DE69606816T2 - Thermische Abbildungsvorrichtung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Abbildungsvorrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegenden Erfindung Vorrichtungen zum Empfang von nicht sichtbaren Infrarotlicht von einem Ort, und zum Bereitstellen einer Abbildung mit sichtbarem Licht, die den Ort wiedergibt.
Verwandte Technologie
• Nachtsichtgeräte sind seit vielen Jahren verfügbar. Eine Kategorie dieser herkömmlichen Nachtsichtgeräte benutzt eine Abbildungsverstärkungstechnologie. Diese Technologie wird umgesetzt, indem eine Vorrichtung verwendet wird, die allgemein als Abbildungsverstärkungsröhre bekannt ist. Diese Abbildungsverstärkungsröhre ist im wesentlichen eine Frequenzschiebe- und Verstärkungs-Vorrichtung, die Umlicht empfängt, wobei das Licht zu stark gedämpftes sichtbares Licht enthält, um eine natürliche Ansicht zu liefern (d. h. sogenannte "Star Light" Rahmen) oder nicht sichtbares Licht im nahen Infrarotbereich in einem ersten Frequenzband enthält, und die in Abhängigkeit davon eine stark verstärkte sichtbare Abbildung in einem phosphoreszierenden monochromen Gelb-Grün-Licht liefert.
• Solche Abbildungsverstärkungs-Nachtsichtgeräte wandeln das verfügbare Umlicht geringer Intensität in eine sichtbare Abbildung um, die ein menschlicher Benutzer der Vorrichtung zur Beobachtung oder zum Zielen einer Waffe unter Lichtbedingungen benutzen kann, die zu gedämpft sind, um einen Ort natürlich (ohne Hilfsmittel) betrachten zu können. Diese Abbildungsverstärkungs-Nachtsichtgeräte benötigen zum Arbeiten ein gewisses Restlicht, wie Mondschein oder Sternenlicht. Dieses Licht ist im allgemeinen reich an Strahlung im nahen Infrarotbereich, die für das menschliche Auge unsichtbar ist. Die vorliegende Generation von Nachtsichtgeräten verwendet ein fotoelektrisch abtwortendes "Fenster", das als eine Fotokathode bezeichnet wird, das auf das gedimmte oder unsichtbare Umlicht reagiert, das von einem unsichtbaren Ort auf das "Fenster" fokusiert wird, um ein Muster von Fotoelektronen zu liefern, die als Raumladung unter dem Einfluß eines angelegten elektro statischen Feldes fließen, und den betrachteten Ort wiedergeben. Dieses Muster von Fotoelektronen wird einer Mikrokanalplatte geliefert, die das Elektronenmuster auf einen sehr viel höheren Pegel verstärkt. Um diese Verstärkung in der Mikrokanalplatte zu erreichen, wird das Muster der Fotoelektronen in eine große Anzahl von kleinen Kanälen (oder Mikrokanälen) eingeführt, die sich zu den gegenüberliegenden Flächen der Platte hin öffnen. Durch die zweite Emission von Elektronen aus den inneren Flächen dieser Kanäle wird ein Elektronenschauer mit einem Muster erzeugt, der der Abbildung mit geringem Pegel entspricht. Dieser Elektronen schauer mit einer Intensität, die über der Intensität liegt, die von der Fotokathode erzeugt wurde, wird dann auf einen phosphoreszierenden Schirm gelenkt, in dem wiederum ein elektrostatisches Feld verwendet wird. Das Phosphor des Schirms erzeugt eine Abbildung im sichtbaren Lichtbereich, die die Abbildung geringen Pegels wiedergibt.
• Abbildungsverstärkungsröhren wurden von den sogenannten Röhren der "Generation I" bis zu den jüngsten Röhren der "Generation III" entwickelt, die eine größere Verstärkung des verfügbaren Lichts und eine größere Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht besitzen, das tiefer im Infrarotbereich des Spektrums liegt. Allerdings sind diese Abbildungsverstärkungsvorrichtungen bezüglich der Tiefe in den Infrarotbereich des Spektrums, in dem sie arbeiten können, begrenzt.
• Eine andere Kategorie von herkömmlichen Nachtsichtgeräten wird durch thermische Abbildungsvorrichtungen mit Tiefsttemperatur gekühlten Fokalebenenfeld dargestellt. Diese Vorrichtungen verwenden einen fotoelektrisch ansprechenden Detektor, der auf eine Temperatur im Kryobereich gekühlt wird, um unerwünschtes thermisches Rauschen zu reduzieren. Der Detektor umfaßt eine Vielzahl von Detektorelementen, oder "Pixeln", deren jedes ein elektrisches Signal liefert, das die Stärke des Infrarotlichts angibt, das auf das Detektorelement fällt. Einige dieser Vorrichtungen verwenden ein "statisches" Fokalebenenfeld, während andere ein lineares Fokalebenenfeld von Detektorelementen haben und den Einsatz eines Abtasters (Scanners) erfordern, um nacheinander Bereiche des betrachteten Orts über den Detektor zu bewegen. Da der Detektor auf Kryotemperaturen gekühlt ist, kann in beiden Fällen eine elektrische Antwort auf unsichtbares In frarotlicht gewährleistet werden, das sehr viel tiefer im Infrarotbereich des Spektrums liegt als dies mit Bildverstärkungsvorrichtungen möglich wäre. Das elektrische Signal, das von einem solchen Detektor geliefert wird, muß verarbeitet und in eine sichtbare Abbildung umgewandelt werden. Zu diesem Zweck haben viele dieser Vorrichtungen dieser Kategorie Kathodenstrahlröhren, Flüssigkristallanzeigen und andere solcher Anzeigetechnologien verwendet, um dem Benutzer der Vorrichtung eine sichtbare Abbildung zu liefern.
• Eine Vorrichtung dieser Kategorie ist in Zusammenhang mit dem US-Patent Nr. 4,873,442 bekannt, das am 10. Oktober 1989 für Robert W. Klatt (nachfolgend als '442-Patent bezeichnet) erteilt wurde. Die Vorrichtung des '442-Patents benutzt einen Sensor mit einem linearen Feld von elementaren Detektoren, deren jeder zu dem nächsten benachbarten Detektorelement in einer Entfernung liegt, die der Größe der Detektorelemente selbst entlang der Länge des linearen Felds entspricht. Entsprechend konnte der Sensor über die Hälfte der Bildinformationen aus einem Ort oder einem Zielraum mit jedem Halbbild oder Sensorabtastung über den Zielraum einfangen. Um jedoch Ungleichmäßigkeiten in der Antwort der Detektorelemente zu detektieren und zu kompensieren, lehrt das '442-Patent, die Abtastlinien aller Detektorelemente in aufeinanderfolgenden Abtasthalbbildern zu überlagern, so daß jedem Halbbild die Bildinformation von zumindest einem Detektorelement fehlt. D. h., daß kein Bild des '442-Patents alle Detektorelemente verwendet, um auf ein Signal (Bildinformation) von dem Ort zu antworten. Zumindest ein Detektorelement an einem Ende des linearen Feldes tastet einen Raum außerhalb des Zielraums ab und liefert nicht verwendbare Bildinformationen. Entsprechend dem in dem '442-Patent ausge führten Beispiel fehlt jedem Halbbild ein Bruchteil der maximal möglichen Bildinformation, wobei der Bruchteil etwa 1/n entspricht, wobei n die Anzahl der Detektorelemente ist. Die übrigen n-1 Detektorelemente werden verwendet, um die Hälfte der Bildinformationen aus dem Zielraum für jedes Bild zu erfassen. Klatt zeigt ein Beispiel, das zehn Detektorelemente verwendet. Damit stellt jedes Bild 90% der Abbildungsinformation dar, die es enthalten könnte, wenn alle Detektorelemente verwendet würden. Entsprechend stellt jedes Vollbild aus zwei Halbbildern des '442-Patents eine vollständige Zielraumabbildung dar, aber stellt nur 90% der Abbildungsinformation dar, die geliefert werden könnte, wenn alle Detektorelemente in jedem Vollbild verwendet würden. Zusätzlich wird nicht die mögliche Anzahl der Auflösungszeilen von dem '442-Patent vollständig verwendet, die der Sensor liefern kann.
• Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Kategorie von Nachtsichtgeräten ist in dem Erfordernis zur Tiefsttemperaturkühlung des Detektors zu sehen. Frühere Vorrichtungen dieser Kategorie verwendeten ein Dewar-Gefäß, in das ein Vorrat einer Kryoflüssigkeit (beispielsweise flüssiger Stickstoff) von dem Benutzer der Vorrichtung eingebracht werden mußte. Die Verwendbarkeit solcher Vorrichtungen wurde durch die Notwendigkeit der gelegentlichen Neuerung des Kryokühlmittels ernsthaft beschränkt. Spätere Vorrichtungen dieses Typs verwendeten Kryokühlungen, die durch Kühler mit umgekehrtem Sterling-Zyklus erzielt wurden. Solche Kühler erfordern jedoch eine beträchtliche Menge an Energie, kommen nicht ohne eigene Wartung aus und besitzen Zuverlässigkeitsprobleme, und sind im allgemeinem laut.
