DE1623425C2

DE1623425C2 - Optoelektronisches Verfahren und System zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1623425C2
Application number: DE19671623425
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl-Ing Abel; Pusch Guenter Dipl-Ing Dr; Siebecker Hans Dipl-Ing Dr; Georg Kurotschka
Original assignee: Eltro GmbH and Co
Current assignee: Eltro GmbH and Co
Priority date: 1967-10-26
Filing date: 1967-10-26
Publication date: 1972-06-08
Also published as: FR1604003A; GB1214870A; NL6809619A; DE1623425B1

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Ver- abgetastet. Gegenüber den mit einem Empfangselefahren zur Aufzeichnung der Temperaturverteilung ment arbeitenden Verfahren ermöglicht dies eine von Geländestreifen in der Art eines Wärmebildes Reduzierung der Spiegelrotation um den Faktor l/n., und ein System zur Durchführung dieses Verfahrens. Gleichzeitig wird die Verweilzeit pro Flächenelement j Das Verfahren eignet sich für die Anwendung bei 5 des Geländestreifens «-mal so groß wie bei den beFlugzeugen oder Aufklärungsflugkörpern; das kannten Verfahren. Da weiterhin die Temperaturauf-System besteht wie die bisher bekannten optoelek- lösung proportional der Verweilzeit ist, kann mit dem ironischen Systeme für die Luftaufklärung aus einer erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentlich höhere Abtasteinheit, einer Verstärkungs- und Auswerte- Temperaturauflösung erzielt werden als mit den beelektronik und einer Registriereinheit mit Filmkas- io kannten Verfahren und es lassen sich Aufklärungssette. Es wird im folgenden als IR-Linescan-System aufgaben erfüllen, die mit den seitherigen Verfahren (IRLS) bezeichnet. . . unerfüllbar wären. . -

Die bisher bekannten IRLS-Systeme arbeiten mit Die seither übliche Umsetzung der elektrischen

einem einzelnen optoelektronischen Empfangsele- Signale in Lichtsignale durch Helligkeitssteuerung

ment. Die Wärmestrahlung des überflogenen Gelän- 15 einer speziellen Lampe ist auch bei dem erfindungs-

des wird über einen oder mehrere umlaufende Plan- gemäßen System möglich. Sie erfordert jedoch wegen

Spiegel und "einen oder mehrere feste Ablenkspiegel der Verwendung von η Lampensystemen entspre-

sowie ein IR-Objektiv auf dem optoelektronischen chend den η Empfangselementen viel Platz und um-

Empfangselement fokussiert und über diesen opto- fangreiche optische Vorrichtungen zur Bündelung der

elektronischen Wandler in elektrische Signale um- 20 einzelnen Lichtbündel. Um diesen Schwierigkeiten zu

gewandelt. Die verstärkten elektrischen Signale die- begegnen, wird nach einem weiteren Gedanken der

nen zur Helligkeitssteuerung einer Speziallampe, die Erfindung zur Aufzeichnung des Wärmebildes auf

über eine oder mehrere rotierende Optiken das einen fotografischen Film eine Reihenanordnung von J

Wärmebild des Geländes streifenförmig auf einem η Lumineszenzdioden verwendet. Jede Lumineszenz- I

Film aufzeichnet. 25 diode · ist hierbei über eine elektrische Signalver-

Bei diesen IRLS-Systemen können beispielsweise Stärkerschaltung mit der entsprechenden Empfangs-

bei Verwendung eines umlaufenden Vierkantprismas zelle verbunden und wird durch das von dort erhal-

bei einer vollen Umdrehung des Prismas vier Gelände- tene elektrische Signal helligkeitsmoduliert. Die

streifen nacheinander abgetastet werden. Die Breite Lumineszenzdioden sind nicht größer als die IR-

eines Geländestreifens ist durch den Bildwinkel des 3° Empfangselemente und nehmen daher nur sehr wenig

IR-Objektivs und die Flughöhe des Aufklärungsflug- Raum in Anspruch.

