DE19517122A1 - Optical device with periscope attachment - Google Patents

Optical device with periscope attachment

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Abstract

The device possesses a connection section with a protective sleeve (1) and an inner tube for cooling water, having inlet (11) and outlet (12). This section also houses a CCD video camera (13) and a mirror (6) for direct viewing through the protective glass (10). The video camera is connected to the electronic equipment and a microchip (2) for digitising the picture. The equipment includes a control unit (3), monitor (4) and a video recorder (5).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur opti­ schen Beobachtung von Gegenstandsbereichen, die dem Beobachter nicht unmittelbar zugänglich sind. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Periskop, vorzugsweise ein Hochtemperatur-Periskop.The present invention relates to a device for opti the observation of object areas that the observer does not are immediately accessible. In particular, the present relates Invention on a periscope, preferably a high temperature periscope.

In verschiedenen Bereichen der Technologie, insbesondere der Hoch­ temperatur-Technologie und der chemischen Technologie, besteht ein Bedürfnis nach einer Beobachtung von Vorgängen im Inneren von Behäl­ tern unter Betriebsbedingungen.In different areas of technology, especially high temperature technology and chemical technology, exists Need for observation of processes inside the container tern under operating conditions.

Zur Visualisierung von Verbrennungsvorgängen oder zur optischen Begut­ achtung von Feuerräumen gibt es bislang die Möglichkeiten, entweder Schaugläser in der Brennraumwand anzuordnen oder ein handelsübliches optisches Periskopsystem einzusetzen. Bei der ersten Möglichkeit ist der konstruktive Aufwand zur Realisierung der Sichtöffnungen und der stark eingeschränkte Blickwinkel nachteilig. Bei komplizierten Brennraumgeome­ trien können nur Teilbereiche eingesehen werden, so daß mehrere Sicht­ öffnungen anzubringen sind.For the visualization of combustion processes or for visual inspection Attention to fireboxes, there are so far either Arrange sight glasses in the combustion chamber wall or a commercially available one use optical periscope system. The first option is constructive effort to realize the viewing openings and the strong limited viewing angles disadvantageous. With complicated combustion chamber geometry only partial areas can be viewed, so that multiple views openings must be made.

Beim Einsatz eines handelsüblichen optischen Periskops kann der Brenn­ raum bzw. der Verbrennungsvorgang durch Einbringen des Systems z. B. durch einen Beobachtungsstutzen optisch zugänglich gemacht werden. Dieses Periskop besteht im wesentlichen aus einem gekühlten Mantelrohr mit innenliegender Optik, die aus einem Objektivsystem, einem Leitsy­ stem und einem Okularsystem besteht. Nachteilig hierbei ist der zur Unterbringung der Optik erforderliche Platzbedarf. Ohne zusätzliche Einrichtungen kann die Prozeßbeobachtung nur mit dem menschlichen Auge erfolgen, zur Registrierung muß zusätzlich eine hochempfindliche Photo- oder Filmkamera vor das Okular angebracht werden. Dann ist allerdings die direkte Prozeßbeobachtung nicht möglich. Außerdem war die Beobachtung durch optische Bedingungen hinsichtlich des Bereiches begrenzt.When using a commercially available optical periscope, the focal space or the combustion process by introducing the system z. B. be made optically accessible through an observation port. This periscope essentially consists of a cooled jacket tube  with internal optics, consisting of a lens system, a Leitsy stem and an eyepiece system. The disadvantage here is the Housing the optics required space. Without additional Process monitoring can only be established with human Eye, registration must also include a highly sensitive one Photo or film camera can be attached in front of the eyepiece. Then however, direct process monitoring is not possible. also was the observation by optical conditions with regard to the area limited.

