DE3133641A1

DE3133641A1 - Ir-sichtgeraet

Info

Publication number: DE3133641A1
Application number: DE19813133641
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ing.(grad.) 2800 Bremen Lange
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Dst Deutsche System-Technik 2800 Bremen De GmbH
Priority date: 1981-08-26
Filing date: 1981-08-26
Publication date: 1983-03-10
Also published as: NL186212B; US4575632A; GB2105145B; SE8204796D0; DE3133641C2; SE452539B; SE8204796L; NL186212C; FR2512302A1; GB2105145A; NL8203284A; FR2512302B1

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 81-091

IR-Sichtgerät

Die Erfindung "betrifft ein IR-Sichtgerät mit einem IR-Objektiv, das eine Wärmet) i Ids ζ ene über einen periodisch um eine Achse hin- und herschwingenden Schwingspiegel auf eine mehrere in einer Zeile liegende Bildpunkte abtastende IR-Detektoranordnung abbildet? wobei die Richtung der Zeile parallel zur Achse des SchwingspiegeIs liegt und ah die Detektoranordnung eine Verstärkeranordnung angeschlossen ist, die die IR-Strahlung jedes Bildpunktes in entsprechende elektrische Signale umwandelt, die auf einer der Detektoranordnung entsprechende zellenförmige Wiedergabeanordnung sichtbar dargestellt werden, die vorzugsweise über die Rückseite des Schwingspiegels auf einer Betrachtungsfläche abgebildet wird.

Ein derartiges Sichtgerät ist unter dem Namen "Common Module" bekannt geworden und beispielsweise in der Zeitschrift »Wehrtechnik» Okt. 1980, Seiten 21 bis 23 beschrieben. Mit einem solchen Sichtgerät ist es möglich, eine Wärmebildszene mit relativ hoher Auflösung in ein sichtbares Bild umzusetzen, wobei die zu kühlende IR-Detektoranordnung noch relativ einfach aufgebaut ist. Die Erzeugung des sichtbaren Bildes ist damit räumlich mit der IR-Optik und der IR-Detektoranordnung verbunden.

Häufig ist es jedoch erwünscht, ein derartiges aus einer Wärmebildszene umgewandeltes sichtbares Bild über größere Entfernungen zu übertragen. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Ausgangssignale der Verstärkeranordnung zur Steuerung einer Bildröhre verwendet werden, indem die verstärkten Signale der Detektoren periodisch wiederholt nacheinander abgetastet werden. Diese serielle Abtastung der analogen

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Signale muß jedoch mit einer sehr hohen Geschwindigkeit erfolgen, wobei auch erhebliche Probleme bezüglich Übersprechen auftreten, so daß diese Möglichkeit technisch kaum realisierbar ist. Das Anordnen einer Fernsehaufnahmekamera vor der Einblicköffnung des Gerätes für visuelle Betrachtung führt abgesehen von den Kosten einer derartigen Kamera zu einer mechanisch wenig stabilen Anordnung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein IR-Sichtgerät der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem auf einfache Weise ohne wesentliche Eingriffe in das Gerät ein elektrisches Signal abgeleitet werden kann, aus dem ein Bild, wie es dem Betrachter der Betrachtungsfläche erscheint, entfernt von dem Sichtgerät auf dem Bildschirm einer Bildröhre erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein im Strahlengang zwischen der Wiedergabeanordnung und dem Schwingspiegel angeordneter Strahlenteiler einen Teil der Lichtstrahlen von der Wiedergabeanordnung auf einen Zeilensensor abbildet, der die Abbildung seriell abtastet und ein analoges elektrisches Zeilensignal erzeugt, und daß eine mit der Bewegung des Schwingspiegels gekoppelte Synchronisieranordnung die Folge der Abtastungen des Zeilensensors steuert. Der Zeilensensor kann mit der zugehörigen Elektronik und dem Strahlenteiler eine kleine, kompakte Einheit bilden, von der nur der Strahlenteiler in den Strahlengang des Gerätes eingeführt werden muß und sonst keine weiteren baulichen Veränderungen notwendig sind. Ein mit dem direkt betrachteten Bild geometrisch übereinstimmendes Bild wird dadurch erzielt, daß die Abtastung des Zeilensensors mit der Bewegung des Schwingspiegels synchronisiert wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilensensor als ladungsgekoppelte Halbleiteran-

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Ordnung ausgeführt ist. Diese Halbleiteranordnung kann

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zweckmäßig ein sogenanntes P CCD-Element sein, wie dies beispielsweise in der Zeitschrift "Electronic components and applications", Vol. 1, Nr. 3, Mai 1979 beschrieben ist.. Ein derartiges Element zeichnet sich durch besonders schnelle und verlustarme Abtastung aus und ist sehr kompakt aufgebaut.

Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisieranordnung einen weiteren Zeilensensor enthält, der von einer ständig leuchtenden? feststehenden Lichtquelle über den Schwingspiegel im wesentlichen punktförmig bestrahlt wird« Auf diese Weis© tastet der weitere Zeilsneenser die Stellung des Schwingspiegels ständig ab

!in Ausführungsbeispiel d©r Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Darin bildet ©in vereinfacht dargestelltes IR-Objektiv 1 die Warme.bildsz.ene 10 über den Schwingspiegel Z auf der Detektoranordnung 4 ab. Der Schwingspiegel 2 wird durch eine nicht dargestellt© Antriebsordnung um ein© senkrecht zur Zeichenebene stehend© Achs© 3 in schneller Folge hin- und hergekippt» Dies wirkt sich auf der Detektoranordnung 4 2§ so aus, als würde die abgebildet© Wärm©gzene 10 ständig hin- und hergeschoben.

Auf der Detektoranordnung 4 ist eine senkrecht zur Zeichenebene stehende Zeile von einzelnen IR-Detektorelementen angeordnet. Durch die Hin- und Herbewegung der abgebildeten Wärmebildszene tastet diese Zeile von Detektoren die Wärmebildszene zeilenweise ab.

An die Detektoranordnung 4 ist eine Verstärkeranordnung 5 angeschlossen, die für jeden IR-Detektor einen Verstärker enthält. Die Ausgangsleitungen der Verstärker führen auf

b ff

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eine Wiedergabeanordnung 6, die eine Zeile von lichtaussendenden Dioden enthält, wobei diese Zeile ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene steht und die einzelnen Dioden in einer den dazugehörigen IR-Detektoren entsprechenden Folge angeordnet sind. Diese Zeile von Iichtaussendenden . Dioden wird über eine Optik 7 und die Rückseite des Schwingspiegels 2 auf eine Betrachtungsfläche 8 abgebildet. Dadurch entsteht auf der Betrachtungsfläche 8 eine aufeinanderfolgende Projektion verschiedener Zeilen an verschiedenen Stellen entsprechend der zugehörigen abgetasteten Zeile der Wärmebildszene, so daß auf der Betrachtungsfläche 8 ein sichtbares Abbild der Wärmebildszene 10 entsteht.

In den Strahlengang zwischen der Wiedergabeanordnung 6 und dem Schwingspiegel 2, in dem dargestellten Beispiel zwischen der Optik 7 und dem Schwingspiegel 2, ist ein Strahlenteiler 9 eingefügt, der nur einen Teil der von der Wiedergabeanordnung 6 erzeugten Strahlung zum Schwingspiegel 2 und damit zur Betrachtungsfläche 8 durchläßt und einen Teil dieser Strahlung seitlich herausleitet. Dieser herausgeleitete Teil der Lichtstrahlung wird hier über ein zusätzliches Objektiv 16 auf einen Zeilensensor 11 geleitet, wo eine Abbildung der Diodenzeile der Wiedergabeanordnung 6 erzeugt wird.

Der Zeilensensor enthält eine ladungsgekoppelte Halbleiter-

2 anordnung, und zwar vorzugsweise vom P CCD-Typ, die die Helligkeit der einzelnen Punkte einer Lichtzeile in entsprechende Ladungen umwandelt und diese zu einem Ausgang 12 transportiert, wo diese Ladungen als Spannungssignale erscheinen. Da die Wiedergabeanordnung 6 aufeinanderfolgende Zeilen der Wärmebildszene 10 zeitlich aufeinanderfolgend als Lichtzeile darstellt,erscheint am Ausgang 12 somit ein quasi analoges elektrisches Signal, das die Strahlungsintensität der Wärmebilfezene 10 zeilenweise darstellt und somit dem Ausgangssignal beispielsweise einer Fernseh-

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kamera entspricht, das auf dem Bildschirm einer Bildröhre sichtbar gemacht werden kann.

