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Detektoranordnung für ein Wärmebildgerät mit
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Laserentfernungsmesser und gemeinsamer Empfangsoptik mit Versrößerunsumschaltunq.
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Die Erfindung betrifft eine Detektoranordnung für ein Wärmebildgerät
mit Laserentfernungsmesser und gemeinsamer Empfangsoptik mit Vergrößerungsumschaltung,
bestehend aus einer von einer Reihenanordnung von Einzeldetektoren gebildeten Detektorzeile
für die Bilderzeugung des Wärmebildgerätes und einer in Scanrichtung verlaufenden
weiteren Anordnung von Einzeldetektoren für den Empfänger des Laserentfernungsmessers,
die mit der Detektorzeile auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind.
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In zunehmendem Maße werden im zivilen und im militärischen Bereich
Wärmebildgeräte eingesetzt. Dabei werden zum Empfang von Wärmestrahlung Detektoren
verwendet, die im allgemeinen reihenförmig angeordnet sind und somit eine Detektorzeile
bilden. Derartige Detektoren, deren Empfindlichkeit z.B. in einem dem einen atmosphärischen
Fenster entsprechenden Bereich von -8 bis 14 um liegt, müssen im Betriebsfall ausreichend
gekühlt werden. Hierzu sind alle Wärmebildgeräte mit einem Kühlsystem augestattet.
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Um mit einem Wärmebildgerät nicht nur ein Wärmestrahlung abgebendes
Objekt orten, sondern gleichzeitig auch dessen Entfernung messen zu können, kann
ein Wärmebildgerät mit einem Laserentfernungsmesser (LEM) kombiniert werden.
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Dieser kann in das Wärmebildgerät integriert werden. Für den Laserentfernungsmesser
werden in jüngerer Zeit immer
häufiger CO2-Laser mit einem Empfangsdetektor,
dessen Empfindlichkeit z.B. bei etwa 10 IUm liegt und der ebenfalls gekühlt werden
muß, vorgeschlagen. Um bei Wärmebildgeräten, die mit derartigen Lasern kombiniert
werden, einen hohen Aufwand im Hinblick auf die für das Wärmebildgerät und den Laserentfernungsmesser
eingesetzten Detektoren und damit auf die für diese Signalempfänger notwendigen
Kühlsysteme zu vermeiden, ist es naheliegend, die für die Detektoren des Wärmebildgerätes
ohnehin vorhandene Kühlvorrichtung auch zur Kühlung der Detektoranordnung für den
Laserentfernungsmesser mit zu benutzen. Es werden daher auf einem gemeinsamen Träger
sowohl eine Detektorzeile für die Bilderzeugung des Wärmebildgerätes als auch ein
Einzeldetektor oder mehrere Detektoren, azimutal zur Detektorzeile versetzt, für
den Empfänger des Laserentfernungsmessers aufgebracht. Bei einer derartigen Detektoranordnung
ergibt sich ferner noch der Vorteil, daß die Empfangsoptik des Wärmebildgerätes
auch für den Empfänger des Laserentfernungsmessers mitbenutzt werden kann. Bei einem
mit einem Laserentfernungsmesser kombinierten Wärmebildgerät, dessen Detektoren
mit den Detektoren des Empfängers für den Laserentfernungsmesser auf einem gemeinsamen
Träger aufgebracht sind, ist somit nur eine gemeinsame Kühlvorrichtung und eine
gemeinsame Empfangsoptik erforderlich.
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Eine derartige Geräteanordnung ist z.B. aus der DE-PS 30 48 809 bekannt.
Hierbei ist eine Sensoranordnung vorgesehen, die aus einer Reihenanordnung von Einzeldetektoren
für Wärmestrahlung und einer zu dieser Reihenanordnung vom Bildfeldmittelpunkt aus
senkrecht verlaufenden weiteren Anordnung von Einzeldetektoren oder wenigstens einem
Stabdetektor für vom Ziel reflektierte Laserstrahlung zum Zweck der Entfernungsmessung
besteht.
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Bei einem Wärmebildgerät ist es üblich, die Vergrößerung durch Ein-
bzw. Ausschwenken einzelner oder mehrerer Linsengruppen im Afokalteil der IR-Empfangsoptik
zu wechseln.
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Dabei ändert sich auch entsprechend der Öffnungskegel des LEM-Empfängers,
d.h. für eine konstante - weil vorgegebene - Empangsdivergenz des LEM-Empfängers
ist die Fläche des Einzeldetektors für den LEM-Empfänger - bei konstanter Sendedivergenz
- nur für eine Vergrößerungseinstellung des Wärmebildgerätes optimal angepaßt. Für
eine andere Vergrößerungseinstellung des Wärmebildgerätes ist die Fläche des Einzel
detektors nicht optimiert und es ergibt sich deshalb eine Verschlechterung des Signal-zu-Geräusch-Verhältnisses
im Empfangsteil des Laserentfernungsmessers bzw. eine Reduzierung der Leistungsfähigkeit
des Laserentfernungsmessers.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Detektoranordnung
der eingangs genannten Art eine von der Vergrößerungseinstellung des Wärmebildgerätes
unbeeinflußbare gleichbleibende Leistungsfähigkeit des Laserentfernungsmessers zu
gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird bei einer Detektoranordnung der eingangs genannten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf dem Träger eine der Anzahl der Vergrößerungsumschaltmöglichkeiten
des Wärmebildgerätes entsprechende Anzahl von Einzeldetektoren für den Empfänger
des Laserentfernungsmesser vorgesehen ist, und daß diese Detektoren mit ihrer Fläche
auf die bei einer Vergrößerungsumschaltung sich ändernde Gesamtbrennweite der gemeinsamen
Empfangsoptik abgestimmt sind.
