DE2623399A1 - SPECTRAL CONVERTER AS ADD-ON DEVICE - Google Patents
SPECTRAL CONVERTER AS ADD-ON DEVICEInfo
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Description
Dipl.-Ing. leonhari Reichert, NusslochDipl.-Ing. leonhari Reichert, Nussloch
Spektralwandler als Vorsatz-GerätSpectral converter as an attachment
Die Erfindung betrifft einen afokalen Spektralwandler als Vorsatzgerät für bestehende Ziel- und .Richtgeräte zur Umwandlung beispielsweise eines »färmeoildes in ein sichtbares Bild. Das Vorsatzgerät soll hierbei so beschaffen sein, daß es ohne Justierung vor dem Hauptgerät angebracht werden kann ohne dabei die Zielrichtung des Ziel- oder Sichtgeräts zu verändern.The invention relates to an afocal spectral converter as Attachment for existing aiming and straightening devices for conversion for example a »färmeoildes into a visible one Image. The front-end device should be designed in such a way that it can be attached in front of the main device without adjustment can without changing the aiming direction of the aiming or viewing device.
Aus der geometriscien Optik sir?d afokale Vorsätze bekannt, deren Aufgabe es ist, eine Vergrößerungs-Umschaltun/ζ durchzuführen. Alle diese Vorsätze bewirken eine Veränderung dar Zielrichtung, wenn nicht die optische Achse des Zielfernrohrs mit der optischen Achse des afokalen Vorsatzes zusammenfällst. Hur bei der Vergrößerung 1:1 und bei Parallelität der Eintritts- zu den Austritts-3trahlen vträr.de-rt ein derartiger Vorsatz die Zielrichtung auch aann nicht, wenn die optische Achse des Vorsatzes nicht mit der optischen Achse des Zielfernrohrs übereinstimmt. In der Sichtoptik sind indessen Vorsätze mit der Vergrößerung 1:1 uninteressant, da sie keine optische Wirkung bringen.Afocal attachments are known from geometrical optics, the task of which is to carry out a magnification changeover. All of these attachments cause a change in the target direction if the optical axis of the telescopic sight does not coincide with the optical axis of the afocal attachment. Only with a magnification of 1: 1 and with parallelism of the entry and exit beams, such an attachment does not determine the direction of the target even if the optical axis of the attachment does not coincide with the optical axis of the telescopic sight. In visual optics, however, attachments with a magnification of 1: 1 are of no interest because they have no optical effect.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen afokalen Spektralwandler als Vorsatzgerät einfacher, leichter Konstruktion zu schaffen, bei dem die ankommenden IR-Strahlen in sichtbare Strahlen umgewandelt werden, welche durch das Hauptgerät beobachtet werden können. Hierbei soll die Sicht durch das Hauptgerät nicht beeinträchtigt werden.The invention is based on the object of providing an afocal spectral converter as an attachment of a simple, lightweight construction to create where the incoming IR rays converted into visible rays that can be observed through the main unit. Here the view should are not affected by the main unit.
Erfindungsgemäß wird ein afokaler Spektralwandler als Vorsatzgerät für bestehende Richtgeräte so ausgebildet,According to the invention, an afocal spectral converter is designed as an attachment for existing straightening devices in such a way that
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eine Infrarot-Bildaufnahme-Einheit mit einer Bildwiedergabe-Einheit
in der V/eise kombiniert wird, daß das Gesamtsystem
die Vergrößerung 1:1 hat, daß ferner die Verbindung des Vorsatzgeräts mit dem Hauptgerät so beschaffen ist, daß die optische
Achse der Bildaufnahme-Einheit Parallel zur optischen Achse des Hauptgeräts läuft, und daß das parallele Strahlen-Dündel
der Bildwiedergabe-Einheit so in das Hauptgerät eingespiegelt wird, daß keine Beeinflussung des Kauptgeräts erfolgt.an infrared image recording unit is combined with an image reproduction unit in the form of the overall system
has the magnification 1: 1, that the connection of the attachment to the main unit is such that the optical axis of the image recording unit runs parallel to the optical axis of the main unit, and that the parallel bundle of rays of the image display unit so into the The main device is reflected in such a way that the main device is not influenced.