Aus diesem Grund soll ein System entwickelt werden, das im Vergleich zu bekannten Periskopen flexibler, kompakter, einfacher zu handhaben und leichter an unterschiedliche Umgebungen anpaßbar ist. Vorzugsweise sollte die optische Zugänglichkeit z. B. eines Feuerraumes bei simultaner Visualisierung für das menschliche Auge und Registrierung der Bild­ informationen ermöglicht werden. Zur besseren Handhabung und zur universellen Einsetzbarkeit ist die Minimierung der äußeren Abmessungen ein weiteres Ziel.For this reason, a system should be developed that compares to known periscopes more flexible, compact, easier to use and is easier to adapt to different environments. Preferably should the optical accessibility z. B. a furnace with simultaneous Visualization for the human eye and registration of the image information is made possible. For better handling and universal usability is the minimization of the external dimensions another goal.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur opti­ schen Beobachtung von Gegenstandsbereichen, die dem Beobachter nicht unmittelbar zugänglich sind, gelöst, wie sie in den Ansprüchen gekenn­ zeichnet ist. Es wurde dadurch ein Gerät geschaffen, das in vorteilhafter Weise mit kleinen Abmessungen realisiert werden konnte.According to the invention, this object was achieved by a device for opti the observation of object areas that the observer does not are directly accessible, solved as they are known in the claims is drawing. This created a device that was advantageous Way could be realized with small dimensions.

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur optischen Beobachtung von Gegenstandsbereichen aus, die dem Beobachter nicht unmittelbar zugäng­ lich sind, wobei die Vorrichtung einen Verbindungsabschnitt aufweist, der eine vorzugsweise fernfokussierbare Optik trägt und im Gebrauch der Vorrichtung derart relativ zu dem zu beobachtenden, nicht unmittelbar zugänglichen Gegenstandsbereich angeordnet wird, daß durch diesen Verbindungsabschnitt das von der Optik erzeugte Bild des betreffenden Gegenstandsbereichs zugänglich wird. Erfindungsgemäß ist in dem Ver­ bindungsabschnitt eine Bildumwandlungseinheit vorgesehen, die das von der Optik erzeugte Bild digitalisiert. Diese Umwandlungseinheit ist bevorzugterweise ein optisch-elektrischer Wandler, insbesondere eine CCD-Empfangseinrichtung, die das optische Bild in digitale elektrische Signale umwandelt.The invention relates to a device for optical observation Object areas that are not directly accessible to the observer Lich, wherein the device has a connecting portion which preferably optics that can be remotely focussed and when using the  Device so relative to that to be observed, not immediately accessible object area is arranged through this Connection section the image of the relevant generated by the optics Object area becomes accessible. According to the invention in Ver binding section, an image conversion unit is provided that the of digitized image of the optics. This conversion unit is preferably an optical-electrical converter, in particular one CCD receiving device that converts the optical image into digital electrical Converts signals.

Es kann auch eine Videokamera in dem Verbindungsabschnitt angeordnet werden. Es ist bevorzugt, daß der optisch-elektrische Wandler über eine Kabelverbindung mit einem außerhalb des Verbindungsabschnitts angeord­ neten Steuerteil, und insbesondere einem Videorecorder und einem Monitor, verbunden ist.A video camera can also be arranged in the connecting section become. It is preferred that the optical-electrical converter have a Cable connection with an arranged outside the connection section Neten control part, and in particular a video recorder and one Monitor.

Weitere bevorzugte Merkmale des Erfindungsgegenstandes werden im folgenden aufgelistet:Further preferred features of the subject matter of the invention are described in listed below:

