DE2109561A1

DE2109561A1 - Für Infrarotstrahlung empfindliche Detektorvorrichtung

Info

Publication number: DE2109561A1
Application number: DE19712109561
Authority: DE
Inventors: Hans 7770 Überlingen Oppelt
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1971-03-01
Filing date: 1971-03-01
Publication date: 1972-09-14
Also published as: DE2109561C3; DE2109561B2

Description

Für Infrarotstrahlung empfindliche Detektorvorrichtung Die Erfindung betrifft eine für Infrarotstrahlung empfindliche Detektorvorrichtung, bestehend aus einem flaschenartigen doppelwandigen Behältnis, dessen Innenwand einen Kühlmittelbehälter bildet und zusammen mit der Außenwand eine Vakuumkammer umschließt, einem der Infrarotstrahlung auszusetzenden, innerhalb der Vakuumkammer angeordneten, in wärmeleitender Verbindung mit dem Kühlmittelbehälter angeordneten Detektorelement, welches von der Infrarotstrahlung in einem Abbildungsstrahlengang durch den Boden der Außenwand hindurch beaufschlagt ist, und mit einem in der Vakuumkammer angeordneten lichtundurchlässigen Schirm, welcher das Detektorelement umgibt und eine Strahleneintrittsöffnung bildet und in wärmeleitender Verbindung mit dem Kühlmittelbehälter steht.
Eine Detektorvorrichtung dieser Art ist beispielsweise bekannt durch die Deutsche Satentschrift 1 223 585. Eine solche bekannte Detektoranordnung ist zur Erläuterung der Erfindung in Pig. 1 schematisch dargestellt0 Die bekannte Detektoreinrichtung nach Fig. 1 enthält ein doppelwandiges Behältnis 10 mit einer Außenwand 12 und einer Innenwand 14, welche letztere einen Kühlmittelbehälter 16 bildet. In wärmeleitender Verbindung mit dem Kühlmittelbehälter 16 ist ein Detektorelement 18 angeordnet. Das Detektorelement wird durch den als Fenster 20 ausgebildeten Boden der Außenwand 12 hindurch in einem Abbildungsstrahlengang 22 von Infrarotstrahlung beaufschlagt. -Mit 24 ist dabei eine Bupille des Abbildungsstrahlenganges bezeichnet.
Das Detektorelement 18 ist von einem Schirm 24 umgeben, welcher in wärmeleitender Verbindung mit dem Kühlmittelbehälter 16 steht und eine Strahleneintrittsöffnung 26 bildet0 Von dem auf der Innenseite geschwärzten Schirm 24 gelangt wenig Eigenstrahlung auf den Detektor 18, da der Schirm 24 selbst gekühlt ist0 Zur Unterdrückung von Störlicht ist vor der Strahleneintrittsöffnung 26 ein Pilter 28 angeordnet.
Die bekannte Anordnung hat den -Nachteil, daß nicht nur aus dem Abbildungsstrahlengang sondern auch von der Seite her, wie durch die schraffierten Bereiche 30 angedeutet is-t, Strahlung auf den Detektor gelangen kann4 Es hat sich gezeigt, daß auch diese Strahlung zu unerwünschten Störungen führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Detektoranordnung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß solche seitliche Störstrahlung nicht auf den Detektor gelangt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Strahleneintrittsöffnung ein abbild endes optisches System ange-ordnet ist, welches ein Gesichtsfeld oder (vorzugsweise) eine Pupille des Abbildungsstrahlenganges der Infrarotstrahlung auf das Detektorelement abbildet.
Ein'solches abbildendes optisches System stellt sicher, daß nur die Strahlung, die æ.B0 durch die Pupille des Abbildungsstrahlenganges gegangen ist, auf den Detektor gelangt. Seitliche Strahlung, etwa aus den Bereichen 90 von 1?ig.1 wird neben dem Detektoilement gesammelt und stört das von dem Detektor erzeugte Signal nicht.
Das abbildende optische System enthält vorzugsweise eine Feldlinse. Vorteilhaft ist es dabei, wenn das abbildende optische System ein zweilinsiges Feld" linsensystem ist, dessen eines Glied ein Strahlungsfenster im Boden der Außenwand bildet und dessen zweites Glied in dem Schirm gehaltert ist. Ein solches mehrgliedriges Feldlinsensystem gestattet die Abbildung auf einer sehr kleinen Detektorfläche, wie sie bei rauscharmen Detektorelementen erforderlich ist.
Bei starker Verkleinerung der Detektorfläche kann allerdings bei einem solchen System die Strahlneigung der Achse sehr unterschiedlich sein und hohe Werte annahmen. Wenn man in üblicher Weise ein Interferenzfilter vorsieht, welches auf der letzten Linse des Feldlinsensystems angeordnet werden muß, dann kann durch diese starke Strahlenneigung die Filterwirkung des Interferenzfilters ungünstig beeinflußt werden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann dieses Problem dadurch gelöst werden, daß der Schirm einen konischen Lichttrichter mit innenverspiegelter Wandung bildet, der eintrittsseitig von einer Linse und austrittsseitig von dem Detektorelement abgeschlossen ist, wobei die Linse eine Pupille des Abbildungssystems auf eine Scittkreisfläche der Kugel abbildet, die um die Kegelspitze des Lichttrichters durch die Begrenzung des DeteRtorelementes geht.
