DE2145959C3 - Strahlungsempfänger - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungsempfänger für den gleichzeitigen Empfang und die wenigstens zeitweise gleichzeitige und dekkungsgleiche Wiedergabe eines Bildes im sichtbaren sowie im unsichtbaren Spektralbereich auf einem gemeinsamen Anzeigeschirm.

Ein derartiger Strahlungsempfänger wurde in der DE-PS 1953352 vorgeschlagen. In dieser Patentschrift ist eine Ziel- und Beobachtungseinrichtung mit zwei elektrooptischen Beobachtungsgeräten dargestellt, von denen das eine im sichtbaren und das andere im unsichtbaren Bereich empfindlich ist. Eine Fernsehaufnahmekamera erhält sichtbares Licht und gleichzeitig Licht, das von einem Tripelspiegel stammt, welcher über eine Lichtquelle und Ablenkspiegel Licht erhält. Die Lichtquelle wird über das Ausgangssignal eines Strahlungsdetektors gesteuert, der Wärmestrahlung in ein elektrisches Signal umwandelt, wobei die Wärmestrahlung über zwei in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen schwenkbare Planspiegel auf den Strahlungsdetektor auftrifft. Dabei soll der Abtastbereich für die Wärmestrahlung ein größeres Gesichtsfeld als der sichtbare Bereich erhalten, um auch einzelne Punkte hoher Temperatur außerhalb des sichtbaren Bereiches aufzunehmen. Verzichtet man auf diese Möglichkeit, so stimmt das Gesichtsfeld des Wärmestrahlungsbereiches mit dem Gesichtsfeld des sichtbaren Bereiches überein. Eine gezielte Beobachtungeines kleinen Bereiches innerhalb des Gesamtgesichtsfeldes ist daher nicht möglich. Darüber hinaus ist es kaum möglich, in der Fernsehaufnahmeröhre und der daran anschließenden Wiedergabe zwischen Licht, das aus dem sichtbaren Bereich stammt, und den ursprünglich auf eine Wärmestrahlung zurückgehenden Strahlen, welche von der Lichtquelle herrühren, zu unterscheiden. Das Vorsehen einer intermittierenden Strahlung der Lichtquelle sowie das Einkreisen durch eine hellere I ichtquelle verschlechtert darüber hinaus die Bildqualität. Das Einstellen eines Schwellwertes, oberhalb dem eine Wärmestrahlungsanzeige erscheint, dürfte bei der nngi.gcKncn Konstruktion praktisch schwer durchführbar sein, m>U sondere da kein ausreichender Kontrast zwischen den beiden Strahlungsquellen vorhanden ist. Macht man die von der Wärmestrah-

lung herrührende und auf die Fernsehaufnahmeröhre fallende Lichtstrahlung erheblich heller als die aus dem sichtbaren Bereich stammende Strahlung, so ergeben sich aufgrund der starken Helligkeitsunterschiede keine brauchbaren Bilder mehr.

In der deutschen Auslegeschrift 1289092 ist eine Anordnung beschrieben, die über Filtermaßnahmen verschiedene Spektralbereiche ausfiltert, um die Strahlungüverhältnisse in verschiedenen Spektralbereichen zu beobachten. Dabei soll die empfangene Strahlung nach verschiedenen Spektralbereichen gefiltert und in diesen Bereichen empfindlichen Fernsehaufnahmeröhren zugeführt werden. Es ist zwar eine Vermischung der Anzeigen verschiedener Aufnahmeröhren vorgesehen, eine derartige Vermischung dürfte jedoch in der Praxis kaum zu brauchbaren Bildern führen, so daß eine derartige Anordnung tatsächlich auf einen wechselseitigen Betrieb in verschiedenen Spektralbereichen angewiesen sein dürfte. Die automatische Beobachtung einer austretenden Strahlungsänderung in einem bestimmten begrenzten Bereich eines größeren Gesamtgesichtaeldes ist mit einer derartigen Anordnung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlungsempfänger nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß die Strahlungsentwicklung in einem unsichtbaren Spektralbereich innerhalb eines kleinen Teiles des Gesamtgesichtsfeldes verfolgt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen dargestellt.

Beim Gegenstand der Erfindung macht die Bildwiedergabe im unsichtbaren Spektralbereich nur einen kleinen Teil des Gesamtgesichtsfeldes aus, wobei der Aufnahmewinkel der Empfangseinrichtung für den unsichtbaren Spektralbereich verstellbar ist.

Vorzugsweise sind in der Empfangseinrichtung für den unsichtbaren Spektralbereich Abtasteinrichtungen vorgesehen, deren Abtastbereich zur Änderung des Aufnahmewinkels bei gleichbleibender Größe der Bildwiedergabe verstellbar ist.

Darüber hinaus können Einrichtungen zum Verstellen der optischen Achse der Empfangseinrichtung für defi unsichtbaren Spektralbrreich innerhalb des Gesamtgesichtsfeldes vorgesehen werden.

Es können auch Einrichtungen zum Einstellen eines Schwellwertes der Empfangseinrichtung für den unsichtbaren Spektralbcieich vorgesehen werden, wobei erst bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur im anvisierten Gesichtsfeld eine Anzeige erfolgt.

Die Abtasteinrichtungen können zweckmäßigerweise ein angetriebenes rotierendes Prisma für die zeilenweise Abtastung des empfangenen Gesichtfeldes enthalten.

Der Erfindungsgegenstand ermöglicht gleichzeitig ein großes Gesichtsfeld, das überwacht werden soll, und gleichzeitig eine hohe Auflösung sowie einen hohen Kontrast und eine hohe Empfindlichkeit im ein' zelnen interessierenden Bereichen dieses Gesichtsfeldes. Innerhalb des großen Gesichtfeldes kann der interessierende Bereich entweder von Fall zu Fall oder automatisch in einem bestimmten Zyklus verändert und ;ibgetastel werden. Zur Erzielung einer großen Bandbreite ist eine hohe Abtastgeschwindigkeit erforderlich. Je höher jedoch die Abtastgeschwindigkeit ist, um so begrenzter ist der dynamische Bereich und

um so niedriger der Kontrast. Für eine Anzeige, bei der Temperaturunterschiede deutlich wiedergegeben werden sollen, ist daher eine niedrige Abtastgeschwindigkeit erforderlich, beispielsweise etwa vier Einzelbilder pro Sekunde oder darunter. Eine solche Anzeige flimmert jedoch erheblich, sie ist daher auf eine statistische Betrachtung einer entfernten Wärmequelle beschränkt.

Übliche Fernsehbilder dagegen haben eine Abtastgeschwindigkeit von etwa 30 Bildern pro Sekunde. Dadurch könnte beispielsweise ein Objekt mit einem Temperaturunterschied von 5" C gegenüber seiner Umgebung nicht mehr identifiziert werden. Bei üblichen Infrarotabtastsystemen ist darüber hinaus die Flexibilität und Vielseitigkeit aufgrund fest eingestellter Abtastgeschwindigkeiten begrenzt. Im allgemeinen sind zwei Bedienungspersonen erforderlich, wobei eine die optische Kamera und die andere die Infrarotkamera steuert. Der Aufbau derartiger Einrichtungen ist sehr aufwendig '.;nd kompliziert.

Beim Erfindungsgegenstand erhält man dagegen eine einfache Anzeige durch Überlagerung des breiten Gesamtgesichtsfeldes durch eine hochempfindliche Infrarotanzeige in einem bestimmten Bereich, wobei nur eine einzige Bedienungsperson notwendig ist. Aufgrund des Ortes der Anzeige kann man auf die Richtung sowie auf den Gegenstand der Wärmequelle schließen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Strahlungsempfängers,

Fig. 2 ein kombiniertes Blockdiagramm und Schaltschema des in Fig. 1 dargestellten Strahlungsempfängers,

Fig. 3 einen Schaltungsaufbau spezieller Schaltkreise von Fig. 2,

Fig. 4 eine vereinfachte Bilddarstellung, wie man sie durch einen Strahlungsempfänger gemäß Fig. 1 erhält,

Fig. 5 eine vereinfachte Bilddarstellung einer anderen Bildwiedergabe, wie man sie mit einem Strahlungsempfänger gemäß Fig. 1 erhält,

Fig. 6 eine spezielle Konstruktion eines Strahlungsempfängers.

Fig. 1 zeigt einen Strahlungsempfänger für eine Bildwiedergabe ausgewählter Objekte, die sich innerhalb eines bestimmten Gesichtsfeldes, auch Sichtfeld genannt, befinden.