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(direkt anschlieiid an Seite 2) ,--, ~ ~ ο η Ω(directly after page 2), -, ~ ~ ο η Ω
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Bei der erfindungsgemäßen .Bauart erfolgt die Umwandlung von thermischer in sichtbare Strahlung mit nohem Wirkungsgrad nach dom Prinzip eines Frequenz-Konverters. Durch die Vergrößerung 1:1 wird erreicht, daß im parallelen Strahlengang das vYärmebild in seinen Konturen genau dem sichtbaren Bild entspricht und daner decicuxigsgxexoii mit diesem eingespiegelt werden kann. Die Parallelität der optischen Achse der Bildaufnahme-Einheit mit der optischen Achse des Hauptgeräts ermöglicht es, das parallele Strahlenbündel der Bildwiedergabe-Einheit so in das Hauptgerät einzuspiegeln, daß keine Beeinflussung des Hauptgeräts erfolgt.In the .Bauart according to the invention, the conversion of thermal to visible radiation with no efficiency based on the principle of a frequency converter. By enlarging 1: 1 it is achieved that in the parallel beam path the contours of the thermal image correspond exactly to the visible image and daner decicuxigsgxexoii can be reflected with this. the The parallelism of the optical axis of the image pickup unit with the optical axis of the main unit enables the parallel To reflect the beam of the image display unit into the main unit in such a way that the main unit is not influenced.
Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip erlaubt einen normalen Betrieb bei Tag, wobei zum sichtbaren im gleichen Maßstab und konturendeckend das thermische Bild eingespiegelt wird. Ea entsteht so ein Mischbild, bei welchem die Spektrallinien Rot und Grün mit ihrem thermischen Bidinhalt in den sichtbaren Spektralbereich eingeblendet-sind. Dabei ist das thermische Bild in der Intensität regelbar. Das Mischbild verbindet die Vorteile des Tagsehens mit denen des thermischen Sehens. Beispielsweise sind optisch getarnte Ziele im thermischen Bereich leicht auszumachen.The principle underlying the invention allows a normal Operation during the day, whereby the thermal image is reflected in the visible on the same scale and contour-covering. Ea This creates a mixed image in which the red and green spectral lines with their thermal content in the visible spectral range are displayed. The thermal image is in adjustable in intensity. The mixed image combines the advantages of daytime vision with those of thermal vision. For example, are Easily identify optically camouflaged targets in the thermal area.
Bildet man das Gerät so aus, daß die optische Achse dar wiedergabe Einheit parallel zur optischen Achse der Bildaufnahme-Einheit verläuft, so kann man ein zur Aufnahme des v/ärmebildes dienendes Polygonal-Prisma mit dem das sichtbare Bild schreibenden Polygonalprisma auf eine gemeinsame Welle setzen und hierdurch in beiden Pällen genau synchrone Abtstungen ermöglichen, .uie Umwandlung der von einem uetektor aufgenommenen Wärme-Signale in ein optisches Bild kann hierbei in an sich bekannter Weise über eine oder mehrere Lumineszenz-Dioden/durchgeführt werden.If you train the device so that the optical axis is reproduced Unit runs parallel to the optical axis of the image recording unit, so one can use one to record the thermal image Set the polygonal prism with the polygonal prism writing the visible image on a common shaft and thereby in both Palls enable exactly synchronous sampling, .uie conversion the heat signals picked up by a detector into an optical one Image can be carried out in a manner known per se via one or more luminescence diodes /.
Aus der geometrischen Optik sind afokale Vorsätze zur Vergrößerungs-Umschaltung bekannt. Alle diese Vorsätze bewirken eine Veränderung der Zielrichtung, wenn nicht die optische Achse des Zielfernrohres mit der optischen Achse des afokalen Vorsatzes zusammenfällt. From the geometrical optics, afocal attachments are used to switch the magnification known. All of these intentions cause a change in the direction of the target, if not the optical axis of the Telescopic sight coincides with the optical axis of the afocal attachment.
