DE2401267A1 - Infra-red thermal image system - uses mechanical scanning of scene and detector and light source arrangement - Google Patents
Infra-red thermal image system - uses mechanical scanning of scene and detector and light source arrangementInfo
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Abstract
Description
Wärmebildsystem, z.B. Wärmepeiler mit mechanischer Abtastung des Sehbildes Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmebildsystem, z.B. Wärmepeiler, mit mechanischer Abtastung der Szene und eine Detektor-und Lichtquellen-Anordnung, die die von einem Objek-tiv aulgenommene Wärmestrahlung (IR) in sichtbare Strahlung umsetzt und diese dem Szenenbild eines Bildverstärkergerätes überlagert.Thermal imaging system, e.g. thermal direction finder with mechanical scanning of the visual image The invention relates to a thermal imaging system such as a thermal direction finder with mechanical Scanning the scene and a detector and light source arrangement, which is generated by a Objectively absorbed thermal radiation (IR) is converted into visible radiation and this superimposed on the scene image of an image intensifier.
Hierbei wird eine Detektorreihe durch das Bild der Szene geführt und das elektrische Detektorsignal weiter-verarbeitet und gegebenenfalls über elektrische Leitungen dem Wiedergabeort zugeführt, Bei einem Wärmepeiler kann ein räumliches Sehfeld nach Wärmezielen abgesucht werden, wobei diese gegebenenfalls in einem Bildverstärkersichtgerät so angezeigt werden, daß der Ort des Wärmezieles in der mit dem Bildverstärkersichtgerät beobachteten Szene lagerichtig erscheint. Dies erfordert einen beträchtlichen Aufwand an elektronischen Elementen und Schaltungen, besonders auch zur Synchronisierung zwischen Abtastsystem und Wiedergabevorrichtung.A row of detectors is guided through the image of the scene and the electrical detector signal is further processed and, if necessary, via electrical Lines fed to the playback location Field of view can be searched for thermal targets, these possibly in an image intensifier viewing device be displayed in such a way that the location of the Heat target in the with the Image intensifier viewing device appears in the correct position. This requires a considerable amount of electronic elements and circuits, especially also for synchronization between scanning system and playback device.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit weniger Aufwand die lagerichtige Wiedergabe eines Wärmesignals unabhängig von der Bewegung der Abtastung zu erreichen. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß ein drehbarer Empfängerkopf zur Aufnahme der Wärmeziele und optischen Informationsabgabe der erzeugten sichtbaren Strahlung und zur Weiterleitung der optischen Information an das Bildverstärkergerät mindestens eine raumfeste optische Fiberleitung vorgesehen sind.The object of the invention is to find the correct position with less effort To achieve reproduction of a heat signal independent of the movement of the scan. This object is achieved in that a rotatable receiver head for recording the thermal targets and optical information delivery of the generated visible radiation and for forwarding the optical information to the image intensifier device at least a fixed-space optical fiber line are provided.
Dadurch werden folgende Vorteile erreicht: Die lagerichtige Wiedergabe des Wärmesignals wird unabhängig von der Bewegung des Wärmedetektors zwangsläufig erreicht.This achieves the following advantages: The correct position reproduction of the heat signal becomes inevitable regardless of the movement of the heat detector achieved.
Ferner wird die vom Detektor empfangene störende geräteeigne Wärmestrahlung weitgehend reduziert.Furthermore, the interfering device-specific thermal radiation received by the detector largely reduced.
Die gesamte elektronische Signalverarbeitung ist räumlich vereinigt und damit gegen äußere elektromagnetische Störungen gut abschirmbar.The entire electronic signal processing is spatially united and can therefore be well shielded against external electromagnetic interference.
Außerdem wird die Zahl der teuren für die Verarbeitung von Wärmestrahlung notwendigen IR-Linsen auf ein Minimum reduziert.In addition, the number of expensive for processing thermal radiation necessary IR lenses are reduced to a minimum.
Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar.The drawing shows exemplary embodiments.
Es zeigen Fig. 1 einen Wärmepeiler mit räumlich feststehender IR-Optik, Fig. 2 eine gemeinsam mit der Detektorenanordnung bewegte Optik, Fig. 3 eine schematische Ausführungsform für die Wärmezielwiedergabe in einem Lichtverstärkergerät.1 shows a thermal direction finder with spatially fixed IR optics, FIG. 2 shows optics that are moved together with the detector arrangement, FIG. 3 shows a schematic view Embodiment for the heat target reproduction in a light amplifier device.
