DE2213117A1 - Geraet zur erfassung eines gegenueber seiner umgebung waermeren objektes - Google Patents

Description

• "Gerät zur Erfassung eines gegenüber seiner Umgebung wärmeren Objektes" Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Erfassung eines gegenüber seiner Umgebung wärmeren Objektes in einer Szene unter Verwendung eines wärmestrahlungsempfindlichen Detektors, dessen Gesichtsfeld periodisch abwechselnd auf zwei nebeneinanderliegende Flächen der Szene ausgerichtet ist, nach Patent Nr. ... (Patentanmeldung P 21 53 032.5).
• Das Hauptpatent bezieht sich auf ein derartiges Gerät (Wärmezielgerät),bei dem in weiterer Ausbildung ein im Strahlengang des Detektors angeordneter- Spiegel vorgesehen ist1 der derart zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegbar ist1 daß das Gesichtsfeld des Detektors abwechselnd auf die beiden nebeneinanderliegenden Flächen der Szene fest ausgerichtet ist1 wobei eine der Flächen das Zielgebiet und die andere die Vergleichsfläche darstellt.
• Derartige Geräte zur Erfassung von Wärmezielen werden nun häufig mit passiven Sichtgeräten kombiniert wobei die Ausgangssignale des Wärmezielgerätes als Lichtsignale auf den Bildschirm des Sichtgerätes eingeblendet werden. Dadurch wird es möglich, im Zielgebiet des Sichtgerätes befindliche wärmestrahlende Objekte, die gegenüber ihrer Umgebung eine höhere Temperatur aufweisen, zu erfassen und damit dem Benutzer eines passiven Sichtgerätes einen wertvollen Hinweis zur Identifizierung von beobachteten Objekten zu geben.
• Auch bei der Überwachung von beispielsweise militärischen Anlagen zum Schutz gegen das Eindringen unbefugter Personen können derartige Geräte verwendet werden. Beim Eindringen einer Person die gegenüber ihrer Umgebung ja eine höhere Temperatur aufweist und somit als Wärmeziel dienen kann, in das vom Detektor erfaßte Zielgebiet würde sich am Ausgang des Gerätes ein Signal ergeben, das dann beispielsweise einer zentralen Überwachungs- und Alarmanlage zur Auslösung eines optischen und/Qder akustischen Alarms zugeführt werden kann.
• Bei dem Warmezielgerät nach dem Hauptpatent war jedoch vorgesehen, daß ein Signal nur dann ausgegeben werden sollte, wenn in dem vom Detektor erfaßten Zielgebiet ein wärmestrahlendes Objekt vorhanden ist. Die zweite Fläche galt lediglich als Vergleichsfläche; wenn sich das wärmestrahlende Objekt gerade in dieser Fläche befinden sollte, so würde dies nicht zur Auslösung eines Signals führen, da dieser Fläche keine Signalanzeigeeinrichtung zugeordnet war.
• Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, das von dem Hauptpatent vorgeschlagene Gerät weiterzubilden und dabei insbesondere die Aussagefähigkeit des Gerätes über etwa in der beobachteten Szene enthaltene Wärmeziele, d.h. Objekte, die gegenüber ihrer Umgebung eine höhere Temperatur aufweisen, zu erhöhen.
• In Weiterbildung des nach dem Hauptpatent vorgeschlagenen Gerätes wird zur Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung vorgeschlagen1 daß Signalanzeigeeinrichtungen für jede von dem Detektor erfaßte Fläche der Szene vorgesehen sind1 und daß dem Detektor eine Auswerteinheit nachgeschaltet ist, in der durch Vergleich der den beiden abgetasteten Szenenflächen entsprechenden Detektorsignale unterscheidbare Ausgangswerte erzeugt werden wobei diese Ausgangswerte zur Beaufschlagung der den Szenenflächen zugeordneten Signalanzeigeeinrichtungen dienen. So können je nachdem, ob sich ein wärmestrahlendes Objekt in der einen oder der anderen Fläche befindet, beispielsweise ein positives oder negatives Ausgangssignal in der Auswerteinheit erzeugt werden1 wobei die Polarität des Signals eine eindeutige Zuordnung zu der das Wärmeziel enthaltenden Fläche und damit zu der zu beaufschlagenden Signalnzeigeeinrichtung schafft. Damit wird erreicht, daß die bei der abwechselnden Ausrichtung des Detektor-Gesichtsfeldes auf die Zielfläche bzw. die Vergleichsfläche erhaltenen Informationen voll ausgenutzt werden.