Wur bei der Vergrößerung 1:1 und bei Parallelität der Eintrittsund Austritts-Strahlen verändert ein derartiger Vorsatz die Ziel-With a magnification of 1: 1 and with parallelism, the entry and Exit rays, such an intent changes the target
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es Vorsatzethere resolutions
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Richtung auch dann nicht, wenn die optische Achse des Vorsatzes nicht mit der optischen Achse des Hauptgeräts übereinstimmt.Direction not even if the optical axis of the attachment does not coincide with the optical axis of the main unit.
ijje;;e Grundidee auf ein wärmebild angewandt bedeutet, daß die ■ Bildaufnahmeeinheit und die Bildwiedergabe-Einheit eines tfärmebildgeräts zu einander so ausgelegt sind, daß das Gesamt-System die Vergrößerung 1ß1 hat und die optische Achse der Bildaufnahme-Einheit parallel zu der der ßildwiedergabe-Einheit verläuft.ijje ;; e basic idea applied to a thermal image means that the ■ Image pickup unit and the image display unit of a thermal imaging device are designed to each other so that the overall system has the magnification 1ß1 and the optical axis of the image pickup unit runs parallel to that of the picture display unit.
Somit erfolgt auf gleicher optischer Achse eine Umkehr des unter dem Winkel.\ eintretenden IR-3trahlenbündels in die Ebene eines IR-Detektors. ilach Umwandlung der IR-Strahlung in für das Auge sichtbare Strahlung über Lumineszenz-Dioden, verlassen die Strahlen unter dem gleichen winkeli< das Vorsatzgerät (Konverter) und können auf geeignete Weise in die Eingangspupille eines optischen dicht- oder Ziel-Gerätes eintreten. Damit ist die Bedingung für den EaIl durch Eintritt in ein parallaxfreies System erfüllt, nämlich, daß die Achse des Vorsatzes für den Strahlein- und -austritt parallel verläuft und damit von der Justierung zum Ilauptgerät unabhängig wird.Thus, on the same optical axis, the IR beam entering at the angle \ is reversed into the plane of an IR detector. ilach conversion of IR radiation into visible to the eye radiation over luminescence diodes, the rays exit at the same angle i <the header (converter), and can-device target occur in a suitable manner in the entrance pupil of an optical sealing or. This fulfills the condition for EaIl by entering a parallax-free system, namely that the axis of the attachment for the beam entry and exit runs parallel and is thus independent of the adjustment to the main device.
Daher ist es auch ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Geräts, daß es lediglich einen Versatz des Gesichtsfeldes im </ärmebild bei Beobachtung durch das Visier des Hauptgeräts zeigt ohne Beeinträchtigung der Zielgenauigkeit, wenn die Visierlinie des liauptgeräts nicht exakt mit der des Vorsatzes übereinstimmt.It is therefore also an essential feature of the device according to the invention that there is only an offset of the field of view in the thermal image When observed through the sight of the main unit shows without affecting the aiming accuracy if the sighting line of the main device does not exactly match that of the attachment.
Natürlich kann eine Adaption des WärmeDild-Konverters prinzipiell auch in getrennten i'upillen erfolgen. Dann müßte gewährleistet ' s sein, daß der innere Gerätewinkel des Hauptgeräts mit dem •rvinkel des Vorsatzgerätes für Ein- und Austritt der Strahlen identisch ist.Of course, an adaptation of the WärmeDild converter can in principle also take place in separate i'upillen. Then it should be ensured that the internal device angle of the main device with the • Angle of the attachment for the entry and exit of the beams is identical.