• Zusätzlich erfordern herkömmliche Nachtsichtgeräte des thermischen Abbildungstyps eine umfassende Schalttechnik, um die notwendige Signalverarbeitung zu erzielen, die für diesen Typ von Abbildung notwendig ist. D. h., daß herkömmliche Vorrichtungen eine Sammlung von vielleicht zehn oder elf unterschiedlichen Schaltungstypen erforderten, die in einem integrierten Schaltungs(IC)-Gehäuse auf den Schaltplatinen ausgebildet waren, um die notwendige Signalverarbeitung zu erreichen. Es ist verständlich, daß dieses Erfordernis nach einer Vielzahl solcher Schaltungen in unterschiedlichen ICs oder gedruckten Schaltungen zu einer Vorrichtung führt, die größer, schwerer, mehr Energie verbrauchend, teurer in der Herstellung und schwieriger in der Wartung und Reparatur war als dies erwünscht war.
Zusammenfassung der Erfindung
• Im Hinblick auf die Mängel der herkömmlichen Technologie ist es ein Hauptziel dieser Erfindung, eine oder mehrere dieser Mängel zu überwinden.
• Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine thermische Abbildungsvorrichtung mit einem multifunktionellen analogen Signalverarbeitungschip vorzusehen, der Schaltungen zur Steuerung der Ansprechempfindlichkeit und der Verstärkung eines analogen Videosignals, zum Erkennen der Verstärkung eines verarbeiteten analogen Videosignals, zum Puffern des verarbeiteten analogen Videosignals, um einen Analog/Digital- Wandler anzusteuern, und zum Erzeugen einer Spannungs- und Stromreferenz enthält.
• Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermische Abbildungsvorrichtung mit einem einzigen analogen Signalverarbeitungs-IC vorzusehen, der die zuvor genannten Verarbeitungsfunktionen vollständig auf einem Chip ausführt, der kleiner, leichter, weniger Energie verbrauchend und billiger in der Herstellung ist (wenn die Größe und die Kosten der gesamten Vorrichtung betrachtet werden), als herkömmliche thermische Abbildungsvorrichtungen.
• Die vorliegende Erfindung sieht gemäß einem Gesichtspunkt eine thermische Abbildungsvorrichtung zum Empfang thermischer Infrarotstrahlung von einem Ort und zum Bereitstellen einer Abbildung im sichtbaren Lichtbereich in Antwort darauf, die den Ort wiedergibt, vor, wobei die Abbildungsvorrichtung einen Detektor umfaßt, der eine als Array angeordnete Vielzahl von Infrarotdetektorelementen aufweist, die auf die Infrarotstrahlung ansprechen, wobei jedes der Vielzahl von Detektorelementen eines einer entsprechenden Vielzahl von individuellen elektrischen Signalen liefert, deren jedes die auftreffende thermische Infrarotstrahlung angibt, wobei eine Multiplexerschaltung die entsprechende Vielzahl von individuellen elektrischen Signalen empfängt und in Antwort darauf ein serielles analoges Abbildungssignal bereitstellt, wobei die thermische Abbildungsvorrichtung umfaßt: Eine integrierte Schaltung (IC) eines analogen Signalprozessors (ASP) zum Empfang des seriellen analogen Abbildungssignals und zum Bereitstellen eines verarbeiteten seriellen analogen Abbildungssignals, wobei der ASP IC umfaßt: Eine Ansprechsteuerungsschaltung, die dass serielle analoge Abbildungssignal empfängt und einen Ansprechmultiplikator anwendet, um ein ansprechkorrigiertes serielles analoges Abbildungssignal zu liefern; eine Verstärkungssteuerungsschaltung, die das an sprechempfindlichkeitskorrigierte serielle analoge Abbildungssignal empfängt und ein Verstärkungssteuerungssignal empfängt, und das ansprechempfindlichkeitskorrigierte serielle analoge Abbildungssignal mit dem Verstärkungssteuerungssignal multipliziert, um ein verstärkungskorrigiertes serielles analoges Abbildungssignal zu liefern.
• Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein solches ASP IC der thermischen Abbildungsvorrichtung ferner eine serielle/digitale Schnittstelle, die eine Digital/Analog-Umwandlungsschaltung aufweist und ein digitales Verstärkungssteuerungssignal von einem Mikrocontroller empfängt, derart, daß die serielle/digitale Schnittstelle ein analoges Verstärkungssteuerungssignal an die Verstärkungssteuerungsschaltung liefert.
• Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt ein solches ASP IC der thermischen Abbildungsvorrichtung ferner eine Spannungspufferschaltung zum Empfang serieller analoger Signale von der Verstärkungssteuerungsschaltung, derart, daß die Pufferschaltung den A/D-Wandler ansteuert.
• Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt ein solcher ASP IC der thermischen Abbildungsvorrichtung des weiteren eine Referenzschaltung zum Erzeugen von präzisen Spannungsreferenzen von einer externen Spannungsquelle, wobei die Referenzschaltung präzise Spannungsreferenzen an zumindest eine Schaltung liefert, die abseits des ASP IC-Substrats liegt.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist in dem analogen Signalverarbeitungschip zu sehen, der Schaltungen zur Ausfüh rung der unterschiedlichen zuvor diskutierten Funktionen auf einem einzigen integrierten Schaltungschip aufweist. Indem diese Schaltungselemente auf einem einzigen integrierten Schaltungschip zusammengefaßt werden, ist die thermische Abbildungsvorrichtung neben anderen Dingen effizienter, kompakter und kostengünstiger als dies der Fall wäre, wenn entweder separate dafür vorgesehene Schaltungschips oder Schaltungen mit fest verdrahteten diskreten Komponenten benutzt würden, um die verschiedenen Funktionen auszuführen.
• Diese und zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und zumindest einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, unter Berücksichtigung der angehängten Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale oder Merkmale bezeichnen, die hinsichtlich ihrer Struktur und ihrer Funktion einander entsprechen.
Beschreibung der Figuren
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der funktionell zusammenwirkenden physischen Komponenten einer thermischen Abbildungsvorrichtung, die die Erfindung verkörpert;
• Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer thermischen Abbildungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 3a und 3b zeigen eine äußere Ansicht bzw. eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung einer thermischen Abbildungsvorrichtung, die die Erfindung verkörpert; und
• Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines multifunktionalen Signalverarbeitungschips, der in einer Ausführungsform der hier beschriebenen Erfindung verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
• Betrachtet man Fig. 1, ist eine thermische Abbildungsvorrichtung 10 schematisch dargestellt, wobei deren funktionellen zusammenwirkenden körperlichen Komponenten frei im Raum liegen, ohne daß ein tragendes Gehäuse, (wobei dieses Gehäuse selbstverständlich von einer körperlichen Ausführungsform der Vorrichtung umfaßt ist) gezeigt ist, so daß diese Komponenten und ein Strahl und ein Strahlwegdiagramm für Lichtstrahlen in der Vorrichtung ebenfalls dargestellt sein können. Wenn man Fig. 1 im Detail betrachtet, umfaßt die thermische Abbildungsvorrichtung eine Objektiv-Optikgruppe, die allgemein mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet ist. Diese Objektiv-Optikgruppe umfaßt mehrere Linsen (mit den Bezugszeichen 12', 12", 12''', etc. bezeichnet), wobei die Linsen für Licht im interessierenden Spektralband transparent sind (aber nicht notwendigerweise transparent für sichtbares Licht). Diese Objektiv-Optikgruppe 12 ist in Richtung eines Ortes gerichtet, der betrachtet werden soll, so daß Infrarotlicht von diesem Ort (mit dem Bezugszeichen 14 mit Pfeil gekennzeichnet) empfangen und durch diese Optikgruppe fokusiert werden kann. Es versteht sich, daß die Objektiv-Optikgruppe 12, die in Figur :l zu sehen ist, nur stellvertretend ist, und daß diese Optikgruppe entfernt und ersetzt werden kann durch Objektiv-Optiken unterschiedlichen Aufbaus, wie weiter beschrieben werden wird. Die Objektiv-Optikgruppe 12 konzentriert und teilt (Englisch: columnates) empfangenes Licht durch ein Fenster 16, wobei das Fenster ein fester Teil eines Basissensorbereichs 18 der Vorrichtung 10 ist. Im Hinblick auf das Gehäuse (das später beschrieben wird) dieses Basissensorbereichs 18 begrenzt dieses Fenster 16 eine abgedichtete Kammer 20, in der annähernd alle übrigen Komponenten der Vorrichtung 10, wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthalten sind.
