sehfeldrand mondsichelförmigen; s. Schnitt A-A in 4) Raumwinkel der Detektor die normalerweise ungekühlte Blende 11 sieht. Fur den Beispielfall einer F-Zahl-Optik von 4.6 und einer f-Zahl-Blende von 4.0 beträgt die Erhöhung des Detektorrauschens nur ca. 10%, d. h. die Temperatur-Auflösung würde von z. B. 50 mK auf 55 mF steigen. Aber selbst diese kleine Verschlechterung lässt sich noch signifikant reduzieren, wenn die ringförmige Blende 40 als konkaver Hohlspiegelring ausgebildet ist, vorzugsweise so dass sich der kalte Detektor in dem Ring selbst sieht.

Claims

IR-Detektionsvorrichtung (30) zur Integration mit einem optischen System zur Erfassung von IR-Strahlung, mit einem Dewargefäß (31), einem in diesem angeordneten IR-Detektor (32), mit einem Fenster (33) zum Durchlassen von von dem IR-Detektor (32) zu detektierender IR-Strahlung aus dem optischen System und einer innerhalb des Dewargefäßes (31) zwischen dem IR-Detektor (32) und dem Fenster (33) angeordneten Blende (34) und mit einer außerhalb des Dewargefäßes (31) und vor dem Fenster (33) angeordneten weiteren Blende (40), dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Blende (40) als Hohlspiegelring und von der Richtung des IR-Detektors (32) aus gesehen kugelförmig derart ausgebildet ist, dass sich der IR-Detektor (32) in dem Hohlspiegelring selbst sieht.
IR-Detektionsvorrichtung (30) nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Blende (40) auf der Detektorseite verspiegelt ist.