Der Strahlungsempfänger verwendet zwei elektromagnetisch arbeitende Betrachtungs- oder Sichtsysteme, und zwar ein optisches System und ein elektromagnetisches Abtastsystem. Die beiden Sichtsysteme und das Anzeigesystem sind in einem Gehäuse 10 untergebracht, das ähnlich einem Fernsehkatneragehäuse aufgebaut ist, und das aufgehängt, auf einem Fahrzeug fest oder beweglich angebracht oder auf einem Stativ oder seiner eigenen Halterung montiert sein kann. Der Strahlungsempfänger nach Fig. 1 weist ein tragbares Gerät auf, das mit einer Signalverarbeitung, einer Anzeigeelektronik und tragbarer Spannungsversorgung (nicht dargestellt) ausgestattet ist.

Ein erstes optisches Sichtsystem befindet sich grundsätzlich innerhalb des oberen Abschnittes des Gehäuses 10. Zur Vereinfachung der Beschreibung habe das Gehäuse ein vorderes Ende, das auf das zu untersuchende Sichtfeld gerichtet ist, und ein hinteres Ende, an dem eine Bedienungsperson in einen abge-

schirmten Sucher 12 durch zwei Suchokulare 13 und 14 blickt. Das erste Sichtsystem befindet sich auf einer optischen Achse, die sich vom vorderen zum hinteren Ende erstreckt. Das Sichtsystem enthält ein durchsichtiges Frontfilter 16, das zusammen mit dem Sucher ein Sichtfeld von etwa 15° x 20° überdeckt. Im vorliegenden Beispiel umfaßt die durchsichtige Frontfilterplatte 16 ein rechteckiges Rotfilter, das verschiebbar in zwei Schlitzen 18 auf den senkrechten, gegenüberliegenden Seiten einer rechteckigen vorderen Sichtöffnung im Gehäuse 10 vorgesehen ist. Das Filter 16 ist so gewählt, daß es sowohl die Beleuchtungsstärke als auch den Kontrast des optischen Sichtfelds verringert. Zusätzlich oder anstelle von Filter 16 können auch neutrale Filter oder andere Farbfilter verwendet werden. Das optische Sichtsystem umfaßt also ein Informationsanzeigesystem außerordentlich hoher Bandbreite, die mindestens eine Größenordnung breiter als Hie nominale Bandbreite von 3.58 MHz eines typischen Fernsehbilds ist. Der Betrachter sieht in dem 15° x 20°-Feld sämtliche Einzelheiten, die jedoch in verschiedenen Rotschattierungen und etwas gedämpft erscheinen.

Ein zweites Sichtsystem ist ein elektronisches Abtast- und Anzeigesystem, das nur auf Infrarotstrahlung thermischer Energiequellen anspricht, die sich in einem Teil des zu untersuchenden Sichtfelds befinden. Das zweite Sichtsystem befindet sich auf einer Strahlenachse, die allgemein parallel zur optischen Achse des ersten Sichtsystem verläuft. Da die meisten der zu untersuchenden Objekte sich in ziemlicher Entfernung zum Abtaster befinden, ist diese relativ geringe seitliche Verschiebung zwischen den beiden Achsen unbedeutend. In der Praxis sind jedoch Vorrichtungen für einen Parallaxenausgleich für nahen Fokussierungsabstand eingebaut, die jedoch zur Vereinfachung der Darstellung in den Zeichnungen nicht angegeben sind. Das Sichtfeld des Infrarotabtastsystems überdeckt etwa 4° x 5° und liegt vorzugsweise in der Mitte des optischen Sichtfeldes.

Die aus dem Infrarotabtastbereich aufgenommene elektromagnetische Strahlungsenergie gelangt längs der Sichiachse durch ein Siiiziumiensier 19, das sich in einem schrägen Abschnitt der Vorderseite des Gehäuses 10 befindet. Das Siliziumfenster 19 wirkt als Bandpaßfilter für das gesamte IR-Spektrum (Infrarotspektrum) und filtert alle Wellenlängen aus, die außerhalb des Durchlaßbereiches von etwa 1,2 bis 10,0 Mikron liegen. Außerdem kann der Strahlengang nach Wunsch durch ein drehbares Filter 20 von 4 Mikron geleitet werden, das durch einen außen angebrachten Griff 21 wahlweise in den Strahlengang eingeschoben werden kann; der Handgriff 21 ist am Gehäuse 10 drehbar befestigt und enthält eine herkömmliche Arretierungsvorrichtung (nicht dargestellt). Das 4-Mikron-Filter 20 läßt nur Wellenlängen von mehr als 4 Mikron hindurch und wird dann eingeschoben, wenn hell erleuchtete Bereiche betrachtet werden, um den hierbei auftretenden Rauschpegel zu erniedrigen. Das Filter 20 befindet sich, wie dargestellt ist, längs einem reflektierten Abschnitt des IR-Strahls, so daß die Filterfläche kleiner sein kann, als wenn sich das Filter neben dem Siliziumfenster 19 befinden würde. Ersichtlicherweise sind herkömmliche Halterungen und Montieningen sowie optische Abschirmvorrichtungen zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung der Anordnung aus Fig. 1 nicht dargestellt.

Die durch das Fenster 19 hindurchtretende IR-Strahlungwird aneinem Konkavspiegel 22 reflektiert, der auf einer senkrechten Stütze 24 montiert ist, die in einem Lager (nicht dargestellt) ruht, so daß der ■ Spiegel 22 waagerecht in Querrichtung schwingen kann. Die Schwingbewegung des Spiegels 22 ist auf maximal einige Grad beschränkt und wird durch eine Schwingungs-Antriebsvorrichtung 26 hervorgerufen. Die Antriebsvorrichtung 26 enthält geeignete Nok-

i" ken- oder Gestängeanordnungen, die eine Schwingbewegung erzeugen können. Der Antrieb 26 wird vorzugsweise über einen Riemenantrieb JO mit ausgewählter Geschwindigkeit durch einen ersten Gleichstrommotor betrieben, dessen Geschwindigkeit über

ι '> einen Geschwindigkeitsregler 31 geregelt wird. Der Geschwindigkeitsregler 31 dient in herkömmlicher Weise zur Einstellung der Motorantriebsgeschwindigkeit. Die Abtastgeschwindigkeit des Spiegels 22 beträgt in dem hier gewählten Ausführungsbeispiel 10

-'" Schwingen pro Sekunde, erzeugt also pro Sekunde 10 entgegengesetzte Bewegungen in jeder Richtung oder

insgesamt 20 waagerechte Abtastungen pro Sekunde.

Das im Infrarotabtastsystem am Konkavspiegel 22

reflektierte Licht wird von einem ersten Planarspiegel

.'■> 32 empfangen, der sich am vorderen Ende der Sichtachse befindet und um einen solchen Winkel geneigt ist, daß er den gebündelten Abtaststrahl im wesentlichen senkrecht »ur Sichtachse ablenkt. Der Strahl wird auf einen zweiten Spiegel 34 gelenkt, der sich unter

»ι einem Winkel von etwa 45° zum Strahlengang befindet und den Strahl durch einen optischen Spalt 36 ablenkt. Zwischen dem Spiegel 34 und dem Spalt 36 können zweckmäßigerweise wegen des in diesem Bereich stark gebündelten Strahls Filterelemente (nicht

si dargestellt) ähnlich dem Filter 20 wahlweise eingeschoben werden. Der Spiegel 22 reflektiert ein Feldbild, das seitlich im Raum oszilliert. Das nach Durchgang durch den Spalt 36 resultierende Bild ist ein Zeilenstrahl, der aufeinanderfolgende Abschnitte des

«ι Felds darstellt.

Das rotierende achteckige Prisma 38 liefert eine Punktabtastung längs des durch den Spalt 36 geliefer-

ren für Hochgeschwindigkeitsfotografie und andere

-, Zwecke verwendet, weshalb hier auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann. Es ist jedoch ersichtlich, daß bei Änderung der momentanen Winkelstellung des Prismas 38, während eine gegebene Prismenfläche dem Spalt 36 gegenüberliegt, verschie-

v) dene Segmentlängen des Zeilenstrahls unter demjenigen speziellen Winkel gebrochen werden, der einer gewählten Ausgangsachse durch das Prisma entspricht. Auf diese Weise wird also der Zeilenstrahl abgetastet und in einen gebündelten Punktstrahl um-

,5 gewandelt.