• Innerhalb der Gehäusekammer 20 liegt ein Scanner, der allgemein mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet ist. Dieser Scanner 22 umfaßt einen Scannerrahmen 24, der in Draufsicht allgemein einen dreieckförmigen oder Dreibeinaufbau aufweist. Der Scannerrahmen 24 umfaßt einen allgemein dreieckförmigen oberen Wandbereich 26 und drei daran festgemachte Beinbereiche 28, von denen nur zwei in Fig. 1 sichtbar sind. Ein Scannermotor wird von dem Wandbereich 26 getragen und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Dieser Scannermotor 30 umfaßt eine allgemein vertikal sich erstreckende Rotationsantriebswelle (in den gezeichneten Figuren nicht dargestellt), die einen scheibenähnlichen kreisförmigen mehrflächigen Abtastspiegel 32 antreibt und trägt. Der Abtastspiegel 32 umfaßt mehrere außen und in Umfangsrichtung angeordnete benachbarte Flächen oder Seiten 32a, 32b, etc., wobei nur wenige dieser Flächen in jeder der Figuren zu sehen sind. Dieser Abtastspiegel 32 dreht sich in einer allgemein horizontalen Ebene, um Licht 14, das durch das Fenster 16 und die Objektiv-Optikgruppe 12 empfangen wurde, zu einer Abbildungsgruppe zu reflektieren, die allgemein mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichnet ist. Es ist anzumerken, daß aufgrund der Drehung des Abtastspiegels 32, die Flächen 32a, 32b, etc. ihre Winkelposition in der horizontalen Ebene bezüglich des durch die Objektiv-Optikgrugpe 12 gesehenen Orts ständig ändern.
• Betrachtet man die Abbildungs-Optikgruppe 34 im Detail, ergibt sich, daß das von einer Fläche des Abtastspiegels 32 reflektierte Licht (Pfeil 14) durch eine Linse 36 und zu einem Paar von vertikal beabstandeten winklig zueinander angeordneten Spiegeln 38 und 40 läuft. Der Spiegel 40 reflektiert dieses Licht durch ein zusätzliches Paar von Linsen 42 und 44 in Richtung eines Fensters 46, das von einem Dewar-Gefäß 48 getragen wird. Das Dewar-Gefäß 48 umfaßt ein thermisch isoliertes Gehäuse, das allgemein mit einer gestriclhelten Linie angedeutet und mit dem Bezugszeichen 48' gekennzeichnet ist. Dieses Dewar- Gefäß 48 enthält einen Infrarotdetektor 50 mit einer linearen Vokalebene, der eine lineare Matrixanordnung einer Anzahl von kleinen Infrarotdetektorelementen umfaßt, die in Fig. 1 gemeinsam mit der Vertikallinie 50' auf dem Detektor angedeutet sind. Jedes der Detektorelemente 50' des Detektors 50 liefert jeweils eines einer Vielzahl von elektrischen Signalen, deren jedes den Flux-Pegel des Infrarotlichts anzeigt, das auf das entsprechende Detektorelement fällt. Diese elektrischen Signale werden aus dem Dewar-Gefäß 48 über eine elektrische Schnittstelle (die weiter beschrieben werden soll) geführt, und sind in Fig. 1 mit einer gestrichelten Linie 52 gezeigt.
• Um den Detektor 50 auf eine ausreichend niedere Temperatur zu kühlen, so daß thermisch angeregte Elektronen (aufgrund den Elektronen entgegenwirken, die durch Photonen des auf den Detektor 50 gefallenen Infrarotlichts angeregt werden) keinen unerwünschten hohen elektrischen Rauschpegel verursachen, der das gewünschte photoelektrische Abbildungssignal verdecken würde, umfaßt das Dewar-Gefäß 48 einen mehrstufigen Kühler 54, der nach dem umgekehrten Peltier-Effekt (d. h. thermoelektrisch) arbeitet. Der thermoelektrische Kühler 54 hat eine Kühlseite, auf die der zu kühlende Detektor 50 aufgebracht ist, und umfaßt eine Wärmeseite, die in einem Wärmeübertragungsverhältnis mit einer Wärmesenke steht, die schematisch mit dem Bezugszeichen 56 gekennzeichnet ist. In der physischen Ausführungsform der Abbildungsvorrichtung 10 wird die Wärmesenke 56 durch einen Metallbereich des Gehäuses für die Vorrichtung 10 definiert, wie noch zu sehen ist. Es versteht sich, daß aufgrund der ständigen Änderung der Winkelposition jeder Fläche 32a, 32b, etc. des Abtastspiegels 32 beim Drehen dieses Spiegels in einer horizontalen Ebene der Ort (Szene), der von jeder einzelnen Fläche reflektiert wird, horizontal über das lineare Feld von Detektorelementen 50' streift (d. h. senkrecht zu dem vertikallinearen Feld dieser Detektorelemente). Die Detektorelemente 50' liefern abhängig davon elektrische Signale (über die Schnittstelle 52), die die Lichtflußstärke-Pegel des Infrarotlichts angeben, das auf entsprechende der Vielzahl von Detektorelementen 50' von einem bestimmten Teil des Orts während des Überstreichens eines Ortsbereichs über den Detektor 50 fällt.
• Um eine sichtbare Abbildung zu liefern, die von einem Benutzer der Abbildungsvorrichtung 10 gesehen werden soll, wird ein Projektions-Arraymodul 58 mit einer lichtausstrahlenden Diode (LED) von einem mit einer Öffnung versehenen Flanschbereich 60 des Scannerrahmens 26 getragen. Dieses LED-Projektions- Arraymodul 58 umfaßt ein lineares LED-Array 62, das eine Vielzahl von einzelnen LEDs (in Fig. 1 nicht sichtbar, aber mit dem Bezugszeichen 62' mit Pfeil dargestellt) umfaßt, wobei jede LED individuell bei der Zufuhr von Energie sichtbares Licht ausstrahlt. Die LEDs 62' des Arrays 62 sind längs einer vertikalen Linie linear ähnlich der linearen Anordnung der Detektorelemente 50 des Detektors 50 gruppiert. Die LEDs 62' stellen jeweils Bereiche einer sichtbaren Abbildung dar, wie sich noch ergeben wird. Licht von den LEDs 62' wird gebündelt und von einer Projektionslinsengruppe, die allgemein mit dem Bezugszeichen 64 gekennzeichnet ist, auf eine Fläche des Spiegels 32 projiziert, was durch ein mit einem Pfeil versehenes Bezugszeichen 14' gekennzeichnet ist. Die Bezugszeichen 14 und 14' werden bewußt im Hinblick auf das nicht sichtbare Infrarotlicht, das Abbildungsinformationen von einem Ort trägt, bzw. auf das sichtbare Licht verwendet, das den Ort für die Betrachtung durch einen Benutzer der Vorrichtung 10 reproduziert.
• Von diesem Spiegel 32 (d. h. von einer speziellen Fläche 32' dieses Spiegels) wird das sichtbare Licht von den LEDs 62' zu einer Okular-Linsengruppe, die allgemein mit dem Bezugszeichen 66 gekennzeichnet ist, reflektiert. Diese Okular- Linsengruppe 66 umfaßt mehrere individuelle Linsen, die mit entsprechenden Bezugszeichen 66', 66", etc. gekennzeichnet sind. Längs dieser Linsen 66', 66", etc. ist eine Statusanzeigeeinheit 68 in die Okular-Linsengruppe 66 eingebracht. Diese Statusanzeigeeinheit 68 definiert eine Öffnung, durch die die sichtbare Abbildung wahrgenommen wird, und umfaßt mehrere einzelne LEDs, die für den Benutzer der Vorrichtung 10 bei deren Erhellen peripher sichtbar sind. Diese einzelnen LEDs sind mit dem Bezugszeichen 68', 68", etc. gekennzeichnet. Schließlich umfaßt die Abbildungsvorrichtung 10 ein Paar von Okular-Klappen 70. Diese Klappen 70 sind im Grundzustand geschlossen, um zu verhindern, daß Licht aus der Vorrichtung 10 austritt, wenn das Gesicht des Benutzers nicht gegen ein bewegliches Okularteil (das nachfolgend beschrieben wird) gedrückt wird. Wenn der Benutzer gegen das bewegliche Okularteil drückt, öffnen die Verschlüsse 70, um dem Benutzer zu ermöglichen, die Abbildung im sichtbaren Lichtbereich, die durch das LED-Projektionsanzeigemodul und den drehenden Spiegel 32 geliefert wird, zu sehen.
• Betrachtet man nun Fig. 2, ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der thermischen Abbildungsvorrichtung 10 dargestellt. Diese thermische Abbildungsvorrichtung 10 ist in zwei funktionelle modulare Bereiche aufgeteilt, wie durch gestrichelt dargestellte Kästen angedeutet, die verschiedene Komponenten der Vorrichtung umgeben, wobei einige der Module mehrere Untermodule oder Komponenten umfassen. Das Modul 72 kann sowohl mit dem unsichtbaren als auch mit dem sichtbaren Licht umgehen, und umfaßt die Objektiv-Optikgruppe 12, die das nicht sichtbare Infrarotlicht 14 von einem zu betrachtenden Ort empfängt, wobei der Scanner 22 und die Abbildungsoptikgruppe 34 dieses nicht sichtbare Licht auf den Detektor 50 leiten. Dieses Lichtsteuerungsmodul 72 empfängt auch sichtbares Licht von dem LED-Array 62, und umfaßt die Projektions-Linsengruppe 64, die das Licht auf den Scanner 22 projiziert, und die Okular-Linsengruppe 66, die die Abbildung für einen Benutzer der Vorrichtung bereitstellt.
