DE1698091A1 - Vorrichtung zur Sichtbarmachung von Temperaturunterschieden eines Objektes - Google Patents

Vorrichtung zur Sichtbarmachung von Temperaturunterschieden eines Objektes

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DE1698091A1 DE19681698091 DE1698091A DE1698091A1 DE 1698091 A1 DE1698091 A1 DE 1698091A1 DE 19681698091 DE19681698091 DE 19681698091 DE 1698091 A DE1698091 A DE 1698091A DE 1698091 A1 DE1698091 A1 DE 1698091A1
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Description

Dr. *".· :.srt Gchol* HSI. 2870
. M „,.,— ,-■ M-J^80 dJo/WO
Akte No. PHN- 2870
Anmeldung vom: "J 6 . Febr. 1968
"Vorrichtung zur Sichtbarmachung vm Temperaturunterschiede eines Objektes"«
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sichtbarmachung von Temperaturunterschieden eines Objektes, enthaltend einen Modulator, der die vom Objekte herrührende Infrarotstrahlung moduliert, welche modulierte Strahlung auf eine Iteihe für Infrarotstrahlung empfindliche Detektoren auffällt, welche Vorrichtung überdies eine Strahlungsquelle enthält, die Infrarotstrahlung bekannter Grosse der Detektoren zuführt, derart, dass die Detektoren abwechselnd von der vom Objekt herrührenden und von der von der Strahlungequelle herrührenden Strahlung getroffen werden.
Eine solche Vorrichtung ist bekannt, z.B. aus "Electronic Deuign" vom 6» Dezember I96I· Die bekannte Vorrichtung enthält einen flachen Spiegel, der länge swei eueinander senkrechten Achsen schwingt, wodurah der Infrarotgegenetand abgetastet werden kann (z.B. eine Landechaft). ft.n
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-2- . · " FBH. 2870
Die Infrarotstrahlung vrird mittels eines Üblichen optischen Systeme durch einen kleinen Hohlspiegel mit einer Oeffnung auf den Detektor geworfen. Die Schwingung dieses Spiegels unterbricht den Infrarotflux periodisch und lässt abweohselnd die vom Gegenstand stammende Infrarotstrahlung und die Strahlung einer geeichten Quelle durch. Es entsteht auf diese Weise ein Weohselsignal, das dem Unterschied zwischen der bekannten und der unbekannten Strahlung proportional ist. ITach Verstärkung regen die vom Gegenstand stammenden, in Volt/tfatt der Strahlung ausgedrückten Signale eine Quelle sichtbaren Lichtes an, die mittels einer geeigneten, mit dem flachen Abtastspiegel verbundenen optieohen Vorrichtung das Infrarotbilt in sichtbarem Licht wiedergibt.
Aus der amerikanischen Patentschrift 2,958,802 sind Gerate bekannt, in denen photoleitende Zellen in einer vertikalen Reihe angeordnet sind} ein stationärer Hohlspiegel fokussiert das Bild in der duroh die empfindlichen Zellenoberflächen gebildeten jlbene mittels eines um eine vertikale Achse schwingende Planspiegels. Die vertikale Analyse des Gegenstands erfolgt duroh die Zellenreihe und die horizontale Abtastung erfolgt durch die Schwingungen des Planspiegels. Ein zweiter mit dem ersten verbundener Planspiegel ermöglicht es, durch ein dem erstgenannten ähnlichen optisches System, in dem die Detektoren duroh Glühlampen oroetzt sind, das Infrarotbild in sichtbarem Licht wiederzugeben. Jeder Detektor ist mit einer in entsprechende Lage angeordneten Lampo in der Wiedergabevorrichtung verbundon und die vom Detektor empfangene Information beeinflusst die Liohtstärke der botreffenden Lampe« Ein oolchoa Gorät ormöglioht weder oine Temperatürmesaung noah eine Feststellung deo Pogols d«B
109825/0360 bad original
-3- PICT. 2870
eintreffenden Signals.
Es sind -./eitere Geräte bekannt (britische Patentschrift 922,779») in denen ein sphärischer Spiegel die Infrarotstrahlung vom Gegenstand empfängt· Der im Brennpunkt des Spiegels angeordnete Detektor ist stationär. Der Gegenstand vird a.B. duroh die Schwingungen eines sphärischen Spiegels und eines Planspiegels längs zueinander senkrechter Achsen abgetastet. TAn durch eine Kamrascheibe gebildeter, durch einen Motor angetriebener Ilodulator ist vor der Oeffnung des Gerätes angeordnet ä und schneidet einen Teil der Infrarotstrahlung von der Quelle ab. Die Ilodulationsfrequenz ist vernachlässig hoch. Durch elektronische I'ittel werden die von der modulierten und von der nicht-modulierten T.trahlung erzeugten Signale derart verarbeitet, dass das Infrarotbild auf einem Fornsehschim in sichtbarem Licht wiedergegeben werden kann. Dieses Gerät erfordert eiiic verhältnismässig komplieierte elektronische Hinrichtung und liefert lediglich relative Auskünfte über die Temperatur.
Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung von der obenerwähnten Art mit einfacher Struktur zu schaffen, die eine genaue Ilessung der Isothermen eines Infrarotstrahlung liefernden Gegenstandes ermöglicht.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle den Modulator darstellt der in einem Raun mit konstanter temperatur untergebracht ist.
GomäsB einem Aspekt der Erfindung wird ein bekannter Strahlungsflusc der Strahlung des Objektes zugeordnet. Auch kann die vom nbjokte herrührende Strahlung geschwächt werden mittels einee in der -trahlungsbalin angebrachten optischen Abschwächers»
I!an kann soniit den Unterschied zwischen der unbekannten Strahlung und jener der Strahlungsquelle im Raum mit konstanter Temperatur einen joeigneten I.'ert geben, der den auf die Detektoren
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angeschlossenen Verarbeitungsvorrichtungen angepasst ist.
Die Vorrichtring zur Wiedergabe des Infrarotbildes in Form eines sichtbaren Bildes enthält z.B. zwei Reihen elektrolumineszirrender Dioden, welche Reihen in einem verschiedenen spektralen Gebiet emittieren und selektiv durch die elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen angeregt werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand beiliegender Zeichnung k naher erläutert« Es zeigen