  • a. Der Verbindungsabschnitt ist für eine Durchströmung eines Schutz­ fluids, vorzugsweise eines Spülgases, ausgelegt;a. The connecting section is for a flow through a protection fluids, preferably a purge gas, designed;
  • b. der Verbindungsabschnitt ist mit einer Flüssigkeitsaußenkühlung, insbesondere einer Wasseraußenkühlung, versehen;b. the connection section is with external liquid cooling, in particular external water cooling, provided;
  • c. eine optische Umlenkeinrichtung, insbesondere ein Umlenkspiegel, ist an oder in dem Verbindungsabschnitt angeordnet. Diese Umlenk­ einrichtung ist vorzugsweise vor der Optik angeordnet; c. is an optical deflection device, in particular a deflection mirror arranged on or in the connecting section. This redirection device is preferably arranged in front of the optics;  
  • d. der Verbindungsabschnitt ist als Rohr mit vorzugsweise kreisförmi­ gem Außenquerschnitt ausgebildet;d. the connecting section is a tube with preferably circular formed according to the outer cross section;
  • e. der Verbindungsabschnitt ist aus mehreren konzentrischen Rohren aufgebaut;e. the connecting section is made up of several concentric tubes built up;
  • f. der Verbindungsabschnitt weist einen Kühlmantel mit je einem Zuführanschluß und einem Abfuhranschluß für Kühlflüssigkeit, ins­ besondere für Kühlwasser, auf;f. the connecting section has a cooling jacket with one each Supply connection and a discharge connection for coolant, ins special for cooling water, on;
  • g. der Verbindungsabschnitt ist zumindest im Außenbereich aus ther­ misch beständigem, vorzugsweise hochtemperaturbeständigem, ins­ besondere erst über 500°C erweichendem bzw. schmelzendem Mate­ rial, aufgebaut;G. the connecting section is made of ther, at least in the outer region mix resistant, preferably high temperature resistant, ins special mate that softens or melts above 500 ° C rial, built up;
  • h. der Verbindungsabschnitt weist einen Gaszuleitungsanschluß für die Zufuhr von Spülgas in das Innere des Verbindungsabschnitts auf;H. the connecting section has a gas supply connection for the Supply of purge gas to the inside of the connection portion;
  • i. der Verbindungsabschnitt ist als langgestrecktes rohrförmiges Bauteil von vorzugsweise 1 bis 5 m Länge gestaltet;i. the connecting section is in the form of an elongate tubular component designed preferably 1 to 5 m in length;
  • j. der Verbindungsabschnitt ist so gestaltet, daß er in einer Behälter­ wand verschoben werden kann;j. the connecting section is designed so that it is in a container wall can be moved;
  • k. der Verbindungsabschnitt ist so gestaltet, daß er in einer Behälter­ wand gedreht werden kann;k. the connecting section is designed so that it is in a container wall can be rotated;
  • l. vor oder hinter der Optik ist ein Filter angeordnet; l. A filter is arranged in front of or behind the optics;  
  • m. hinter der Optik ist eine vorzugsweise von außen verstellbare Blende angeordnet;m. behind the optics is a preferably adjustable aperture arranged;
  • n. der Verbindungsabschnitt weist ein Schutzglas auf, durch das hin­ durch die Beobachtung erfolgt und das vorzugsweise zumindest von einer Seite von Spülgas überströmt wird;n. the connecting portion has a protective glass through which by observation and preferably at least from flushing gas flows over one side;
  • o. der Verbindungsabschnitt ist für Außentemperaturen bis zu 1600°C und für einen Überdruck im Inneren des Verbindungsabschnitts gegenüber dem Außenbereich bis zu 50 kPa ausgelegt;o. the connecting section is for outside temperatures up to 1600 ° C and for overpressure inside the connection section designed up to 50 kPa compared to the outside area;
  • p. vor oder hinter einer Umlenkeinrichtung, insbesondere eines Spiegels, ist eine Einrichtung zur optischen Wiederherstellung der Seitenrich­ tigkeit des Bildes, insbesondere ein Prisma, vorgesehen.p. in front of or behind a deflection device, in particular a mirror, is a device for the optical restoration of the Seitenrich activity of the image, in particular a prism.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben, in der ein erfindungsgemäßes Hochtemperatur-Videoperiskop schematisch darge­ stellt ist.A preferred embodiment of the invention is related described with the drawing in which a high-temperature video periscope according to the invention schematically Darge represents is.

