NO751640L - Linjeavsoekende detektoranordning for infraroedt lys - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår overvåkningsutstyr som ikke bygger

på radar-prinsippet og særlig 1 injeavsøkende detektoranordninger for infrarødt lys.

Ved kjente målavsøkende detektorer for infrarødt lys avsøkes synsfeltet

for en kikkert eller et teleskop som vanligvis er forsynt med en bil.ledforsterker for bruk i mørket, av ét avsøkningsspeil • som retter infrarød strålning fra et lite område i nevnte synsfelt mot en-detektoranordning fpr infrarødt lys.

Når varmestrål ning fr.a en varmestrålningskilde mottas fra det lille området som løpende avsøkes av avsøkningsspeilet, vil detektoren for infrarødt lys reagere på denne strålning og avgi et elektrisk

utgangssignal under en tilsvarende del. av avsøkningsperioden» Dette utgangssignal anvendes. vanl igvis for. å styre en lampe som er anordnet, for å belyse avsøkningsspeilet således at et lyspunkt opptrer på sammé sted i synsfeltet for det optiske system som vedkommende varme strålningskilde. Vanligvis er avsøkningsspeilet anordnet for.å

svinge om en fast referansestilling, idet dens avsøkningsbevegelse følger en sinusfunksjon. Ulempen ved disse kjente anordninger er. at , nevnte lyspunkt om natten vil overstrål.e den forsterkede avbildning, mens lyspunktet om dagen vanskelig kan sees' på bakgrunn, av dagslyset.

En lysstyrkeregulator kan naturligvis anordnes, men denne vil bare gjøre anvendelsen av apparatet vanskelige.ee.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en linjeavsøkende

detektoranordning for infrarødt lysbg som er innrettet for å. gi en

.anvisning av,beliggenheten av et påvist varmestrålende mål i forhold til midtpunktet-av synsfeltet' for et optisk. system, uten • at den

synlige avbildning forstyrres.

I henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter denne Unjeavsøkende detektoranordning for infrarødt lys optisk utstyr for frembringelse

av en avbildning av et målområde, et avsøkende speil anordnet for å

sveipe reflekterte elementer a.v avbildningen' over en infrarød .detektor; idet anordningens særtrekk består i at den videre omfatter • utstyr for frembringelse av et'distinkt hørbart signal ved påvisning av en termisk strålingskilde og i avhengighet av strålingskildens avstand fra målområdets midtpunkt.'.

I en utførelsesform omfatter oppfinnelsenslinjeavsøkende detektor-anordning•for■infrarødt lys utstyr for frembringelse av en avbildning av et målområde, et avsøkende speli anordnet for å sveipe reflekterte elementer av avbildningen over en infrarød detektor; ridler for frembringel.se av et hørbart signal av en første type når den infrarøde

•detektor påviser nærvær av en termisk strålingskilde med en intensitet større enn en -forut bestemt verdi; midler for måling' av tidsintervallene mellom påfølgende hørbare mål angivel ser, samt ét anyisningsorgan for frembringelse av et hørbart signal' av en annen type når nevnte

påfølgende, målte tidsintervaller er hovedsakelig like' lange.

Den 1 injeavsøkende detektoranordning•for infrarødt lys utgjøres fortrinnsvis av en egen enhet adskilt fra et tilordnet optisk overvåkningssystem, men montert slik at det kan beveges i synkronisiae med hvilke som helst bevegelser av det optiske system og anordnet for å avsøke'samme avbildning med samme synsfelt som det optiske system..'

Ved en annen utførelse av oppfinnelsens anordning utgjøres avsøknings- ' innretningen av et vanlig avsøkningsspeil som er anordnet.for å svinge om en fast referansestilling med sinuslignende bevegelse at elementer av målområdet i form av en smal strimmel som strekker seg tvers over synsfeltet, suksessivt projiseres mot den infrarøde detektor. Hvis vedkommende mål befinner seg nær øvre eller nedre kant av synsfeltet, vil på■grunn, ay den sinusformede avsøkningstøevegelse tidsintervallene mellom frembragte elektriske utgangssignaler fra den infrarøde detektor i- denne utførelsesform være avvekslende korte og lange, hvilket vil si at det vil foreligge et utgangssignal i form av en

