DE3938636A1

DE3938636A1 - Bildwandler als vorsatzeinheit fuer photo-, video- bzw. restlichtkameras

Info

Publication number: DE3938636A1
Application number: DE3938636A
Authority: DE
Inventors: Paul Hoess
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1989-11-21
Publication date: 1991-05-23

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildwandler, der IR Strahlung in sichtbares Licht wandelt, als Vorsatzeinheit für Photo-, Video- bzw. Restlichtkameras.

Bisherige IR Kameras haben als lichtempfindliche Elemente:

- entweder Bildwandlerröhren mit S₁ Photokathoden,
- oder pyroelektrische Detektoren wie InSb oder HgCdTe, (Quelle: AGEMA Infrared Systems GmbH, 6370 Oberursel, Detektor InSb für IR Licht mit 2-5,6 µm Wellenlänge, HgCdTe für 8-12 µm).

Diese direkt IR empfindlichen Detektoreinheiten haben allerdings gravierende Nachteile.

Bildwandlerröhren mit S₁ Photokathoden haben rela tiv geringe Empfindlichkeit und kurze Lebens dauer, zur Erzielung optimaler Ergebnisse sollten sie zu dem gekühlt werden. Pyroelektrische Detektoren sind teurer als S₁ Bildwandler, haben bessere Lebensdauer aber gerin gere geometrische Auflösung (typisch 100 × 100 Bildpunkte, gewöhnliche Videokameras dagegen 500 × 500 Bildpunkte), sie sind empfindlich gegen zu hohe Eigentemperatur, des halb ist Kühlung mit flüssigem N₂ erforderlich, um das Eigenrauschen genügend zu unterdrücken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein IR-Wandler Modul als Vorsatzeinheit für Photo-, Video- bzw. Restlichtkameras zu schaffen, welches beliebig koppelbar und billig ist, und nicht gekühlt werden muß.

Dies wird erfindungsgemäß mit einem IR Bildwandler gelöst, wie er durch den Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein erfindungsgemäßer IR Bildwandler ist gekenn zeichnet durch eine lichtdurchlässige Trägerplatte, vor zugsweise eine faseroptische Platte, auf die homogen lumi neszierendes Material geringer Korngröße ( ≦ 50 µm) auf gebracht ist, das bei Bestrahlung mit IR Strahlung propo tional dazu sichtbares Licht emittiert, und somit IR Bilder durch gewöhnliche Kameras aufgenommen werden können. Das lumineszierende Material ist gegen Berührung durch eine für IR Strahlung und evtl. für eine Anregungsstrahlung durchlässige Glasplatte abgedeckt.

Die lumineszierenden Materialen erzeugen nur auf grund einfallender IR Strahlung ein "Bildsignal", nicht aber aufgrund Eigenwärme des Wandlers. Somit ist eine Küh lung des Bildwandlers unnötig und ohne Kühlung ist eine beliebig lange Betriebszeit möglich (kein Stickstoffvor rat nötig).

Durch geeignete Lumineszenzfarbstoffe können Bilder aus Mehrphotonenprozessen ausschließlich mittels IR Strah lung erzeugt werden (Appl. Opt. 26, 20, 2987, 4400-06).

Durch geeignete Photolumineszenzfarbstoffe kön nen Bilder auch schon mit geringer IR-Intensität erzeugt werden, indem in Mehrstoffprozessoren Elektronen mittels sichtbaren oder UV Lichts angeregt werden und in metasta bilen Zuständen zwischengespeichert werden (Lit.: Fa. RIEDEL de Haen, Farbstoff LUMILUX® Rot U-RF; Fa. QUANTEX IR- Detektoren). Diese photolumineszierenden Farbstoffe sind üblicherweise Mehrstoffgemische, in denen Elektronen in Atomen der einen Gruppe durch UV oder sichtbares Licht auf ein höher gelegenes Energieniveau (bzw. eine Gruppe von Energieniveaus) befördert werden. Diese entvölkern dann regelmäßig über Stöße der 2. Art und unter Emission infraroten Lichts in metastabile Niveaus eines anderen Materials. Von dort können sie nur wieder unter Zufuhr von IR Strahlung, nicht jedoch thermisch über die Zwischen niveaus zum Grundzustand gelangen. Dabei wird dann sicht bares Licht emittiert.