Das Videoperiskop wird durch die Kombination eines wassergekühlten Kühlmantels oder Schutzmantels 1 mit einer handelsüblichen CCD-Video­ kamera 13 realisiert (CCD = charge coupled device). Dabei wurde die Mikrochip-Schaltung 2 der Kamera, insbesondere also der optisch-elek­ trische Wandler, der CCD- Baustein, in den Kopfteil des Kühlmantels eingeführt. Das Steuerteil 3 der Kamera ist in einem separaten Gehäuse außerhalb des Schutzmantels angebracht und über eine Kabelverbindung 16 mit dem Empfängerteil (Microchip 2, CCD-Baustein) der Kamera verbunden. Mittels eines handelsüblichen Monitors 4 kann der Brennraum oder der Verbrennungsvorgang visuell beobachtet werden, eine Registrie­ rung kann durch einen Videorecorder 5 erfolgen.The video operiscope is realized by the combination of a water-cooled cooling jacket or protective jacket 1 with a commercially available CCD video camera 13 (CCD = charge coupled device). The microchip circuit 2 of the camera, in particular the optical-electrical converter, the CCD module, was introduced into the head part of the cooling jacket. The control part 3 of the camera is mounted in a separate housing outside the protective jacket and is connected to the receiver part (microchip 2 , CCD module) of the camera via a cable connection 16 . The combustion chamber or the combustion process can be visually observed by means of a commercially available monitor 4 , a registration can be carried out by a video recorder 5 .

Je nach Anwendungsfall kann vor der Linse der Kamera ein Spiegel 6, der um einen festen aber beliebigen Winkel angestellt ist, montiert werden. Dies führt zu einer Umlenkung der optischen Achse und damit ggf. zu einer verbesserten optischen Zugänglichkeit. Bei einem Anstell­ winkel von 45° wird die optische Achse um 90° abgelenkt, d. h. damit ist ein Blick "um die Ecke" möglich.Depending on the application, a mirror 6 , which is set at a fixed but arbitrary angle, can be mounted in front of the lens of the camera. This leads to a deflection of the optical axis and thus possibly to an improved optical accessibility. At an angle of 45 °, the optical axis is deflected by 90 °, ie a view "around the corner" is possible.

Der Kühlmantel besteht aus mehreren konzentrisch angeordneten Rohren, wobei die Miniaturkamera im Innenrohr 7 angeordnet ist. Dieses Innen­ rohr kann ggf. mit einem Spülgas von einer Zuführleitung 8 axial in Richtung Sondenkopf bzw. Periskopkopf 9 durchströmt werden. Das Spülmedium kann am Periskopkopf entweder direkt nach außen geleitet werden oder ein wahlweise eingebautes Schutzglas 10 zur Vermeidung von Verschmutzung oder korrosivem Angriff umströmen. Um das Innen­ rohr sind konzentrisch weitere Rohre zur Führung des Kühlwassers von der Eintrittsstelle 11 zum Periskopkopf und dann zurück zur Austritts­ stelle 12 angeordnet. Der Kühlwasserstrom ist so ausgelegt, daß ein Einsatz des Periskops bis zu Temperaturen von 1600°C möglich ist.The cooling jacket consists of several concentrically arranged tubes, the miniature camera being arranged in the inner tube 7 . This inner tube can optionally be flushed with a purge gas from a feed line 8 axially in the direction of the probe head or periscope head 9 . The rinsing medium can either be directed directly to the outside of the periscope head or flow around an optionally installed protective glass 10 to avoid contamination or corrosive attack. Around the inner tube are concentrically arranged further pipes for guiding the cooling water from the entry point 11 to the periscope head and then back to the exit point 12 . The cooling water flow is designed so that the periscope can be used at temperatures of up to 1600 ° C.

