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Infrarot-Sichtgerät
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Infrarot-Sichtgerät, bestehend
aus einem fotoempfindlichen Aufnahmeteil mit einem, dem einfallenden Licht abhängigen
elektrischen Ausgangssignal und einem davor angeordneten Aufnahmeobjektiv, sowie
einem durch elektrische Signale steuerbaren Wiedergabeteil zum visuellen Betrachten
des Objekt- (Ausgangs) -Bildes.
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Derartige Geräte ermöglichen es, einen vom Betrachter entfernten Gegenstand
im Nebel oder bei Dunkelheit erkennen zu können.
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Bei bekannten Lösungen dieses Problems wird das vom mit Infrarotstrahlern
angestrahMen Objekt reflektierte IR-Licht mittels teueren und komplizierten Elektronenröhren
auf höherenergetisches, sichtbares Licht hochtransformiert.
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Diese IR-empfindlichen Beobachtungsgeräte sind wegen ihrer geringen
Stückzahl in der Herstellung (hauptsächlich für militärische Zwekke verwendet) und
ihren Anforderungen an hohe, maßstabsgetreue Wiedergabequalität und Genauigkeit
sehr teuer und kompliziert, und
wegen ihrer aufwendigen Konstruktion
für eine Herstellung und Verwendung in größerem Rahmen und größerer Stückzahl (z.B.
in Kraftfahrzeugen als Hilfsmittel, die es dem Fahrer ermöglichen, Hindernisse im
Nebel frühzeitig zu erkennen und Unfälle zu vermeiden) ungeeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Infrarot-Sichtgerät
insbesondere für Nebel zu schaffen, welches bei einfacher, dennoch zuverlässiger
und kompakter Bauweise und Funktion eine preiswerte Herstellung und somit Verwendung
in großer Stückzahl, und einen Einbau und eine Verwendung auf kleinstem Raum, z.B.
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im Fahrerblickfeld eines Kraftfahrzeuges, ermöglicht und bei dem der
Stromverbrauch sehr klein gehalten wird.
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Diese Aufgabe wird mit einem Gerät der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als gemeinsame kompakte, bauliche Einheit, das
als Flüssigkristall-Matrix ausgebildete Wiedergabeteil und das als FotodDden- oder
Fototransistor-Matrix ausgebildete fotoempfindliche Aufnahmeteil ohne jegliches
Zwischenglied ausgebildet sind.
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Um ein solches Infrarot-Sichtgerät in zuverlässiger und kompakter
Bauweise und Funktion preiswert herstellen zu können, besteht nach einer weiteren
Ausbildung der Erfindung das Wiedergabeteil aus zwei, mit sehr geringem Abstand
gegeneinander distanzierten, an ihren Rändern gemeinsam hermetisch verschlossenen,
einen mit Flüssigkristall gefüllten Raum bildenden, parallelen Platten, insbesondere
Glasplatten, auf deren .jeweiliger Innenfläche, nämlich der ersten, dem Betrachter
zugewandten, durchsichtigen Platte aufmetallisiert ein transparenter zusammenhängender
Metallbelag und der zweiten Platte eine Matrix von den Fotoelementen der Fotododen-
oder Fototransistoren-Matrix nach Zahl und Anordnung entsprechende punktförmige
Matrixelektroden angeordnet sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, auf die
Innenfläche der ersten, dem Betrachter zugewandten Platte, ein Miniaturlochgitter
entsprechend der Anzahl der Fotoelemente der Empfängermatrix (Fotodioden- oder Fototransistor-Matrix)
derart aufzubringen, daß beim Zusammenbau der beiden Platten des Wiedergabeteils
jeweils eine punktförmige Matrixelektrode der zweiten Platte jeweils zentrisch einem
Gitterloch des Miniaturlochgitters der ersten Platte zugeordnet ist. Auch ist es
zweckmäßig, für die visuelle Betrachtung des Raster-Ausgangs-Bildes eine flächenhafte
Hilfsbeleuchtung vorzusehen, die beispielsweise durch eine auf eine Oberfläche aufgetragene
Leuchtfarbe erreicht werden kann.