. dobbelt-puls fra' den infrarøde detektor og adskilt fra en ytterligere dobbeltpuls med omtrent en halv periode av sinusavsøkningen. Ettersom

målet beveger seg mot synsfeltets midtområde, enten ved egen bevegelse^eller mer sannsynlig, ved at operatøren' forskyver det optiske synsfelt for midtinnstilling av målet, vil tidsintervallet mellom de påfølgende utgangssignaler fra den infrarøde detektor etter hvert nærme seg halve periodelengden av sinusavsøkningen samtidig som de påfølgende utgangspulsei?, blir jevnt fordelt i tiden» Ét .distinkt følbart signal frembringes av apparatet når dette inntreffer. Apparatet virker faktisk slik at det måler tidsintervallene- mellom påfølgende pulser fra den infrarøde detektor.

Organene for måling av.tidsintervallene mellom påfølgende følbare mål anvisninger kan ..omfatte en bist.abil krets anordnet for å motta signaler fra den infrarøde detektor og med en normal utgang tilkoblet den ene inngang for en første portkrets og en invertert utgang tilsluttet den- ene' inngang for en annen portkrets; en kilde for

periodiske pulser tilsluttet ytterligere innganger for nevnte første;; og annen portkrets; én første telleinnretning med en telleinngang tilsluttet"en utgang for den første■portkrets; en annen telleinnretning med en télleinngang tilsluttet en utgang for den annen portkrets,

samt en komparatorlnnretning anordnet for å sammenligne telletilstandene i nevnte første og.annen tellekrets og å frembringe et styresignal for å styre de. hørbare anvisningsorganer når de to telletilstandef er hovedsakelig identiske. tøtgangspulsene fra den infrarøde detektor kan'også tilføres en audioforsterker tilsluttet høretelefoner som operatøren benytter, således at når avsøkningsspeilet mottar bestrålning fra en termisk varmekilde hvor som helst i synsfeltet vil det høres et lydsignal i høretelefonene..

Når komparatorens utgangssignal angir at telletilstanden. i de to

■tellere er lik,'vil det bli avgitt et annet og forskjellig lydsignal til høretelefonene.

.Det kan opptre en vanskelighet hvis mer enn 1 mål befinner seg i synsfeltet. Det Jean f. eks. Inntreffe at det foreligger mål med samme innbyrdes avstand langs den smale avsøkningsstrimniel som føres over détektorfel tet av avsøkningsspeilet, og dette ville da medføre like store telleverdier i tellerne og gi en falsk angivelse av at et mål befinner seg i synsfeltets midtpunkt. For å forhindre' dette kan utgangssignalet fra den infrarøde dteictor til den bistabile krets

sperres bortsett fra et avsøkningsområdé sentrert om synsfeltets midtpunkt. Dette kan oppnås i praksis f.eks. ved å detektere et passende punkt av avsøkningsspeilets svingebe<y>egelse, f.eks. en av ytterkantene eller skjaringen av referanselinjen, idet det frembringes en puls som påtrykkes,en OG-port for snerring av signalet bortsett fra når pulsen,er nærværende,

Det vil nå bli beskrevet et utførelseseksempel for foreliggende oppfinnelse og under henvisning til detvedføyde tegninger,. hvorpå: Fig..l viser et skjematisk bl okk skjema av en linjeavsøkende.detektoranordning for infrarødt lys, ,og Fig. 2 viser et skjematisk blokkdiagram for den beste utførelsesform av oppfinnelsens anordning som for nærværende er kjent av søkerne.

I de tilfeller komponenter på de to tegninger har likeartet konstruksjon og' funksjon er de gitt samme henvisningsbetegnelse.