Der Kühlmantel kann in seinem Außenbereich insbesondere aus hoch­ temperaturfestem Stahl oder Keramikmaterial aufgebaut sein. Der beson­ dere Anwendungsfall bestimmt letztlich, welches Material für den Kühl­ mantel bzw. den Schutzmantel 1 verwendet wird.The cooling jacket can be constructed in its outer region in particular from high temperature-resistant steel or ceramic material. The particular application ultimately determines which material is used for the cooling jacket or protective jacket 1 .

Mit 14 ist der Netzanschluß für die elektrische Versorgung des Monitors 4, des Videorecorders sowie des Steuerteils 3 der Kamera bezeichnet. 14 with the power supply for the electrical supply of the monitor 4 , the video recorder and the control part 3 of the camera is designated.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur optischen Beobachtung von Gegenstandsbereichen, die dem Beobachter nicht unmittelbar zugänglich sind, wobei die Vorrichtung einen Verbindungsabschnitt aufweist, der eine vorzugs­ weise fernfokussierbare Optik trägt und im Gebrauch der Vorrich­ tung so relativ zu dem zu beobachtenden, nicht unmittelbar zugäng­ lichen Gegenstandsbereich angeordnet wird, daß durch diesen Ver­ bindungsabschnitt das von der Optik erzeugte Bild des betreffenden Gegenstandsbereichs zugänglich wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbindungsabschnitt eine Bildumwandlungseinheit vorgesehen ist, die das von der Optik erzeugte Bild digitalisiert.1. Apparatus for optical observation of object areas that are not directly accessible to the observer, the device having a connecting section which carries a preferably remote-focusable optics and arranged in use of the device so relative to the observed, not directly accessible object area is that this Ver connecting section, the image generated by the optics of the subject area concerned is accessible, characterized in that an image conversion unit is provided in the connecting section, which digitizes the image generated by the optics. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bild­ umwandlungseinheit einen optisch-elektrischen Wandler, insbesondere einen CCD-Baustein aufweist, der das optische Bild in digitale elek­ trische Signale umwandelt.2. Device according to claim 1, characterized in that the picture conversion unit an optical-electrical converter, in particular has a CCD chip that the optical image in digital elec converts tric signals. 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Videokamera in dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist.3. Device according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that a video camera in the connection section is arranged. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der op­ tisch-elektrische Wandler über eine Kabelverbindung mit einem außerhalb des Verbindungsabschnitts angeordneten Steuerteil und vorzugsweise mit einem Videorekorder und einem Monitor verbun­ den ist.4. The device according to claim 2, characterized in that the op table-electrical converter via a cable connection with a control part arranged outside the connecting section and  preferably connected to a video recorder and a monitor that is. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt für eine Durchströmung eines Schutzfluids, insbesondere eines Spülgases, ausgelegt ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the connecting section for a flow a protective fluid, in particular a purge gas, is designed. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt mit einer Flüssigkeits­ außenkühlung, insbesondere einer Wasseraußenkühlung, versehen ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the connecting portion with a liquid external cooling, in particular external water cooling, is provided. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine optische Umlenkeinrichtung, insbesondere ein Umlenkspiegel, an oder in dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that an optical deflection device, in particular a Deflecting mirror, is arranged on or in the connecting section. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Um­ lenkeinrichtung vor der Optik angeordnet ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the order Steering device is arranged in front of the optics. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eines oder mehrere der folgenden Merkmale reali­ siert ist bzw. sind:
