NL8101907A

NL8101907A - Optisch elektronische inrichting in een ir-beeld- en volgapparaat.

Info

Publication number: NL8101907A
Application number: NL8101907A
Authority: NL
Original assignee: Elektro Optik Gmbh & Co Kg
Priority date: 1979-10-18
Filing date: 1981-04-16
Publication date: 1982-11-16
Also published as: GB2096427B; NL188423C; DE2942181A1; FR2504340A1; GB2096427A; DE2942181C2; FR2504340B1

Description

-1- VO 1773

Optisch elektronische inrichting in een IH-beeld- en volgapparaat /

Een IR-beeld- en volgapparaat is -welbekend en wordt toegepast bij de warmte-uitstraling van een object, waarbij de eerste plaats een zichtbaar beeld van een gegeven beeldveld wordt opgewekt, en wordt 5 in de tweede plaats in dit beeld een bepaald beeldpunt in de vorm van de uitstootvlak van een raket (hot spot) geregistreerd ten einde dit te volgen.

Het hierboven weergegevene bevat evenwel tegengestelde eisen.

Bij het opwekken van het zichtbare beeld is voornamelijk een grote 10 geometrische oplossing vereist, en daarbij de weergave vele beeld- details vereist zijn, komt het bij de. registratie van de hot spot en. het volgen in hoofdzaak op een grote thermische oplossing aan. Vele beeld-details zijn echter nadelig, daar zij de waarnemer in verwarring kan brengen.

15 Het doel van de uitvinding is derhalve te voorzien in een apparaat, dat zowel een goede geometrische, alsook een goede thermische oplossing bezit, en waarbij het bovendien mogelijk is een uitspraak te doen over de absolute temperatuur van het waar te nemen object.

Het doel wordt bereikt, doordat volgens de uitvinding de inrichting 20 bestaat uit ten minste twee IR-optische kanalen, waarvan de beeld-aftastende optische bouwelementen synchroon en in fase met elkaar zijn verbonden en waarvan de signalen van de afzonderlijke kanalen elektronisch zodanig met elkaar gekoppeld zijn, dat enerzijds een-signaal voor de beeldopwekking en anderzijds een signaal voor het volgen resp. andere 25 doeleinden opgewekt kan worden, waarbij bovendien op grond van de verschillende stralingsdichtheden bij verschillende objecttemperaturen een kwantitatieve uitspraak mogelijk is omtrent deze temperatuur.

Met deze inrichting is het naar keuze mogelijk, hetzij op beeldopwekking over te schakelen en het geleverde zichtbare beeld te be-30 schouwen, hetzij op de registratie van de hot spot en op het volgen en zodoende, bij het onderdrukken van de onnodige beelddetails, de hot spot te volgen, waarbij een extra mogelijkheid aanwezig is de absolute temperatuur van bij voorbeeld de hot spot te bepalen.

Uit het Duitse octrooischrift 1.289.092 is een inrichting bekend, 81 01907 -2- 4 Λ·" ^ I 5 waarbij een object op fotolagen van verschillende spectrale gevoeligheid wordt afgebeeld. Deze inrichting heeft evenwel een heel andere doelstelling. Hier heeft de. afbeelding van. verschillende spectraalbereiken uitsluitend de functie, de stralen uit de afzonderlijke bereiken steeds naar die fotolaag te leiden, die speciaal voor dit bereik bijzonder gevoelig is,, teneinde op deze wijze de beste verwerking van de stralen uit alle afzonderlijke bereiken tot een zo goed mogelijk. beeld van het object samen te stellen..

In tegenstelling hiermee werkt de inrichting volgens de uitvin-. ^ ding in het IR-bereik met. de eigen straling van het object en heeft niet alleen tot doel een zo goed mogelijk beeld, van het object te leveren, maar heeft daarentegen ook tot doel, bij het volgen reeds de onnodige beelddetails te onderdrukken, teneinde het volgen van de hot spot te vergemakkelijken.

15 Dit geschiedt door het gadeslaan in de beide kanalen bij een overeenkomstige optelling reap, aftrekking van de signalenuit.de kanalen, waarbij door een vergelijk van de stralingsintensiteiten de afzonderlijke golflengten in de beide kanalen nog een extra uitspraak ' j geven over de absolute objecttemperatuur.