• Ein weiterer wesentlicher Vorschlag der Erfindung besteht darin, daß der Detektor aus einer Mehrzahl von Detektorelementen mit zugeordneten Auswerteinheitèn besteht.
• Durch die Anordnung einer Mehrzahl von Detektor-Elementen, deren Gesichtsfelder nun jeweils abwechselnd auf zwei nebeneinanderliegende Flächen der Szene ausgerichtet sind, wird erreicht, daß gleichzeitig beispielsweise eine vertikale Doppel zeile der beobachteten Szene erfaßt werden kann. In dieser Doppelzeile etwa enthaltene wärmestrahlende Objekte würden dann von den einzelnen abgetasteten Flachen zugeordneten Signalanzeigeeinrichtungen angeteigt. Selbstverständlich ist es auch möglicht die Detektorelemente so anzuordnen, daß eine horizontale Doppelzeile oder aber eine aus horizontalen und vertikalen Doppelzeilen bestehende.
• größere Fläche der Szene erfaßt wird.
• Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung können nun zwei Detektorelemente vorgesehen gein die in der Weise zueinander angeordnet sind daß eine in der Szene liegende mittlere Fläche von beiden Detektorelementen bei der Abtastung erfaßt wird. Dabei wäre es besonders vorteilhaft, wenn die Ausgänge der den beiden Detektorelementen nachteschalteten Auswerteinheiten zur Beaufschlagung der der mittleren Szenenfläche zugeordneten Signalanzeigeeinrichtung durch ein Verknüpfungsglied miteinander verbunden sind.
• Für die Verwendung des erfindungsgemäßen Gerätes empfiehlt sich besonders die Kombination mit einem passiven Sichtgerät, dem die Signale der jeder abgetasteten Szenenfläche zugeordneten Signalanzeigeeinrichtung lagerichtig eingebl.ndet werden, Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Signalanzeigeeinrichtungen als in besonderer geometrischer Form ausgebildete Lichtquellen, beispielsweise als ringförmig oder rechteck-rahmenförmig ausgebildete Lichtquellen, vorgesehen sind.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung, näher erläutert. a5 zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gerätes, bei dem eine Mehrzahl von Detektorelementen vorgesehen ist, Figur 2 die Darstellung einer von dem erfindungßgemäXen Gerät abgetasteten Szene anhand des Bildes eines mit dem erfindungsgemäßen Gerät kombinierten pas ven Sichtgerätes und Figur 3 ein Gerät bei dem mit zwei Detektorelementen insgesamt drei benachbarte Flächen in der Szene abgetastet werden.
• In der Figur 1 ist mit 5 ein Detektor bezeichnet, der eine Nehrzahl von Detektorelementen 6 aufweist. Eine dem Detektor 5 vorgeschaltete Linse 3 ermöglicht die Erfassung definierter abgegrenzter Flächen 2 in einer Szene 1. In der Zeichnung sind beispielsweise fünf Flächen 2 in der Szene 1 dargestellt, die den fünf Detektorelementen 6 zugeordnet sind. Nit Hilfe eines periodisch hin- und herbewegbaren Spiegels 4 können nun die Gesichtsfelder dieser Detoktorelemente zum Zwecke des Vergleichs der Strahlungsdichten auf jeweils zwei einander benachbarte Flächen der Szene gerichtet werden.
• In dem in Figur 2 näher dargestellten Szenenbild 1 ist angedeutet, daß die Qesichtsfelder der Detektorelemente 6 bei der einen Endstellung des Spiegels 4 jeweils auf die Flächen 2a der Szene und bei der anderen Endstellung des Spiegels auf die benachbarten Flächen 2b der Szene gerichtet sein sollen. Die Zeiten, während der jedes einzelne Detektorelement 6 auf jeweile eine der ihn zugeordneten Flächen 2a bzw. 2b ausgerichtet ist, sind gleich groß.