  • a. Der Verbindungsabschnitt ist als Rohr mit vorzugsweise kreisför­ migem Außenquerschnitt ausgebildet;
  • b. der Verbindungsabschnitt ist aus mehreren konzentrischen Roh­ ren aufgebaut;
  • c. der Verbindungsabschnitt ist mit einem Kühlmantel mit je einem Zufuhranschluß und einem Abfuhranschluß für Kühlfluide, ins­ besondere Kühlwasser, versehen;
  • d. der Verbindungsabschnitt ist zumindest im Außenbereich aus thermisch beständigem, vorzugsweise hochtemperaturbeständigem Material, aufgebaut;
  • e. der Verbindungsabschnitt weist einen Gaszuleitungsanschluß für die Zufuhr von Spülgas in das Innere des Verbindungsabschnitts auf;
  • f. der Verbindungsabschnitt ist als langgestrecktes, rohrförmiges Bauteil von vorzugsweise 1 bis 5 m Länge gestaltet;
  • g. der Verbindungsabschnitt ist so gestaltet, daß er in einer Behäl­ terinnenwand verschoben werden kann;
  • h. der Verbindungsabschnitt ist so gestaltet, daß er in einer Behäl­ terwand gedreht werden kann;
  • i. vor oder hinter der Optik ist ein Filter angeordnet;
  • j. hinter der Optik ist eine vorzugsweise von außen verstellbare Blende angeordnet;
  • k. der Verbindungsabschnitt weist ein Schutzglas auf, durch das hindurch die Beobachtung erfolgt und das vorzugsweise zumin­ dest von einer Seite von Spülgas überströmt wird;
  • l. der Verbindungsabschnitt ist für eine Außentemperatur bis zu 1600°C und für Druckunterschiede zwischen Innen- und Außen­ raum des Verbindungsabschnittes von bis zu 50 kPa ausgelegt;
  • m. vor oder hinter einer Umlenkeinrichtung, insbesondere eines Spiegels, ist eine Einrichtung zur optischen Wiederherstellung der Seitenrichtigkeit des Bildes, insbesondere ein Prisma, vor­ gesehen.
9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more of the following features is or are realized:
  • a. The connecting section is formed as a tube with a preferably circular outer cross-section;
  • b. the connecting section is made up of several concentric tubes;
  • c. the connecting section is provided with a cooling jacket, each with a supply connection and a discharge connection for cooling fluids, in particular cooling water;
  • d. the connecting section is constructed at least in the outer region from thermally stable, preferably high-temperature resistant material;
  • e. the connection section has a gas supply connection for the supply of purge gas into the interior of the connection section;
  • f. the connecting section is designed as an elongated, tubular component, preferably 1 to 5 m in length;
  • G. the connecting portion is designed so that it can be moved terinnenwand in a container;
  • H. the connecting section is designed so that it can be rotated in a container terwand;
  • i. A filter is arranged in front of or behind the optics;
  • j. behind the optics there is a preferably adjustable diaphragm;
  • k. the connecting section has a protective glass through which the observation takes place and which is preferably overflowing with flushing gas at least from one side;
  • l. the connecting section is designed for an outside temperature of up to 1600 ° C and for pressure differences between the inside and outside of the connecting section of up to 50 kPa;
  • m. In front of or behind a deflection device, in particular a mirror, a device for optically restoring the lateral correctness of the image, in particular a prism, is seen in front.
10. Verfahren zur Beobachtung von Gegenstandsbereichen, die dem Beobachter nicht unmittelbar zugänglich sind, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gegenstandsbereich innerhalb des unzugänglichen Ge­ bietes mit Hilfe einer innerhalb des unzugänglichen Gebietes an­ geordneten Optik und einer ebenfalls innerhalb des unzugänglichen Gebietes angeordneten Bildumwandlungseinheit abgebildet und in di­ gitale Signale umgewandelt wird und daß diese digitalen Signale aus dem unzugänglichen Bereich in den Bereich der Beobachtung über­ tragen werden.10. A method of observing subject areas related to the Observers are not directly accessible, characterized by net that the subject area within the inaccessible Ge offers with the help of a within the inaccessible area orderly optics and also within the inaccessible Area arranged image conversion unit mapped and in di gitale signals is converted and that these digital signals from the inaccessible area in the area of observation above will wear.
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