20 Deze absolute temperatuuruitspraak is mogelijk, daar volgens een bekende vergelijking voor een zwartstraler •s _ 3000 ^ max T (K) is, waaruit blijkt, dat bij voorbeeld bij een temperatuur van 1000 K het lichaam een grootste straling sdichtheid in het golf lengt eber eik 25 van 3 micrometer bezit, terwijl bij 600 K de grootste straling sdichtheid bij "λ= 5 micrometer ligt, en bij 300 K, ^ - bij 10 micrometer

M3X

ligt. De intensiteitskrommen in de afzonderlijke golflengtebereiken verlopen ongeveer in de vorm van een Gaussische verdelingskromme, waarbij de flanken in het bereik van de grootste golflengte dichtbij 30 elkaar liggen.

Door het object in twee verschillende kanalen te beschouwen, bij voorbeeld in het k micrometer-kanaal en in het 10-micrömeter-kanaal en de stralingsdichtheden van de afzonderlijke temperaturen in deze beide kanalen te vergelijken, is eveneens een uitspraak mogelijk van 3^·de absolute temperatuur van het object.

81019 07 t'- ν' _ _3_

Voor de "beide kanalen is slechts êén enkele gemeenschappelijke intreepupil aangebracht, zodat· de beschouwing van een gemeenschappelijk beeldveld door middel van de beide kanalen zeker is. De scheiding van de beide golflengtebereiken vindt plaats met behulp van een dichroitiseh 5 filter.

Bij voorkeur wordt voor de beeldbeschouving met het kanaal in het golflengtebereik van 10 micrometer een detector toe te passen, die uit een groot aantal elementen van kleine afmetingen bestaat, die in dit golflengtebereik een maximale gevoeligheid bezitten. Dit garandeert 10 een grote geometrische oplossing, daar het 10 micrameter-venster op de bekende wijze voor beeldweergavedoeleinden ook bij grote, luchtvochtigheid en grotere doelsafstand het beste resultaat levert.

Voor de registratie van de hot spot en het volgen wordt daaren-tegen voorgesteld te werken met het golflengtebereik van 4 micrometer.

15 Uit de bijgevoegde kromme is te zien, dat het k micrameter-venster voor het registreren van de hoge temperaturen, beter geschikt is.

Het voordeel bij het volgen bestaat hierin, dat daartoe geen grote geometrische oplossing, maar slechts een grote thermische gevoeligheid vereist is. Dit laatste wordt bereikt, doordat de ^ micrometer-detector 20 voorzien is van een gering aantal elementen, die een grote afmeting hebben, wat tot de gewenste hoge thermische gevoeligheid leidt.

Door de gemeenschappelijke optische as met de gemeenschappelijke intreepupil in het objectiefgedeelte, en de in fasekoppeling van de beeldaftastelementen (scanner-deel), wordt gegarandeerd, dat de af buig -25 frequenties voor de beide kanalen dezelfde zijn, en dat de beeldgrootte gelijk is. De beeldweergave wordt op bekende wijze, bij voorbeeld hetzij met LED’s of met een beeldbuis tot stand gebracht.

De uitvinding zal onderstaand aan de hand van een uitvoering s-voorbeeld en onder verwijzing naar de tekening nader worden uiteengezet.

30 Hierin toont: fig. 1 een schematische opstelling van de inrichting van een tweekanalenapparaat; fig. 2 de gevoeligheidskrcmmen voor de golflengtebereiken in het h micrameter-venster en in het 10 micrameter-venster.

35 In fig. 1 is het 10 micrcmeter-kanaal met A en het U-micrometer- kanaal met B aangegeven "Voor het ^-micrometer-kanaal is een deel-doorlaat-_baar filter 2 aangebracht, dat de stralen in het golflengtebereik van 8101907 I 1 ; ; i X ' ij- micrometer doorlaat, terwijl de stralen in het golflengtebereik van 10 micrcmeter worden gereflecteerd. Deze gereflecteerde 10 micro-meter-stralen bereiken een afbuigspiegel 1, die laatstgenoemde stralen toevoert aan het 10 micrometer-kanaal.

