DE3133641C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein IR-Sichtgerät mit einem IR- Objektiv, das eine Wärmebildzone über einen periodisch um eine Achse hin- und herschwingenden Schwingspiegel auf eine mehrere in einer Zeile liegende Bildpunkte abtastende IR-Detektoranordnung abbildet, wobei die Richtung der Zeile parallel zur Achse des Schwingspiegels liegt und an die Detektoranordnung eine Verstärkeranordnung angeschlos­ sen ist, die die IR-Strahlung jedes Bildpunktes in ent­ sprechende elektrische Signale umwandelt, die auf einer der Detektoranordnung entsprechende zeilenförmige Wiedergabe­ anordnung sichtbar dargestellt werden, die vorzugsweise über die Rückseite des Schwingspiegels auf einer Betrach­ tungsfläche abgebildet wird.

Ein derartiges Sichtgerät ist unter dem Namen "Common Module" bekanntgeworden und beispielsweise in der Zeit­ schrift "Wehrtechnik" Okt. 1980, Seiten 21 bis 23 be­ schrieben. Mit einem solchen Sichtgerät ist es möglich, eine Wärmebildszene mit relativ hoher Auflösung in ein sichtbares Bild umzusetzen, wobei die zu kühlende IR- Detektoranordnung noch relativ einfach aufgebaut ist. Die Erzeugung des sichtbaren Bildes ist damit räumlich mit der IR-Optik und der IR-Detektoranordnung verbunden.

Häufig ist es jedoch erwünscht, ein derartiges aus einer Wärmebildszene umgewandeltes sichtbares Bild über größere Entfernungen zu übertragen. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Ausgangssignale der Verstärkeranordnung zur Steuerung einer Bildröhre verwendet werden, indem die verstärkten Signale der Detektoren periodisch wiederholt nacheinander abgetastet werden. Diese serielle Abtastung der analogen Signale muß jedoch mit einer sehr hohen Geschwindigkeit er­ folgen, wobei auch erhebliche Probleme bezüglich Übersprechen auftreten, so daß diese Möglichkeit technisch kaum realisier­ bar ist. Das Anordnen einer Fernsehaufnahmekamera vor der Einblicköffnung des Gerätes für visuelle Betrachtung zur Erzeugung eines analogen Videosignals, wie dies aus der US-PS 37 81 559 bekannt ist, führt abgesehen von den Kosten einer derartigen Kamera zu einer mechanisch wenig stabilen Anordnung.

Aus der US-PS 41 52 588 ist ein IR-Sichtgerät bekannt, bei dem die Wärmebildszene ebenfalls über einen Schwingspiegel auf eine IR-Detektoranordnung abgebildet wird, deren Ausgangs­ signale einem Prozessor zugeführt werden, der eine Darstellungs­ anordnung ansteuert. Ferner ist eine Anordnung mit einer Lichtquelle vorhanden, deren Licht über eine Schlitzblende und über die Rückseite des Schwingspiegels auf einen Photodetektor mit einer Gitterblende davor projiziert wird. Dieser Photodetektor erzeugt Signale, die die Position des Schwingspiegels angeben und die dem Prozessor zur Steuerung der Verarbeitung der IR-Detektorsignale zugeführt werden. Eine derartige Anordnung ist für ein "Common-Module"-Gerät wenig geeignet, da es einen wesentlichen Umbau dieses Gerätes erfordern würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein IR-Sichtgerät der ein­ gangs genannten Art anzugeben, bei dem auf einfache Weise ohne wesentliche Eingriffe in das Gerät ein elektrisches Signal abgeleitet werden kann, aus dem ein Bild, wie es dem Betrachter der Betrachtungsfläche erscheint, entfernt von dem Sichtgerät auf dem Bildschirm einer Bildröhre erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein im Strahlengang zwischen der Wiedergabeanordnung und dem Schwingspiegel angeordneter Strahlenteiler einen Teil der Lichtstrahlen von der Wiedergabeanordnung auf einen Zeilen­ sensor abbildet, der die Abbildung seriell abtastet und ein analoges elektrisches Zeilensignal erzeugt, und daß eine mit der Bewegung des Schwingspiegels gekoppelte Synchronisieranordnung die Folge der Abtastungen des Zeilen­ sensors steuert. Der Zeilensensor kann mit der zugehörigen Elektronik und dem Strahlenteiler eine kleine, kompakte Einheit bilden, von der nur der Strahlenteiler in den Strahlengang des Gerätes eingeführt werden muß und sonst keine weiteren baulichen Veränderungen notwendig sind. Ein mit dem direkt betrachteten Bild geometrisch überein­ stimmendes Bild wird dadurch erzielt, daß die Abtastung des Zeilensensors mit der Bewegung des Schwingspiegels synchronisiert wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilensensor als ladungsgekoppelte Halbleiteran­ ordnung ausgeführt ist. Diese Halbleiteranordnung kann zweckmäßig ein sogenanntes P^{2CCD-Element sein, wie dies beispielsweise in der Zeitschrift "Electronic components and applications", Vol. 1, Nr. 3, Mai 1979, Seiten 183 bis 191 beschrieben ist. Ein derartiges Element zeichnet sich durch besonders schnelle und verlustarme Abtastung aus und ist sehr kompakt aufgebaut. Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisieranordnung einen weiteren Zeilensensor enthält, der von einer ständig leuchtenden, feststehenden Lichtquelle über den Schwingspiegel im wesentlichen punkt­ förmig bestrahlt wird. Auf diese Weise tastet der weitere Zeilensensor die Stellung des Schwingspiegels ständig ab. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert.}