Das achteckige Prisma wird durch einen zweiten Gleichstrommotor 40 angetrieben. In einem praktischen Ausführungsbeispiel läuft der Motor 40 mit 200 U/Sekunde und liefert 1600 Abtastungen pro Se-

bo künde längs aufeinanderfolgender Zeilen. Ein Geschwindigkeitsregler 41 dient zur selektiven Einstellung der Geschwindigkeit des Gleichstrommotors 40 durch Verwendung einer geeigneten Motorantriebsspannung. Wenn die Schwingungsrichtung des Spie-

gels 22 als waagerechte Abtastung bezeichnet wird, liefert das Prisma 38 die senkrechte Abtastung, obwohl hier die Ausdrücke »waagerecht« und »senkrecht« relativ sind und nur zur Vereinfachung der Be-

Schreibung dienen, da das System ersichtlicherweise in beliebiger Stellung verwendet werden kann und auch die Abtasteinrichtungen und Bewegungen variiert werden können. Bei 20 waagerechten Abtastungen pro Sekunde am Spiegel 22 liefert dieser Abtastvorgang die Grundlage für eine Bildanzeige aus 20 Sichtfeldbildern pro Sekunde, wobei jedes Sichtfeld aus 80 /Teilen besteht.

In einem praktischen Ausfiihrungsbeispiel wurde ein Abtastsystem mit einer Winkelauflösung von 0.025 mm geschaffen. Für Fachleute ist ersichtlich, daß auch eine Abtastung in Polarkoordinaten oder andere Formen gekrümmter oder rechtwinkliger Abtastmuster wahlweise verwendet werden können, jedoch liefert die vorliegende Anordnung ein zweckmäßiges und praktisches Abtastsystem. Insbesondere können, wie noch näher erläutert wird, die Abtastgeschwindigkeiten vollständig unabhängig gewählt wer-

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Kontrast und Auflösung zu schaffen.

Eine Fokussierungslinse 42 und eine Detektorzelle 44 befinden sich hintereinander längs der ausgangsseitigen optischen Achse hinter dem rotierenden Prisma 38, so daß die Detektorzelle 44, die im vorliegenden Beispiel eine Indium/Antimon-Zelle ist, einen Punktstrahl empfängt. Die Zelle 44 steht mit einer Kältequelle in Wärmeaustausch, die aus einem Dewar-Gefäß46 besteht, das flüssigen Stickstoff enthält. Bekanntermaßen wird das Eigenrauschen einer tiefgekühlten Zelle 44 beträchtlich erniedrigt und die Anspre ^empfindlichkeit erhöht. Eine optische Abschirmung gegen Umgebungslicht und andere interne Lichtquellen oder Infrarotstrahlung ist normalerweise vorgesehen, aus Gründen der Vereinfachung hier jedoch nicht eingezeichnet.

Die von der Detektorzelle 44 erzeugten Signale werden an eine Folge von Bildverstärkern 48 angelegt, für die Steuervorrichtungen 50 zur Steuerung des Verstärkungsfaktors, Modus und Schwellenwerts vorgesehen sind. Die für ein bequemes Umschalten vorgesehenen Steuerhandgriffe 51 und 52, die in vereinfachter Form dargestellt sind, ragen aus dem Gehäuse 10 heraus und erlauben eine Auswahl des Verstärkungsfaktors und Modus. Ein getrennter Steuerhandgriff 54 dient zur Steuerung des Schwellenwerts. Spezielle Ausführungsbeispiele der Verstärker 48 und Steuerkreise 50 werden später erläutert.

Die Modus- oder Betriebsartsteuerung ermöglicht einen nichtlinearen oder linearen Betrieb; die Verstärkungssteuerung erlaubt eine Einstellung des dynamischen Bereichs des Systems und die Schwellenwertsteuerung ermöglicht die Auswahl eines Schwellenwerts, oberhalb dem die Videokreise ansprechen. Das Ausgangssignal der Bildverstärker 48 wird an Intensitätssteuerkreise 56 angelegt, die eine Intensitätsmodulation der Bildwiedergabe einer kleinen Kathodenstrahlröhre 58 erlauben. Der Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 58 enthält einen blau leuchtenden Pll-Phosphor und stellt ein getrenntes Sichtfeld dar, das dem optischen Sichtfeld überlagert wird.

Das Abtastsynchronisierungs- und Steuersystem für die Kathodenstrahlröhre 58 enthält senkrechte Abtastschaltungen 60 und waagerechte Abtastschaltungen 62, wobei ersichtlicherweise die verallgemeinerte Darstellung aus Fig. 1 Funktionen, wie Zeitgebiing, Austastung, Verstärkung und Ablenkung für das Abtasten in waagerechter und senkrechter Richtung umfaßt. Die Abtastschaltungen 60 und 62 werden unabhängig voneinander betrieben, laufen jedoch synchron mit den entsprechenden waagerechten und senkrechten Abtastmechanismen im Infrarotabtastsystem. Die tatsächliche Stellung der Abtastelementc wird festgestellt und dient zur Abtaststeuerung. Ein linearer Wandler 64 enthält einen Achsschenkel 66, der drehbar mit einem Arm 68 verbunden ist, der seinerseits an der Stütze 24 des Spiegels 22 befestigt ist. Der lineare Wandler 64 erzeugt ein Signal gemäß der jeweiligen Winkelstellung des Spiegels 22, wobei höhere Frequenzkomponentendes Signals im Filterkreis 70 eliminiert werden. Das gefilterte Signal wird an die waagerechten Abtastschaltungen 62 angelegt. Vorverstärker, die in Verbindung mit dem Wandler verwendet werden können, sind zur Vereinfachung nicht dargestellt.

Die senkrechten Abtastschaltungen sprechen auf die Signale »Ein« und »Aus« an, die zur Festlegung

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ende erzeugt werden, und zwar jedesmal dann, wenn eine Prismenfläche des Prismas 38 an einer ausgewählten Abtastposition vorbeiläuft. Eine Lichtquelle 72, die durch eine hier als Batterie 73 dargestellte Spannungsquelle betrieben wird, ist über einen Spalt und eine Sammellinse 78 auf einen geneigten Spiegel 74 gerichtet. Der Spiegel 74 bildet mit der Ebene des Prismas 38 einen Winkel von 45° und lenkt das Licht der Quelle 72 auf die benachbarte Fläche des Prismas 38. Wenn die benachbarte Prismenfläche zum Spiegel 74 verläuft, wird das Licht an der Räche reflektiert und auf dem gleichen Weg zurückgelenkt. Die Reflexion tritt dadurch auf, daß das Prisma, das zwar durchlässig für Infrarotstrahlung ist, praktisch sämtliche Strahlungsenergie im sichtbaren Spektrum jedoch reflektiert. Wenn sich die Winkelstellung des Prismas 38 so ändert, daß Licht vom Spiegel 74 nicht direkt auf die benachbarte Fläche in genau senkrechter Richtung auftrifft, wird das Licht durch die Neigung der reflektierenden Prismenoberfläche zur einen oder anderen Seite des Spiegels 74 abgelenkt. Die nach rechts und links gerichtete Verschiebung des Lichtstrahls erregt seitlich angebrachte Photozellen 80 und 82, die beide in einer gemeinsamen Ebene mit dem Spiegel 74 und der Lichtquelle 72 liegen, wobei sich das Prisma 38 in der eingezeichneten Richtung dreht. Das in der Anordnung aus Fig. 1 nach links reflektierte Licht fällt auf die erste Photozelle 80, und zwar unter einem ausgewählten Winkel, den die Stellung des optischen Unterbrecherspalts 84 festlegt. Der Spalt 84 kann selbstverständlich seitlich zur Sichtbahn verschoben werden, wodurch die Position geändert wird, bei der das Signal »Ein« erzeugt wird. Die gegenüberliegende Photozelle 82 ist daher für das »Aus«-Signal zuständig. Ein dazwischen befindlicher optischer Spalt 86 ist in ähnlicher Weise justierbar, um die genaue Stellung festzulegen, in der ein Signal an der Photozelle 82 erzeugt wird. Diese Ein- und Aussignale werden den senkrechten Ablenkschaltungen 62 zugeführt, wie noch näher erläutert wird.

Das Anzeigesystem überlagert die Anzeige der Kathodenstrahlröhre 58 einem optischen Bild, das nur im rechten Suchokular 14 erscheint. Obwohl die Anzeige durch weitere Vorrichtungen beiden Augen dargeboten werden könnte, ist diese Anordnung, da das rechte Auge im allgemeinen vorherrscht, bequem und ausreichend. Auch hier sind Absehirmvorriehtungen für die durch die Kathodenstrahlröhre 58 dargestellte Lichtquelle und weitere interne Strahlungsquellen

und optische Sensoren nach Wunsch vorgesehen, wurden jedoch zur Vereinfachung der Beschreibung fortgelassen. Das von der Röhre 58 erzeugte Bild nacheinander durch zwei geneigte Spiegel 88 und 90 über dazwischen befindliche Kollimatorlinsen 89 in eine Bahn abgelenkt, die sich auf gleicher Ebene mit dem Sucher 12, jedoch senkrecht zur optischen Achse des ersten Sicl'.tsystems befindet. Die Kollimatorlinsen 89 verschieben den Bildschirm der Röhre 58 scheinbar nach Unendlich. Ein zweifarbiges Element 92 liegt unter einem Winkel von 45° im Strahlengang des Bildes, und zwar ausgerichtet zum rechten Suchokular 14.