5 TUlk van de. beide kanalen bezit een intree-objecti.ef 3 resp, waarin de inkomende stralen vallen. Door de voor het intree-objectief aangebrachte spiegel verkrijgen de beide kanalen een gemeenschappelijke intreepupil.

In de beide kanalen zijn elk van de objectieven aangesloten op 10 éen beeldaf tast end optisch bouwelement, in de vorm van een schuin opgestelde polygonaal prisma 5 resp. 6. De beide polygonen zitten op een gemeenschappelijke as, en bewegen gezamenlijk synchroon en in fase. In de stralenrichting voorbij de polygonen 5 en 6 zijn in da beide kanalen detectoren 11 resp. 10 aangebracht, die elk door middel van een 15 transformatie-optiek 8 resp. 9 op de achterbuitenomtrek van.de polygonen afgebeeld worden.

Zoals reeds is uiteengezet, bestaat de detector 11 uit een groot aantal afzonderlijke elementen van kleine afmeting en heeft derhalve een goede geometrische oplossing. De detector 10 bestaat daarentegen 20 uit een gering aantal elementen van grotere afmeting en vertoont derhalve een goede thermische oplossing.

De uitgangssignalen van het 10 micrometer-kanaal A worden toegevoerd aan een elektronisch beeldweergeefdeel. 13. De uitgangssignalen van het U micrometer-kanaal B worden daarentegen toegevoerd aan een 25 elektronisch beeldweergeefdeel 12. Tussen deze beeldweergeefdelen bestaat evenwel nog een elektrische verbinding 1.U, die hier slechts schematisch aangegeven is en door middel waarvan bij voorbeeld hetzij het verschil, hetzij de som van de beide uitgangssignalen van de kanalen verwerkt kunnen worden.

30 Dit geschiedt door middel van een computer 15. Bovendien is nog een apparaat 16 aangebracht, dat een stuurdeel, een beeldweergeefapparaat resp. een optekenapparaat kan zijn.

Fig. 2 is een grafische voorstelling, waarin het reeds aan het begin vermelde verschil in gevoeligheid van het 10 micrometer-bereik 35 en het U micrometer-bereik grafisch is weergegeven. Op de abscis is de gevoeligheid NE in graden Kelvin, en op de ordinaat de temperatuur in granden Kelvin aangegeven.

810 19 07 -5-

Er zijn twee curvenparen aangegeven voor twee verschillende oplossingsvereisten, nl. voor 1 microrad.. en voor 0,25 microrad en het is duidelijk, dat eerst hij ca 30Ö°K de gevoeligheid van de heide kanalen ongeveer gelijk is.

...... 810 1907

Claims

1. Optisch elektronische inrichting voor een thermografisch heelden volgapparaatj met het kenmerk,, dat de inrichting bestaat uit ten minste twee IR-optische kanalen. (A; B)waarvan de heeldaftastende optische bouwdelen .(5 j 6) synchroon en in fase met elkaar zijn verbonden 5 en waarvan de. signalen uit de afzonderlijke kanalen elektronisch,op zodanige wijze met elkaar verbindbaar zijn, dat enerzijds een signaal voor. de beeldopwekking. en anderzijds een signaal voor het. volgen- resp. andere stuurdoeleinden opgewekt kan worden, waarbij bovendien op grond .van de verschillende stralingsdichtheden bij verschillende objecttempe-10 raturen een kwantitatieve uitspraak over deze temperatuur mogelijk is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ene kanaal (b) in het. h micrometer-bereik en het tweede kanaal (A) in het 10 micrometer-bereik werkt.

3. Inrichting volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat de 15 detector (10) in het_.it micraneter-kanaal IB) een. klein aantal elementen met een grote afmeting bezit, en dat de detector (11) in het tO micro-meter-kanaal (A) een groot aantal elementen met kleine afmetingen bezit. U. Inrichting volgens één der conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, • dat de inrichting voor de beide kanalen (A; B) één enkele gemeenschap-20 pelijke intreepupil bezit..

5· Inrichting volgens één der conclusies 1 t/m by met het kenmerk, dat de inrichting een filter (2) bezit door middel waarvan de beide golflengtebereiken van elkaar gescheiden worden. ......81 0 1 9 0 7 ............................. .......