körpers, seine Länge ist durch den Abtastwinkel des Die Verkleinerung des Lichtflecks der Lumin-Systems gegeben. Um eine kontinuierliche Aufzeich- eszenzdioden für die Filmaufzeichnung wird durch nung des Geländes zu ermöglichen, müssen bei ge- eine einfache Sammellinse bewirkt. Zur Weiterleitung gebener Breite des abgetasteten Geländestreifens 35 der Lichtsignale bedient man sich, einem weiteren Rotationsgeschwindigkeit des Spiegelsystems und Vorschlag der Erfindung folgend, einer Glasfaser-Fluggeschwindigkeit des Aufklärungsflugkörpers optik. Zu diesem Zweck ist an der Stirnseite des über Grund synchron verlaufen. Das hat zur Folge, Drehspiegelsystems der Äbtasteinheit ein doppelseidaß bei Verwendung derartiger IRLS-Systeme in tiger Spiegel fest angebaut und rotiert mit der gleischnellfliegenden Flugkörpern hohe Drehzahlen not- 4° chen Drehgeschwindigkeit. Bei dieser Drehbewegung wendig werden. Hohe Drehzahlen der rotierenden werden die verkleinerten Zwischenbilder der Licht-Spiegel haben jedoch den Nachteil, daß nur sehr flecke der Lumineszenzdioden in Abhängigkeit von wenig Zeit zum Abtasten eines Flächenelementes des der Spiegelstellung auf einem Kreisbogen erzeugt. Die Geländestreifens durch die IR-Optik der IRLS-Ab- Glasfaseroptik wird dem Aufnahmesystem so zutasteinheit verbleibt und damit eine sehr geringe 45 geordnet, daß die Fiberenden auf der einen Seite die ä Wärmestrahlungsenergie pro Flächeneinheit auf das Form einer Zylinderschale um die Rotationsachse Empfangselement auftrifft. Dadurch wird die untere des Spiegelsystems als Mittelachse haben, wobei der Grenze der noch auflösbaren Temperaturdifferenz Radius des Zylinders so gewählt ist, daß das erdes Wärmebildes nach oben verschoben, d.h. mit wähnte verkleinerte Zwischenbild des Lichtflecks mit der Vergrößerung der Abtastgeschwindigkeit ver- 5° den Fiberoberflächen zusammenfällt. Die Austrittsschlechtert sich die Temperaturauflösung. Aus die- öffnungen der geordneten Fiberpakete bilden ein sem Grunde und weil das IR-Empfangselement eine langgezogenes Rechteck und liegen unmittelbar auf endliche Zeitkonstante besitzt, lassen sich mit JRLS- dem fotografischen Film auf. Die Durchmesser der Systemen, die mit einem Empfangselement arbeiten, einzelnen Fibern sind so klein gewählt, daß sie nur für schnellfliegende Aufklärungsflugkörper keine 55 einen Bruchteil des Lichtfleckdurchmessers aushohen Temperaturauflösungen der Wärmebilder er- machen, um die Flachenauflösung des Wärmebildes zielen, zumal diese in ihrem Gewicht und Volumen nicht zu verschlechtern, stark eingeschränkt sind. Eine besonders günstige Form für den rotierenden

Nach der Erfindung wird das optoelektronische Doppelspiegel der Abtasteinheit erhält man, wenn Verfahren so ausgebildet, daß die aufgenommene 60 man eine sehr dünne zweiseitig reflektierende Metall-Wärmestrahlung auf mehrere gleichartige. Empfangs- schicht zwischen zwei planparallelen Glasplatten als elemente aufgeteilt wird, welche nach einer opto- Trägermaterial anbringt.

elektronischen Umwandung getrennt elektrische Sig- Eine weitere günstige Form des rotierenden Spie-

nale liefern, die nach Verstärkung und weiterer Um- gels ist eine dünne Metallfolie, die in einem festen

Wandlung in optische Signale zur Aufzeichnung eines 65 Metall- oder Kunststoffrahmen eingespannt ist und

Wärmebildes dienen. dadurch vollkommen eben wird.

Auf diese Weise werden bei der Reihenanordnung Eine besonders günstige raum- und material-

von η Empfangszellen η Geländestreifen gleich/eilig sparende Anordnung der Abtasteinheit ergibt sich,

