DE3305450A1 - Infrarot-strahlungsdetektorbaugruppe - Google Patents
Infrarot-strahlungsdetektorbaugruppeInfo
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Description
Infrarot-Strahlungsdetektorbaugruppe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Infrarot-Strahlungsdetektorbaugruppe
mit einem infrarotempfindlichen Element und Fokussierungseinrichtungen zur Weiterleitung empfangener
Infrarotstrahlung auf das Element.
Bei thermischen Bilderzeugungseinrichtungen werden die Infrarotstrahlungen aus einem Betrachtungsfeld zu einem
Strahlungsdetektor über ein optisches System geleitet, das in Serie eine Objektivlinse, eine optische Abtastbaugruppe
beispielsweise mit einem oszillierenden ebenen Spiegel und mit einem rotierenden vieleckigen Spiegel
und eine Fokussierungslinse einschließt. Die Betriebsweise des Abtastsystems ist derart, daß der Teil des
Betrachtungsfeldes, von dem die Strahlung tatsächlich von dem Detektor empfangen wird, sich über das Betrachtungsfeld
beispielsweise in einem zellenförmigen Abtastmuster bewegt. Der Detektor kann ein einziges Detektorelement
oder einen fotoempfindlichen Bereich aufweisen oder er kann eine Matrix oder Anordnung derartiger
Elemente umfassen.
Es ist bekannt, daß eine Abschirmung eines Detektors einer thermischen Bilderzeugungseinrichtung gegenüber
Strahlungs-"Rauschen" wie zum Beispiel gegenüber Streustrahlung
von emittierenden Teilen der Bilderzeugungseinrichtung selbst ,vorteilhaft ist. Es wurde insbesondere
vorgeschlagen, zwischen der Fokussierungslinse und dem Detektorelement einer thermischen Bilderzeugungseinrichtung
einen zylindrischen Schirm oder eine Abschirmung anzuordnen,' deren Innenoberfläche ein hohes Reflektions-
33Üb4bU
und ein niedriges Emissionsvermögen aufweist und die derart mit Kerben versehen oder verzahnt ist, daß eine große
Anzahl von "Würfeleckenreflektoren" gebildet wird, die die
Eigenschaft aufweisen, irgendwelche empfangene Strahlung entlang eines Rücklaufweges zu reflektieren, der parallel
zum Sintrittsweg ist. Bei einer derartigen Abschirmung ist die einzige Strahlung, die von der Abschirmung auf den
Detektor reflektiert werden kann* die Strahlung, die von dem Detektor selbst kommt, und dieser Detektor wird als
"kalter Körper" angenommen. Tatsächlich kann jedoch der Detektor einen Teil der von ihm empfangenen Bildstrahlung
reflektieren oder .streuen und wenn dies eintritt, so wird die Strahlung von einer Abschirmung mit Würfeleckenreflektoren
auf den Detektor reflektiert, so daß sich ein Effekt ergibt, bei dem alle "heißen" Bildpunkte aufgespreizt
werden, möglicherweise sogar soweit, daß benachbarte, einen niedrigen Kontrast aufweisende Bildeinzelheiten
verdeckt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Infrarot-Strahlungsdetektorbaugruppe
zu schaffen, bei der keine von dem infrarotempfindlichen Element selbst ausgehende
Strahlung auf dieses Element zurückreflektiert wird.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.
Vortei Lhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch diese· Ausgestaltung der Abschirmung ist sichergestelH
, dac ggf. von dem Detektor selbst bzw. dessen infra-
rotempfindlichen Element rückreflektierte oder gestreute
Strahlung nicht erneut auf den Detektor zurückreflektiert wird.
Es ist verständlich, daß die erfindungsgemäße Detektorbaugruppe
nicht nur für eine thermische Bilderzeugungseinrichtung verwendet werden kann, wobei diese Bezeichnung
mehr und mehr lediglich zur Bezeichnung der oben beschriebenen Kamera-artigen Vorrichtung verwendet wird,
bei der eine zweidimensionale Abtastung über das Bildfeld mit Hilfe von Abtasteinrichtungen in der Bilderzeugungseinrichtung
durchgeführt wird, sondern daß sie allgemein anwendbar ist, beispielsweise für andere Arten
von Infrarot-Überwachungseinrichtungen wie Zeilenabtast-Luftfahrzeuggeräte und Ausrüstungen,bei denen überhaupt
keine Abtastung erfolgt, sowie für Nachrichtenübertragungseinrichtungen und dergleichen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer
Ausführungsform der Infrarot-Strahlungsdetektorbaugruppe;
Fig. 2 und 3 schematische Vorder- und Seiten-Schnittansichten einer zweiten Ausführungsform
der Infrarot-Strahlungsdetektorbaugruppe.