• Ein Erkennungsmodul 74 ist innerhalb des Dewar-Gefäßes 78 vorgesehen, und empfängt das fokusierte nicht sichtbare Infrarotlicht 14 von dem zu betrachtenden Ort. Dieses Modul 74 umfaßt den Detektor 50 zusammen mit einer Auslese-Schaltung 76, die einer Multiplexerschaltung (MUX) 80 mehrere Kanäle für ein elektrisches Abbildungssignal 78 (ein Kanal für jedes Detektorelement des linearen Detektorarrays 50, wenn man sich die vorherige Beschreibung in Erinnerung ruft) liefert. Der MUX 80 stellt einen elektrischen Schnittstellenausgang 52 in Form ei nes seriellen analogen Abbildungssignals zur Verfügung. Das Detektormodul 74 umfaßt auch eine Treiberschaltung 82, die Steuerungsbefehle an die Auslese-Schaltung 76 liefert. Ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher (EEPROM) 84 ist in dem Erkennungsmodul 74 enthalten, um Daten lokal zu speichern und beim Betrieb der Auslese-Schaltung 76 Daten zu liefern, so daß Kompensationsfaktoren lokal für eine Anzahl von Verstärkungs-Steuerungs- und Ungleichmäßigkeits-Kompensationen in Verbindung mit dem Infrarotdetektor 50 geliefert werden. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, haben die unterschiedlichen Schaltungen des Moduls 74 elektrische Verbindung mit anderen Modulen der Vorrichtung 10.
• Die seriellen analogen Abbildungssignale 52, die von dem Modul 74 geliefert werden, werden von einem analogen Signalprozessor (ASP) 86 empfangen, der in einem Verarbeitungs- und Steuerungs- (P&C) Modul 88 vorgesehen ist. Ein verarbeitetes serielles analoges Abbildungssignal 90 wird von dem ASP 86 einem Analog/Digitalwandler (ADC) 92 zugeführt. Ein resultierendes verarbeitetes serielles digitales Abbildungssignal 94 wird, einem Synchronisationsgenerator 96 (Timing-Generator) zugeführt. Dieser Synchronisationsgenerator 96 besitzt eine Verbindung mit der Multiplexerschaltung 80, um die Synchronisation des Betriebs dieser Schaltung zu steuern. Ein Vollbildspeicher 98 ist mit dem Synchronisationsgenerator verbunden, so daß eine Abbildungsinformation, die bezüglich des zu betrachtenden Orts umfassend ist, gespeichert werden kann und dafür geholt werden kann, um eine Verstärkungseinstellung, ein Kontrast und andere Kompensationsfaktoren zur Verwendung oder Verarbeitung der Abbildungssignale, die von dem der Erkennungsmodul 74 erhalten wurden, zu liefern. Der Synchronisationsgenerator 96 liefert auch ein systemweites Synchronisationssteuerungssignal, das mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet ist. Dieses Synchronisationssteuerungssignal wird verwendet, um mehrere andere Merkmale der Abbildungsvorrichtung 10, einschließlich der Steuerung der Drehgeschwindigkeit und Position des Spiegels 32 zu steuern, um eine Zeitkorrelation des Betriebs des Detektors 50, des Spiegels 32 und des LED Arrays 62 zu erreichen.
• Ein serielles digitales Abbildungssignal 102, das kompensiert und zeitkorreliert ist, wird von dem Synchronisationsgenerator 96 einem Anzeigemodul 104 geliefert. Dieses Anzeigemodul 104 umfaßt das LED Projektionsarraymodul 58 zusammen mit einer Treiberschaltung 106 zum Empfang des Signals 102 und zum Ansteuern der einzelnen LEDs 62' in Antwort auf dieses Signal. Ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher (EEPROM) 108 besitzt eine Verbindung mit der Treiberschaltung 106 zum Empfang und Speichern von zukünftig benutzten Werten, die im Betrieb der Vorrichtung 10 verwendet werden sollen. Beispielsweise kann das EEPROM 108 verwendet werden, um Meßlinienabstandsinformationen zu speichern, die es der Vorrichtung 10 ermöglichen, sie zum Abschätzen von Abständen von Personen oder Fahrzeugen bekannter Größe zu verwenden. Um einen Benutzer der Abbildungsvorrichtung 10 mit zusätzlichen hilfreichen Abbildungsinformationen zu versorgen, wie beispielsweise beabstandete Größenvergleichslinien für Menschen und unterschiedliche Fahrzeugtypen, so daß Entfernungen geschätzt werden können, oder einem Fadenkreuz unterschiedlicher Art und Größen in Übereinstimmung mit der Entfernung eines zu betrachtenden Objekts und der Benutzung der Vorrichtung 10 zu einem bestimmten Zeitpunkt, umfaßt das Anzeigemodul 102 auch einen weiteren elektrisch löschbaren programmierbaren Nurlesespeicher (EEPROM) 110 zum Speichern solcher Abbildungsinformationen. Diese Abbildungsinformation, wenn sie von dem Benutzer der Vorrichtung 10 ausgewählt wird, wird einer Symbolgeneratorschaltung 112 zugeführt, die daraufhin ein Symbolsignal 114 dem LED Array 62 zuführt. Das Array 62 umfaßt getrennte lichtausstrahlende Dioden (LEDs) zum Empfang der Signale 114.
• Um die Beschreibung der Abbildungsvorrichtung 110 wie in Fig. 2 dargestellt, zu vervollständigen, sollte angemerkt werden, daß die Vorrichtung 10 ein Eingangs/Ausgangs (I/O) Modul 116 umfaßt. Dieses I/O-Modul 116 ermöglicht es einem Benutzer der Vorrichtung 10, Befehle über einen Satz von von außen erreichbaren Steuerelementen 118, beispielsweise ein Satz von Momentkontakt-Druckknopfschaltern, einzugeben, die von außerhalb des Gehäuses der Vorrichtung 10 bedienbar sind. Die Steuerelemente 118 haben eine Verbindung mit einem Mikroprozessor 118, der Teil eines verteilten Steuerungssystems ist, das auch einen weiteren Mikroprozessor 122 in dem P&C-Modul 188 umfaßt. Die Mikroprozessoren 120 und 122 besitzen eine Verbindung zu den EEPROMs 184, 108 und 110 zusammen mit den Schaltungen, die von den Daten und Befehlen bedient werden, die in diesen EEPROMs gespeichert sind. Der Mikroprozessor 120 besitzt einen von außen zugänglichen Datenschnittstellenanschluß 120', so daß sämtliche Daten und Programme, die in den Mikroprozessoren 120, 122, den mit den Mikroprozessoren verbundenen EEPROMs und den versorgten Schaltungen gespeichert sind, durch Zugriff auf diesen Anschluß 120' eingebracht und verändert werden können. Schließlich ist noch zu sehen, daß das P&C-Modul 88 ein Energieeingangssignal in das System von einer Energiequelle liefert, beispielsweise von einem Batteriepaket 124. Ein Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 126 (DC/DC-Wandler) liefert Energie an verschiedene Module und Komponenten der Vorrichtung 10 mit passenden Spannungs- und Strompegeln. Eine der von dem Wandler 126 mit Energie versorgten Schaltungen ist ein Controller 128 für den thermoelektrischen Kühler 54.
• Wendet man sich nun den Fig. 3a und 3b zu, ist eine physische Verkörperung der Abbildungsvorrichtung 10 in einer Außenansicht bzw. in einer perspektivischen Explosionsdarstellung gezeigt. Die Abbildungsvorrichtung 10 umfaßt ein zweistückiges Gehäuse 130 mit Kammer. Dieses Gehäuse umfaßt zwei Teile 130a und 130b, die abdichtend zusammenwirken (über eine dazwischen liegendes Abdichtungselement 132), um die Kammer 20 innerhalb dieses Gehäuses zu begrenzen. Das Teil 130a des Gehäuses 130 wird aus einem nicht magnetischen Gußmetall (beispielsweise Aluminium) hergestellt, weist etwa eine L-Form in einem Querschnitt auf und stellt einen unteren Wandbereich 134, einen Seitenwandbereich 136 und einander gegenüber liegende Vorder-(138), und Rück-(140) Wandbereiche mit Öffnungen vor. Dieses Gehäuseteil 130a liefert eine Wärmesenke für den thermoelektrischen Kühler 54 und eine Basis (d. h. in Wirklichkeit eine optische Bank), auf der die optischen und anderen Komponenten der Vorrichtung 10 angebracht sind, wie zu erkennen ist.
• Der Vorderwandbereich 138 des Gehäuseteils 130a definiert einen einspringenden Bereich 142, der eine etwas konische Vertiefung (in den Figuren nicht sichtbar) nach vorne definiert, und der an seinem hinteren Ende das Fenster 16 in der Öffnung 144 dieser Wand trägt. Die Objektiv-Optikgruppe 12 wird an dieser Vorderwand 138 von einem Gehäuse 146 getragen, das an seinem hinteren Ende einen konischen Bereich 148 aufweist, der in die vordere Vertiefung des Gehäuseteils 130a aufgenommen wird.
• Das Gehäuse 146 kommt in wieder lösbaren Eingriff mit dem Gehäuseteil 130, um die Objektiv-Optikgruppe 12 in deren richtiger Lage zu verbinden, und ist auch wieder entfernbar, so daß die Optik unterschiedlicher Leistung an den Sensorbereich 18 angepaßt werden kann. An der Öffnung 150 des Rückwandbereichs 140 ist die Okular-Linsengruppe 66 abgedichtet in einem Gehäusebereich 152 getragen.