Claims

wenn die Lumineszenzdioden in einer Reihe parallel zur Rotationsachse des Doppelspiegels so angeordnet werden, daß die Verlängerungen der festen Umlenkspiegel des Abtastsystems gleichzeitig als Umlenkspiegel für die Strahlenbündel der Lumineszenzdioden ausgenutzt werden können. In diesem Fall ist eine gleichzeitige Justierung von Abtast- und Aufnahmeeinheit möglich. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die |\Lichtenergie der Lümineszenzdioden auf zwei gleich- !energetische Bündel aufgeteilt, die über die beschrie-'benen festen Umlenkspiegel auf der rechten und linken Seite des Systems auf die gegenüberliegenden Flächen des Drehspiegels geworfen werden. Je nach Stellung des Spiegels wird dann das linke oder das rechte Strahlenbündel auf die Fiberoptik fokussiert, während das andere Strahlenbündel ins Innere des Gerätes gespiegelt wird. Durch diese optische Anordnung wird erreicht, daß bei einer vollen Umdrehung des Doppelspiegels wie bei der Abtasteinheit 4 η Streifen des Wärmebildes aufgezeichnet werden. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Anordnung von zwei gleichartigen Reihen von Lumineszenzdioden spiegelsymmetrisch auf beiden Seiten einer metallischen Trennwand, wobei diese Trennwand als gemeinsame Elektrode dient. Je zwei gegenüberliegende Dioden werden parallel geschaltet und über ein Symmetrierglied mit dem entsprechenden Signalausgang der Signalverstärker verbunden. Dadurch erzielt man eine Aufteilung der Strahlenbündel der Lumineszenzdiodenreihen, ohne die Lichtenergie der einzelnen Lumineszenzdioden aufteilen zu müssen und somit eine höhere Leuchtdichte auf den Film. In den Figuren ist ein Auführungsbeispiel der Erfindung in zwei Längsschnitten und zwei Achsnormalschnitten wiedergegeben; hierbei stellen dar Fig. 1 und 2 einen Längsschnitt und einen Achsnormalschnitt des Aufnahmeteils, F i g. 3 und 4 einen Längsschnitt und einen Achsnormalschnitt des Registrierteils. Die Eintrittsfenster sind mit 1 und 11 bezeichnet. Oberhalb der Eintrittsfenster befindet sich das rotierende Abtast-Spiegelsystem 2, hier als Vierkantspiegel ausgebildet. Das Spiegelsystem ist auf die Welle 18 eines Elektromotors 8. aufgezogen, der als Eintrittsmotor dient. An der Frontfläche des Abtastspiegelsystems ist ein doppelseitiger Spiegel 12 angebracht. Von den Spiegelflächen des Spiegelsystems 2 werden die aus einer bestimmten Richtung ankommenden Wärmestrahlen über die Spiegel 3,4, 5 unter Zwischenschaltung eines IR-Objektivs 8 auf die Empfangselemente 9 übertragen. Den Spiegeln 3, 4 und 5 entsprechen auf der gegenüberliegenden Seite die Spiegel 13, 14 und 15, welche ihrerseits die IR-Strahlung an das IR-Objektiv 6/16 abgeben. Die Empfangselemente 9 stehen über eine Leitung 19 und eine Signal Verstärkerelektronik init Fluöreszenzdioden 21 in Verbindung. Die von den Fluoreszenzdioden ausgehende sichtbare Strahlung wird zunächst von den Spiegeln 26 bzw. 36 umgelenkt, gelangt von da auf Spiegel 25 bzw. 35, die in der Verlängerung der Spiegel 5/15 liegen, und weiter über die ebenfalls als Verlängerungen ausgebildeten Spiegel 24 und 23 bzw, 34, 33 auf den rotierenden Spiegel 22. Zur Verkleinerung des Lichtflecks der Lumineszenzdioden sind in den Strahlengang zwei Sammellinsen 22/32 eingeschaltet. Unter dem rotierenden Spiegel 12 sind die Stirnflächen der Glasfaseroptik 7 zu einer Zylinderhalbschale 17 zusammengefaßt. Die Glasfaseroptik ist seitlich zur Kamerakassette 10 geführt "und endet dort vor dem Film 20 in einer ebenen Fläche 27. In den F i g. 5 und 6 sind zwei Reihen von Lumineszenzdioden 21/31 zu beiden Seiten einer metallischen Trennwand 28 angeordnet, wobei die Trennwand gleichzeitig als Elektrode die?jit. Die beiden Reihen von Dioden sind über Leituligen 29/39 mit einem Symmetrierglied 30 verbunden] und dieses ist durch die Leitung 19 an die Empijangselemente 9 angeschlossen. Patentansprüche: j

1. Optoelektronisches Verfahre^ zur Aufnahme von Wärmebildern durch Aufklärungsflugkörper, sogenanntes Infrarot-Linescan-System (IRLS), dadurchgekennzeicb.net, daß die aufgenommene Wärmestrahlung auf mehrere gleich^ artige Empfangselemente (9) aufgeteilt wird, welche nach einer optoelektronischen Umwandlung getrennt elektrische Signale liefern, die nach Verstärkung und weiterer Umwandlung in optische Signale zur Aufzeichnung eines Wärmebildes dienen.

2. Optoelektronisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Richtung einfallende Wärmestrahlung über ein rotierendes Prismen- oder Spiegelsystem und einen oder mehrere feststehende Umlenkspiegel (3, 4, 5) allen Empfangselementen (9) gleichzeitig zugeleitet wird, und die Strahlung benachbarter Flächenelemente durch benachbarte Empfangselemente aufgenommen wird.

3. Optoelektronisches Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der von den Empfangselementen erzeugten elektronischen Impulse in optische Signale durch Lumineszenzdioden erfolgt.

4. Optoelektronisches System zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus einem rotierenden Spiegeloder Prismensystem (2), einer mehrere Elemente umfassenden Empfangseinrichtung (9) und einer Spiegelvorrichtung zur Übertragung der von dem Spiegel- oder Prismensystem (2) aufgefangenen Informationen auf die Empfangselemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselemente in einer Reihe parallel zur Rotationsachse des rotierenden Spiegelsystems angeordnet sind.

5. Optoelektronisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Empfangselemente über elektronische Verstärkerelemente eine gleiche Zahl von Lumineszenzdioden (21) angeschlossen sind, welche die in den Empfangselementen ausgelösten elektrischen Impulse wieder in optische Signale umwandeln, und daß hinter die Lumineszenzdioden eine Glasfaseroptik (7) geschaltet ist, welche die von den Lumineszenzdioden (21) abgegebenen optischen Signale dem fotografischen Film in der Kassette (10) zuleitet. ₍

6. Optoelektronisches System nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Spiegel- oder Prismensystem (2)

Üfcft

an einer Stirnseite einen doppelseitigen Spiegel 1(12) trägt, dem eine Glasfaseroptik (7) mit zy-Ünderschalenförmig angeordneten Eintrittsflächen (17) zugeordnet ist, welche auf ihrer entgegengesetzten Seite in einer ebenen Fläche (27) gegenüber dem Film (20) endet.

7. Optoelektronisches System nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelseitige Spiegel (12) aus zwei aufeinanderliegenden Glasplatten besteht, zwischen denen eine dünne Schicht aus reflektierendem Material, ^v z. B. eine Aluminiumschicht, angeordnet ist.

8. Optoelektronisches System nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelseitige Spiegel aus einer dünnen beiderseits spiegelnden Metallfolie besteht, die in einen starren Metall- oder Kunststoffrahmen plan eingespannt ist.

9. Optoelektronisches System nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Eintrittsflächen der Glasfaseroptik gebildete Halbzylinderschale (17) unterhalb des doppelseitigen Spiegels (12) vor (F i g. 3) den Eintrittsfenstern 1/11 angeordnet ist und daß der von den Dioden (21) ausgehende Strahlengang mindestens über einen Teil der Strecke parallel, aber entgegengesetzt zur Richtung des ankommenden Strahlengangs yerläuft, so daß die gleichen, fest eingebauten Spiegel (3, 4, S) bzw. Verlängerungen dieser Spiegel (23, 24, 25) für die beiden Strahlengänge benutzt werden können.

10. Optoelektronisches System nach den Ansprüchen 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Vertikalschnittebene des Flugkörpers, und symmetrisch zu dieser, die gleichen Spiegelvorrichtungen angeordnet sind, wobei die Lichtenergie der Lumineszenzdioden im Verhältnis 1:1 aufgeteilt und über getrennte Umlenkspiegel dem rotierenden Doppelspiegel zugeführt wird.

11. Optoelektronisches System nach den Ansprüchen 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige Reihen von Lumineszenzdioden spiegelsymmetrisch gegen eine lichtundurchlässige Platte geklebt sind, und daß die einzelnen einandergegenüberliegenden Dioden über Symmetrieglieder parallel geschaltet und mit den entsprechenden Empfangsdioden verbunden sind.

12. Optoelektronisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtundurchlässige Trennplatte eine Metallplatte ist, die für alle Lumineszenzdioden als gemeinsame Elektrode dient.

13. Optoelektronisches System nach den Ansprüchen 11 und 12; ° dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte so ausgebildet ist, daß sie gleichzeitig als Kühlblech für die Lumineszenzdioden dient.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Ergänzungsblatt zur Patentschrift 16 23 425

Int. Cl.³: G Ol S 9/64 Ausgabetag: 8. Juni 1972

Das Patent 16 23 425 ist durch rechtskräftigen

Beschluß des Deutschen Patentamts vom

29. März 1982 beschränkt worden.

AUSGEGEBEN AM 3. FEBRUAR 1983