I fig. 1 er en infrarød detektor 1 montert for å motta varmestråling reflektert fra et avsøkningsspeil (ikke vist) som avsøker et målområde av interesse avbildet av et optisk system. En utgang fra'den infrarøde detektor 1: er over en inngang for en ELLER-portkrets 2 tilsluttet inngangen for en audioforsterker 3, samt også over en OG-port 4 til en vekslingsinhgang for en bistabil krets 5. Den normale utgang eller Q-utgangen fra den bistab.ile krets 5 er over én inngang til en OG-port 6 tilsluttet inngangen for ehtellerkrets 7, mens den inverterte utgang eller Q-u.tgangen fra den bistabile krets .5 over en inngang for en OG-port 8 er tilsluttet inngangen for en tellekrets 9.. En pulsgenerafcorkrets 10 er tilsluttet øvrige innganger for OG-portene 6 og samt .også til en inngang for GE-porten 11. Utgangene fra tellekretsene 7 og 9 vist skjematisk som enkeltforbindelser, er tilsluttet forskjellige innganger for en komparatorkrets 12. Utgangen fra komparatorkretsen 12 er tilsluttet en ytterligere inngang for OG-porten 11. Utgangen fra OG-porten 11 er tilsluttet en-ytterligere inngang for .ELLER-porten 2. Høretelefoner 14 er forbundet med audioforeterkeren 3.

I drift rettes det optiske system (ikke vist) mot et målområde av interesse og den avbildning som dannes av det optiske system avsøkes

•av avsøkningsspeilet (ikke vist) og utstrålningen fra et element eller utsnitt av målområdet fokuseres på den infrarøde detektor L. Når et varmestrålende mål, som kan være uklart eller ikke kan utskilles på den synlige avbildning, men avgir termisk utstråling større enn en forut bestemt intensitet, befinner seg i nevnte utsnitt av det. målområdet som løpende undersøkes av avsøkningssp"eilet, vil den infrarøde detektor 1 avgi et elektrisk utgangssignal. Hver gang avsøkningsspeilet (ikke vist) avsøker vedkommende element eller utsnitt av målområdet vil således den infrarøde detektor 1 avgi et sådant elektrisk utgangssignal. Dette elektriske utgangssignal overføres gjennom ELLER-por.ten 2 til audioforsterkeren 3 og frembringer f.eks. et klikk i høretelefonene 14, således at den operatør som bærer telefonene 14 vil vite at det foreligger et varmestrålende mål innenfor det optiske systems synsfelt. Hvis det foro øyeblikket antas at bare ett sådant mål er nærværende i synsfeltet, at dette mål ikke befinner seg ved yttergrensene av synsfel tet.og at. OG-porten 4 er åpen, vil dette elektriske utgangssignal fra den infrarøde detektor 1 samtidig bli tilført inngangen for den bistabile krets 5. Denne

bistabile krets innstilles så til en viss tilstand, f.eks. slik at Q-utgangen fra den bistabile krets 5 åpnér portkretsén .6, og pulser fra generatoren 10 tilføres tellekretsen 7. Samtidig vil Q-utgangen fra den bistabile krets 5 sperre for pulsoverføring til tellekretsen 9. Når speilets avsøkning passerer målet f or . annen gang. vil den

. bistabile krets- 5 forandre tilstand, og pulser fra pulsgeneratoren 10. vil nå. bli overført direkte til'tellekretsen 9 gjennom OG-porten 8. Det tredje signal som mottas fra den infrarøde detektor. 1 vil bevirke sammenligning av tellétilstandene i<:>tellekretsene 7 og 9 i komparatoren 12, idet telletrinnene i tellekretsene 7 og 9 tilbakestilles til 0. Hvis telletilstandene i tellekretsene 1 og 9 er identiske, vil dette angi. at tidsintervallene mellom påfølgende signaler fra den infra--rød.é detektor i 'er • like ..lange. Sammenligningskretsen 12 vil da' frembringe et utgangssignal som gjør det mulig for pulserrfra pulsgeneratoren å bli overført gjennom OG-porten 11 og ELLER-porten 2

til forsterkerkretsen 3. Audioforsterkeren 3 er anordnet for å . frembringe.et forskjellig, tydelig hørbart signal i høretelefonene.14 når dette inntreffer,<p>g operatøren vil da vite at vedkommende mål

ikke: bare befinner seg i synsfeltet, men-også hovedsakelig i dets midtpunkt.

