DE2233870C3 - Optical method for the detection of thermal contrasts - Google Patents
Optical method for the detection of thermal contrastsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Verfahren zur Erkennung thermischer Kontraste im Bereich um 300° K unter Verwendung eines atmosphärischen Fensters zwischen 3 und 5 μπι, wobei der bei der Messung verwendete Spektralbereich durch ein vor dem Detektor angeordnetes Filter begrenzt wird.The invention relates to an optical method for detecting thermal contrasts in the Range around 300 ° K using an atmospheric window between 3 and 5 μπι, with the Measurement used spectral range is limited by a filter arranged in front of the detector.
Aus den Literaturstellen R. A. S m ϊ t h, F. E. J ο η e s, R.P.Chasmar, The Detection and Measurement of Infra-Red Radiation Oxford, 1957, Seiten 443 bis 445 und »Applied Optics«, September 1968, Vol. 7, No. 9, Seiten 1769 bis !777 ist die Durchlässigkeit der Atmosphäre für Infrarot-Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge gekannt Die Durchlässigkeitskurven zeigen, daß in Abhängigkeit von der Wellenlänge Bereiche hoher und geringer Durchlässigkeit existieren. So zeigen die Kurven beispielsweise Bereiche hoher Durchlässigkeit zwischen 1,8 und 2,5 μπι und zwischen 3,0 und 5,0 μΐη und zwischen 8 und 13 μπι. In dem Bereich zwischen 3,0 und 5,0 μπι liegt ein Einbruch der Kurve bei etwa 4,2 μπι. Die Gebiete hoher Durchlässigkeit werden »optische Fenster« genannt (siehe Der Elektroniker, Nr. 3/1971, Seite 125).From the references R. A. S m ϊ t h, F. E. J ο η e s, R.P. Chasmar, The Detection and Measurement of Infra-Red Radiation Oxford, 1957, pp. 443-445 and "Applied Optics", September 1968, Vol. 7, No. 9, pages 1769 to 777 is the permeability of the Atmosphere for infrared radiation known as a function of the wavelength The permeability curves show that regions of high and low transmittance exist depending on the wavelength. For example, the curves show areas of high permeability between 1.8 and 2.5 μm and between 3.0 and 5.0 μπι and between 8 and 13 μπι. By doing The range between 3.0 and 5.0 μπι is a drop in the Curve at about 4.2 μπι. The areas of high permeability are called »optical windows« (see Der Elektronikiker, No. 3/1971, page 125).
Bei einem aus Science 1971, Vol. 171, No. 3972, Seiten 635 bis 639 bekannten Verfahren wird zur Feststellung von verschmutzenden Bestandteilen in der Luft die Reflexion von von einem Laser stammenden Infrarotstrahlung gemessen. In diesem Zusammenhang wird in der genannten Literaturstelle auf die Absorption von Wasserdampf und Kohlendioxid bei der Infrarot-Spektroskopie hingewiesen, hinter denen die verschmutzenden Bestandteile versteckt sein können. Um diese Einflüsse zu vermeiden, wird bei dem aus Science bekannten Verfahren in dem atmosphärischen Fenster zwischen 8 und 13 μπι gearbeitet, das im wesentlichen von diesen Einflüssen frei ist.In one from Science 1971, vol. 171, no. 3972, pp 635 to 639 known method is used for the detection of polluting constituents in the air Reflection measured from infrared radiation from a laser. In this context, in of the cited reference on the absorption of water vapor and carbon dioxide in infrared spectroscopy pointed out, behind which the polluting components may be hidden. Around The method known from Science in the atmospheric window is used to avoid influences between 8 and 13 μπι worked, which is essentially free of these influences.
Die Verwendung des atmosphärischen Fensters zwischen 8 und 13 μπι für die Erkennung thermischer Kontraste hat den Nachteil, daß es schwierig ist, die für dieses Fenster erforderlichen Empfänger richtig zu kühlen. Dazu kommt, daß dieses Fenster bei großen Entfernungen eine sehr hohe Absorptions-Dämpfung aufweist.The use of the atmospheric window between 8 and 13 μπι for the detection of thermal The disadvantage of contrasts is that it is difficult to correctly determine the receivers required for this window cool. In addition, this window has a very high absorption attenuation at great distances having.