• Innerhalb der Kammer 20 des Gehäuses 130 ist der Scanner 24 an der unteren Wand 134 über ein Schraubentrio 154 festgelegt, wobei jede Schraube ein entsprechendes vertikal sich erstreckendes Loch durchgreift, das in der Mitte eines jeden der drei Beine 28 des Scannerrahmens 24 vorgesehen ist. Diese Schrauben werden in entsprechende Bohrungen mit Gewinde eingebracht, die in der unteren Wand 134 definiert sind. Eingefangen zwischen den unteren Enden der Beine des Scannerrahmens 24 und der unteren Wand 134 des Gehäuses 130 liegt eine Elektronikanordnung 156. Diese Elektronikanordnung 156 umfaßt eine Schaltungsplatine und viele diskrete und integrierte Schaltungsvorrichtungen einschließlich eines Mikrocontrollers 122, die zur Ausführung der Funktionen, die mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben wurden, notwendig sind. Auf dem unteren Gehäuseteil 130a ist auch zusätzlich zu den bereits identifizierten Komponenten und Modulen, die in Fig. 3b mit den zuvor eingeführten Bezugszeichen gekennzeichnet sind, eine Elektronikleitungsanordnung 158. Diese Leitung trägt einen von außen zugreifbaren Datenschnittstellenanschluß 120', dessen Verbinder sich abgedichtet durch ein Loch erstreckt, das in dem Gehäusebereich 130b vorgesehen ist, wie dies in der gezeichneten Figur zu sehen ist.
• Ein Steuerungselektronikmodul 160 mit seiner eigenen Leitungsanordnung ist ebenfalls in dem Gehäuse 130 angebracht und sieht Steuerungseingangs-Momentankontaktschalter 118 und einen Mikrocontroller 120 vor, der im Hinblick auf Fig. 2 angegeben ist. Schließlich ist ein magnetischer Reed-Schalter und eine Leitungsanordnung 162 in dem Gehäuse 130 aufgenommen und umgibt den einspringenden Bereich 142 der Vorderwand 138. Diese Leitungsanordnung mit ihren vielen magnetisch ansprechenden Reed- Schaltern spricht auch auf einen oder mehrere Magnete an, die an entsprechenden Orten von verschiedenen der Objektivoptikgruppen getragen werden, die mit dem Basissensor 18 verwendet werden können. Diese Magnete sind an besonderen Orten (d. h. in einem Positionscode) auf jedem Objektivlinsensatz angeordnet, um einem Benutzer sowohl unterschiedliche Vergrößerungsniveaus eines entfernten Orts oder unterschiedliche Symbole entsprechend der besonderen Nutzung, für die der Objektivlinsensatzan den Sensor angepaßt ist, bereitzustellen. Wenn der Basissensor auf den Einbau einer bestimmten Linsengruppe reagiert, wird der Benutzer mit Symbolen und anderen internen Einstellungen der Arbeitsweise des Sensors 18 automatisch versorgt. Die Reed- Schalter sind in der Lage, die bestimmten Orte der Magnete auf den Linsengruppen (damit wird die bestimmte Linsengruppe identifiziert) durch den nicht magnetischen Vorderwandbereich 138 des Gehäuses 130 zu detektieren. Somit ist kein physisches Eingangssignal von einem Bediener notwendig, um eine bestimmte Linsengruppe dem Sensor 18 bekannt zu geben, und die Kammer 20 bleibt versiegelt.
• Betrachtet man nun den Gehäusebereich 130b ist ersichtlich, daß dieser Gehäusebereich eine Batterieaufnahmevertiefung 164 an einem hinteren Bereich des Gehäuses 30 definiert. Diese Vertiefung öffnet sich bezüglich des Gehäuseteils 130b sowohl nach oben als auch nach hinten. Eine Batterie 124 wird in der Vertiefung 164 aufgenommen und wird in dieser Vertiefung durch ein scharnierend angebrachtes Türelement 166 mit einem dazwischen liegenden Abdichtelement 168 dichtend abgedeckt. Die Tür 166 ist etwas L-förmig in der Seitenansicht und ist scharnierend an dem Gehäuseteil 130b benachbart zu deren hinterer Kante angebracht. Ein Sperrelement 170 wird von der Tür 166 benachbart zu dessen vorderem Ende getragen und ist in lösbarem Eingriff mit einem Vertiefungsmerkmal dieses Gehäuseteils, um die Tür 166 in ihrer geschlossenen Position zu halten, wie in Fig. 3a zu sehen ist.
Multifunktionaler analoger Signalverarbeitungschip
• Wendet man sich nun Fig. 4 zu, ist der ASP 86 durch ein Blockdiagramm dargestellt, das die Schaltungsabschnitte und Funktionen darstellt, die auf einem einzigen Halbleitersubstrat des ASP IC 86 zu finden sind. Die Grenze dieses Substrats ist mit dem gepfeilten Bezugszeichen 86 gekennzeichnet, so daß das Bezugszeichen 86 in Fig. 4 dazu dient, sowohl das IC als auch dessen Substrat zu kennzeichnen. Der ASP 86 ist als einzelne integrierte Schaltung (IC) konfiguriert, die die seriellen analogen Abbildungseingangssignale 52 von dem MOX 80 des Moduls 74 empfängt und die verarbeiteten seriellen analogen Abbildungssignale 90 dem ADC 92 liefert. Allgemein umfaßt der ASP IC 86 Schaltungen zur Kompensation des seriellen analogen Abbildungssignals 52, um elektrische Antworten der verschiedenen Detektoren 50 (d. h. Liefern eines ansprechempfindlichkeitskorrigierten Signals) zu variieren, umfaßt Schaltungen zur Anwendung eines globalen Verstärkungsfaktors bei dem ansprechempfindlichkeits korrigierten seriellen analogen Signal (d. h. Vorsehen eines verstärkungskorrigierten Signals) und Schaltungen zum Puffern des verstärkungskorrigierten Abbildungssignals mit Bezug auf eine Spannungsreferenz, um das Signal 90 dem ADC 92 zuzuführen. Als Ergebnis empfängt der ADC 92 die verarbeiteten seriellen analogen Videosignale 90 im Durchschnitt an einem mittleren Punkt oder einem mittleren Punkt oder einem Pegel mittleren Umfangs als ein Eingangssignal für das dieses ADC 92. Zusätzlich umfaßt der ASP IC 86 eine Spannungsreferenzquelle, die Referenzspannungspegel liefert, die sowohl innerhalb des ASP IC 86 als auch außerhalb dieses Chips in anderen Teilen der Vorrichtung 10 verwendet wird. Das ASP IC 86 umfaßt ebenfalls eine serielle digitale Schnittstelle, die nachfolgend zusammen mit einer Beschreibung der Spannungsreferenzquelle umfassend beschrieben wird.
• Insbesondere wird die Ansprechempfindlichkeitssteuerung 200 des ASP IC 86 verwendet, um die verschiedenen Pegel des analogen Signals zu kompensieren, das als Signal 52 für unterschiedliche Detektoren 50 erhalten wurde, wenn diese Detektoren als thermische Standardquelle beachtet werden. Dies ist eine Kalibrierungskompensation. Mit anderen Worten heißt das, daß in jeder Gruppe der einzelnen Detektoren 50 (global betrachtet, nicht auf dem Niveau eines einzelnen Detektorelements 50') diese Detektoren im Hinblick auf Ansprechverhalten auf Infrarotstrahlung leicht voneinander abweichen werden. Wenn verschiedene dieser Detektoren 50 eine thermische Standardquelle sehen, wird ein unterschiedlicher und individueller Signalpegel von jedem Detektor 50 erhalten. Um diesen Unterschied der einzelnen Detektoren 50 zu kompensieren, wird jeder Detektor als Teil seines Herstellungsprozesses getestet, wobei eine thermische Standardquelle gesehen wird. Die Antwort auf diesen Detektor wird bemerkt und ein Kalibrierungsfaktor wird berechnet. Dieser Kalibrierungsfaktor wird in dem EEPROM Speicher innerhalb der Vorrichtung 10 (d. h. im EEPROM 108 oder 110, wenn man sich beispielsweise die Fig. 2 in Erinnerung ruft) gespeichert, so daß der Kalibrierungsfaktor als ein Kompensations- oder Skalierungsfaktor dem Ausgang des entsprechenden Detektors 50 zugeführt werden kann. Der Mikroprozessor 122 erhält diesen Kalibrierungsfaktor und führt der Ansprechempfindlichkeitssteuerung 200 einen Befehl über eine Verbindung 210 zu. Als Ergebnis werden die seriellen analogen Videosignale 52 durch die Ansprechempfindlichkeitssteuerung 200 skaliert entsprechend dem Kalibrierungsfaktor des besonderen Detektors 50 in der Vorrichtung 10, so daß ein im wesentlichen standardisierter (normierter) Signalpegel (d. h. daß ansprechempfindlichkeitskorrigierte Signal, das mit einem Pfeil 201 gekennzeichnet ist), für einen bestimmten Pegel einer thermischen Helligkeit eines betrachteten Orts von jeder der Vorrichtungen 10 erhalten wird.
• Als nächstes wird eine Verstärkungskompensation von der Verstärkungssteuerung 202 angewendet. D. h., daß ein globaler Verstärkungsfaktor auf alle ansprechempfindlichkeitskorrigierten seriellen analogen Videosignale (Signal 201) angewendet wird, um ein verstärkungskompensiertes serielles analoges Videosignal (Signal 203) bereitzustellen. Wie zuvor allgemein erläutert wurde, wird der Verstärkungskompensationsfaktor über die Verbindung 209 vom Mikroprozessor 122 zu der Verstärkungskompensationssteuerung 202 über eine dazwischen liegende serielle digitale Schnittstelle 208 geliefert. Diese Schnittstelle weist eine Verbindung mit dem Synchronisationsgenerator 96 auf, so daß der Verstärkungsfaktor, der ständig von dem Mikroprozes sor 122 im Hinblick auf den thermischen Inhalt des betrachteten Orts aktualisiert wird, von Vollbild zu Vollbild und nicht innerhalb eines der Vollbilder verändert wird. Diese Verstärkungskompensationssteuerung 202 ist eigentlich ein analoger Verstärker mit variabler Verstärkung, der einen Verstärkungsfaktor (entsprechend dem über die Verbindung 209 und die Schnittstelle 208 von einem Mikroprozessor 122 empfangenen Befehl) auf das ansprechempfindlichkeitskorrigierte serielle analoge Videosignal 201 anwendet. Somit wird ein verstärkungskorrigiertes serielles analoges Videosignal geliefert, wie dies durch den Pfeil 203 angegeben ist.