• Wie in der Figur 1 weiter gezeigt ist, ist jedem Detektorelement 6 an seinem Ausgang 7 eine Auswerteinheit 8 nachgeschaltet wobei in der Zeichnung der Einfachheit halber nur eine Auswerteinheit näher dargestellt ist. Diese Auswerteinheit enthält einen Vorverstärker 9, einen phasen-gesteuerten Gleichrichter 10, ein Tiefpaßfilter li und einen Gleichspannungsverstärker 12. An den Ausgang des Gleichspannungsverstärkers 12 ist nun sowohl ein Schwellwertschalter 13 mit einer positiven Schwelle als auch ein Schwellwertschalter 14 mit einer negativen Schwelle angeschaltet, denen Schaltverstärker 15 folgen.
• Die aus Verstärker 9, phasengesteuertem Gleichrichter 10 und Tiefpaßfilter 11 bestehende Anordnung stellt einen an sich bekannten Synchronverstärker dar, der in bekannter Weise arbetet. Dabei erhält der phasengesteuerte Gleichrichter 10 über die Signalleitung 24 ein mit der ippbewegung des Spiegels 4 synchrones Signal.
• Zur Erzeugung der Kippbewegung des Spiegels 4 ist ein Generator 21 vorgesehen, der Rechteckimpulse an einen mit 22 bezeichneten elektromechanischen Wandler, beispielsweise eine in den Hauptpatent vorgeschlagene Schwingspule, abgibt, der wiederum den Spiegel 4 zu der periodischen Kippbewegung veranlaßt.
• An Ausgang des Gleichspannungsverstärkers 12 erscheint dann in Abhängigkeit davon, ob sich ein Wärmeziel in der einen oder anderen der beiden von dem zugehörigen Detektorelement abgetasteten flächen 2a oder 2b befindet, ein positives oder negatives Signal, das die Schwellwertschalter 13 und 14 beaufschlagt. Bei Überschreiten der positiven Schwelle 13 würde jetzt an einem Ausgang 16 ein Signal erscheinen, das beispielsweise auf ein Wärnesiel in der Sienentläche 2a hinweist, während bei Uberschreiten der negativen Schwelle 14 an einem zweiten Ausgang 17 ein auf ein Wärmeziel in der Szenenfläche 2b hindeutendes Signal «steht. Aus der Polarität der in der Auswerteinheit 8 erzeugten Signale (am Ausgang des Gleichspannungsverstärkers 12) ergibt sich also die Zuordnung der Wärmeziel information zu der richtigen, das Wärmeziel enthaltenden Szenenfläche, so daß die der jeweiligen Szenenfläche zugeordnete richtige Signallichtquelle 18a bzw. 18b zum Zwecke der Signalgabe angesteuert werden kann.
• Die Ausgänge 16 für das positive Signal und der Ausgang 17 für das negative Signal in der Auswerteinheit 8 sind mit Signalanzeigeeinrichtungen 18a bzw. 18b verbunden, die auf die zuvor beschriebene Weise den beiden von dem Detektorelement abgetasteten Flächen 2a bzw. 2b zugeordnet sind.
• Die Signalanzeigeeinrichtungen können aus Lichtquellen mit besonderer geometrischer Form, beispielsweise aus Lichtquellen, die in ihrer Konfiguration der Kontur der abgetasteten Szenenflächen entsprechen (rechteckahmenförmig, kreisringförmig usw.), bestehen. Das Licht dieser Lichtquellen kann dann beispielsweise mit Hilfe eines hier nicht dargestellten ProJektors in die Einblickbffnung eines mit dem Wärmezielanzeigegerät kombinierten passiven Sichtgerätes lagerichtig eingeblendet werden, so daß diejenige Fläche, in der ein Wärmeziel ermittelt wurde, durch das Lichtsignal der zugeordneten Lichtquelle besonders hervorgehobenwird. Wenn dabei die Lichtquelle in ihrer Form so ausgebildet ist, daß.sie bei der Projektion auf den Bildschirm des Sichtgerätes die ihr zugeordnete Szenenfläche rahmenförmig umrandet, kann einerseits-eine gute Hervorhebung der ein Wärmeziel aufweisenden Szenenfläche erzielt werden, zum anderen wird aber die Beobachtung gerade dieser wichtigen Szenenfläche nicht wesentlicht beeinträchtigt.