Fig. 1 des Schema des Gerätes nach der Erfindung (in einer Projektion auf eine Ilorizontalebene).
Fig» £ den Pegel des Signals vom Gegenstand in bezug auf das Bezugssignal des Modulators.
In der Vorrichtung nach Fig, 1 wird die Infrarotstrahlung von dem nicht-gezeichneten Gegenstand durch einen Empfänger 1 *ufg»fmg«nt der z.B. 40 strahlungeeapfindliohe Detektoren z.B. aus Indium antimon id t in einer vertikalen (zur Zeiohnungsebene senkrechten) Reihe enthält. Diese Detektoren beanspruchen a»B. eine Höhe von 20 mm.
Die Reihe strahlungsempfindlicher Detektoren ist duroh ein geeignetes Objektiv 2 mit den Gegenstand optisch gekoppelt. Zwischen dem Gegenstand und dem Objektiv 2 und in einem geringen Abstand vom letzteren schwingt ein Planspiegel 3 tun eine vertikale Achse mit einer sinusförmigen Bewegung einer Amplitude von etwa ± 0,075 rad mit einer Frequenz von 15 Hz« Auf diese Weise wird ein Winkelfeld von jf 0,10 Rad im vertikalen Sinne und von jl· 0,15 rad im horizontalen Sinne abgetastet. Das Bild enthält somit 24OO einzelne Elemente, die 30-mal pro Sekunde bestrichen werden«
Sie sinusförmige Abtastung mit verhältnismässig geringer
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-5- hit:. 2870
Geschwindigkeit durch den Spiegel 3 bringt einige Schwierigkeiten mit sich in bezug auf die sehr niedrigen Frequenzen und auf die Feststellung des in jeder Seihe vorhandenen Pegels. Diese Schwierigkeiten werdenunter anderem diirch periodische Unterbrechung des Signals mittels einer Kainmscheibe 4 mit 2.B, 40 Zähnen, einem Durohmesser von z.B. 200 mm und einer Drehgeschwindigkeit von z.B. 3OOO Umdrehungen/lün, behoben, welche Scheibe eine Uebermodulation von z.B. 2 kHz ermöglicht. Jeder Detektor ict mit einem Verstärker verbunden, der dieses Frequenzband durchläset f und eine der z.B. 40 elektrolumineszieronden Zellen eines Streifens 5 speist, dessen goonetriBohe Anordnung der des Smpföngers 1 ähnlich ist. Daß sichtbare Bild wird über ein Kollimatorobjektiv 6 als Okular und übor die Ilinterf lache 7 άββ Abtastspiegel 3 beobachtet. Der Beobachter sieht dieses Bild in Richtung des Gegenstandes in natürlicher Grosse oder gegebenenfalls etwas vergrößert.
Die ICammschoibe 4 ist mit einer Substanz überzogen, deren Fdniaoion gleich der eines SchwarzkSrpers in dem nützlichen IJollenbereioh ist, und ist in oinom Raum 3 mit konstanter Temperatur untergebracht, λ Dieser Raum 8 hat nur zwei Oeffnungqn , eine vor dem Detektor 1 mit hinreichender Abmessung, um den Umfang des ITutzb&.dels für jeden Detektor nicht zu beschränken, und eine hinter dem Objektiv 2 mit einer solchen AbmesBungj dass sie die einzige Aperttirblende des Bündele bildet, während die Foldblonde für jeden Detektor duroh die empfindliche Fläohe dee betreffenden Detektors gebildet wird, lienn bei einem bestimmten Dctektorelernent die vom Gegenstand stammende Helligkeit gleich dor des Raumes 8 ist, tritt durch diese Ilassnahmen keine Modulation und wird somit keine '.fechsolspannung im Detektor erzeugt} siehe Kurve To in Fig.2, in dor di· gemoseeno Temperatur ale Funktion der 2oit dargoß tollt ist.
10982B/0360
-6- " ' +j:Γ, 2870
Folglich ist in dem wiedergesehenen UiId der Punkt im Gegenstand mit der Temperatur Te nicht sichtbar. Hingegen liefert jeder andere "wärmer«" oder "kältere" Punkt ein Signal, descen Intensität umso höher iat, je höher der absolute l&iterschiedswert To-Te zwischen der Temperatur To der vom Gegenstand stammenden Strahlung und der Temperatur Te des Raumes ist» der Isotherme To =* Te entspricht eine aohwarae Linie in Bild, das im übrigen vollständig sichtbar ist,
h Un die Isotherme, d.h. den Wert von Te, au verschieden, kann
man für To ^Te einen Abschwächer 9 in der Bahn don 7>üi;delß cu-fo^ingen unl für To^Te den einfallenden Licht eine cleichril^ai^e Ho 11 icke it mittels eines halbdurchl&GDigen Spiegels 10 zusetzen, welche Helligkeit von einer Glühlampe 11 erzeugt und von der Linse 12 kollimiert wird.
In der Praxis benutzt man diese zwei I!as on ahmen {gleichseitig, wodurch eine kontinuierliche Interpolation zwischen zwei Pegeln möglich ist.
Die Schwingung dos Spiegels 3 kann auf verschiedene Weise erzeugt und aufrechterhalten werden, ζ #3« durch ein reibungsloses Magno toys tem, bei dem ein kleiner Dauermagnet, der mit dem Spiegel verbunden ist, duroh eine feststehende Spule bewegt wird, dio von einem Ifeohsolstrora mit der Frotniens das Schwingungesystems durchflössen wird, oder bis dem eine kloine, mit dem Spiegel verbundene Spule xind ein feststehender Dauermagnet benutzt werden.
Die Zufuhr des Stroms aum Aufrechterhalten der Schwingungen und dio Stabilisierung der Amplitude dor '"ohwingungon können durch ein photo-olektrißohös Verfahren odor duroh eino Vui'rioht\u:j geatouorfc worden, dio 2.B, don Ilall-I-Jffokt unter der Wirkung der "Bewegung des Dauermagnets horvorruft, Löuimgun fur diese Aufgubun sind bereits bokatmt,
109825/0360
BAD
-7- HIT. 287O
In einer zweiten Abart der Vorrichtung wird aur Wiedergabe des
InfrarotbiMoa in Form einec 8ichtbaren Bilden eine zweite Reihe elektrolrminessieronder Dioden benv.tzt, die eine Strahlung einer anderen Tlollenlän{^e als die err-te Heilte 5 er.ittiert« Eine an sich bekannte elektronische Yorrichttmc enaÖGlicht es, entsprechend den TJert der vom Gegenstand
stammenden Tnfraroteic^ale, zwischen den Zonen nit niedrigerer Temperatur und den Zonen höherer Temperatur zu unterscheiden.
BAD ORIGINAL
109825/0360