Bei normalen Polygonal-Prismen muß der Zeilenversatz mit Hilfe eines zusätzlichen Elements, z.B. eines Kippspiegels, bewirkt werden. Einfacher und leichter läßt sich der Zeilenversatz durch Verwendung eines Polygons mit geschränkten Mantelflächen durchführen. Jede Mantelfläche eines solchen Polygonal-Prismas tastet eine andere Zeile des Gesamtbildes ab, Su uaß bei einer Umdrehung das Gesamtbild von links nach rechts und von oben nach unten abgetastet wird. Durch entsprechende v'/ahl der Einstellwinkel des Seiten zur Achse des Prismas kann man auch eine Darstellung überWith normal polygonal prisms, the line offset must be effected with the help of an additional element, e.g. a tilting mirror. The line offset can be made easier and easier by using of a polygon with set lateral surfaces. Each lateral surface of such a polygonal prism senses one from the other line of the overall picture, Su uaß that with one turn The entire image is scanned from left to right and from top to bottom. By corresponding v '/ ahl the setting angle of the side the axis of the prism can also be represented by
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eine Grob- Fein- Rasterung erzeugen. Dies bedeutet, daß die Ziele, die normaler vVeise eine höhere Temperatur als der !.Untergrund aufweisen, grob erscheinen,während der Hintergrund grün ist.generate a coarse-fine grid. This means that the goals which normally have a higher temperature than the subsurface, appear coarse while the background is green.
Um im Bedarfsfall die parallele Lage der Aufnahme-Einheit und der Wiedergabe-Einheit des Geräts nachjustieren zu können, ist es zweckmäßig, daß in einem der beiden optischen Kanäle ein Element für die Parallel-Justierung angeordnet ist.In order to be able to readjust the parallel position of the recording unit and the playback unit of the device if necessary, it is It is expedient that an element for the parallel adjustment is arranged in one of the two optical channels.
Die Einspiegelung des sichtbar gemachten VYärmebildes in das Hauptgerät erfolgt über einen Spektralteiler, welcher bei aufgesetztem Vorsatzgerät vor der Eintrittspupille des Hauptgeräts angeordnet ist. Dieser Spektralteiler ist so ausgebildet, daß er Strahlen des sichtbaren Bereichs durchläßt und die von den Lumineszenz-Dioden ausgehenden Strahlen reflektiert. Dadurch wird die Tagsicht durch das Hauptgerät nicht behindert, die vom Vorsatzgerät kommenden Strahlen aber werden reflektiert und in den Strahlengang des Hauptgeräts eingespiegelt. Das sichtbar gemachte Wärmebild überlagert sich so dem durch das Hauptgerät wahrgenommenen, natürlichen Bild.The reflection of the visible thermal image in the The main device takes place via a spectral splitter which, when the front-end device is attached, is in front of the entrance pupil of the main device is arranged. This spectral splitter is designed so that it lets through rays of the visible range and those from the luminescent diodes outgoing rays reflected. This means that daytime visibility is not obstructed by the main unit and that by the front-end unit But coming rays are reflected and into the beam path of the main device. The thermal image made visible is superimposed on the one perceived by the main device, natural picture.
Zusammen mit dem Hauptgerät bildet das Vorsatzgerät eine GesamtivomDination.· die sowohl als Tagsicht-Gerät als auch als Elachtoichtgorät benutzt v/erden kann. Dabei kann auch bei normalem Betrieb bei Tag zum sichtbaren irn gleichen Maßstab das thermische Bild eingespiegelt werden. Bei anbrechender Dämmerung oder diesigem Wetter wird die Zielverfolgung mit dem reinen Tagsichtgerät manchmal plötzlich gestört, sodaß der vVunsch auftritt, das Nachtsichtgerät einzuschalten. Für diese Fälle ist es zweckmäßig, wenn das Vorsatzgerät mit wenigen Handgriffen auf das Hauptgerät aufgesetzt und an ihm befestigt werden kann. Es wird deshalb weiter vorgeschlagen, das Gerät mit einem leicht lösbaren Befestigungs-Element zur Verbindung mit dem Hauptgerät auszustatten.Together with the main unit, the front-end unit forms an overall dination. both as a day vision device and as an Elachtoichtgorät can be used / grounded. Even with normal daytime operation, the thermal can be seen on the same scale Image can be reflected. At dawn or hazy weather, target tracking is done with the pure day vision device sometimes suddenly disturbed, so that the desire arises to switch on the night vision device. In these cases it is useful if the attachment can be attached to the main unit in just a few simple steps and can be attached to it. It will therefore continue proposed the device with an easily detachable fastening element to connect to the main unit.