• Die Figur 2 zeigt ein auf dem Bildschirm eines passiven Sichtgerätes erzeugtes Bild einer beobachteten Szene 1, in der die von den Detektorelementen 6 abgetasteten Flächen 2a bzw. 2b mit gebrochenen Linien eingetragen sind. In zwei Flächen der Szene mögen hier Wärmeziele vorhanden sein, weshalb das Bild der diesen Flächen zugeordneten Signallichtquellen, beispielsweise als kreisringförmiges Lichtsignal 19, auf den Bildschirm des passiven Sichtgerätes eingeblendet wurde. Mit 20 ist in der Figur 2 eine Zielmarke bezeichnet, mit deren Hilfe eine mit dem Sichtgerät gekoppelte Waffe auf ein in der Szene enthaltenes Ziel gerichtet werden kann.
• Es zeigt sich nun, daß mit Hilfe eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Gerätes, das mit einem passiven Sichtgerät kombiniert sein'möge, schnell und einfach die Szene 1 auf darin etwa enthaltene Wärmeziele untersucht werden kann (durch Verschwenken des Gerätes über die Szene). Selbstverständlich kann anstelle der hier dargestellten Anordnung der Detektorelemente auch eine andere Anordnung gewählt werden, bei der beispielsweise horizontal in einer Doppelzeile nebeneinanderliegende Flächen in der Szene erfaßt werden können. Es ist Jedoch auch möglich, die Detektorelemente auf dem Detektor flächenförmig in horizontalen und vertikalen Reihen anzuordnen, so daß gleichzeitig ein größerer Ausschnitt der Szene ohne eine Verachwenkung des Gerätes voll erfaßt werden kann.
• Dabei wird vorausgesetzt, daß jedem Detektorelement infolge der periodischen Verkippung des Spiegels 4 jeweils die Strahlung von zwei benachbarten Flächen 2a und 2b der Szene zugeführt wird. Einer Zahl von n Detektorelementeü auf dem wärmeempfindlichen Detektor 5 entspricht also eine Zahl von 2 n abgetasteten Flächen in der Szene.
• Das beschriebene Wärmezielanzeigegerät braucht aber selbstverständlich nicht unbedingt mit einem passiven Sichtgerät kombiniert zu sein. Seine Verwendung läßt sich auch ohne weiteres in einer Überwachungsanlage denken, in der den einzelnen Detektoren infolge der Vielzahl der Detektorelemente ein größeres Überwachungagebiet zugeteilt werden kann. In diesem Fall könnten die Ausgänge 16 und 17 der Auswerteinheiten 8 über eine Oder-Verknüpfung miteinander verbunden sein und über gegebenenfalls sehr lange Signalleitungen mit einer zentralen Überwachungs- und Alarmanlage verbunden sein. Bei Anstehen eines Signals an einem der ausgänge einer Auswerteinheit 8 würde dann ein akustischer und/oder optischer Alarm ausgegeben, wobei zweckmäßigerweise auch der den Alarm auslösende Detektor bzw. das entsprechende Detektorelement durch beispielsweise optische Mittel angezeigt werden sollte.
• In der Figur 3 ist schließlich ein Gerät zur Erfassung von wärmestrahlenden Objekten schematisch gezeigt, bei dem zwei Detektorelemente 6a und 6b in einer solchen Weise angeordnet sind, daß eine in der Szene 1 liegende mittlere Fläche 2b von beiden Detektoreleienten bei der Abtastung erfaßt wird.
• In diesem Fall erfolgt die Verachwenkung des Spiegels 4 in der durch die Anordnung der beiden Detektorelemente 6a und 6b auf dem Detektor vorgegebenen Ebene, während in den zuvor beschriebenen Ausführungen nach Figur 1 und 2 die Spiegelverkippung senkrecht zur Anordnung der Detektorelemente 6 auf dem Detektor 5 ausgeführt wurde. Während also beispielsweise das Detektorelement 6a bei den beiden Stellungen des Kippspiegels 4 die Szenenflächen 2a und 2b erfaßt, ist das Gesichtsfeld des Detektorelements 6b zu denselben Zeitpunkten auf die Flächen 2b und 2c gerichtet. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Ermittlung von Wärmezielen symmetrisch zur Bildmitte eines mit dem Wärmezielerfassungsgerät kombinierten passiven Sichtgerätes durchgeführt werden kann. Es ist selbstverständlich, daß auch bei dieser Anordnung eine Mehrzahl von derart ausgebildeten Detektorelementreihen vorgesehen sein kann, so daß dann beispielsweise bei einer vertikalen Detektorelement-Doppelreihe sich eine der Figur 2 ähnliche Zielinformation ergäbe, bei der auch eine Spalte von abgetasteten Flächen 2c rechts von der Zielmarke 20 vorhanden sein würde.