I praksis kan tellekretsene 7 og"9 samt pulsgjentagelsefrekvensen

for generatoren lOvihlges slik at et meget stort antall pulser vil bli telt opp under en halvperiode av avsøkningsspeilets avsøknings-.bevegelse. Det kan f.eks. frembringes to i syvende pulser under denne tidsperiode. Tellekretsenes7 og 9 må da være 8-bits tellere.. Fordelert ved dette arrangement er at sammenligningskretsen 12 kan' anordnes for bare å sammenligne;-.de syv mest signifikante bitt i tellekretsene 7 og 9, og vil således frembringe et utgangssignal som angir et senterinnstilt mål, selv om vedkommende mål faktisk ligger li'tt ved siden av selve midtpunktet. Hvis- tidsintervallene mellom de påfølgende signaler fra den infrarøde detektor 1 ikke er identiske vil imidlertid de mest signifikante telietrinn i tellekretsene 7 og 9 ikke være identiske, og komparatorkretsen 12 vil ikke frembringe et utgangssignal. De to tellere tilbakestilles da og måleprosess.en gjentas. Den virkning som oppfattes av operatøren er at han f.eks. hører et klikk hver gang et mål passeres .under avsøkningen. Han vil da: bevege det optiske system inntil han mottar f.eks. en summetone som angir at vedkommende mål. nå er senterinnstilt i synsfeltet.

Hvis imidlertid flere mål samtidig befinner seg i synsfeltet, kan det inntreffe at disse bevirker identiske tidsintervaller mellom utgangssignaler fra den infrarøde detektor 1, og' dette vil da medføre et falskt utgangssignal fra komparatorkr etsen 12. For å forhindre.. dette, overføres- utgangssignal et fra den infrarøde detektor over en inngang for OG-p>orten 4 til vekslingsinngangen. for den bistabile krets 5. Et drivsystem 1.3 for avsøkningsbevegélsen, og. som vanligvis '

omfatter ehavbøyningsspolé som driver avsøkningsspeilet (ikke vist) er forsynt med en utgang som er forbundet med en ytterligere inngang for OG-porten 4. -Denne utgang kan være forbundet med de elektriske eller de mekaniske deler av avbøyningens drivsystem 13 og' angir bare et eller annet referansepunkt for den sinusformede avsøkningsbevegelse som utføres av avsøkningsspeilet (ikke vist). Kevnte utgang fra drivsystemet 13 kan.f.eks. være forbundet med en ayfølingsspdle anordnet i nærheten av vedkommende avsøkningsspole for.frembringe!se ' av et utgangssignal når avsøkningsspeilet passerer midtlinjen for det optiske systems synsfelt.. Dette arrangement anvendes for å sperre

signaler fra den infrarøde detektor 1 bortsett fra en bestemt andel av avsøkningsspeilets bevegelsesområde. På denne måte vil bare mål som innledningsvis befinner seg godt innenfor det optiske systems synsfelt komme i betraktning, og dette nedsetter sannsynligheten for at forskjellige mål samtidig påvirker anordningen.

Den forholdsvis enkle krets som er angitt i fig. 1, gir ikke en

operatør som anvender detektoranordningen en positiv Hørbar angivelse om at et mål er påtruffet. ' Heller ikke vil denne utførelse av detektoranordningen gi operatøren noen som helst anvisning,om i hvilkefe retning teleskopet,bør beveges for- å holde målet sentrert.

Den forbedrede utførelse i fig. 2 angir imidlertid ytterligere klart hørbare-signaler til hjelp for operatøren.

I fig. 2 er utgangen fra den infrarøde detektor 1 tilsluttet en inngang'for en monostabil krets 15, som frembringer en puls av varighet 4ms for hver puls som frembringes av detektoren 1. Utgangen, for den monostabile krets 15 er gjennom OG-porten 4 forbundet med vekslingsinngangen for den bistabile krets 5. Q-utgangen og ^-utgangen■fra den bistabile krets er over første inngancier for OG-portene 6 og 3 forbundet med tellekretsene-7 og 9, mens pulsgeneratorkretsen 10 er tilkoblet de andre innganger for OG-portene 6 og 8, slik som i den utførelse som er vist i fig. 1. Utgangen for tellerne 7 og 9 er i sin tur tilsluttet adskilte innganger for komparatoren 12, men i dette tilfellet har komparatoren 12 tre innganger, nemlig A = B,

A? B og A^B, hvorfra utgangspulser vil bli avgitt henhv. i det tilfellet telletilstandene i tellerne 7 og 9 er identiske, når .telletilstanden i teller 7 er større enn tilsvarende tilstand i .teller' 9, og når telletilstanden i teller 7 er mindre enn telletilstander i teller 9.