Der Detektor 1 der Ausführungsform nach Fig. 1 weist ein
Substrat 2 auf, auf dem eine Matrix 3 von infrarotempfind-
lichen Bereichen ausgebildet ist und das durch nicht gezeigte Kühleinrichtungen auf die erforderliche niedrige
Betriebstemperatur der Matrix 3 gekühlt werden kann. Eine Pokussierungslinse 4 ist derart befestigt, daß ihre optische
Achse 5 auf die Matrix 3 fällt, so daß auf die Anordnung Infrarot-Strahlung fokussiert wird, die die Linse beispielsweise
van (nicht gezeigten) optischen Abtastsystem einer thermischen Bilderzeugungseinrichtung empfängt, in der die
Detektorbaugruppe verwendet wird. Der Detektor ist in einem (lediglich teilweise dargestellten) Dewargefäß 6 eingeschlossen,
das ein ebenes infrarot-durchlässiges Fenster 7 aufweist, das sich zwischen dem Detektor 1 und der Linse
erstreckt.
Die Oberfläche des Substrates 2 um die Matrix 3 herum ist durch eine mit einer Öffnung versehene Abdeckplatte 8 abgedeckt,
die eine von dem Substrat 2 forti'gerichtete nicht reflektierende Oberfläche und einen als Flansch ausgebildeten
Außenrand 9 aufweist, der sich in Richtung auf das Fenster 7 erstreckt. Die Platte wird zusammen mit dem
Substrat 2 gekühlt. Die Mittelöffnung in der Platte umgibt die Matrix 3 relativ eng, jedoch so, daß ein kleiner
Spalt zwischen der Platte und der Matrix vorhanden ist. Ein Abschirmzylinder 10 ist zwischen dem Fenster 7 und
dem Detektor derart angeordnet, daß er die Achse 5 umgibt. Die Innenoberfläche dieses Abschirmzylinders ist
mit kreisringförmigen Ausnehmungen derart versehen, daß eine Reihe von drei reflektierenden Oberflächen 11 gebildet
wird, die alle koaxial zur Achse 5 sind und die so geneigt sind, daß sie allgemein in Richtung auf die
Matrix 3 gerichtet sind. Jeder Oberflächenteil 11 entspricht
der Oberfläche eines Segmentes eines Sphäroids/
der durch die Drehung einer Ellipse, deren einer Brennpunkt an dem Punkt liegt, an dem die Achse 5 die Matrix 3 trifft,
und deren anderer Brennpunkt an einem Punkt auf der freiliegenden Oberfläche der Platte 8 liegt, um die Achse 6
erzeugt wird. Der Abschirmzylinder IO wird nicht gekühlt, er besteht jedoch aus einem derartigen Material oder er
ist derart behandelt, daß zumindest die Teile 11 seiner Innenoberfläche ein hohes Reflektions- und ein niedriges
Emissionsvermögen aufweisen. Der Abschirmzylinder kann beispielsweise aus Aluminium oder Kunststoffmaterial mit
einem geeigneten reflektierenden überzug hergestellt sein.
Vorzugsweise sollten die Teile 12 der Innenoberfläche des Abschirmzylinders zwischen den Teilen 11, d.h. die von
der Matrix 3 fortgerichteten Teile ebenfalls reflektierend sein, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist.
Die Befestigung 12 für die Linse 4 weist ein derartiges Profil auf, daß sie in Richtung auf die Matrix 3 einen
reflektierenden Oberflächenteil 13 ähnlich den Teilen 11 bildet, d.h., sie entspricht einem Segment eines weiteren
Sphäroids, der durch Drehen einer Ellipse um die Achse 5 gebildete ist, wobei die Brennpunkte der Ellipse denen der
Ellipsen der Oberflächenteile 11 entsprechen.
Von der Oberfläche der Matrix emittierte oder reflektierte Strahlung, beispielsweise die durch die Strahlen A oder B
dargestellte Strahlung wird durch die Oberflächenteile 11 und/oder 13 auf die Platte 8 und nicht zurück auf die Matrix
3 reflektiert.