Darin bildet ein vereinfacht dargestelltes IR-Objektiv 1 die Wärmebildszene 10 über den Schwingspiegel 2 auf der Detektoranordnung 4 ab. Der Schwingspiegel 2 wird durch eine nicht dargestellte Antriebsordnung um eine senkrecht zur Zeichenebene stehende Achse 3 in schneller Folge hin- und hergekippt. Dies wirkt sich auf der Detektoranordnung 4 so aus, als würde die abgebildete Wärmeszene 10 ständig hin- und hergeschoben.

Auf der Detektoranordnung 4 ist eine senkrecht zur Zeichen­ ebene stehende Zeile von einzelnen IR-Detektorelementen angeordnet. Durch die Hin- und Herbewegung der abgebildeten Wärmebildszene tastet diese Zeile von Detektoren die Wärme­ bildszene zeilenweise ab.

An die Detektoranordnung 4 ist eine Verstärkeranordnung 2 angeschlossen, die für jeden IR-Detektor einen Verstärker enthält. Die Ausgangsleitungen der Verstärker führen auf eine Wiedergabeanordnung 6, die eine Zeile von lichtaus­ sendenden Dioden enthält, wobei diese Zeile ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene steht und die einzelnen Dioden in einer den dazugehörigen IR-Detektoren entsprechenden Folge angeordnet sind. Diese Zeile von lichtaussendenden Dioden wird über eine Optik 7 und die Rückseite des Schwingspiegels 2 auf eine Betrachtungsfläche 8 abgebildet. Dadurch entsteht auf der Betrachtungsfläche 8 eine aufein­ anderfolgende Projektion verschiedener Zeilen an ver­ schiedenen Stellen entsprechend der zugehörigen abgetasteten Zeile der Wärmebildszene, so daß auf der Betrachungsfläche 8 ein sichtbares Abbild der Wärmebildszene 10 entsteht.

In den Strahlengang zwischen der Widergabeanordnung 6 und dem Schwingspiegel 2, in dem dargestellten Beispiel zwischen der Optik 7 und dem Schwingspiegel 2, ist ein Strahlenteiler 9 eingefügt, der nur einen Teil der von der Wiedergabeanordnung 6 erzeugten Strahlung zum Schwing­ spiegel 2 und damit zur Betrachtungsfläche 8 durchläßt und einen Teil dieser Strahlung seitlich herausleitet. Dieser herausgeleitete Teil der Lichtstrahlung wird hier über ein zusätzliches Objektiv 16 auf einen Zeilensensor 11 geleitet, wo eine Abbildung der Diodenzeile der Wieder­ gabeanordnung 6 erzeugt wird.

Der Zeilensensor enthält eine ladungsgekoppelte Halbleiter­ anordnung, und zwar vorzugsweise vom P²CD-Typ, die die Helligkeit der einzelnen Punkte einer Lichtzeile in ent­ sprechende Ladungen umwandelt und diese zu einem Ausgang 12 transportiert, wo diese Ladungen als Spannungssignale er­ scheinen. Da die Wiedergabeanordnung 6 aufeinanderfolgende Zeilen der Wärmebildszene 10 zeitlich aufeinanderfolgend als Lichtzeile darstellt, erscheint am Ausgang 12 somit ein quasi analoges elektrisches Signal, das die Strahlungs­ intensität der Wärmebildszene 10 zeilenweise darstellt und somit dem Ausgangssignal beispielsweise einer Fernseh­ kamera entspricht, das auf dem Bildschirm einer Bildröhre sichtbar gemacht werden kann.