Das zweifarbige Element 92 ist ein Gelbfilter, das rotes Licht vom ersten Sichtsystem hindurchläßt, aber blaues Licht der Kathodenstrahlröhre 58 reflektiert. Ein zur Kompensation dienendes zweifarbiges Element 93 befindet sich als Ausgleich für die Lichtpegel im Strahlengang des linken Okulars 13. Der Beobachter sieht also eine blaue Bildwiedergabe der Kathodenstrahlröhre58,die einem roten Bild überlagert ist, das vom ersten Sichtsystem geliefert wird. Die Sichtsysteme, deren Gebrauch noch im einzelnen erläutert wird, sind so zueinander in Beziehung gesetzt, daß eine direkte Positionsübereinstimmung zwischen Punkten im Sichtfeld des optischen Systems und des Abtast- und Anzeigesystems herrscht.

Außerdem wird eine getrennte Bezugsanzeige im Sucher erzeugt, und zwar wiederum im rechten Okular allein. Diese Bezugsanzeige stellt eine Markierung auf einer Skala 94 dar, die durch den Handgriff 54 zur Schwellenwertsteuerung eingestellt wird, wenn die Bedienungsperson den Handgriff betätigt. Wenn der Griff 54 gedreht wird, ändert die dadurch erzeugte Verstellungeines Schwellenwert-Potentiometers oder eines anderen Justierelements, das mit dem Griff 54 verbunden ist, die Position der Skala relativ zu einer zentralen Bezugsnadel (nicht dargestellt) oder einem anderen geeigneten Zeiger. Die Skala 94 wird durch eine Lampe 96 erleuchtet, die durch eine Batterie 98 betrieben wird. Die Lampe 96 ist so zum ersten schrägen Spiegel 100 angebracht, daß ihr Licht in senkrechter lxiCiitüfig Zu· BcuäCmuligaachac lies Okular» 14

durch die Kollimatorlinse 101 hindurchfällt. Ein zweiter, kleiner Spiegel 102 befindet sich so im Sichtfeld des Okulars 14, daß das Bild der Skala als separate Anzeige dem optischen Bild überlagert wird, so daß die Temperatur oder eine andere Meßgröße dem Bedienungsmann direkt und deutlich angezeigt wird.

Weitere Einzelheiten eines speziellen elektronisehen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es für die Anlage aus Fig. 1 verwendet werden kann, ist in dem kombinierten Blockdiagramm und Schaltschema aus Fig. 2 gezeigt. Einheiten aus Fig. 2, die direkt den in Fig. 1 gezeigten Elementen entsprechen, tragen die gleichen Bezugsziffern, jedoch zeigt Fig. 2 wesentlich mehr Komponenten und Funktionseinheiten. Elemente der Spannungsversorgung sind nur in Verbindung mit speziellen schematischen Schaltkreisen gezeigt.

In der Bildsignalkette werden die an der Detektorzelle 44 abgenommenen Signale zuerst einem Vorverstärker 104 und dann nacheinander einem ersten Bildverstärker- und Schwellenwertkreis 106 und einem zweiten Bildverstärker 108 eingespeist. Von dort gelangen sie zum Strahlintensitätseingang 110 der Intensitätssteuerung 56, die mit der Kathodiastrahlröhre58 verbunden ist. Am ersten Bildverstärker 106 kann vom Bedienungsmann eine Auswahl verschiedener Funktionen und gegenseitiger Beziehungen durch Betätigen eines Modusschalters 112, eines Verstärkungsschalters 114 und eines Schwellenwert-• Steuerschalters 116 getroffen werden. Der Modusschalter 112 und der Verstärkungsschalter 114 haben in der hier gezeigten, vereinfachten Darstellungsweise nur einen Einzelleiter, in Wirklichkeit wird jedoch eine von mehreren verschiedenen Einstellungen ge-

ii' wählt. Die in vereinfachter Form dargestellte Schwellenwertsteuerung 116 ist ein getrennt einstellbarer Widerstand, obwohl ersichtlicherweise jedes geeignete andere einstellbare Gerät verwendet werden kann. Wie in dem noch näher zu erläuternden spezifi-■> sehen Beispiel angeführt ist, kann die Schwellenwertsteuerung 116 in der Praxis ein in der Schaltung 106 enthaltenes Element sein.

Der erste Bildverstärker- und Schwellenwertkreis 106 spricht außerdem auf ein Signal von einem getriE-

-·» gerten Wellenformgenerator 1Ϊ7 an, der die waagerechten Austastsignale empfängt. Einzelheiten dieses Generators 117 werden noch näher erläutert.

Allgemein kann das Bildsignal vom Detektor 44 sowohl in geeigneten Breitbandgeräten verstärkt wer-

-'> den, und zwar linear oder nicht-linear, als auch variabel bezüglich Schwellenwert und Verstärkungsfaktor eingestellt werden. In nicht-linearen Abschnitt oder »Schwellenwertbetrieb« und bei gegebener Einstellung der Schwellenwertsteuerung 116 werden sämtli-

Ki ehe Eingangssignale mit einer niedrigeren Amplitude als ein aufgestellter Bezugswert effektiv abgeblockt. Signale oberhalb dieses Amplitudenwerts werden nicht-linear verstärkt, und zwar mit einem hohen Verstärkungsfaktor auf einen ausgewählten maximalen

ji Wert. Auf diese Weise erzeugt im nicht-linearen Betriebsmodus jedes abgetastete Signal oberhalb des Schwellenwerts eine hohe Strahlintensität an der Kathodenstrahlröhre, wogegen der lineare Betriebsmodus eine Anzeige mit abgestuften Intensitäten schafft.

Das vom linearen Wandler 64 erzeugte waagerechte Abtastsignal wird nach Durchgang durch die Filterschaltung 70 an den waagerechten /^blenkver-

mente 119 steuert, die sich in den waagerechten Abtastschaltungen 60 befinden. Die waagerechten Abtastelemente 119 können elektrostatische oder magnetische Ablenkelemente für die Kathodenstrahlröhre 58 sein. Eine waagerechte Ablenkung des Strahls der Kathodenstrahlröhre 58 ist deshalb direkt

-,ο von der momentanen Winkelstellung des Spiegels 22 abhängig. Es sollte erwähnt werden, daß die Bezeichnung »waagerecht« sich auf die Plazierung der aufeinanderfolgenden Abtastzeilen und nicht auf die Abtastung längs der Zeilen selbst bezieht, die hier als

senkrechte Abtastung bezeichnet ist. Das Positionssignal von der Filterschaltung 70 wird außerdem an Bildaustastungs- und Ablenktaktzeitschaltungen 120 angelegt, die die Ablenksignale für die einzelnen Zeilen und die waagerechten und senkrechten Austastsignale erzeugen.

Das Signal von der Filterschaltung 70 wird beispielsweise an die eine Seite eines zweipoligen ersten Operationsverstärkers angelegt. Der lineare Wandler 64 kann beispielsweise ein Gerät sein, das bei einer

„j zentralen Position ein Nullsignal liefert und bei Abweichungen in den beiden Richtungen Signale entgegengesetzter Polarität erzeugt. Andererseits kann der Wandler auch amplituden- oder frequenzmodulierte

Signale erzeugen, die dann durch Demodulatoren (nicht dargestellt) in Phase gebracht werden. Die Eingangsleiter sind daher sowohl mit dem Plus( +)- als auch mit dem Minus( — )-Eingang des einen Endes des ersten Operationsverstärkers 122 verbunden, wäh- "> rend die (+)- und ( — )-Eingänge des anderen Endes an einen Bezugssignal kreis angeschlossen sind, der ein Widerstandsnetzwerk 124 aus zwei Potentiometern 125 und 126 enthält.