Utgangen fra den monostabile krets 15 er tilsluttet inngangen for en gjentatt utløsbar.monostabil krets 16 som frembringer en 400 ms puls for hver. 4ms puls som påtrykkes dens inngangu idet vedkommende tidsrom på 400 ms begynner ved.begynnelsen av den siste 4 ms puls som tilføres kretsen 16, selv om ehtidligere 400 ms puls ikke' var fullført ved dette tidspunkt. Utgangen fra den monostabile krets 16 er■til sluttet én flanke-utløsbar monostabil krets 17 som frembringer en 200 ms puls ved begynnelsen av enhver puls som frembringes av den monostabile krets 16. Når et mål av interesse først påvises av den infrarøde detektor 1, vil ved dette arrangement 4 ms pulsen fra den monostabile krets 15 innlede en 400ms pul'S fra den monostabile krets 16, som i sin tur vil.påvirke den monostabile krets 17 til å frembringe cn enkelt 200ms puls. Hvis målet holdes innenfor synsfeltet, vil den infrarøde detektor frembringe en rekke pulser med jevne mellomrom

på mindre enn 400ms, mens den monostabile krets enten vil frembringe en tilsvarende rekke av pulser med 4ms varighet. Den monostabile krets 16 vil derfor forbli i sin ustabile tilstand, og ingen ytterligere 200ms puls .vil bli frembragt av den monostabile krets 17.' En ytterligere sådan puls av varighét 200ms vil baré bli avgitt fra den monostabile krets. 17 hvis målet er fraværende fra synsfeltet mer enn 400ms og derpå atter bringes inn i synsfeltet. Det vil da forstås at de 200ms pulser som frembringes av den monostabile krets 17, er en angivelse av en første inn^angning av et mål. For å gi operatøren en hørbar,informasjon om dette overføres vedkommende 200ms pulser over første innganger for ELLER-portene 18, 19 og 20 til en første inngang for en OG-port 21, hvis annen inngang er forbundet med utgangen fra pulsgeneratorkrétsen 10 gjennom en divisjons-krets ,22. Kretsen 10 frembringer pulser med en audiofrekvens f. Utgangen for OG-porten 21

er gjennom audioforsterkeren 3 tilsluttet høretelefonene 14. Når således et mål først innfanges vil derfor et signal av varighet 200ms og-med en frekvens f bli hørt i høretelefonene 14.

Utgangen fra den. monostabile' krets 15 er også tilsluttet direkte til den annen inngang for ELLER-porten 18. På denne måte vil enhver

-påfølgende påvisning av ét mål ett eller annet sted, men ikke senter--innstilt i synsfeltet frembringe, et 4ms signal med frekvens, f i høretelefonene 14. Utgangen for OG-porten 4 er til sluttet.en første inngang for en OG-• • port 23, hvis annen inngang er forbundet med utgangen A = B for komparatoren 12. Utgangen'fra OG-porten 23 er over en monostabil krets.

24 på 20 ms forbundet med en annen inngang for ELLER-porten 19. Dette

arrangement sørger for at operatøren mottar- 20ms signal pul ser med en, frekvens f. i høretelefonene 14, så snart det er oppnådd hensiktsmessig senterinnstilling av vedkommende-mål i synsfeltet, og dette signal vil

være av samme art som det som frembringes av den enkle krets i fig. 1. OG-portene 4 og 23 sikrer imidlertid mot at en falsk angivelse av

et senterinnstilt mål avgis når:télletilstandene i tellerne 7 og 9 begge er, 0, hvilket vil være tilfellet når intet mål befinner seg innenfor synsfeltet.