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Zweckmäßig für die Betrachtung des Ausgangsbildes kann sein, daß z.B.
die eine Oberfläche der zweiten Platte des Wiedergabeteiles derart aufgerauht ist,
daß bei einem parallel zur Platte verlaufenden Lichteinfall durch die prismatische
Wirkung der aufgerauhten Oberfläche, das Licht abgelenkt auf der dem Betrachter
zugewandten Platte auftrifft. Für die Betrachtung des Ausgangs-Bildes kann es z.B.
auch vorteilhaft sein, daß die eine Platte des Wiedergabeteiles aus glasklarem Plastikmaterial
mit zahlreichen kleinen, eingeschlossenen Bläschen besteht, deren Oberflächen durch
die Spiegelwirkung genügend Licht reflektieren. Liegt die Lichtquelle außerhalb
der Betrachtungsebene, so ist es zweckmäßig, daß das Licht von den eingeschlossenen
Flüssigkristallen reflektiert wird. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann für
die flächenhafte Hilfsbeleuchtung eine zusätzliche Platte für Hilfslicht vorgesehen
sein.
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Eine elektrisch leitende Verbindung des Aufnahmeteiles mit dem Wiedergabeteil
kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch so aufgebaut sein, daß
auf metallisierte Scheiben der rückwärtigen Oberfläche des Aufnahmeteiles und aufmetallisierte
Scheiben der vorderseitigen Oberfläche des Wiedergabeteiles elektrisch leitend verbunden
sind, wofür es von Vorteil sein kann, daß beispielsweise ein elektrisch leitender
Kleber verwendet wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die gemeinsame, kompakte, bauliche Einheit durch einfaches Zusammenfügen des
Aufnahmeteiles und des Wiedergabeteiles, deren spezifische Ausbildung während der
automatischen Fertigung der Teile ohne gesonderten Arbeitsaufwand vorgenommen werden
kann, hergestellt werden kann und dadurch ein kompaktes und preiswertes Sichtgerät
für Kfz- und Luftfahrtindustrie, Versicherungsunternehmen und im TV-Bereich entsteht,
das sich ferner durch Einfachheit und Stoßunempfindlichkeit auszeichnet. Die Fotoelementematrix
kann ggf. als ein einziges Chip mit ca. 40.000 Matrixpunkten hergestellt werden,
was im Rahmen der Fertigung als integrierte Schaltung hohe Auflagen und extreme
Preiswtrdigkeit ermöglicht.
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Als vorteilhaft erweist sich auch, daß bei der automatischen Fertigung
ohne gesonderten Arbeitsaufwand z.B. der Emitter des Fototransistors während des
Ätzens des Chips gleich auf der Rückseite als Leiterpunkt herausgeführt werden kann
und für die Herstellung der Elektrodenmatrz die gleiche Technik wie die für die
zweiseitig kaschierte gedruckte Schaltung (printed circuits) mit durchmetallisierten
und innenmetallisierten Ausnehmungen verwendet werden kann. Auch bei der Herstellung
des Wiedergabeteils kann die gesamte Struktur der Matrixanordnung durch einen Ätzvorgang
unter Zuhilfenahme von Abdeckmasken vorteilhaft erarbeitet werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile zeigen sich auch darin, daß
zum Großteil Kunststoffmaterialien Verwendung finden können, und statt einer Vielzahl
von aufwendigen und teueren Bauteilen lediglich zwei kompakte Bauteile mit je nach
Anwendungszweck und Anwendeort in der Herstellung berücksichtigungsfähigen Ausmaßen
erforderlich sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig.
1 eine schematische Darstellung eines Infrarot-Sichtgerätes in auseinandergezogener
Form, Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines Infrarot-Sichtgerätes im Zustand vor
dem Zusammenbringen der Einzelteile, Fig. 3 eine Längsschnittansicht des Gerätes
nach Fig. 2 im Zustand nach dem Zusammenbringen der Einzelteile, Fig. 4 eine Teilansicht
der Vorderseite eines Aufnahmeteiles des Infrarot-Sichtgerätes, gesehen in Richtung
des einfallenden IR-Lichts, Fig. 5 eine Teilansicht der Rückseite des Aufnahmeteiles
nach Fig. 4, die einer ähnlichen Teilansicht auf die Vorderseite eines Wiedergabeteiles
entspricht, Fig. 6 eine Teilansicht der Rückseite des Wiedergabeteiles, und Fig.
7 und Fig. 8 Teilschnittansichten des Wiedergabeteiles mit Einzelheiten zur Beleuchtung.
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Im Rahmen der Erfindung wird das Objekt durch IR-Licht beleuchtet.