Claims (4)

1693091 -8- - - PFPT. 2870 ΡΑΤΒΙΤΑΐΤ SPRtTCIIS
1. Vorrichtung zur Sichtbarmachung von Temperaturunterschieden eines Objektes, enthaltend einen Modulator, der die von Objekte herrührende Infrarotstrahlung moduliert, welche modulierte Strahlung auf eine Reihe itir Infrarotstrahlung empfindliche Detektoren auffallt, welche Vorrichtung überdies eine Strahlungsquelle enthält, die Infrarotstrahlung bekannter Grosse den Detektoren zuführt, derart, dass die Detektoren abwechselnd von der vom Objekt herrührenden und von der von der Strahlungsquelle herrührenden Strahlung getroffen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle der Modulator ist, der in eine» Raum mit konstanter Temperatur untergebracht ist,
2. Vorrichtung nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein bekannter Strahlungsfluss der Strahlung des Gegenstandes zugesetzt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Gegenstand herrührende Strahlung von einem in der Bahn der Infrarotstrahlung des Gegenstandes angebrachten optischen Abschwächen geschwächt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet» dasö die Vorrichtung zur Wiedergabe des Infrarotbildeβ in Form einee sichtbaren Bildes zwei Reihen elektrolumineszierender Dioden enthalt, welche Reihen je in einem anderen spektralen Gebiet emittieren und selektiv durch die elektronischen Veraybeitungevorriohtungen werden.
BAD ORIGINAL 10987S/036Q
DE19681698091 1967-02-20 1968-02-17 Vorrichtung zur Sichtbarmachung von Temperaturunterschieden eines Objektes Pending DE1698091A1 (de)

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