Die Potentiometer 125 und 126 sind an ihrem Mit- m telabgriff geerdet und an ihren gegenüberliegenden Enden mit Spannungsquellen entgegengesetzter Polarität verbunden. Die Einstellungen der Potentiometer 125 und 126 bestimmen daher die Bezugswerte für positive und negative Eingänge. Der erste Opera- ι > tionsverstärker 122 liefert also keinen Ausgang, wenn das Eingangssignal am ersten Ende im mittleren Amplitudenbereich liegt, den die Grenzbezugswerte definieren. An den Grenzen maximaler Auslenkung des Spiegels 22 oder auf Wunsch an anderen Grenzwer- -ό ten, die durcf die Einstellung der Bezugspütentiometer 125 und 126 bestimmt werden, übersteigt das Eingangssignal am ersten Ende des Verstärkers 122 den Bezugswert, wodurch das waagerechte Austastsignal für den zweiten Bildverstärker 108 erzeugt wird. .'5

Die Bildaustastung- und Taktzeitablenkschaltung 120 enthält ebenfalls einen »Einschalt«-Signalkanal 130, der schematisch dargestellt und mit einer »Einschalt«-Photozelle 80 verbunden ist, und einen »Ausr,chalt«-Signalkanal 132, der gleich dem Kanal 130 sein kann. Der Kanal 132 ist in vereinfachter Darstellungsweise mit der »Ausschalt«-Photozelle 82 verbunden.

Ein Einschaltpuls vom Signalkanal 130 setzt einen bistabilen Multivibrator 134, der das Abtastintervall r. einleitet, wogegen ein Ausschaltpuls vom Signalkanal 132 den bistabilen Multivibrator 134 rücksetzt, und zwar über eine Diode 136, die in einem ODER-Kreis verwendet wird, wie noch näher erläutert wird.

Der bistabile Multivibrator 134 liefert im rückgesetzten Zustand ein positives Ausgangssignal, das als Hauptausgangssignal für die senkrechte Abtastung verwendet wird. Eine ausführliche Beschreibung tier Schaltung und ihrer Funktionen ist hier zur Vereinfachung fortgelassen, außerdem sind für diesen Zweck zahlreiche andere und ähnliche Schaltungen erhältlich. Das Eingangssignal für den Multivibrator läuft zuerst durch zwei Transistorverstärker 135 und 136 an den einen Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 138, dessen zweiter Eingang auf einem Be- >o zugspotential liegt. Das Eingangssignal wird in einer geeigneten Schaltung, die einen Widerstand 140 und einen Kondensator 141 enthält, differenziert, wodurch ein scharfer Eirgangspuls hoher Amplitude erzeugt wird. Das Ausgangssignal vom Verstärker 138 wird dem Setzeingang des bistabilen Multivibrators 134 eingespeist.

Der Ausgang des bistabilen Multivibrators 134, der dem Rücksetzeingang entspricht, ist mit Q bezeichnet und wird als senkrechtes Austastsignal an den zweiten _bo Bildverstärker 108 angelegt. Das gleiche Signal wird außerdem dem Ablenkgenerator 144 zugeführt und läuft in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Inverter 146, der hauptsächlich dazu dient, das Ablenksignal von dem senkrechten Austastsignal zu _b5 unterscheiden (dabei ist ersichtlich, daß der Ablenkgeneratorkreis 144 auch dann freigegeben werden kann, wenn das senkrechte Austastsignal ausgeschaltet ist).

Der Ablenkgeneratorkreis 144 erzeugt eine übliche Dreieckwelle, die von einem Anfangsniveau aus linear bis auf einen Endwert ansteigt, der von der Dauer des Abienktaktzeitsignals abhängt. Um zu verhindern, daß das Ablenksignal ohne Unterbrechung andauert, falls der Ausschaltimpuls nicht abgetastet wird oder nicht richtig eingestellt ist, wird das Ablenksignal über eine Zenerdiode 148 und eine Steuerdiode 150 zum Rücksetzeingang des bistabilen Multivibrators 134 rückgeführt. Der Ausgangssignalpegel des Ablenkgcneratorkreises 144, der den Sperrwiderstand der Zenerdiode 148 überwindet, schafft einen positiven Puls, der den Multivibrator 134 rücksetzt und die Ablenkung beendet. Das Ablenksignal wird außerdem an einen senkrechten Ablenkverstärker 152 und pn senkrechte Ablenkkomponenten 154 angelegt, die sich in der mit der Kathodenstrahlröhre 58 verbundenen senkrechten Abtastschaltung 60 befinden.

Der Wellenformgenerator irf, der erste Bildverstärker- und Schwellenwertschaltkreis 106, der Modusschalter 112, der Verstärkungsschalter 114 und die Schwellenwerfsteuerung 116 sind schematisch in Fig. 2 gezeigt. Wenn die Schaltung in einer Anordnung verwendet wird, wie sie Fig. 6 zeigt, werden die vom Photozellenvorverstärker 104 und vom Wellenformgenerator 117 abgenommenen Signale über entsprechende Summierwiderstände 162 und 164 an eine Summierverzweigung 160 angelegt.

Im ersten Bildverstärker- und Schwellenwertkreis 106 dient ein vierpoliger Fünffachschalter 166, dessen Pole mit 166A, 166B, 166C und 166D bezeichnet sind, dazu, die Schaltungsverbindungen für die Betriebsarten Testversuch, linearer Betrieb und nicht-linearer Betrieb (auch Schwellenwertmodus genannt) zu schaffen. Ein Bildverstärkungsschalter 168 im Rückkopplungszweig des ersten Operationsverstärkers 170 erlaubt einen Betrieb bei verschiedenen Ansprechempfindlichkeiten für die Temperatur. Das Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers 170 dient entweder als Ausgangssignal vom Schaltkreis 106 oder aber als Eingang für einen zweiten Operationsverstärker 172, der einen mii einem herkömmlichen Rückkopplungskreis verbundenen einstef;'jaren Widerstand 174 enthält. Beide Operationsverstärker 170 und 172 können integrierte Schaltkreise sein mit doppelten Eingängen + und —. Einfachheits- und vollständigkeitshalber sind die tatsächlichen Verbindungen jeder dieser verschiedenen Verbindungsklemmen (2, 3, 4, 6,10,11,12 und 13) dieser Schaltungspeziell eingezeichnet. Verschiedene Kompensations- und Schutzschaltungen, die in Verbindung mit dieser Anordnung verwendet werden, sind ebenfalls dargestellt. Der erste Operationsverstärker 170 liefert je nach Einstellung des Bildverstärkerschalters 168 für ein Eingangssignal eine im wesentlichen lineare Verstärkung mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren, um einen speziellen Temperaturbereich zu überdecken. Die Bezeichnung »im wesentlichen Iinear« bedeutet nicht, daß exakte Linearität erreicht wird, zumal auf getrennte Eichkurven für jede Verstärkungseinstellung Bezug genommen wird, wenn spezifische Temperaturmessungen gemacht werden sollen.

Wenn der zweite Operationsverstärker 172 mit dem ersten Verstärker 170 in Serie geschaltet ist, werden solche Signale der ersten Stufe, die über einem ausgewählten Schwellenwert liegen, den die Einstel-

lung des Schwellenwertpotentiometers 174 festlegt, mit hohem Verstärkungsfaktor verstärkt. Ein Bedienungsmann kann somit die Schwellenwerteinstellung justieren, während er eine spezielle Anzeige betrachtet, so daß er, wenn eine plötzliche Änderung zwischen beleuchteten und nicht beleuchteten Objekten auftritt, die Temperatureinstellung im Sucher ablesen kann.

Diese verschiedenen Zwischenverbindungen der Operationsverstärker 170 und 172 werden in jeder der fünf Betriebsarten verwendet, die vom Modusschalter 166 eingestellt werden können.

In der Schalterstellung Nr. 1 des Modusschalters wird die Verbindung für das von dem Photozellenverstärker und der Summierverzweigung 160 abgenommene Eingangssignal am ersten und am zweiten Pol 166/4 und 1665 unterbrochen. Der Signaleingang für den ersten Operationsverstärker 170 ist über zwei Serienwiderstände geerdet, wobei der Eingang auf einem Bezugswert gehalten wird. Der Ausging des ersten Operationsverstärkers 170 wird über einen dritten Pol 166 C über einen zweipoligen Doppelschalter 176 an einen »Bildtest^-Ausgang angelegt, wobei der Schalter 176 in dieser Betriebsart auf »Test« eingestellt ist, um ein Signal für Eichungs- und Justierzwecke zu erhalten.