Das am Bildwandler erzeugte Bild wird durch die Faserstruktur des Trägers als Bild am Ende der Platte ab gebildet. Bevorzugt wird der Wandler in Verbindung mit einem Bildverstärker der ersten Generation (Proxifier ^R der Fa. PROXITRONIC, 6140 Bensheim) oder einem Mikrokanalplat tenbildverstärker als Verschlußeinheit einer Kamera zum Einsatz gebracht. Diese Einheit muß ebenfalls mit einer faseroptischen Platte als Eingang versehen sein. Damit ist die bestmögliche Intensitätsankopplung an die nachfol gende Bildaufnahmeeinheit gegeben. Grundsätzlich wäre auch eine Abbildung über Linsensysteme möglich, der Intensitäts verlust ließe dann aber nur noch Aufnahmen bei sehr hoher IR Intensität, wie z. B. bei Nd:YAG oder CO₂ Lasern zu.

Geeignete lumineszierende oder photolumineszierende Materialien sind im Handel erhältlich, z. B. unter den Be zeichnungen Q-11, Q-16, Q-31, Q-32,Q-42 und F16 von der Firma QUANTEX, USA-Rockwell, MD 20850. Andere mögliche Lumines zenzfarbstoffe werden von Riedel-de Haen unter den Bezeich nungen LUMILUX® Rot U-RF (SrS:Sm, EU) usw. ver trieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 im Querschnitt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen IR Bildwandlers, und

Fig. 2 schematisch den Einbau des IR Bildwandlers von Fig. 1 in die Optik einer Videokamera.

Gemäß Fig. 1 setzt sich der erfindungsgemäße IR Bildwandler 1 zusammen aus einer faseroptischen Platte als Trägerplatte 2, auf die homogen lumineszierendes Mate rial 3 geringer Korngröße aufgebracht ist, das seinerseits von einer Quarzglasplatte 4 abgedeckt ist.

Fig. 2 zeigt schematisch den Einbau des IR Bild wandlers 1 in die Optik einer Videokamera. Der IR Bild wandler 1 ist mit einem Mikrokanalplattenbildverstärker 5 als Verschlußeinheit zu einer Einheit verbunden, die zwischen Objektiv 6 und CCD-Aufnehmer 7 der Kameraelektro nik 8 angeordnet ist. Vor dem IR Bildwandler befindet sich eine gepulste Ladelampe 9 zum Anregen der photolumineszie renden Materialien des IR Bildwandlers mittels sichtbaren oder UV Lichts. Bei 10 ist noch eine Linse zur Zwischenab bildung dargestellt.

Der erfindungsgemäße IR Bildwandler eignet sich grundsätzlich für alle IR Aufnahmen wie z. B. für Aufnahmen von Gebäuden, Tankanlagen, elektrischen Hochspannungsan lagen, von elektrischen Schaltungen, zum Erkennen von hei ßen Bauteilen, zur Strahlprofilvermessung von IR Lasern usw.

Claims

1. Bildwandler, der IR Strahlung in sichtbares Licht wandelt, als Vorsatzeinheit für Photo-, Video- bzw. Restlichtkameras, gekennzeichnet durch eine lichtdurchlässige Trägerplatte (2), auf die homogen lumi neszierendes Material (3) geringer Korngröße aufgebracht ist, das bei Bestrahlung mit IR Strahlung proportional dazu sichtbares Licht emittiert.

2. Bildwandler nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch Lumineszenzmaterialien, mit denen Bilder im sichtbaren Bereich durch Mehrphotonenprozesse ausschließlich mittels IR Strahlung erzeugt werden können.

3. Bildwandler nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch Photoluminiszenz-Mehrstoffgemische, in denen mittels sichtbaren oder UV Lichts Elektronen angeregt und in meta stabilen Zuständen zwischengespeichert werden können, und die bei Bestrahlung mit IR Strahlung sichtbares Licht emittieren.

4. Bildwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine faseroptische Platte als Trägerplatte (2).

5. Bildwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine für IR Strahlung und evtl. für die Anregungsstrahlung durchlässige Deckplatte (4).

6. Bildwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen nachgeordneten Bildverstärker (5).