Die Erfindung ist nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig.2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.
Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung.
Fig. 4 veranschaulicht die Abbildungsverhältnisse bei der Ausführungsform nach Fig.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform ähnlich Fig. 3 bei einem Zielsuchkopf.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2bis4 sind für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. .
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 weist das Behältnis 10 an seiner Außenwand 12 ein Fenster 20 auf, in dessen mittleren Teil eine Linse 32 eingesetzt ist. Die Innenwand 14 des Behältnisses 10 tragt das Detektorelement 18 in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kühlmittelbehälter 16o Das Detektorelement 18 ist von einem zylindrischen Schirm 24 umgeben, in welchem eine Linse 34 gehaltert ist0 Die Linsen 32 und 34 bilden ein mehrgliedrigesFeldlins'ensystem, welches eine Pupille 24 des Abbildungssystems auf das Detektorelement 18 abbildet0 Strahlen, die nicht durch die Pupille 24 gehen, die also beispielsweise seitlich von dem Abbildungsstrahlengang einfallen, wie in Fig. 1 bei 30 dargestellt ist, werden dabei neben dem Detektorelement 18 gesammelt, so daß sie das Signal nicht beeinflussen.
Auf der Linse 34 kann ein Filter vorgesehen werden.
Die Anordnung nach Fig. 2 mit einem zweigliedrigen Feldlinsensystem erfordert eine genaue Justierung der beiden Linsen zueinander. Außerdem ergibt sich in den Fällen, wo eine Abbildung auf ein sehr kleinflächiges Detektorelement 18 erforderlich ist, eine starke und unterschiedliche Neigung der Strahlen zur optischen Achse Wenn auf die Linse 34 ein Filter in Form eines Interferenzfilters aufgebracht ist, dann wirkt sich die unterschiedliche Strahlenneigung nachteilig auf die Filterwirkung awsO Diese Schwierigkeiten werden bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnung vermieden. Die Außenwand 12 mit dem Fenster 20 ist so ausgebildet wie in Fig. le Die Innenwand 74 bildet einen Kühlmittelbehälter 16 und trägt auf der Stirnfläche das Detektorelement 1 8e Der Schirm 24 ist als Lichttrichter mit einer verspiegelten konischen Innenfläche 36 ausgebildet0 Dieser Lichttrichter ist eintrittsseitig von einer Linse 38 abgeschlossen und austrittsseitig von dem Detektorelement 18.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, würde durch die Linse 38 ohne Berücksichtigung des Lichttrichters 36 eine Pupille 24 des Abbildungssystems bei 24' auf eine Schnittkreisfläche der Kugel abgebildet, die um die Kegelspitze des Lichttrichters (Pläche 36) durch die Begrenzung des Detektorelements 18 geht0 Diese Abbildung erfolgt so, daß Strahlen, die von außerhalb der Pupille kommen, an der-Kugel 40 vorbeigehen werden, Damit ist gewährleistet, daß durch das von Linse 38 und Lichttrichter 36 gebildete Abbildungssystem alle Strahlen , die durch die Pupille 24 treten - und nur diese - auf dem Detektorelement 18 gesammelt werden0 Durch die beschriebenen Anordnungen wird erreicht, daß auf das Detektorelement 18 nur solche Strahlung fallen kann, die entweder von einem gekühlten Teil als Eigenstrahlung herrührt (und wegen der Kühlung gering ist) oder aber durch eine Pupille des Abbildungssystems getreten ist, also echte Nutzstrahlung darstellt. Durch diese Maßnahmen wird eine erhebliche Verbesserung des Signal-zu-Rauschverhältnises von auf Infrarotstrahlung ansprechenden Detektorvorrichtungen erzielt.
Fig. 5 zeigt die -Anwendung einer Detektorvorrichtung ähnlich Fig. 3 bei einem Zielsuchkopf. Auch hier sind wieder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorhergehenden Figuren.
Das Behältnis 10 ist hier durch ein Fenster 42 abgeschlossen, welches für Infrarotstrahlung durchlässig ist. Eine weitere Linse 44 des Feldlinsensystems trägt eine Modulationsscheibe, während die Linse 38 ein Filter trägt.
Der Abbildungsstrahlengang enthält ein Cassegrain-System mit einem ringförmigen Hohlspiegel 46 und einem Spiegel 48, die in einem Gestell 50 gehaltert sind. Das Gestell 50 enthält eine Lichtschutzblende 52, die direktes Licht abhält und durch ein Fenster 54 abgeschlossen ist.
Die ganze Anordnung ist durch eine infrarotdurchlässige Kuppel 56 abgeschlossen.