Utgangene A>^ B og A<B fra komparatoren 12 er tilsluttet inngangene for hver sin flankeutløsbar monostabil krets, henhv. 25 og 26, på 200 ms. Utgangene for de monostabile kretser 25 og 26 er henhv.

tilsluttet første og annen inngang for en ELLER-port 27, hvis utgang er tilsluttet den annen inngang for ELLER-porten 20. Når et mål ligger innenfor dét lille midtområdet av synsfeltet som er utvalgt av OG-porten 4 og utgangen-fra avsøkningssystemet 13, som er beskrevet under henvisning til fig. 1, men målet ennu ikke er senterinnstilt, vil operatøren ved dette arrangement høre en rekke 200ms signaler med en frekvens f. Hvis operatøren beveger sin kikkert for sentrering av målet, vil det høres et 20ms signal som beskrevet ovenfor, mens

hvis kikkerten beveges i feilaktig retning, således at målet fremdeles befinner seg innenfor synsfeltet, men utenfor nevnte -lille midtområde av-dette felt, vil det ISøres en rekke 4ms signaler, og operatøren vil da forstå at kikkertens bevegelsesretning må vendes. I det tilfellet avsøkningssystemet 13 omfatter et avsøkningsspeil, vil et hensiktsmessig arrangement,(ikke vist) for utvelgelse av det lille midtområdet i synsfeltét omfatteren arm forbundet med speilet og forsynt med en plate med et langstrakt hull. Denne plate er anordnet for å avbryte

lys fra en lysavgiveade diode (LED) og som faller inn mot en fotodipde .bortsett fra det tilfellet når.speilet avsøker det utvalgte lille midtområde av. synsfeltet, da fotodioden vil motta lys fra nevnte LED gjennom hullet i platen. Fotodiodens'utgang er forbundet med aktiveringsihngangen for OG-porten 4.

Det vil nå forstås at det arrangement som er vist i fig. 2,

vil kunne avgi tydelig hørbare signaler til hjelp f.or. en operatør, og'som henhv,. angir den første innfangning av et mål, målet i synsfeltet, målet nær synsfeltets midtpunkt, samt målet senterinnstilt i.synsfeltet.

Claims (4)

1. Linjeavsøkende detektoranordning for infrarødt lys og som omfatter optisk utstyr for frembringelse av en avbildning av et målområde, et avsøkende speil anordnet for å sveipe.reflekterte elementer av avbildningen over en infrarød detektor; karakterisert ved at detektoranordningen videre omfatter utstyr for frembringelse av et distinkt hørbart signal ved påvisning av en termisk strålingskilde og i avhengighet av strålingskildens avstand fra målområdets■midtpunkt.

2. Detektoranordning som.angitt i krav 1, karakterisert ved . at nevnte utstyr for frembringelse av et distikt hørbart ■ signal omfatter utstyr for frembringelse av et hørbart signal av en første type .(1,2,3) når den infrarøde detektor (1) påviser nærvær av en kilde for- termisk strålning med en intensitet større enn en forut bestemt verdi; utstyr (6,7,8,9,10,12) for måling av tidsintervallene mellom påfølgende hørbare målangivelser samt utstyr for frembringelse av et hørbart signal av en annen type (10,11,2, 3) når etterfølgende målte tidsintervaller er hovedsakelig like lange.

3. Detektoranordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte utstyr for måling av tidsintervallene mellom påfølgende hørbare målangivelser omfatter • en bistabil krets (5) anordnet for.å motta signaler fra en infrarød detektor (1) og forsynt med en normal utgang (Q) forbundet med en inngang for en første portkrets (6) samt en invertert utgang (Q-) . forbundet med'en inngang for en annen portkrets (8); en kilde for periodiske pulser (10) tilsluttet ytterligere innganger for nevnte første og annen portkrets (6 og 8); én første telleinnretning (7) med en telleinngang tilsluttet en utgang fra den første portkrets (6); en annen telleinnretning (9) med en telleinngang•forbundet med.en utgang fra- den annen portkrets (8), samt en samménligningskrets (12) anordnet for å sammenligne telletilstandene i den første og: annen tellekrets (7,9) i\ og å frembringe et styrende utgangssignal for styring av en audioforsterker (3)'på en slik måte at den frembringer nevnte hørbare' signal av den annen type. .

4. Detektoranordning. som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte utstyr for måling av tidsintervaller mellom påfølgende hørbare måleangivelser ytterligere omfatter innretninger som påvirkes av et utgangssignal fra en drivinnretning for. avsøkningsspeilet, for derved å tillate signaler fra den infrarøde detektor (1) å bli mottatt av den bistabile krets (5) bare under■tidsavsnitt som hovedsakelig tilsvarer de tidsavsnitt hvorunder de sentrale elementer, av måleområdets avbildning avsøkes over-den infrarøde detektor (1).