• Ein Analog/Digital (A/D) Puffer 204 empfängt die verstärkungskorrigierten Signale 203 von der Verstärkungssteuerungsschaltung 202 und stellt dieses analoge Signal in Beziehung zu einer Spannungsreferenz, die von der Referenzspannungsschaltung 212 geliefert wird. Diese Referenzspannungsschaltung 212 erzeugt eine interne Stromreferenz und Spannungsreferenzen, die durch Ausgangsschnittstellen 213 dargestellt sind. Die Referenzspannungsschaltung 212 verwendet eine externe Präzisionsreferenz, die in Fig. 4 mit dem Pfeil 126' dargestellt ist. Diese externe Spannungsreferenz kann beispielsweise von einem Energieversorgungs-Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 126 und der Batterie 124 von Fig. 2 bereitgestellt werden. Vorzugsweise beträgt diese externe Referenz 5 Volt. Insbesondere erzeugt die Referenzspannungsschaltung 212 des ASP ICs 86 drei Präzisionsspannungsreferenzen zur Verwendung durch die Detektoranordnung 50 (wie in Fig. 2 durch eine strichpunktierte Verbindung dargestellt) und den A/D-Wandler 92 (ebenfalls durch ein strichpunktierte Verbindung dargestellt), und erzeugt ferner eine Präzisionsstromreferenz zur Verwendung durch die Detektoranordnung S0. Diese externe Benutzung der Referenzspannungen und der Strompegel, die von dem Referenzspannungsgenerator 212 geliefert werden, sind in Fig. 4 durch den einzelnen Pfeil 213 dargestellt, der den ASP IC 86 verläßt. Eine Präzisionsspannungsreferenz wird beispielsweise für die Widerstandskette des A/D- Wandlers 92 benötigt.
• Wie durch die Verbindung 213 zwischen der Referenzspannungsquelle 212 und dem Puffer 204 gezeigt ist, liefert diese Referenzspannungsquelle 212 ebenfalls Referenzspannungspegel zur Benutzung innerhalb des ASP IC 86. Andere dieser verschiedenen inneren (bezüglich des ASP IC 86) Benutzungen der Referenzen, die von der Referenzspannungsquelle 212 geliefert werden, sind allgemein durch die vielen Pfeile 213 gekennzeichnet, die die Quelle 212 innerhalb des ASP IC 86 verlassen. Ebenfalls innerhalb des ASP IC 86 ist eine Verstärkungserkennungsschaltung 206, die mit dem AID-Puffer 204 gekoppelt ist, um die Pegel der Ausgangssignale 90 zu erfassen und um Verstärkungssteuerungsausgangssignale 207, 207' zu erzeugen, die ein digitales Ausgangssignal und ein analoges Ausgangssignal umfassen. Diese Ausgangssignale 207 werden dem Mikrocontroller 122 des Moduls 88 zugeführt, und werden nachfolgend weiter erläutert.
• Bei der Herstellung eines einzigen multifunktionalen integrierten Schaltungschips werden die Anforderungen an zugeordnete externe Schaltungen und für Schaltungsverbindungen minimiert. Somit verringert dieser einzelne ASP IC die Gesamtgröße der erforderlichen Schaltung, und die Anzahl der erforderlichen Teile für die thermische Abbildungsvorrichtung 10, was wiederum zu geringeren Kosten bei der Herstellung und dem Zusammenbau der thermischen Abbildungsvorrichtung; 10 sowie zu einer verbes serten Packungseffizienz und Haltbarkeit dieser thermischen Abbildungsvorrichtung führt.
• Die seriellen analogen Videosignale 52 werden dem ASP IC 86 mit einer nominellen Pixelrate zugeführt, die von dem Synchronisationsgenerator erzeugt wird, vorzugsweise etwa 5 MHz. Allgemein gesprochen umfaßt jede Zeile der seriellen analogen Signale 52 512 Pixel, die den Ausgang eines Detektorelements 50' einer Abtastung des Zielraums entlang dieses Detektorelements darstellen. Da es 40 Detektorelemente gibt, umfaßt jedes Halbbild (von einer einzigen Abtastung des Zielraums) 40 solcher Abbildungsdaten-Zeilen. Indem die Halbbilder, jedes mit 40 Zeilen von Abbildungsdaten, verschachtelt wird, wird ein Abbildungsvollbild von 160 Zeilen (von 512 Pixeln pro Zeile) von Abbildungsinformationen geliefert. Wenn der Synchronisationsgenerator 96 die Pixel des Eingangssignals 52 dem ASP IC 86 zuführt, korrigiert die Ansprechempfindlichkeitssteuerungsschaltung 2000 die Ansprechempfindlichkeit des Detektors 50. Der Verstärkungserfassungsblock 206 mißt die Signalamplitude aus dem A/D-Pufferblock (d. h. Signal 90). Die Signalamplitude wird in diesem Beispiel als absoluter Wert der Differenz zwischen dem Signal 90 und dem Wert mittlerer Skalierung für ein Signal in den Analog/Digital-Puffer 204 definiert. Der Verstärkungserfassungsblock 206 wird angeschnitten, so daß nur ein Bereich (gewöhnlich der mittlere Teil der Abbildung) eines Abbildungs- Vollbildes von Daten verwendet wird. Der Verstärkungserfassungsblock 206 besitzt zwei Ausgänge, einen digitalen Zähler, der Pixel mittlerer Amplitude (Signal 207 mit mittlerem Wert), und einen analogen Tiefpaß der Signalamplitude (Signal 207'). Dieses Signal 207' ist ein Durchschnittswert-Signal. Der Mikrocontroller 122 empfängt diese beiden Signale 207 und 207' und gibt abhängig davon das globale Verstärkungssteuerungssignal 209 an den ASP IC 86 zurück. Als Ergebnis erreicht der Spannungspegel des analogen Ausgangssignals 90 das Produkt der Spannung des Eingangssignals 52, der Ansprechempfindlichkeitsverstärkungssteuerung und der globalen Verstärkungssteuerung, so daß diese Übertragungsfunktion lautet:
• Vout = KRC * KGAIN * Vin
• (wobei: KRC die Ansprechempfindlichkeits-Verstärkungs- Steuerung
• KGAIN die globale Verstärkungssteuerung
• Vin das Eingangssignal ist).
• Wie zuvor erwähnt, ist ein bevorzugtes Kriterium jenes, daß das Signal 90, das von dem Puffer 204 an den A/D-Wandler 92 geliefert wird, ein Durchschnitt bezüglich des Pegels mittlerer Skalierung für ein Eingangssignal des Umwandlers 22 ist. Die globale Verstärkungsberechnung, die zuvor beschrieben wurde, hat die Wirkung, das der Durchschnitt und die mittleren Werte des betrachteten Orts als thermische Referenz für die thermische Abbildungsvorrichtung 10 verwendet werden. Die Vorrichtung 10 stellt sich automatisch auf die unterschiedlichen Temperaturen der Ziele in den betrachteten Orten ein, so daß die Signalamplitude zu dem A/D Wandler 92 im Durchschnitt in einem ausgewählten Bereich gehalten wird. Ferner wird ein heißes Objekt in dem betrachteten Ort nicht zu einer Verstärkung führen, die auf einen Pegel reduziert ist, der zu einer Verdunkelung des Ortes außerhalb des heißen Objekts führen würde, da die Verstärkungssteuerung auch den mittleren Wert der Abbildungsinformation berücksichtigt, die von dem Detektor 50 empfangen wird. Dies führt dazu, daß keine Einstellung der Vorrichtung 10 notwendig ist, wenn die Vorrichtung 10 zur Betrachtung eines Orts in einer relativ kühlen Umgebung beispielsweise auf dem Ozean verwendet wird, oder für einen Ort in einer relativ warmen Umgebung beispielsweise in einem Wald nach einem heißen Tag. Falls die Vorrichtung zur Betrachtung eines Orts mit einer lokalen Quelle hoher Emission, beispielsweise ein Feuer, verwendet wird, wird die Verstärkungssteuerung die relativ kühlen Bereiche des Orts sichtbar erhalten anstelle einer Abdunklung bis zur Undeutlichkeit.
• Zusammenfassend ist die thermische Abbildungsvorrichtung 10 unter anderem kompakter, effizienter und kostengünstiger, da der ASP IC Chip 86 mehrere Funktionen auf einem einzigen IC- Chip besitzt einschließlich einer Ansprechempfindlichkeitssteuerung, einer globalen Verstärkungssteuerung, einer Verstärkungserkennung, einer Ausgangssignalpufferung und einer Referenzerzeugung.
• Während die vorliegende Erfindung dargestellt und beschrieben und durch Bezugnahme auf ein besonderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung definiert wurde, impliziert eine solche Bezugnahme keine Beschränkung der Erfindung, und eine Beschränkung läßt sich daraus nicht ableiten. Die Erfindung erlaubt beträchtliche Modifikationen, Änderungen und Äquivalente in Form und Funktion, wie dies dem Durchschnittsfachmann klar werden wird. Das dargestellte und beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist rein exemplarisch und im Hinblick auf den Umfang der Erfindung nicht erschöpfend.
• Demgemäß ist die Erfindung nur durch den Umfang der angehängten Ansprüche begrenzt, die die gesamte Kenntnis von Äquivalenten unter allen Gesichtspunkten geben.