• Vie in der Figur 3 dargestellt ist, sind die Auagänge 16a, 17a bzw. 16b, 17b der den beiden Detektorelementen 6a und 6b nachgeschalteten Auswerteinheiten 8a und 8b mit den den drei erfaßten Szenenflächen 2a bis 2c zugeordneten Signalanzeigeeinrichtungen 18a bis 18c verbunden. Während aber der (positive) Signalausgang 16a der ersten Auswerteinheit 8a die der Szenenfläche 2a zugeordnete Signalanzeigeeinrichtung 18a und der (negative) Signalausgang 17b der zweiten Auswerteinheit 8b die der Szenenfläche 2c zugeordnete Signaleinrichtung 18c beaufschlagt, wird die der mittleren Szenenfläche 2b zugeordnete Signalanzeigeeinrichtung 18b von den Ausgängen 17a und 16b aus beiden Auswerteinheiten 8a und 8b über ein Oderglied 23 angesteuert. Neben dem Vorteil der Erfassung von symmetrisch zur Bildmitte liegenden Szenenflächen ergibt sich bei dieser Anordnung auch noch der Vorteil einer vergrößerten Empfindlichkeit des Gerätes gerade für die in der Mitte des Bildes liegenden besonders wichtigen Szenenflächen (Zielflächen).
• 11 Seiten Beschreibung 7 Patentansprüche 2 B1. Zeichnungen mit 3 Fig.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE

1. Gerät zur Erfassung eines gegenüber seiner Umgebung wärmeren Objektes in einer Szene unter Verwendung eines wärmestrahlungsempfindlichen Detektors, dessen Gesichtsfeld periodisch abwechselnd auf zwei nebeneinanderliegende Flächen der Szene fest ausgerichtet ist, nach Patent Nr. ... (Patentanmeldung P 21 53 032.5), dadurch gekennzeichnet, daß Signalanzeigeeinrichtungen (18a, 18b), für jede von dem Detektor (5) erfaßte Fläche (2a, 2b) der Szene (1) vorgesehen sind und daß dem Detektor (5) eine Auswerteinheit (8) nachgeschaltet ist, in der durch Vergleich der den beiden abgetasteten Szenenflächen (2a, 2b) entsprechenden Detektorsignale unterscheidbare Ausgangswerte erzeugbar sind, die zur Beaufschlagung der den Szenenflächen (2a, 2b) zugeordneten Signalanzeigeeinrichtungen (18a, tßb) dienen.

2. Gerät, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (5) aus einer Mehrzahl von jeweils zwei Szenenflächen abtastenden Detektorelementen (6) mit nachgeschalteten Auswerteinheiten (8) besteht0

3. Gerät nach den Ansprüehen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Detektorelemente (6a, 6b) vorgesehen sind, die in der Weise angeordnet sind, daß eine in der Szene (1) liegende mittlere Fläche (2b) von beiden Detektorelementen bei der Abtastung erfaßt wird.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (15, 16) der den beiden Detektorelementen (6a, 6b) nachgeschalteten Auswerteinheiten (8a, 8b) zur Beaufschlagung der der mittleren Szenenfläche (2b) zugeordneten Signaleinrichtung (17b) durch ein Verknüpfungsglied (23) miteinander verbunden sind.

5. Gerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination mit einem passiven Sichtgerät, dem die Signale der den abgetasteten Szenenflächen (2) zugeordneten Signalanzeigeeinrichtungen (17) lagerichtig eingeblendet werden.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalanzeigeeinrichtungen (17) in besonderer geometrischer Form ausgebildete Lichtquellen sind.

7. Gerät nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen ringförmig ausgebildet sind.