Bei der zweiten Positionseinstellung des Modusschalters 166 wird das Eingangssignal über den ersten Pol 166/4 an den Signaleingang des ersten Operationsverstärkers angelegt, dessen Ausgangssignal über den dritten Pol 166C über die auf »Betrieb« geschaltete Stellung des Schalters 176 dem zweiten Bildverstärker 108 zugeführt wird. In dieser Betriebsart wird das Bildeingangssigna] an den negativen Eingang angelegt, und das eine »heiße« thermische Energiequelle darstellende Signal wird invertiert, so daß es in der Anzeige dunkel erscheint. Das Bildsignal wird mit einer als »normal« zu bezeichnenden Verstärkung verstärkt, wobei der Verstärkungsbereich über die Einstellung des Bildverstärkungsschalters 168 gewählt wird. Für die nicht angeschlossene Verstärkungsposition dieses Schalters beträgt der Verstärkungsfaktor etwa 4. Bei nacheinander abnehmenden Widerstandswerten betragen die Einstellungen, wie der Bildverstärkerschalter 168 zeigt, nacheinander die Werte 8, 25, 50, 100, 225 und 400.

Bei der dritten Einstellung des Modusschalters 166 wird der zweite Operationsverstärker 172 mit dem ersten Verstärker 170 in Serie geschaltet, ohne daß der zweite Operationsverstärker 172 invertiert wird, so daß die heiße thermische Energiequelle wiederum dunkel erscheint. Diese Betriebsart ist jedoch nicht-linear, d. h. Schwellenwertmodus, so daß die Verstärkung erheblich größer ist und der ausgewählte Schwellenwert definiert wird. Die Ausgangssignale des vierten Pols 166 D werden zum dritten Pol 166 C zurückgeführt und dann über die »Betriebe-Stellung des Schalters 176 dem zweiten Bildverstärker eingespeist.

Die vierte und fünfte Position des Schalters 166 entsprechen der schon für die Betriebsart zwei und drei beschriebenen normalen und verstärkten Betriebsart, jedoch werden hier die Eingangssignale einer Klemme für den zweiten Pol 166fl zugeführt und an den +-Eingang des ersten Operationsverstärkers 170 angelegt, so daß die Signale invertiert werden und eine heiße thermische Energiequelle als heller Punkt auf der Anzeige erscheint.

Ein den Wellenform-Korapensationskreisen 117 wird das senkrechte Austastsignal als Eingang für einen ersten Transistorverstärker 180 verwendet, der einen Abstimmkreis 182 mit einer einstellbaren Spule 184 parallel zu einem Kondensator 185 und Widerstand 186 in der Kollektorbahn enthält Der Abstimmkreis 182 arbeitet in Verbindung mit dem Transistor 180 als Blockieroszillator und erzeugt einen Sinuswellenausgang mit einer halben Sinuswelle, deren Periode durch die Einstellung der Spule 184 beschränkt wird. Die Dauer dieser Halbsinuswelle wird so gewählt, daß sie im wesentlichen der Abtastzeit für eine einzelne Zeile entspricht. Das Signal wird dann in zwei Serientransistoren 188 und 190 verstärkt und an einen Ausgangstransistor 192 angelegt, der ein Schwcllenwertpotentiometer 194 im Basiskreis und ein Amplitudenpotentiometer 196 im Emitterkreis enthält. Eine Begrenzerdiode 198 ist mit dem Schwellenwertpotentiometer 194 in Serie geschaltet, das durch einen Kondensator 199 nebengeschlossen wird.

Die Sinuswellen des zweiten Serien-Transistorverstärkers 190 werden durch einen integrierenden Kondensator 199 zu einer etwa dreieckigen Wellenform linearisiert. Die Einstellung des Schwellenwertpotentiometers 194 bestimmt die Betriebsgröße der Begrenzerdiode 198 und das Abschneiden der Spitze der Wellenform. Der Ausgangstransistor 192 ist als Emitterfolger geschaltet, und die Einstellung des Amplitudenpotentiometers 196 sorgt für die Beibehaltung der allgemeinen Form des Eingangssignals, stellt jedoch die Amplitude der Ausgangwelle auf einen gewünschten Wert ein.

Die kompensierende Wellenform wird in Verbindung mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung des Infrarotabtastsystems verwendet. Wie im Zusammenhang mit jenem System schon beschrieben wurde, befindet sich der Spalt 36 auf jener Seite der Indium/ Antimon-Zelle 44, die vom Siliziumprisma 38 fort gerichtet ist. Die optische Bahn durch das Prisma 38 zur Zelle 44 liegt normalerweise in der Ebene einer der Prismenflächen, jedoch nur während eines kurzen Augenblicks, solange eine gegebene Prismenfläche durch den Lichtstrahl bewegt wird. In diesem Augenblick »sieht« jedoch die Zelle 44, die auf einer tiefen Temperatur gehalten wird, tatsächlich ihr eigenes Bild. Während anderer Stellungen der gegebenen Prismenfläche außerhalb der Normalstellung sieht die Zelle einen geringfügigen Anteil ihres eigenen Bildes. Daraus ergibt sich eine relative Langzeitabweichung oder Ablenkung des Eigangsbildsignals, die mit einer Verschiebung des Gleichspannungsniveaus verglichen werden kann, und zwar mit einer Spitze in der Mitte einer Abtastzeile. Es sind Systeme bekannt, bei denen für nötig befunden wurde, in bezug auf die Detektorzeile ein Prisma vor dem Spalt zu verwenden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch die wiederholte Ablenkung des Bildsignals für jede Zeitenabtastung effektiv durch den getriggerten Wellenformgerterator 117 kompensiert, der eine Wellenform geeigneter Amplitude und mit geeigneter Zeitkonstante erzeugt, die an der Summlerverzweigung 160 (Fig. 3) mit dem Hingangssignal kombiniert wird.

Zur Einstellung des Wellenformgenerators 117 aus Fig. 2 richtet der Bedienungsmann das Abtastsystem auf eine im wesentlichen konstante Energiequelle und beobachtet die Zeilenabweichung auf der Fläche der Kathodenstrahlröhre 58. Dann kann jede Zeilenabtastung linearisiert werden, ohne das Hingangsbildsignal

zu beeinflussen, indem die Dauer der von dem Abstimmkreis 182 in Verbindung mit dem Transistor 180 erzeugten Sinuswelle, sowie der vom Schwellenwertpotentiometer 194 gesteuerte Begrenzerwert und das vom Amplitudenpotentiometer 196 bestimmte Ausgangsniveau eingestellt werden.

Die Arbeitsweise der Anlage aus Fig. 1 und 2 liefert eine deutliche Informationsanzeige der thermischen Energieverteilung eines gegebenen Sichtfeldes. Wenn die Abtast-Antriebsmotoren 28 und 40 (Fig. 1) auf eine Abtastgeschwindigkeit von 20 Feldern pro Sekunde und 80 Zeilen pro Feld eingestellt sind und wenn der Schwellenwert-Steuerhandgriff 54 (Fig. 1) eingestellt ist, dann liefern die Schwellenwertsteuerung 116 für den ersten Bildverstärker und die Schwellenwertschaltung 106 (Fig. 2) eine bestimmte Bezugstemperatur. Außerdem soll die Anlage im Schwellenwertmodus arbeiten. Der durch den Sucher 12 blickende Bedienungsmann kann dann ein optisches Sichtfeld untersuchen, dem vorzugsweise im Zentrum ein Infrarotfeld überlagert ist. Die Verstärkung der waagerechten und senkrechten Ablenkverstärker 118 und 152 wird so eingestellt, daß eine Punktquelle im Infrarotfeld an der gleichen Stelle wie im optischen Feld erscheint. Bei der Betrachtung durch den Sucher liefert also die im optischen Feld dargebotene breitbandige und an Einzelheiten reiche Informationsanzeige einen räumlichen Bezug und Hintergrundinformation. Der durch das Filter 16 eingebrachte rote Farbton verringert nicht die Bildfeinheit, obwohl das optische Feld bei einer beträchtlichen Verringerung der Intensität visuell nicht vorherrscht. Dafür kennzeichnet der kontrastierende helle Blauton, der in der Anzeige des Infrarotabtastsystems erzeugt wird, alle thermischen Energiequellen, deren Strahlungsniveau über einem ausgewählten Schwellenwert liegt

Der Bedienungsmann beobachtet durch die Suchokulare 13 und 14 das optische Sichtfeld, das über das Rotfilter 16 übertragen wird. Die elektromagnetische Energie im Infrarotbereich innerhalb des kleinen Sichtfelds wird über das Siliziumfenster 19 und wahlweise über das 4-Mikron-Filter 20 übertragen. Das kleine zentrale Sichtfeld wird durch die Kombination aus dem Spiegel 22 und dem Prisma 38 waagerecht und senkrecht abgetastet. Es sollte erwähnt werden, daß das Bildraster kein übliches Fernsehraster ist, sondern daß aufeinanderfolgende Felder abwechseln, wobei die Anzeigezeilen in dem einen Feld nach rechts und dann im nächsten Feld nach links wandern, was mit der oszillierenden Bewegung des Spiegels 22 zusammenhängt. Es können auch Polarkoordinaten und gekrümmte oder andere Abtastsysteme verwendet werden. Bei 20 Feldern pro Sekunde und bei Verwendung eines Phosphors mit mäßigem Nachleuchten erscheint die Anzeige auf der Bildfläche der Kathodenstrahlröhre 58 flimmerfrei. Diese Anzeige wird über die Spiegel 88 und 90 und dann über das zweifarbige Element 92 in den Sucher reflektiert und dort dem optischen Bild überlagert, das in der Praxis auf Unendlich eingestellt ist. Gleichzeitig wird die Einstellung des Schwellenwert-Steuerhandgriffs 54 durch Einblenden des Bezugsabschnitts der Skala 94 im rechten Suchokular 14 überlagert.