Die Abbildungen zeigen :The pictures show:
Fig.1 in schematischer Form die Arbeitsweise des Geräts im Zusammenbau mit dem Hauptgerät;Fig.1 shows in schematic form the operation of the device in Assembly with the main unit;
Fig.2 den' optischen Aufbau des Vorsatzgeräts schematisch;2 the 'optical structure of the front attachment schematically;
Fig.3 den Anbau des Geräts an ein übliches Beobachtungsund Zielgerät.Fig. 3 the attachment of the device to a standard observation and Target device.
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Das Vorsatzgerät besteht aus zwei Einheiten, der Aufnahme-Einheit 1 , in v/elcher die vom Objekt emittierten IR-Strahlen abgetastet und dem Detektor zugeleitet werden, und der v/ieder-Einheit 2, in der die von den Lumineszenz-Dioden abgegebenen strahlen zu einem Bild vereinigt und weitergeleitet werden, üie Trennlinie 6 vertritt hier die gesamte Elektronik, in der die umwandlung der aufgenommenen IR-Strahlen über ein Videosignal und Lumineszenz-Dioden in sichtbare Strahlen erfolgt. Die ankommenden IR-Strahlen 17 werden zunächst durch den Spiegel 15 umgelenkt, dann durch die Linsengruppe 11/21 fokussiert und gelangen so zu dem Detektor. Die von den Lumineszenz-Dioden korn-' menden sichtbaren Strahlen werden im Kollimator Ίη parallele Strahlen umgewandelt und gelangen so zu einem Spektralteiler 3» welcher sie durch die Austrittsöffnung 32 unrf die Eintrittspupille 41 in den strahlengang des Hauptgeräts einspiegelt. Die Optik des Grundgeräts ist mit 46 bezeichnet. Der Strahlteiler 3 ist so ausgebildet, daß er die natürlichen sichtbaren Strahlen durchläßt und die von den Lumineszenz-Dioden kommenden Strahl isnreflektiert. Gegenüber der Austrittsöffnung 32 ist eine Eintrittspupille 31 angeordnet, durch, die die sichtbaren Strahlen in das Vorsatzgerät eintreten können. Auf diese Weise wird dem durch das (J-rundgerät erkennbaren, natürlichen Bild ein Wärmebild·überlagert, das die am beobachteten Objekt auftretenden, unterschiedlichen Temperaturen in verschiedenen Farben anzeigt. Durch die Vergrößerung 1:1 wird dabei erreicht, daß beide Bilder deckungsgleich sind.The attachment consists of two units, the recording unit 1, in which the IR rays emitted by the object are scanned and fed to the detector, and the v / ieder unit 2, in which the rays emitted by the luminescent diodes are combined into an image and passed on, üie dividing line 6 represents the entire electronics, in which the conversion of the recorded IR rays via a video signal and luminescent diodes is made into visible rays. The incoming IR rays 17 are initially through the mirror 15 deflected, then focused through the lens group 11/21 and thus arrive at the detector. The grain of the luminescent diodes Menden visible rays are in the collimator Ίη parallel Beams are converted and thus arrive at a spectral splitter 3 »which they pass through the exit opening 32 and the entrance pupil 41 reflected in the beam path of the main unit. The optics of the basic device are denoted by 46. The beam splitter 3 is like this designed so that it transmits the natural visible rays and reflects the rays coming from the luminescent diodes. Opposite the exit opening 32 is an entrance pupil 31 arranged by showing the visible rays in the front attachment can enter. In this way, the (J-round device recognizable, natural image is superimposed on a thermal image that shows the different temperatures occurring on the observed object displays in different colors. The 1: 1 magnification ensures that both images are congruent.