Claims

Patentansprüche

d Für Infrarotstrahlung empflindliche Detektorvorrichtung, bestehend aus einem flaschenartigen doppelwandigen Behältnis, dessen Innenwand einen Kühlmittelbehälter bildet und zusammen mit der Außenwand eine Vakuumkammer umschließt, einem der Infrarotstrahlung auszusetzenden, innerhalb der Vakuumkammer angeordneten, in wärmeleitender Verbindung mit dem Kühlmittelbehälter angeordneten Detektorelement, welches von der Infrarotstrahlung in einem Abbildungsstrahlengang durch den Boden der Außenwand hindurch beaufschlagt ist, und mit einem in der Vakuumkammer angeordneten lichtundurchlässigen Schirm, welcher das Detektorelement umgibt und eine Strahleneintrittsöffnung bildet, und in wärmeleitender Verbindung mit dem Kuhlmittelbehälter steht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strahleneintrittsöffnung ein abbildendes optisches System (32, 34, 38, 36) angeordnet ist, welches ein Gesichtsfeld oder (vorzugsweise) eine Pupille (24) des Abbildungsstrahlenganges der Infrarotstrahlung auf das Detektorelement (18) abbildet.

24 Detektorvorriohtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abbildende optische System eine Feldlinse (34, 38) enthält.

3o Detektorvorrichtung nach itnspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das abbildende optische System ein zweilinsiges Feldlinsensystem ist, dessen eines Glied ein Strahlungsfenster (32) im Boden der Außenwand (12) bildet und dessen zweites Glied (34) in dem Schirm (24) gehaltert ist.

4. Detektorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (24) einen konischen Lichttrichter mit innenverspiegelter Wandung (36) bildet, der eintrittsseitig von einer Linse (38) und austrittsseitig von dem Detektorelement (18) abgeschlossen ist, wobei die Linse (38) eine Pupille (24) des Abbildungssystems auf eine Schnittkreisfläche (24') der Kugel (40) abbildet, die um die Kegelspitze (M) des Lichttrichters durch die Begrenzung des Detektorelementes (18) geht.

So Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter zur Ausschaltung von Störstrahlung als Interferenzfilter ausgebildet ist und in dem abbildenden optischen System auf der Pläche kleinster Strahlenneigung vorgesehen ist.