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Bei einer erfindungsgemäßen Detektoranordnung sind auf dem gemeinsamen
Träger für die Detektorzeile des Wärmebildgerätes und die Detektoranordnung des
LEM-Empfängers so
viele Detektor-Einzelelemente für den LEM-Empfänger
vorgesehen, wie feste Vergrößerungsumschaltmöglichkeiten des Wärmebildgerätes vorhanden
sind. Damit wird es möglich, bei einer Vergrößerungsumschaltung des Wärmebildgerätes
gleichzeitig auf ein anderes, in seiner Fläche für die sich ändernde Gesamtbrennweite
optimiertes Detektor-Einzelelement für den LEM-Empfänger umzuschalten. Der Laserentfernungsmesser
hat somit auch bei Vergrößerungsumschaltung des Wärmebildgerätes nach wie vor eine
an die Sendedivergenz angepaßte Empfangsdivergenz.
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Bei einem abtastenden Wärmebildgerät ist vor dessen Detektor ein Scanner
angeordnet. Dies hat zur Folge, daß der Detektor nicht zu jedem Zeitpunkt den vom
Lasersender befeuchteten Zielfleck sieht. Deshalb ist die Triggerung des Lasers
sorgfältig mit der Abtastbewegung des Scanspiegels zu synchronisieren. Bei Verwendung
einer erfindungsgemäßen Detektoranordnung erfolgt die Triggerung des Lasersenders
deshalb synchron mit dem Scanspiegel zu einem anderen Zeitpunkt, um das örtlich
auf dem Träger versetzt angebrachte zweite (n-te) Detektor-Einzelelement für den
LEM-Empfänger in der dann anderen Stellung des Abtastspiegels des Wärmebildgerätes
zu treffen, also zu einem solchen Zeitpunkt, wo das jeweilige Detektor-Einzelelement
genau auf das Ziel gerichtet ist.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektoranordnung
für ein Wärmebildgerät mit Laserentfernungsmesser und gemeinsamer Empfangsoptik
mit Vergrößerungsumschaltung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
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In der einzigen Figur ist eine Detektoranordnung dargestellt, bei
der auf einem hier kreisrund ausgebildeten Chip 1
als gemeinsamen
Träger zwei Detektoranordnungen aufgebracht sind.
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Von einer Reihenanordnung von z.B. 180 Einzel-Detektoren 2, deren
Empfindlichkeit z.B. in einem Bereich von 8 bis 14 liegt, ist senkrecht zur Abtastrichtung
eine Detektorzeile 3 für die Bilderzeugung des Wärmebildgerätes gebildet.
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Diese Detektorzeile dient also zur Bilderzeugung in Elevations- oder
Azimutrichtung, d.h. in Höhe oder Seite des Bildes, welches mit Hilfe eines Scanspiegels
erzeugt wird.
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Außer der Detektorzeile 3 für die Bilderzeugung des Wärmebildgerätes
sind auf dem gemeinsamen Träger 1 noch mehrere zusätzliche Detektor-Einzelelemente
4,5 und 6 für den Empfänger eines in das Wärmebildgerät integrierten Laserentfernungsmessers
angeordnet. Bei Verwendung einer derartigen Detektoranordnung bei einem mit einem
Laserentfernungsmesser kombinierten Wärmebildgerät sind somit nur eine gemeinsame
Kühlvorrichtung und eine gemeinsame Empfangsoptik erforderlich. Die Detektor-Einzelelemente
4,5 und 6 sind seitlich versetzt und hintereinander in Scanrichtung auf einer Linie
8 angeordnet, die während des Scanvorganges durch die Visierlinie des Wärmebildgerätes
auf den Träger 1 "geschrieben" wird. In diesem Ausführungsbeispiel schneidet die
Linie 8 die Detektorzeile 3 senkrecht und in der Mitte 7 der Detektorzeile. Die
Detektor-Einzelemente 4,5 und 6 bilden hier also eine zu der Detektorzeile 3 von
deren Mitte 7 aus senkrecht nach links verlaufende Detektoranordnung. Die Anzahl
der zusätzlichen Detektor-Einzelelemente 4,5 und 6 für den LEM-Empfänger ist entsprechend
der Anzahl der Vergrößerungsumschaltmöglichkeiten des Wärmebildgerätes gewählt.
Hier sind drei kreisrund ausgebildete Detektor-Einzelelemente 4,5 und 6 vorgesehen,
die unterschiedlich groß
sind, wobei die Fläche der Detektor-Einzelelemente
4,5 und 6, hier also deren Durchmesser, auf die bei einer Vergrößerungsumschaltung
sich ändernde Gesamtbrennweite der gemeinsamen Empfangsoptik abgestimmt ist. Es
ist daher für jede Vergrößerungseinstellung des Wärmebildgerätes ein Detektor-Einzelelement
für den LEM-Empfänger von optimal angepaßter Fläche vorhanden, so daß der Laserentfernungsmesser
auch bei Vergrößerungsumschaltung des Wärmebildgerätes eine der Sendedivergenz angepaßte
Empfangsdivergenz hat.
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In der Figur sind die Detektor-Einzelelemente 4,5 und 6 auf der linken
Seite der Detektorzeile 3 dargestellt. Die Detektor-Einzelelemente für den Empfänger
des Laserentfernungsmessers können selbstverständlich auch auf der rechten Seite
oder beidseits der Detektorzeile 3 angeordnet sein. Außerdem können die Detektor-Einzelelemente
auch andere Formen als die dargestellte Form der Detektor-Einzelelemente 4,5 und
6 haben.
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1 Patentanspruch 1 Figur
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