Typische Anzeigen, wie sie dem Beobachter dargeboten werden, sind in Fig. 4 und 5 gezeigt. In dem einen Abschnitt des optischen Felds erkennt man den TemperatiirMicher. der die Ablesung der Schwellenwerteinstellung wiedergibt, die zur Temperaturabtastung gewählt wurde. Das auf der Kathodenstrahlröhre 58 dargestellte Infrarotfeld hat keine bestimmten Grenzen, ist jedoch für Vergleichszwecke durch

gestrichelte Linien eingezeichnet. In diesem Feld erscheinen thermische Energiequellen, deren Strahlungsniveaus über dem Schwellenwert liegen, als erleuchtete Objekte. Wenn die Anlage im nicht-linearen Betrieb arbeitet, haben alle Teile des »heißen« Kör.-

m pers praktisch die gleiche Beleuchtungsstärke, um die »Suchfunktion« bequemer ausführen zu können. Bei linearer Verstärkung sind die Temperaturabstufungen erheblich linearer. Ein Ausfiltern des Infrarotbandes und die nicht-lineare Betriebsart werden bevorzugt,

π wenn hohe Umgebungsstrahlung herrscht.

Die Ansicht aus Fig. 4 zeigt eine typische Gmppe dreier öl- oder wassergekühlter Transformatoren in Verbindung, mit einer herkömmlichen Hochspannungsleitung, wobei die beiden linken Leiter in der Zeichnung stark erhitzt sind und daher über dem gewählten Schwellenwert liegen. Diese Transformatorensintfdaher im Sichtfeld erleuchtet (und erscheinen in Fig. 4 leer). Diese Transformatoren stehen im Gegensatz zum rechten Transformator, der im Hintergrund unterzutauchen scheint.

Wie weiterhin Fig. 5 zeigt, kann das Ausströmen aus zwei Schornsteinen abgetastet werden, und die Darstellung aus Fig. 5 zeigt den sich dabei ergebende» Bildausschnitt in einer erfindungsgemäßen An-

jo lage. Die Temperatur der ausströmenden Gase kann gemessen werden, und Leckpunkte längs der Schornsteine können durch Sichtuntersuchungen festgestellt werden.

Es sollte hier erwähnt werden, daß Anlagen gemäß

κ der vorliegenden Erfindung eine vorteilhafte Kombination aus einer relativ breitbandigen optischen Anzeige und einer relativ schmalbandigen elektronisch erzeugten Anlage des gleichen Felds verwenden, wodurch die Nachteile bisheriger Infrarotabtastsysteme

beseitigt und eine deutliche Information geschaffen werden kann.

Im Gegensatz zur Bandbreite eines typischen Fernsehsystems, die sich nominell etwa auf 4 MHz beläuft, besitzt das kontrastarme, aber an Einzelheiten reiche optische Sichtfeld eine erheblich größere Informationsbandbreite. Infrarotsysteme haben Bandbreiten von etwa 16OkHz oder weniger und liefern Bilder mit begrenztem Informationsinhalt. Mit dem vorliegenden System kann ein Bedienungsmann jedoch

>fl wichtige Objekte sehr rasch orten und abtasten, während er gleichzeitig eine informationsreiche Infrarotanzeige beobachtet. Thermische Energiequellen sind im optischen Gesichtsfeld räumlich orientiert und können deshalb bequem identifiziert werden, insbe-

Y₁ sondere durch starken Farbkontrast. Außerdem lassen sich die ausgewählten thermischen Energiequellen in binärer oder unzweideutiger Weise identifizieren und anzeigen, d. h. sie werden entweder als vorhanden oder nicht vorhanden dargestellt, was von dem einge-

_hn stellten Schwellenwert abhängig ist. Daher kann eine relativ niedrige Abtastgeschwindigkeit von 30 pro Sekunde oder weniger im Infrarotabtastsystem verwendet werden, wodurch hohe Empfindlichkeit erreicht wird, ohne durch Änderung des Sichtfelds einge-

_h-, schränkt zu sein.

Bekanntermaßen messen Infrarotinstrumentc, die auf Strahlung innerhalb einer gegebenen Bandbreite ansprechen, die gesamte Strahlungsemission der in-

nerhalb des Sichtfelds befindlichen Objekte, Die Strahlungsemission ändert sich in direktem Verhältnis mit dem Emissionsvermögen des Objekts bei der betreffenden Wellenlänge und ist eine Funktion der Temperatur des Objekts, Wenn das Emissionsvermögen eines Objekts bekannt ist, kann die Temperatur durch Messung der Strahlungsemission bestimmt werden. Wenn zwei oder drei ähnliche Objekte nahe beieinander liegen und jedes Objekt angenähert das gleiche Emissionsvermögen hat, läßt sich ein Unterschied in ihrer Strahlungsemission als ein Temperaturunterschied deuten. Im allgemeinen kann sich ein Bedienungsmann mit den Emissionsvermögen einiger wesentlicher Objekte rasch vertraut machen: z. B. Fleisch, mit Farbe gestrichene Flächen, blankes Metall etc. Diese Kenntnis erlaubt einem Bedienungsmann eine Beurteilung, die ihm auf alle Fälle die Möglichkeit gibt, die Temperatur dieser Objekte mit guter Annäherung zu bestimmen. Wenn das Emissionsvermögen eines Objekts vollständig unbekannt ist, läßt sich trotzdem die relative Temperatur mehrerer gleichartiger Objekte noch bestimmen. Wenn das genaue Emissionsvermögen bekannt ist, läßt sich auch die Temperatur genau messen.

In einem praktischen Anwendungsbeispiel einer speziellen Ausführungsform der Erfindung beträgt die Bandbreite des Infrarotabtastsystems etwa 160 kHz, wobei die Winkelauflösung des Systems bei etwa 0,025 mm liegt. Eine solche Auflösung ist größer als die mit typischen Kathodenstrahlröhren erreichbare. Die besondere Anordnung dieses Systems innerhalb eines einzigen Gehäuses erlaubt »,inern Bedienungsmann, ein weites Feld abzutasten oder sich auf ein bestimmtes Objekt zu konzentrieren, wobei geeignete Werte für Verstärkung, Schwellenwert und Betriebsart ausgewählt werden können, und sämtliche fraglichen oder zweideutigen Objekte im Sichtfeld zu untersuchen.

Obwohl in der vorliegenden Beschreibung die Verwendung der nicht-linearen Betriebsart hervorgehoben wurde, stellt die Betriebsart mit linearer Verstärkung, die eine breite Intensitätsabstufung der Anzeige schafft, eine wichtige Ergänzung dar, da hierdurch ein thermisches Bild erzeugt wird. Diese Betriebsart zum Erzeugen eines thermischen Bildes wird dann verwendet, wenn beispielsweise Wärmeverluste an isolierten Aufbauten und Behältern oder die Temperaturverteilung beim menschlichen Körper untersucht werden soll.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Anlage betrifft die vollständige Unabhängigkeit der beiden Abtastsysteme und die Verwendung eines Anzeigerasters, das direkt durch die Abtastung gesteuert wird. Im Zusammenhang mit Fig. 1 wurde schon darauf hingewiesen, daß die Gleichstrommotoren 2frund 40, die zur Steuerung des Spiegels 22 und des Prismas 38 dienen, in ihrer Geschwindigkeit leicht dadurch geändert werden können, daß die anliegende Spannung geändert wird. Der Bedienungsmann kann diese Änderungen gemäß dem jeweils zu betrachtenden Objekt anpassen. Durch Erhöhung der Abtastgeschwindigkeiten wird die Informationsbandbreitc des Infrarotabtastsystems vergrößert, wobei jedoch eine Verringerung des Kontrasts und geringere Einzelheiten des abgetasteten Bilds in Kauf genommen werden müssen. Die Abtastgeschwindigkeiten können auch erheblich verringert werden, wodurch mehr Einzelheiten eines gegebenen Sichtfelds erfaßt werden können. Außerdem können die Abtastgeschwindigkeiten vollkommen unabhängig voneinander geändert werden, So kann also die waagerechte Abtastung bei 20 Feldern pro Sekunde belassen werden, während die senkrechte Abtastung so geändert wird, daß der im vorliegenden Beispiel angenommene Wert von 80 Zeilen pro Feld erheblich unter- oder überschritten wird. Wenn größere oder andersartige Ka'.hodenstrahlröhren verwendet werden oder wenn der Elek-ο tronenstrahl letztlich gebündelt wird, kann das Auflösungsvermögen des Infrarotabtastsystems gegebenenfalls besser ausgenutzt werden.