Itach Fig. 1 besteht der Wärmepeiler im Prinzip aus einem Gehäuse 1, in dem das IR-Objektiv 2, die Abbildungsoptik 3 am Eingang einer optischen Fiberleitung 4 aus Glasfasern oder dgl.According to Fig. 1, the thermal direction finder consists in principle of a housing 1, in which the IR lens 2, the imaging optics 3 at the input of an optical fiber line 4 made of glass fibers or the like.
deren Anfangsteil 4' sowie ein mechanisches Antriebselement 5 für die Schwenkbewegung des bei 12 gelagerten Empfängerkopfes 10 fest angeordnet sind. Das Gehäuse 1 ist auf die Szene ausgerichtet. Die Reihendetektotranordnung 6, die Signalele' ronilç 7 und die reihenförmige Anordnung von Lichtquellen 8 sind zusammen mit einem Autokollimationsspiegel 9 im Empfängerkcpf 10 angeordnet.whose initial part 4 'and a mechanical drive element 5 for the pivoting movement of the receiver head 10 mounted at 12 are fixed. The housing 1 is aligned with the scene. The in-line detector array 6 that Signalele 'ronilç 7 and the row-like arrangement of light sources 8 are together arranged with an autocollimation mirror 9 in the receiver head 10.
Der Empfängerkopf 10, dem die Versorgungsspannung über Schleifringe 13 zugeführt ist, ist im Gehäuse 1 so gelagert, daß die vertikal ausgerichtete Detektoranordnung 6 sich in der Bildebene befindet und dort eine horizontale Bewegung ausführt.The receiver head 10, which receives the supply voltage via slip rings 13 is supplied, is mounted in the housing 1 so that the vertically aligned detector arrangement 6 is located in the image plane and executes a horizontal movement there.
Die zweckmäßigerweise Peltier-gekühlte Reihendetektor-Anordnung wird zusammen mit d'Autokollimaticnsspiegel selbst bewegt, so daß die Detektoren die Szenenstreifen im zeitlichen Nacheinander sehen. bei entsprechender Lagerung und Bewegung des Bmpfängerblocks kann auch eine vertikale Bewegung der in diesem Fall in einer horizontal liegenden Reihe angeordneten Detektoren ausgenutzt werden.The expedient Peltier-cooled row detector arrangement is moved together with d'Autokollimaticnsspiegel itself, so that the detectors the See scene strips one after the other. with appropriate storage and Movement of the receiver block can also have a vertical movement the detectors arranged in a horizontal row in this case will.
Der Autokollimationsspiegel 9 ist zweckmäßigerweise als sphärischer Lochspiegel ausgebildet, der für die Winkel außerhalb des momentanen Empfangswinkels in bekannter Weise Autokollimation herstellt. Die Abbildungsoptik 3 bildet eine Lichtseite der sich bewegenden Lichtquellenanordnung 8 auf den Eingang der Fiberleitung 4' ab, deren anderes Ende der Beobachter zugleich mit dem Lichtschirm einer Bildverstärkerröhre durch eine Lupe 14 betrachten kann.The autocollimation mirror 9 is expediently spherical Perforated mirror designed for the angle outside the current receiving angle produces autocollimation in a known manner. The imaging optics 3 forms a Light side of the moving light source arrangement 8 to the input of the fiber line 4 ', the other end of which the observer simultaneously with the light screen of an image intensifier tube can be viewed through a magnifying glass 14.
Nach Fig. 3 sind grundsätzlich zwei Zuführungen der Fiberleitung 4 alternativ möglich, z.B. über ein Strahlungsteilerp.risma 15 oder über eine Optik 16 auf die Kathode des Bi1dverstärkers 17.According to FIG. 3, there are basically two feed lines for the fiber line 4 alternatively possible, e.g. via a beam splitter prism 15 or via optics 16 to the cathode of the image amplifier 17.
Der Drehpunkt bzw. die Drehachse 10a des Empfängerkopfes 10 wird zweckmäßigerweise in den Krümmungsmittelpunkt des im allgemeinen gewölbten Bildfeldes gelegt. Die Detektoren der Detektoranordnung 6 sind gegebenenfalls auf einen Kreisbogen mit entsprechendem Krümmungsradius anzuordnen. Auf eine Ebnung des Bildfeldes und die Verwendung einer aufwendigen IR-Optik kann dadurch verzichtet werden.The pivot point or the axis of rotation 10a of the receiver head 10 is expediently placed in the center of curvature of the generally curved image field. the Detectors of the detector arrangement 6 are optionally located on an arc of a circle to be arranged according to the radius of curvature. On a leveling of the field of view and the The use of complex IR optics can therefore be dispensed with.