Das zeilenweise Auslesen des Zeilensensors 11 wird nun synchron mit dem Schwingspiegel von einer Synchronisier­ anordnung 15 gesteuert, die das Licht einer ständig leuch­ tenden, feststehenden Lichtquelle 13, die vorzugsweise im wesentlichen punktförmig ist, über eine Abbildungsoptik 14 und den Schwingspiegel 2 erhält, Dadurch ist die Stelle der Synchronisieranordnung 15, auf die die Lichtquelle 13 abge­ bildet wird, ein Maß für die Stellung des Schwingspiegels 2.

Wenn die Synchronisieranordnung 15 ebenfalls einen Zeilen­ sensor enthält, der als ladungsgekoppelte Halbleiteranord­ nung ausgeführt ist, kann diese unmittelbar aufeinander­ folgend ständig schnell ausgelesen werden, so daß an deren Ausgang ständig ein elektrisches Signal vorhanden ist, dessen zeitlicher Abstand vom Beginn jeweils einer Aus­ lesung den Ort der Abbildung der Lichtquelle 13 angibt. Jeweils wenn sich dieses Signal um ein bestimmtes Maß ver­ schoben hat, wird ein neues Auslesen des Zeilensensors 11 ausgelöst. Statt dessen kann auch die Geschwindigkeit des Auslesens des Zeilensensors 11 von der Geschwindigkeit der Änderung des elektrischen Signals des Zeilensensors in der Synchronisieranordnung 15 gesteuert werden. Dadurch erfolgt das Auslesen des Zeilensensors 11 stets synchron mit der Bewegung des Schwingspiegels 2.

Der Strahlengang der Lichtquelle 13 auf die Synchronisier­ anordnung 15 ist in der Figur nur der Übersichtlichkeit halber neben dem Strahlengang von der Wiedergabeanordnung 6 zur Betrachtungsfläche 8 dargestellt. Praktisch wird die Lichtquelle 13 in Richtung der Achse 3 des Schwingspiegels 2 über oder unter der Wiedergabeanordnung 6 angeordnet, so daß der Strahlengang von der Lichtquelle 13 den Schwing­ spiegel 2 im wesentlichen im Bereich seiner Achse 3 trifft und somit die Bewegung des Schwingspiegels 2 keine wesent­ liche Verschiebung der Abbildungsebene während der Bewegung bewirkt.

Abwandlungen von der in der Figur dargestellten Anordnung sind ohne weiteres denkbar. So kann der Strahlenteiler 9 auch zwischen der Wiedergabeanordnung 6 und der Optik 7 angeordnet sein. Auch für die Ausführung des Zeilensensors 11 sowie der Synchronisieranordnung 15 sind dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten geläufig.

Claims (4)

1. IR-Sichtgerät mit einem IR-Objektiv, das eine Wärmebild­ szene über einen periodisch um eine Achse hin- und her­ schwingenden Schwingspiegel auf eine mehrere in einer Zeile liegende Bildpunkte abtastende IR-Detektoranord­ nung abbildet, wobei die Richtung der Zeile parallel zur Achse des Schwingspiegels liegt und an die Detek­ toranordnung eine Verstärkeranordnung angeschlossen ist, die die IR-Strahlung jedes Bildpunktes in ent­ sprechende elektrische Signale umwandelt, die auf einer der Detektoranordnung entsprechende zeilenförmige Widergabeanordnung sichtbar dargestellt werden, die vorzugsweise über die Rückseite des Schwingspiegels auf einer Betrachtungsfläche abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Strahlengang zwischen der Wiedergabeanordnung (6) und dem Schwingspiegel (2) an­ geordneter Strahlenteiler (9) einen Teil der Licht­ strahlen von der Wiedergabeanordnung (6) auf einen Zeilensensor (11) abbildet, der die Abbildung seriell abtastet und ein analoges elektrisches Zeilensignal erzeugt, und daß eine mit der Bewegung des Schwing­ spiegels (2) gekoppelte Synchronisieranordnung (15) die Folge der Abtastungen des Zeilensensors (1) steuert.

2. IR-Sichtgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (4) eine Zeile von einzelnen IR-Detektoren enthält, daß die Verstärkeranordnung (5) für jeden IR-Detektor einen Verstärker enthält, und daß die Wiedergabeanordnung (6) für jeden Verstärker ein elektrisch gesteuertes lichtaussendendes Element enthält, wobei alle Elemente in Übereinstimmung mit den zuge­ hörigen IR-Detektoren in einer Zeile angeordnet sind.

3. IR-Sichtgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zeilensensor (11) als ladungsge­ koppelte Halbleiteranordnung (P ²-CCD) ausgeführt ist.

4. IR-Sichtgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisieranordnung (12) einen weiteren Zeilensensor enthält, der von einer ständig leuchtenden, feststehenden Lichtquelle (13) über den Schwingspiegel (2) im wesentlichen punktförmig bestrahlt wird.