Fig. 6 zeigt die vollständige Einrichtung der erfindungsgemäßen Anlage, wobei hier ihre Bedienung

durch einen einzigen Bedienungsmann unter typischen Bedingungen gezeigt ist. Wie dargestellt ist, enthält das Gehäuse 10 einen in perspektivischer Verkürzung gezeigten oberen Abschnitt, der an einer Frontplatte 200 eine Vertiefung besitzt. In dieser Frontplatte befindet sich das Rotfilter 16. Das Filter 16 befindet sich längs einer optischen Sichtachse, auf der ein Bedienungsmann ein ausgewähltes Sichtfeld betrachtet, wenn er durch den Sucher 12 blickt. Die für den unteren Abschnitt des Gehäuses 10 als Frontplatte 202 dienende Fläche ist geneigt, um interne Reflexion zu vermeide/o, wie schon erwähnt wurde. Der Bedienungsmann erfaßt die Steuerhandgriffe 51 und 52 (die anderen Steuerschalter sind nicht eingezeichnet) auf der Unterseite des Gehäuses 10 neben dessen vorderem Abschnitt-, wodurch er einerseits das Gehäuse 10 handhaben und gleichzeitig Verstärkung, Betriebsart und Schwellenwerteinstellung steuern kann. Das Gehäuse 10 ist mechanisch mit einer Stützanordnung 204 und einem Gegengewicht 206 verb

j5 den und an einem Drehstuhl 208 befestigt, in d
der Bedienungsmann sitzt.

Aufgrund dieser mechanischen Anordnung und der kompakten Bauweise innerhalb des Gehäuses 10 kann der Bedienungsmann die Anlage schwenken, um kontinuierlich abzutasten, oder aber auf jedes gewünschte, entfernte Objekt richten, um ein ausgewähltes Sichtfeld zu beobachten. Der kompakte innere Aufbau des Systems und die Überlagerung der optischen Anzeige mit der intern erzeugten Infrarot-

anzeige bietet einem einzelnen Mann die Möglichkeit, eine maximale Anzahl von in Betracht kommenden Objekten zu lokalisieren und zu analysieren.

Eine Reihe abgewandelter Anordnungen und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Sy-

-,o stems werden Fachleuten ersichtlich sein.

Ein wichtiger Verwendungszweck eines solchen Systems betrifft die Möglichkeit, spezifische Strahlungsquellen zu orten und zu verfolgen. Zur Messung von Luftverunreinigungen wird es möglich, quantita-

tive Messungen entfernter spezifischer Verunreinigungsquellen vorzunehmen. Die Emission eines fahrenden Fahrzeugs beispielsweise ist ein gasförmiger Körper verschiedener bekannter Bestandteile bestimmter Konzentrationen, etwa Kohlendioxid, Koh-

M) lenmonoxid und Stickoxide. Zuerst kann die Temperatur sämtlicher Bestandteile insgesamt gemessen werden. Dann kann ein Bandpaßfilter in das System eingeschoben werden, das die charakteristische Wellenlänge der Emissinn eines bestimmten Bestandteils

h5 umfaßt, wobei eine Amplitudenablesung des betreffenden Bestandteils erreicht wird. D.i die Temperatur des Bestandteils, die der Temperatur der gesamten Eniissioiisiuasse entspricht, bekannt ist, läßt sich die

undem

Konzentration des betreffenden Bestandteils feststellen. Diese Eigenschaft ist nicht nur für Fernmessungen an bewegten Fahrzeugen, was bisher nicht möglich war, sondern auch für Messungen der Temperatur und Bestandteile von Rauch oder Gase ausstoßenden Schornsteinen oder anderen stationären Quellen von Bedeutung. Ersichtlicherweise können auch andere Anzeige- und Betrachtungsverfahren und Anordnungen verwendet werden. Wenn hohe Beleuchtungsstärke herrscht, können Standardfilter zur Intensitäts-

verringerung mit einem Rotfilter oder einem änderen Filter in die optische Bahn eingebracht werden. Bei geringen Intensitätswerten sind keine Farbfilter oder Filter zur Intensitätsverringerung erforderlich. Außerdem ist es zweckmäßig, wie schon beschrieben wurde, die elektronische Abtastungsanzeige im Mittelpunkt des Sichtfelds einzublenden; sie kann jedoch auch an anderen Stellen überlagert werden oder es können Detailbild- und Aufspaltungsverfahren verwendet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Strahlungsempfänger für den gleichzeitigen Empfang und die wenigstens zeitweise gleichzeitige und deckungsgleiche Wiedergabe eines Bildes im sichtbaren sowie im unsichtbaren Spektralbereich auf einem gemeinsamen Anzeigeschirm, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Bildwiedergabe im unsichtbaren Spektralbereich nur einen kleinen Teil des Gesamtgesichtsfeldes ausmacht und

b) daß der Aufnahmewinkel der Empfangseinrichtung für den unsichtbaren Spektralbereich verstellbar ist.

2. Strahlungsempfänger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Abtasteinrichtungen (22, 32, 34, 36, 38) in der Empfangseinrichtung für den unsichtbaren Spektralbereich, deren Abtastbereich χχλ Änderung des Aufnahmewinkels bei gleichbleibender Größe der Bildwiedergabe verstellbar ist.

3. Strahlungsempfänger nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Verstellen der optischen Achse der Empfangseinrichtung für den unsichtbaren Spektralbereich innerhalb des Gesamtgesichtsfeldes.

4. Strahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen (54, 94) zum Einstellen eines Schwellwertes der Empfangseinrichtung für den unsichtbaren Spektraibereich, derart, daß erst bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur im anvisierten Gesichtsfeld eine Anzeige erfolgt.

5. Strahlungsempfängei nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtungen innerhalb der Empfangseinrichtung für den unsichtbaren Spektralbereich ein angetriebenes rotierendes Prisma (38) für die zeilenweise Abtastung des empfangenen Gesichtsfeldes enthalten.

6. Strahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der unsichtbare Spektralbereich aus einer Temperatureigenstrahlung besteht, die vom anvisierten Gesichtsfeld ausgeht,

b) daß diese Strahlen durch eine Eintrittsöffnung (19) eines für die beiden Empfangseinrichtungen gemeinsamen Gehäuses (10) auf einen um eine Achse schwingenden Hohlspiegel (22) auftreffen,

c) von diesem Hohlspiegel über zwei Planspiegel (32, 34) sowie einen Spalt (36) dem Abtastprisma (38) zugefühlt werden,

d) daß durch mindestens eine lichtempfindliche Diode (44), auf welche die auf das Abtastprisma (38) auftreffende Strahlung auftrifft, ein Steuerstrom für eine Kathodenstrahlröhre (58) erzeugt wird.

7. Strahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingen des 1 lohlspiegols (22) durch eine Schwingungs-Antriebsvorrichtung (26) erfolgt, weiche über Nocken- und Gestängeanordnungen den Hohlspiegel (22) in eine hin- und herschwingcnde Bewegung verscl/t.

8. Strahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der

ι- η

Hohlspiegel (22) an einer senkrechten Stütze (24) drehbar befestigt ist,

9. Strahlungsempfänger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Stütze (24) über einen Arm (68) sowie einen Achsschenkel (66) ein Wandler (64) verbunden ist, der die tatsächliche Stellung des Abtast-Hohlspiegels (22) feststellt und ein entsprechendes Signal über einen Filterkreis (70), der die höheren Frequenzkomponenten eliminiert, Abtastschaltungen (62) zuführt.

10, Strahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige der Kathodenstrahlröhre (58) für das Gesichtsfeld des unsichtbaren Spektralbereiches über eine Spiegelanordnung (88), eine Objektivanordnung (89) und eine weitere Spiegelanordnung (90) in das Gesichtsfeld der sichtbaren Empfangseinrichtung eingeblendet wird.