In Abbildung Z ist der innere Aufbau des Vorsatzgeräts schematisch dargestellt. Das Eintritts-Objektiv ist mit 11 bezeichnet. 12 ist ein Polygonal-Prisma, das mit einem zweiten Polygonal-Prisma 22 auf einer v/elle sitzt und durch einen gemeinsamen Motor Ir5T angetrieben wird. Hierdurch wird eine exakt synchrone Dr.eftoewegung eier beiden i'o±<y&«jnal-Prismen erreicht. Hinter dem Polygonal-i'risma 12 ist eine Transformat ions optik 13 ange ordnet, von welcher die ankommenden IR-Strahlen einem Detektor 14 zugeleitet werden. Die umwandlung der vom Detektor aufgenommenen IR-Strahlen in sichtbore Strahlen erfolgt in an sich bekannter Weise über ein Video-Signal und Lumineszenz-Dioden' 24. Die von den Lumineszenz-Dioden ausgehenden sichtbaren strahlen gelangen in das Polygonal-Figure Z shows the internal structure of the front attachment schematically. The entry lens is designated by 11. 12 is a polygonal prism, which sits on a 22 v / elle with a second polygonal-prism and is driven by a common motor 5 Ir T. As a result, an exactly synchronous Dr.efto movement of the two i'o ± < y & «jnal prisms is achieved. Behind the polygonal i'rism 12 is a transformation optics 13 is arranged, from which the incoming IR rays are fed to a detector 14. The IR rays recorded by the detector are converted into visible rays in a manner known per se via a video signal and luminescent diodes 24. The visible rays emanating from the luminescent diodes reach the polygonal
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Prisma 22, welches das sichtbare tfärmebild schreibt, und dann über einen Kollimator 23 zu einem Umlenlspiegel 25. Der Umlenkspiegel 25 reflektiert die Strahlen und leitet sie dem ripektralteiler 3 zu, von dem sie in der beschriebenen weise in den strahlengang des Grundgeräts eingespiegelt werden. Im Gehäuse, das den Spektralteiler 3 umgibt, ist zu diesem Zweck eine Austritts-Öffnung 32 vorgesehen. Gegenüber der Austritts-Öffnung 32 befindet sich eine Eintritts-Öffnung 31 für die sichtbaren Strahlen, welche nach Durchtritt durch den Spektralteiler 3 gleichfalls in die Eintrittspupille des Grundgeräts gelangen. Im Strahlteiler befindet sich ein Loch 33 für Prüfzwecke.Prism 22, which writes the visible thermal image, and then Via a collimator 23 to a deflecting mirror 25. The deflecting mirror 25 reflects the rays and guides them to the ripectral splitter 3, from which they are reflected in the beam path of the basic device in the manner described. In the case that surrounds the spectral splitter 3, an exit opening 32 is provided for this purpose. Located opposite the outlet opening 32 an entry opening 31 for the visible rays, which after passing through the spectral splitter 3 also in reach the entrance pupil of the basic device. There is a hole 33 in the beam splitter for testing purposes.
Aus Abbildung 3 ist der Anbau des Vorsatzgeräts 5 an das Grundgerät 4 ersichtlich. Für die bereits besprochenen Teile gelten dieselben Bezeichnungen wie bei den vorhergehenden Abbildungen. Hinter der Eintrittspupille 41 des Grundgeräts ist hier ein Umlenkprisma 42 angeordnet, welches die Strahlen umlenkt und einem zweiten Umlenkprisma 43 zuleitet. Nach nochmaliger Umlenkung durch Prisma 43 gelangen die Strahlen in das Okular 44.Figure 3 shows the attachment of the attachment 5 to the basic device 4 can be seen. The same designations apply to the parts already discussed as in the previous illustrations. A deflecting prism 42 is arranged behind the entrance pupil 41 of the basic device, which deflects the beams and a second deflecting prism 43. After being deflected again by the prism 43, the rays enter the eyepiece 44.
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Legal Events
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
OD | Request for examination | ||
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Free format text: ANTRAG AUF NICHTNENNUNG |
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D2 | Grant after examination | ||
8331 | Complete revocation |