Anstelle der Verwendung der Platte 8 könnte die Oberfläche des
Substrates 2 um die Matrix 3 herum durch eine Behandlung der Substratoberfläche und/oder durch Aufbringen eines
geeigneten farbartigen Überzuges nicht reflektierend
gemacht werden.
Die elliptische Querschnittsform der Oberflächen 11 und 13 könnte derart modifiziert werden, daß sich irgend
eine andere geeignete Form ergibt, die ähnlich der dargestellten Form zumindest den größten Teil irgendwelcher
Strahlung, die von der Matrix 3 empfangen wird, auf eine Position von der Matrix fort ablenkt. Obwohl die beschriebene
Form der reflektierenden Oberflächen 11 und 13 allgemeinere Vorteile bietet, ist als spezielles
Beispiel festzustellen, daß viele Detektorbaugruppen, auf die die Erfindung Anwendung finden kann, derartige
Abmessungen aufweisen, daß sich lediglich ein geringer wahrnehmbarer Unterschied zwischen einem reflektierenden
Oberflächenteil mit der beschriebenen Form und einer
Oberflächenform ergibt, die einem Sphäroid-Segment entspricht,
das durch Drehen eines Kreises anstelle einer Ellipse um die Achse 5 gebildet wird. Daher könnten die
Oberflächenteile 11 und 13 in manchen Fällen diese letztere Form aufweisen.
Anstelle der Verwendung der dargestellten ebenen zylindrischen Außenoberfläche und einer dicken Wand, die stark
genug ist, um die die Oberflächen 11 bildenden Ausnehmungen aufzunehmen, könnte der Abschirmzylinder 10 aus relativ
dünnem Plaltenmaterial hergestellt sein, so daß sich der
Durchmesser der Außenoberfläche ändert, um der Innenoberfläche
zu folgen.
Es ist zu erkennen, daß die Fokussierungslinseneinrichtungen
der vorstehend beschriebenen Infrarot-Strahlungs-
detektorbaugruppe durch das naheliegende mechanische
Äquivalent eines Fokussierungsspiegels oder einer Anordnung
von Spiegeln ersetzt werden können, die insgesamt eine Fokussierungswirkung ergeben, oder durch
eine Kombination von einem oder mehreren Spiegeln und einer oder mehreren Linsen.
Insbesondere jedoch nicht ausschließlich in dem Fall, in dem das Detektorelement eine geradlinige Anordnung
von fotoempfindlichen Bereichen erfaßt, kann der oder jeder reflektierende, ein niedriges Emissionsvermögen
aufweisende innere Oberflächenteil,wie zum Beispiel die Teile 11 in Fig. 1 anstelle der sphäroidischen
Ausbildung teilkugelförmig, vorzugsweise halbkugelförmig ausgebildet sein, wenn dieser Teil einen Radius
um einen Punkt in einer Ebene aufweist, die zu einer Seite des Detektors hin verschoben ist, wie dies beispielsweise
in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist.
Die in diesen Figuren gezeigte Detektorbaugruppe weist ein gekühltes Substrat 21 auf, auf dem eine geradlinige
Anordnung 22 von infrarotempfindlichen Bereichen ausgebildet ist. Die Strahlung 23 von einer betrachteten
Szene wird auf die Anordnung 27 beispielsweise ein (nicht gezeigtes) optisches Abtastsystem fokussiert,
das eine (ebenfalls nicht gezeigte) Fokussierungsspiegel- oder Spiegel-Linsenkombination umfaßt. Alternativ könnte
die Fokussierung durch eine Linse erfolgen, die einen Teil der Detektorbaugruppe bildet. Um den Weg der Strahlung
23 herum ist eine Abschirmung 24 angeordnet, die ähnlich einer Hohl-Halbkugel mit einer langgestreckten
öffnung 25 darin ist, wobei die langen Seiten der öffnung
mit den langen Seiten der Anordnung 22 ausgerichtet sind.
Die reflektierende Innenoberfläche der Abschirmung ist
allgemein in Richtung auf die Anordnung 22 gerichtet und die Abschirmung ist gegenüber dieser Anordnung so angeordnet,
daß in Fig. 2, in der die Betrachtung in einer Richtung parallel zu den langen Seiten der Anordnung 22
erfolgt, die Innenoberfläche der Abschirmung einen Radius aufweist, der auf einem Punkt 26 zentriert ist, der zu
einer Seite der Anordnung hin verschoben ist. Die Strahlung, die die Abschirmung von der Anordnung 22 empfängt
wird daher nicht auf die Anordnung sondern auf das Substrat 21 reflektiert.