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Dies kann sowohl durch einen gesonderten IR-Geber als auch durch den
IR-Anteil des Glühlampenlichts geschehen. In jedem Falle soll möglichst diejenige
Wellenlänge ausgewählt werden, die den Nebel am besten durchdringt.
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Wie in den Fig 1 und 2 dargestellt, tritt das von einem Hindernis
bzw. Objekt reflektierte IR-Licht als IR-Bild durch eine Optik 1
und
durch eine durchsichtige Deckschicht 2, und trifft auf eine Fotodiodm oder Fototransistor-Matrix
3 in einer Schicht 10 eines fotoempfindlichen Aufnahmeteiles A, zu dem noch - anschließend
an die Schicht 10 - eine Träger- und/oder Isolierschicht 11 gehört, die jedoch auch
entfallen kann. In die Schicht 10 und die Träger- und/oder Isolierschicht 11 - bzw.
bei Wegfall der Träger-und/oder Isolierschicht 11 nur in die Schicht 10 - sind die
Fotoelemente 20 der Fotodioden- oder Fototransistoren-Matrix 3 eingebettet. Der
Emitter eines Fototransistors der Fotodioden- oder Fototransistoren-Matrix 3 wird
auf der rückwärtigen Oberfläche 11' der Schicht 11 - bzw. bei Wegfall der Träger-
und/oder Isolierschicht 11, auf der rückwärtigen Oberfläche 10' der Schicht 10 -
als Leiterpunkt in Form von auf- und innenmetallisierten Scheiben 16 herausgeführt,
wobei eine leitende Verbindung von den Fotoelementen. 20 zu den aufmetallisierten
Scheiben 16 durch durchmetallisierte Ausnehmungen 14 entsteht.
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Die Fotodioden- oder Fototransistoren-Matrix 3 des Aufnahmeteiles
A ist elektrisch so geschaltet, daß der eine Pol des Fotoelementes 20 in Form einer
Fotodiode an die Versorgungsspannung Vcc angeschlossen wird. Jeder einzelne; zweite
Pol wird herausgeführt und mit dem korrespondierenden Punkt einer Elektrodenmatrix
5 eines Wiedergabeteiles B verbunden, Das Aufnahmeteil A ist ohne jegliches Zwischenglied
mit dem Wiedergabeteil B verbunden, das als Flüssigkristall-Matrix ausgebildet ist.
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Dieses Wiedergabeteil B seinerseits läßt ein gerastertes Bild aus
einer Vielzahl von Hell-Dunkel-Punkten auf einer durchsichtigen Platte 4 zum Betrachten
entstehen, das dem aufgenommenen Objekt entspricht.
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Dazu besteht das Wiedergabeteil B neben einer zusätzlichen Platte
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für Hilfslicht aus zwei parallelen Platten 4 und 13, deren eine (dem Betrachter
zugewandte), die Platte 4 als durchsichtige, glasklare Deckschicht ausgebildet ist
und auf der Innenseite ein aufmetallisiertes Miniaturlochgitter 6 trägt, mit der
gleichen Anzahl Gitterlöcher 6' wie in der Fotodioden- oder ototransistor-Matrix
3 (Empfängermatrix) Fotoelemente 20 vorhanden sind. Dieses Miniaturlochgitter 6
wird mit der Versorgungsspannung Vcc verbunden.
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Die zweite Platte, die als Trägerschicht ausgebildete Platte 13 mit
der Elektrodenmatrix 5, weist eine Matrix von punktförmigen Matrixelektroden 7 auf,
die beim Zusammenbringen beider Platten 4 und 13 jeweils ins Zentrum eines Gitterloches
6' des Miniaturlochgitters 6 zu liegen kommen. Diese Matrixelektroden 7 bilden mit
dem zweiten Pol der Fotodioden- oder Fototransistoren-Matrix 3 eine bauliche Einheit,
die demzufolge extrem dünn ausgeführt werden kann (die Gesamtdfficke bewegt sich
innerhalb maximal 2 mm).
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Jeder angeteuerte Matrixpunkt des Wiedergabeteiles B wird zu einem
Rasterbiidpunkt und somit entsteht ein. Bild, das dem Objekt analog ist.