Die Deckungsgleichheit von IR-Aufnahme und Wiedergabe wird unabhängig von der Bewegung des Empfängerkopfes, weil das IR-(tjek -tiv'2 und die Abbildungsoptik 3 starr zueinander angeordnet und mit dem starr gelagerten Gehäuse verbunden sind. Die Geometrie der Lichtreihe der Lichtquellenanordnung 8 stimmt mit der Geometrie der Detektoranordnung 6 in den absoluten Abmessungen überein. Um dies zu erreichen, ist gegebenenfalls vor der Lichtquellenanordnung 8 ein geometrie-anpassender Lichtleiter anzuordnen (in der Figur nicht gezeichnet). Die Lagerung des Empfängerblocks 10 ist damit unkritisch. Der Empfängerkopf 10 schwingt um die Lagerachse 10a mit niedriger Frequenz (z.B. 1 Hz).The congruence of IR recording and playback becomes independent from the movement of the receiver head because the IR- (tjek -tiv'2 and the imaging optics 3 are arranged rigidly to one another and with the rigidly mounted housing are connected. The geometry of the light row of the light source arrangement 8 is correct with the geometry of the detector arrangement 6 in terms of absolute dimensions. In order to achieve this, a geometry-adapting arrangement may be provided in front of the light source arrangement 8 Arrange light guide (not shown in the figure). The storage of the recipient block 10 is therefore not critical. The receiver head 10 swings along about the bearing axis 10a low frequency (e.g. 1 Hz).
Die Bewegung wird z.%. durch Strom erregte Magnete der Antriebselemente 5, die in horizontaler Richtung wirken, erzwungen.The movement is z.%. Magnets of the drive elements excited by electricity 5, which act in the horizontal direction, forced.
Bei der beschriebenen Anordnung ist die IR-Optik auf den im allgemeinen größeren horizontalen Sehfeldwinkel zu korrigieren.In the arrangement described, the IR optics are on the in general correct larger horizontal field of view angle.
Die Anordnung nach Fig. 2 enthält grundsätzlich die gleichen Elemente wie die Anordnung nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die IR-Optik 2' mit dem Empfängerkopf 10 eine mechanische Einheit bildet, die im ganzen bewegt wird. Das optische Abbildungssystem besteht aus einer am Empfängerkopf 10 angebrachten Linse 3' und aus der im Lagerstück 11 angebrachten Linse 3 vor dem Fiberleitungsende 4'. Das optische Abbildungssystem 3, 3' und das Fiberleitungsende 4' sind starr mit dem Lagerstück 11 verbunden, in dem sich der Empfängerkopf 10 bewegt. Zweckmäßigerweise sind die Detektoren der Detektoranordnung 6 in der Drehachse 10b anzuordnen, um die Beschleunigungskräfte klein zu halten. Die Lichtquellenanordnung 8, in ihrer Geometrie identisch mit der Detektoranordnung 6, ist außerhalb der Drehachse anzuordnen.The arrangement according to FIG. 2 basically contains the same elements like the arrangement according to FIG. 1 with the difference that the IR optics 2 'with the receiver head 10 forms a mechanical unit which is moved as a whole. The optical imaging system consists of a lens 3 'attached to the receiver head 10 and of that in the bearing piece 11 attached lens 3 in front of the fiber line end 4 '. The optical imaging system 3, 3 'and the fiber line end 4' are rigidly connected to the bearing piece 11, in which the receiver head 10 moves. Appropriately, the detectors are the Detector arrangement 6 to be arranged in the axis of rotation 10b in order to reduce the acceleration forces to keep it small. The light source arrangement 8, identical in its geometry to that Detector arrangement 6 is to be arranged outside the axis of rotation.
Die Lagerelemente 12, Schleifringe 13 für die Zuführung der Versorgungsspannung zum Empfängerkopf 10 0 und der mechanische Antrieb 5 sind ebenfalls im Lagerstück 11 untergebracht. Bei dieser Anordnung ist auf den im allgemeinen kleineren vertikalen Sehfeldwinkel zu korrigieren.The bearing elements 12, slip rings 13 for the supply of the supply voltage to the receiver head 10 0 and the mechanical drive 5 are also in the bearing piece 11 housed. This arrangement is based on the generally smaller vertical Correct field of view angle.
Bei beiden Anordnungen ist auch eine menrfache Bildwiedergabe durch Anbringen mehrerer parallel betriebener Lichtquellen und entsprechender Abbildungssysteme mit optischen Fiberleitungen möglich.Multiple image reproduction is also possible in both arrangements Attachment of several parallel operated light sources and corresponding imaging systems possible with optical fiber cables.
Es können auch kombinierte Wärmepeil- und Wärmebildsysteme realisiert werden. Dazu ist nur eine hochauflösende IR-Optik vorzusehen und eine zweite Reihe entsprechend kleinerer De-tektoren.Combined thermal sighting and thermal imaging systems can also be implemented will. All that is needed is a high-resolution IR lens and a second row correspondingly smaller detectors.
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