Bei einem aus Applied Optics, September 1968, Vol. 7, No. 9, Seiten 1769 bis 1777 bekannten Verfahren zur Erkennung thermischer Kontraste wird in den meisten der beschriebenen Testfälle der Spektralbereich zwischen 3,7 und 5,5 μηι verwendet (siehe Fig.6 bis 10,13 und 14), da in diesem Bereich das von dem betreffenden Objekt ausgesendete Infrarot-Signal schnell mit Zunah-In one from Applied Optics, September 1968, Vol. 7, No. 9, pages 1769 to 1777 known method for the detection of thermal contrasts is used in most of the test cases described, the spectral range between 3.7 and 5.5 μm is used (see Fig. 6 to 10.13 and 14), because in this area the infrared signal emitted by the object in question rapidly increases with increasing
me der Temperatur wächst (siehe Fig.4) und so eine große Empfindlichkeit erreicht wird. Damit wird also dem in den Testfällen verwendete Band eine besondere Empfindlichkeit im Hinblick auf unterschiedliche Temperaturen zugeschrieben, also dessen Vorteilht-ftig-me the temperature grows (see Fig. 4) and such a great sensitivity is achieved. This makes the band used in the test cases a special one Ascribed sensitivity with regard to different temperatures, i.e. its advantages
keit herausgestellt In der Literaturstelle Applied Optics wird empfohlen, das zur Messung verwendete Spektralband nach Lage und Breite je nach den zu erfassenden Objekten zu wählen. Es ist daraus bekannt, das ausgewählte Spektralband durch Verwendung einesThe Applied Optics reference recommends the spectral band used for the measurement to be selected according to position and width depending on the objects to be detected. It is known from this that selected spectral band by using a
optischen Filters vor dem Detektor zu begrenzen. Bei einer Messung innerhalb des Spektralbandes zwischen 3,7 und 5,5 μπι und auch in dem ebenfalls in dieser Literaturstelle diskutierten Band zwischen 4 und 5,5 μπι wird der Einbruch der Durchlässigkeitskurve bei etwa 4,2 μπι mit erfaßt Dieses Absorptionsband ist aberlimit optical filter in front of the detector. When measuring within the spectral band between 3.7 and 5.5 μπι and also in that also in this Reference discussed volume between 4 and 5.5 μπι the collapse of the permeability curve at about 4.2 μπι is also detected. This absorption band is
Folge.Episode.
anzugeben, welches diese Störeinstrahlung weitgehend vermeidet und damit eine Erhöhung der thermischen Kontrastempfindlichken bewirktindicate, which largely avoids this interference and thus an increase in the thermal Contrast sensitivities caused
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst daß der Teil-Spektralbereich zwischen 33 und 4,2 μπιAccording to the invention the object is achieved in that the partial spectral range between 33 and 4.2 μπι
μ des atmosphärischen Fensters zur Messung verwendet wird und eine Filterung mittels eines Filters, das auf der langwelligen Seite eine annähernd gleiche Abfallcharakteristik wie der Teil-Spektralbereich aufweist vorgenommen wird.μ of the atmospheric window used for measurement and filtering by means of a filter that has approximately the same decay characteristic on the long-wave side how the partial spectral range is made.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird einerseits ein bestimmter Bereich hoher Durchlässigkeit des atmosphärischen Fensters unter Ausschluß des Absorptionsbandes oberhalb 4,2 μπι ausgewählt, und es wird andererseits die Filterung so vorgenommen, daß ohneIn the method according to the invention, on the one hand, a certain area of high permeability of the atmospheric window with the exclusion of the absorption band above 4.2 μπι selected, and it is on the other hand, the filtering made so that without
«o Beeinträchtigung des zur Messung verwendeten Spektralbereichs aus Bereichen oberhalb 4,2 μπι stammende Störstrahlungen unterdrückt werden. Das führt zu einer wesentlichen Erhöhung der thermischen Kontrastempfindlichkeit.«O Impairment of the measurement used Spectral range from areas above 4.2 μπι originating interference radiation are suppressed. Leading to a significant increase in thermal contrast sensitivity.
■♦5 F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der /Ä-Detektor 1 befindet sich im Zentrum einer sphärischen Lochblende, deren Appertur von den Randstrahlen 5 und 6 des Objektivs 2 begrenzt /st Er befindet sich gleichfalls im■ ♦ 5 F i g. 1 shows an apparatus for practicing the method according to the invention. The / Ä detector 1 is located in the center of a spherical pinhole, whose aperture is limited by the marginal rays 5 and 6 of the objective 2 / st It is also located in the
so Mittelpunkt des sphärischen Reflexionsfilters 3, dessen Rand ebenfalls durch die Appertur des Objektivs begrenzt wird;so the center of the spherical reflection filter 3, whose Edge is also limited by the aperture of the lens;
F i g. 2 zeigt die konstruktive Vereinigung von Lochblende 4 und Reflexionsfilter 3;F i g. 2 shows the structural combination of pinhole 4 and reflection filter 3;
F i g. 3 zeigt die Anordnung eines Reihendetektors in einer Einrichtung nach Fig.2. Der Reihendetektor 1 der die Detektorelemente a bis eund äbis S trägt, ist so im Zentrum des sphärischen Kugelspiegels bzw. des Reflexionsfilters justiert, daß das Detektorelement a aufF i g. 3 shows the arrangement of a row detector in a device according to FIG. The row detector 1, which carries the detector elements a to e and ä to S , is adjusted in the center of the spherical spherical mirror or the reflection filter that the detector element a
das Element ä, das Detektorelement b auf das Detektorelement b usw. und umgekehrt abgebildet wird. Damit sehen die verschiedenen Detektorelemente sich gegenseitig und, da sie auf einem gemeinsamen gekühlten Träger angeordnet sind, ihre eigene Temperatur. the element a, the detector element on the detector element b b etc. and is imaged vice versa. The various detector elements thus see each other and, since they are arranged on a common cooled carrier, their own temperature.
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