Anstelle der einzigen halbkreisförmigen Abschirmung könnten zwei oder mehrere dieser Abschirmungen übereinander angeordnet
sein. Weiterhin könnte jede Abschirmung durch ein dickwandiges allgemein zylindrisches oder langgestrecktes
Teil ersetzt werden das ein oder mehrere innere ringförmige
Ausnehmungen aufweist, die die jeweiligen halbkugelförmigen Oberflächen bilden.
Bei dem speziellen Beispiel nach den Fig. 2 und 3 ist die
Öffnung 25 so angeordnet, daß das Betrachtungsfeld 27 der Detektoranordnung 22 symmetrisch zur optischen Achse 28
des Fokussierungssystems ist, daß die Strahlung auf die
Anordnung lenkt. Die Öffnung ist daher nicht symmetrisch bezüglich eier "Mittellinie" der Abschirmung, d.h. der
Linie 29, die parallel zur Achse 28 und durch den Radiusmittelpunkt 26 verläuft. Das heißt mit anderen Worten,
daß in Fig. 2 die Öffnung 25 nicht auf der Oberseite der Abschirmung zentriert ist, sondern in Richtung auf und
über die Detektoranordnung verschoben ist.
Leerseite
Claims (5)
1. Infrarot-Strahlungsdetektorbaugruppe mit einem infrarotempfindlichen
Element und Fokussierungseinrichtungen, die die empfangende Infrarotstrahlung auf das Element lenken,
dadurch gekennzeichnet, daß nicht reflektierende Oberflächen (8) bildende Einrichtungen um das Element (3)
herum und zwischen den Fokussierungseinrichtungen (4) und dem Element (3) angeordnet sind, daß eine Abschirmung
(10; 24) mit zumindestens einem reflektierenden, ein niedriges Emissionsvermögen aufweisenden Innenoberflächenteil
vorgesehen ist, der um den Strahlungsweg von den Fokussierungseinrichtungen (4) zu dem
Element (3) herum angeordnet ist und in die allgemeine Richtung des Elementes (3) gerichtet ist, und daß der
Oberflächenteil (11, 13) derart ausgebildet ist, daß er irgendwelche aus der Richtung des Elementes (3)
empfangende Strahlung auf die die nicht reflektierende
Oberfläche bildenden Einrichtungen (8) reflektiert.
2. Strahlungsdetektorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Innenoberflächenteil
(11/ 13) eine ringförmige Oberfläche ist, die der Oberfläche eines Sphäroiäsentspricht, der durch Drehen einer
zweddimensionalen gekrümmten geometrischen Form um eine
das Element schneidende Achse gebildet ist.
3. Str.ihlungsdetektorbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die geometrische Form eine Ellipse ist. deren einer Brennpunkt mit dem Punkt zusammenführt,
an dem die Achse (5) das Element (3) schneidet wäh.-end der andere Brennpunkt auf oder benachbart zu
der nicht reflektierenden Oberfläche (8) liegt.
4. Str.ihlungsdetektorbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die geometrische Form kreisförmig ist.
5. Str ihlungsdetektorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der oder jeder Oberflächenteil ein-im Teil einer Kugel entspricht.
Applications Claiming Priority (2)
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GB8204676 | 1982-02-17 | ||
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3716358A1 (de) * | 1987-05-15 | 1988-12-01 | Steinheil Optronik Gmbh | Infrarot-strahlungsdetektor |
DE4430778A1 (de) * | 1994-08-30 | 1996-03-07 | Sick Optik Elektronik Erwin | Tubus |
-
1983
- 1983-02-17 FR FR8302596A patent/FR2521733A1/fr not_active Withdrawn
- 1983-02-17 DE DE19833305450 patent/DE3305450A1/de not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3716358A1 (de) * | 1987-05-15 | 1988-12-01 | Steinheil Optronik Gmbh | Infrarot-strahlungsdetektor |
DE4430778A1 (de) * | 1994-08-30 | 1996-03-07 | Sick Optik Elektronik Erwin | Tubus |
US5748816A (en) * | 1994-08-30 | 1998-05-05 | Sick Ag | Optical cavity for exclusively receiving light parallel to an optical axis |
DE4430778C2 (de) * | 1994-08-30 | 2000-01-27 | Sick Ag | Tubus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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FR2521733A1 (fr) | 1983-08-19 |
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