Claims (10)

1. Thermische Abbildungsvorrichtung (10) zum Empfang thermischer Infrarotstrahlung von einem Ort und in Antwort darauf Bereitstellen einer Abbildung im sichtbaren Lichtbereich, die den Ort wiedergibt, wobei die thermische Abbildungsvorrichtung (10) einen Detektor (50) umfaßt, der eine matrixförmige Vielzahl von Infrarotdetektorelementen (50') aufweist, die auf Infrarotstrahlung ansprechen, wobei jedes dieser Vielzahl von Detektorelementen (50') eines einer entsprechenden Vielzahl von individuellen elektrischen Signalen (78) liefert, deren jedes die einfallende thermische Infrarotstrahlung angibt, wobei eine Multiplexerschaltung (80) die entsprechende Vielzahl von individuellen elektrischen Signalen (78) empfängt und in Abhängigkeit davon ein serielles analoges Abbildungssignal (52) liefert, wobei die thermische Abbildungsvorrichtung (10) gekennzeichnet ist durch:

eine analoge integrierte Signalverarbeitungs(ASP)-Schaltung (IC) (86) zum Empfang des seriellen analogen Abbildungssignals (52) und zum Bereitstellen eines verarbeiteten seriellen analogen Abbildungssignals (90), wobei das ASP IC (86) umfaßt:

eine Ansprechempfindlichkeitssteuerungsschaltung (200), die das serielle analoge Abbildungssignal (52) empfängt und einen Ansprechempfindlichkeitsmultiplikator anwendet, um ein ansprechempfindlichkeits-korrigiertes serielles analoges Abbildungssignal (201) bereitzustellen;

eine Verstärkungssteuerungsschaltung (202), die das ansprechempfindlichkeitskorrigierte serielle analoge Abbildungssignal (201) empfängt und ein Verstärkungssteuerungssignal (209) empfängt, und die das ansprechempfind lichkeitskorrigierte serielle analoge Abbildungssignal (201) mit dem Verstärkungssteuerungssignal (209) multipliziert, um ein verstärkungskorrigiertes serielles analoges Abbildungssignal (203) zu liefern.

2. Thermische Abbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das ASP IC (86) des weiteren eine Verstärkungserfassungsschaltung (206) zum Bereitstellen eines Durchschnittswerts des verstärkungskorrigierten seriellen analogen Signals (203) umfaßt.

3. Thermische Abbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, die des weiteren einen Mikrocontroller (122) zum Empfang des Durchschnittswerts des verstärkungskorrigierten seriellen analogen Signals (203) und in Antwort darauf zum Bereitstellen eines Verstärkungssteuerungssignals (209) für die Verstärkungssteuerungsschaltung (202) umfaßt.

4. Thermische Abbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei das ASP IC (86) ferner eine serielle digitale Schnittstelle (208) umfaßt, die eine Digital/Analog-Umwandlungsschaltung aufweist und die das Verstärkungssteuerungssignal (209) in digitalem Format von dem Mikrocontroller (122) empfängt, wobei die serielle digitale Schnittstelle (208) ein zugehörendes analoges Verstärkungssteuerungssignal der Verstärkungssteuerungsschaltung (202) liefert.

5. Thermische Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das ASP IC (86) ferner eine Pufferschaltung (204) zum Empfang des verstärkungskorrigierten seriellen analogen Signals (203) von der Verstärkungssteuerungsschaltung (202) umfaßt, wo bei die Pufferschaltung (204) ein spannungsreferenziertes serielles analoges Ausgangsabbildungssignal (90) liefert.

6. Thermische Abbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das ASP IC (86) ferner eine Referenzspannungsschaltung (212) zur Erzeugung präziser Spannungsreferenzen (213) umfaßt, wobei die Referenzspannungsschaltung (212) eine Verbindung zu einer externen Spannungsquelle vorsieht, und wobei die Referenzspannungsschaltung (212) diese Präzisions- Spannungsreferenzen (213) einer Pufferschaltung (204) liefert.

7. Thermische Abbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Referenzspannungsschaltung (212) ferner Schaltungselemente zum Erzeugen von Präzisions-Stromreferenzen umfaßt.

8. Thermische Abbildungsvorrichtung (10) zum Bereitstellen einer Abbildung im sichtbaren Lichtbereich, die einen betrachteten Ort wiedergibt, wobei die thermische Abbildungsvorrichtung ein Detektorfeld (50) mit einer Vielzahl von Infrarotdetektorelementen (50') umfaßt, die auf Infrarotstrahlung ansprechen, wobei jedes dieser Vielzahl von Detektorelementen (50') ein zugehörendes individuelles elektrisches Signal liefert, das die auf dieses auftreffende thermische Infrarotstrahlung angibt, wobei die thermische Abbildungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch:

eine Multiplexerschaltung (80) zum Empfang der elektrischen Signale und zum Bereitstellen eines seriellen analogen Signals (52), das den elektrischen Signalen entspricht und eine Vielzahl von Pixelwerten umfaßt,

einen Mikrocontroller (122) zum Erzeugen digitaler Steuerungssignale, einen Analog/Digital(A/D)-Wandler (92) zum Liefern serieller digitaler Abbildungssignale,

einen Synchronisationsgenerator (96) zum Liefern von Synchronisationssignalen an zumindest den Mikrocontroller (122),

einen analogen integrierten Signalprozessor (ASP)-Schaltungschip (IC) mit einem einzelnen Halbleitersubstrat (86), wobei das ASP IC (86) die seriellen analogen Signale (52) von der Multiplexerschaltung (80) empfängt und verarbeitete serielle analoge Signale (90) dem A/D-Wandler (92) liefert, wobei das ASP IC (86) umfaßt:

eine Ansprechempfindlichkeitssteuerungsschaltung (200), die die seriellen analogen Signale (52) empfängt, um die Ansprechempfindlichkeit jedes der Vielzahl von Pixeln (50) der seriellen analogen Signale (52) zu korrigieren, wobei die Ansprechempfindlichkeitssteuerungsschaltung (200) eine Digital/Analog-Wandlerschaltung zum Empfang eines digitalen Ansprechempfindlichkeitssteuerungssignals (210) von dem Mikrocontroller (122) umfaßt, wobei die Ansprechempfindlichkeitssteuerungsschaltung (200) die seriellen analogen Signale (52) mit dem Ansprechempfindlichkeitssteuerungssignal (210) multipliziert, um ansprechempfindlichkeitskorrigierte serielle Analogsignale (201) bereitzustellen;

eine Verstärkungssteuerungsschaltung (202), die die seriellen analogen Signale (201) von der Ansprechempfindlichkeitssteuerungsschaltung (200) zur Korrektur der Verstärkung der seriellen analogen Signale (201) empfängt;

einer Verstärkungserfassungsschaltung (206) zur Erfassung der Verstärkung der verarbeiteten seriellen analogen Signale (90), wobei die Verstärkungserfassungsschal tung (206) verstärkungserfaßte Ausgangssignale (207, 207') erzeugt, die die Größe der verarbeiteten seriellen analogen Signale (90) an den Mikrocontroller (22) darstellt, wobei der Mikrocontroller (122) Verstärkungssteuerungssignale (209) in Antwort auf die verstärkungserfaßten Ausgangssignale (207, 207') erzeugt;

und die Vorrichtung ferner umfaßt: eine serielle digitale Schnittstelle (208), die eine Digital/Analog- Wandlerschaltung zum Empfang eines digitalen Verstärkungssteuerungssignals (209) von dem Mikrocontroller (121) und eines Synchronisationssignals (100) von dem Synchronisationsgenerator (96) umfaßt, wobei die Schnittstelle (208) die Verstärkungssteuerungsschaltung (202) mit dem Verstärkungssteuerungssignal (209) versorgt, wobei die Verstärkungssteuerungsschaltung (202) die ansprechempfindlichkeitskorrigierten seriellen analogen Signale (201) mit dem Verstärkungssteuerungssignal (209) multipliziert, um verstärkungskorrigierte serielle analoge Signale (203) zu liefern.

9. Thermische Abbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei das ASP IC-Chip (86) ferner eine Spannungspufferschaltung (204) umfaßt, um die seriellen analogen Signale (203) von der Verstärkungssteuerungsschaltung (202) zu empfangen.

10. Thermische Abbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei das ASP IC-Chip (86) ferner eine Referenzschaltung (212) zum Erzeugen von Präzisions-Spannungs- und -Stromreferenzen (213), die sich auf eine externe Spannungsquelle beziehen, umfaßt; und wobei die Referenzschaltung (212) dem Detektorfeld (50) eine Spannungsreferenz (213) und eine Stromreferenz (213) liefert.