Das zeilenweise Auslesen des Zeilensensors 11 wird nun synchron mit dem Schwingspiegel von einer Synchronisieranordnung 15 gesteuert, die das Licht einer ständig leuchtenden, feststehenden Lichtquelle 13, die vorzugsweise im wesentlichen punktförmig ist, über eine Abbildungsoptik 14 und den Schwingspiegel 2 erhält. Dadurch ist die Stelle der Synchronisieranordnung 15, auf die die Lichtquelle 13 abgebildet wird, ein Maß für die Stellung des SchwingspiegeIs

Wenn die Synchronisieranordnung 15 ebenfalls einen Zeilensensor enthält, der als ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung ausgeführt ist, kann diese unmittelbar aufeinanderfolgend ständig schnell ausgelesen werden, so daß an deren Ausgang ständig ein elektrisches Signal vorhanden ist, dessen zeitlicher Abstand vom Beginn jeweils einer Auslesung den Ort der Abbildung der Lichtquelle 13 angibt. Jeweils wenn sich dieses Signal um ein bestimmtes Maß verschoben hat, wird ein neues Auslesen des Zeilensensors 11 ausgelöst, Statt dessen kann auch die Geschwindigkeit des Auslesens des Zeilensensors 11 von der Geschwindigkeit der Änderung des elektrischen Signals des Zeilensensors in der Synchronisieranordnung 15 gesteuert werden. Dadurch erfolgt das Auslesen des Zeilensensors 11 stets synchron mit der Bewegung des Schwingspiegels 2.

Der Strahlengang der Lichtquelle 13 auf die Synchronisier» anordnung 15 ist in der Figur nur der Übersichtlichkeit halber neben dem Strahlengang von der Wiedergabeanordnung β zur Betrachtungsfläche 8 dargestellt. Praktisch wird die Lichtquelle 13 in Richtung der Achse 3 des Schwingspiegels 2 über oder unter der Wiedergabeanordnung 6 angeordnet, so daß der Strahlengang von der Lichtquelle 13 den Schwingspiegel 2 im wesentlichen im Bereich seiner Achse 3 trifft

i ψ

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uns somit die Bewegung des Schwingspiegels 2 keine wesentliche Verschiebung der Abbildungsebene während der Bewegung bewirkt.

₅ Abwandlungen von der in der Figur dargestellten Anordnung sind ohne weiteres denkbar. So kann der Strahlenteiler auch zwischen der Wiedergabeanordnung 6 und der Optik angeordnet sein. Auch für die Ausführung des Zeilensensors 11 sowie der Synchronisieranordnung 15 sind dem Fachmann

10 verschiedene Möglichkeiten geläufig.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

IR-Sichtgerät mit einem IR-Otgektiv, das eine Wärmebildszene über einen periodisch um eine Achse hin- und herschwingenden Schwingspiegel auf eine mehrere in einer Zeile liegende Bildpunkte abtastende IR-Detektoranordnung abbildet, wobei die Richtung der Zeile parallel zur Achse des Schwingspiegels liegt und an die Detektoranordnung eine Verstärkeranordnung angeschlossen ist» die dit !!»Strahlung jtdes Bildpunktes in entsprechend© elektrisch© Signale umwandelt, die auf einer der Detektoranordnung entsprechende zellenförmige Wiedergabeanordnung sichtbar dargestellt werden, die vorzugsweise über die Rückseite des Schwingspiegels auf einer Betrachtungsfläche abgebildet wird, dadurch ggkennaeiohnet, daß ein im Strahlengang zwischen der wiedergabeanordnung (6) und dem Schwingspiegel (2) angeordneter Strahlenteiler (9) einen Teil der Lichtstrahlen von der Wiedergabeanordnung (6) auf einen Z@ilensensor (11) abbildet, der die Abbildung seriell abtastet und ein analoges elektrisches Zeilensignal erzeugt, und daß ©ine mit der Bewegung des Schwingspiegels (2) gekoppelte Synchronisieranordnung (15) die Folge der Abtastungen des Zeilensensors (11) steuert,

Z. IR-Sichtgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (4) eine Zeile von einzelnen IR-Detektoren enthält, daß die Verstärkeranordnung (5) für jeden IR-Detektor einen Verstärker enthält, und daß die Wiedergabeanordnung (6) für jeden Verstärker ein elektrisch gesteuertes lichtaussendes Element enthält, wobei alle Elemente in Übereinstimmung mit den zugehörigen IR-Detektoren in einer Zeile angeordnet sind.

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3· IR-Sichtgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilensensor (11) als ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung (P CCD) ausgeführt ist.

5 4. IR-Sichtgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisieranordnung (15) einen weiteren Zeilensensor enthält, der von einer ständig leuchtenden, feststehenden Lichtquelle (13) über den Schwingspiegel (2) im wesentlichen punktförmig

10 bestrahlt wird.