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In Fig. 2 ist die Deckschicht 2 eine durchsichtige Deckschicht aus
Gas, Kochsalz, Acryl oder anderem. Um einen Dickenausgleich vornehmen zu können,
ist eine Füllschicht 12 im Wiedergabeteil B vorgesehen, an die sich die durchsichtige
Platte 13 des Wiedergabeteiles B anschließt. Diese Platte 13 besitzt im gleichen
Rastermaß Wie die durcztallisierten Ausnehmungen 14 der Schicht 10 und de Träger-
und/oder Isolierschicht 11 bzw nur der Schicht 10 für Qe otodioden- oder Fototransistoren-Matri
3, durchmetallisierte Ausnehmungen 15 mit aufmetallisierten Scheiben 18 auf beiden
Seiten gleiche Technik wie cle zweiseitig kaschierte gedruckte Schaltung lt durchmetallisierten
Ausnehmungen). Die Scheiben 18, die dem der Platte 3 nachfolgenden Miniaturlochgitter
6 der Platte 4 zugewandt sind, werden als Elektroden zur Steuerung der Flüssigkristalle
8 verwendet, da sie in die Hohlräume 9 ragen, die durch
das Zusammenfügen
der Platte 13 und der Platte 4 mit dem Miniaturlochgitter 6 gebildet werden und
die als "Behälter" für die Flüssigkristalle 8 dienen. Die Flüssigkristalle 8, die
zwischen den beiden Platten 4 und 13 in den Hohlräumen 9 der Gitterlöcher 6' untergebracht
sind, werden durch den Strom, der das durchgeschaltete Fotoelement 20 durchfließt
und über die Matrixelektrode 7 auf die Flüssigkristalle 8 wirkt, in eine andere
Gitterlage gebracht.
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Je nach Schaltung werden die Flüssigkristalle 8 lichtdurchlässig oder
reflektierend. Der Stromzufuhr dienen die Schicht 10 und das Miniaturlochgitter
6. Die sich genau gegenüberliegenden, aufmetallisierten Scheiben 16 der rückwärtigen
Oberfläche 10' der Schicht 10 bzw. 11' der Schicht 11 und die aufmetallisierten
Scheiben 18 der vorderseitigen Oberfläche 13'' der Platte 13 kommen beim Zusammensetzen
des Aufnahmeteiles A und des Wiedergabeteiles B aufeinander zu liegen und bewirken
mit auf ihre Flächen aufgetragenem, elektrisch leitendem Kleber 19 (Fig. .3) die
Stromführung. Eine feste Verbindung von Aufnahmeteil A und Wiedergabeteil B kann
auch durch Pressen erfolgen.
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Die in Fig. 4 aufgeführte Teilansicht des Aufnahmeteiles A eines Ausführungsbeispiels
des Infrarot-Sichtgerätes zeigt, daß das vom Objekt reflektierte IR-Licht durch
eine gegebenenfalls vorgesehene Linse 21 der Deckschicht 2 auf die Fotoelemente
20 der Fotodioden- oder Fototransistoren-Matrix 3 trifft.
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Die in Fig. 5 dargestellte Teilansicht der Rückseite des Aufnahmeteiles
A mit den aufmetallisierten Scheiben 16 mit den durchmetallisierten Ausnehmungen
14 der Träger- und/oder Isolierschicht 11 gilt gleichermaßen für eine ähnliche Teilansicht
der Vorderseite des Wiedergabeteiles B mit der Platte 13 mit den aufmetallisierten
Scheiben 18 und den durchmetallisierten Ausnehmungen 15.
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In Fig. 6 sind die aufmetallisierten Scheiben 18 (gleichzeitig Elektroden)
der rückwärtigen Oberfläche 13' der Trägerschicht 13,
die Flüssigkristalle
8 und das Miniaturlochgitter 6 (gleichzeitig Begrenzer für Flüssigkristalle) der
Platte 4 dargestellt.
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In Fig. 7 ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die aufgerauhte
Oberfläche 13''' der vorderseitigen Oberfläche 13'' der durchsichtigen Trägerschicht
13 dargestellt, wodurch bei einem Lichteinfall durch die Lichtquelle 22 parallel
zur Trägerschicht 13 durch prismatische Wirkung der durch die Aufrauhung entstandenen
kleinen Krater, das Licht nach Passieren einer ca. 450 geneigten Fläche um 900 abgelenkt
wird und auf den Betrachter zu reflektiert wird.
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Die in Fig. 8 dargestellte Lichtquelle 22 trifft von außerhalb der
Betrachtungsebene die geschlossenen Flüssigkristalle 8, die ihrerseits das Licht
reflektieren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die rückwärtige Oberfläche
13' der Trägerschicht 13 mit aufgetragener Leuchtfarbe versehen sein.
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