DE3232092C1 - Day-vision/night-vision device - Google Patents
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Abstract
Description
4040
Die Erfindung bezieht sich auf ein Tag/Nachtsichtgerät gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.The invention relates to a day / night vision device according to the preamble of the first claim.
Aus der DE-OS 26 23 399 ist ein derartiges Tag/ Nachtsichtgerät bekannt. Das Wärmebildgerät weist einen Abbildungsmaßstab von 1 :1 auf und ist in Art eines Vorsatzes mit dem Tagsichtgerät verbunden. Tagsichtgerät und Wärmebildgerät haben unterschiedliche Eingangsoptiken, wobei jedoch die optischen Achsen von Wärmebildgerät und Tagsichtgerät parallel sind. Das über eine Anordnung aus Licht emittierenden 5Q Dioden (LED) in sichtbares Licht umgesetzte Bild des Wärmebildgerätes wird über einen frequenzselektiven Spektralteiler in das Tagsichtgerät eingespiegelt. Durch den gewählten Abbildungsmaßstab von 1 :1 des Wärmebildgerätes und den gemeinsamen Strahlteiler wird erreicht, daß die Bilder von Tagsicht- und Nachtsichtgerät deckungsgleich sind, sofern die übrigen, im Wärmebildgerät verwendeten optischen Umlenkelemente in ihrer Lage definiert sind. Es muß allerdings sichergestellt werden, daß die optischen Achsen von Wärmebildgerät und Tagsichtgerät parallel sind. Vorteil einer solchen Anordnung ist, daß die genaue Positionierung des Wärmebildgerätes und auch des gemeinsamen Strahlteilers relativ unkritisch ist. Jedoch muß bei einer derartigen Anordnung sichergestellt sein, daß das im Wärmebildgerät umgesetzte Bild achsharmonisch in das Tagsichtgerät eingespiegelt wird.Such a day / night vision device is known from DE-OS 26 23 399. The thermal imager has has an image scale of 1: 1 and is connected to the day vision device in the manner of an attachment. Day vision device and thermal imaging device have different input optics, but the optical ones Axes of thermal imaging device and day vision device are parallel. The 5Q via an arrangement of light-emitting Diodes (LED) converted into visible light image of the thermal imaging device is via a frequency-selective Spectral splitter reflected in the day vision device. Due to the selected reproduction ratio of 1: 1 des Thermal imaging device and the common beam splitter is achieved that the images of day vision and Night vision devices are congruent, provided the other optical deflection elements used in the thermal imaging device are defined in their location. However, it must be ensured that the optical axes of Thermal imaging device and day vision device are parallel. The advantage of such an arrangement is that the precise positioning of the thermal imaging device and also of the common beam splitter is relatively uncritical. However, one must Such an arrangement ensures that the image converted in the thermal imaging device is axially harmonized with the Day vision device is reflected.
Bei dem bekannten Tag/Nachtsichtgerät ist der konstruktive Aufwand immer noch relativ hoch, da beide Geräte separate Eintrittsoptiken haben und der Strahl bis zu dem gemeinsamen Spektralteiler im Wärmebildgerät mehrfach umgelenkt werden muß. Außerdem ist hier keine Möglichkeit vorgesehen, die beiden Geräte auf Achsharmonität zu justieren.In the known day / night vision device, the design effort is still relatively high, there both devices have separate entry optics and the beam up to the common spectral splitter in the Thermal imaging device must be deflected several times. In addition, there is no possibility here that the to adjust both devices for axis harmony.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tag/Nachtsichtgerät konstruktionsmäßig weiter zu verbessern, insbesondere die Anzahl der kritischen optischen Umlenkelemente zu verringern und ferner eine einfache Möglichkeit anzugeben, die Achsen von Tagsichtgerät und Wärmebildgerät zu justieren.The invention is based on the object of constructing a day / night vision device further improve, in particular to reduce the number of critical optical deflection elements and further specify a simple way of adjusting the axes of day vision device and thermal imaging device.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Gemäß diesen Merkmalen wird als einziges Umlenkelement in dem Wärmebildgerät der mit dem Tagsichtgerät gemeinsame frequenzselektive Strahlteiler verwendet. Durch die Anordnung des Wärmebilddetektors und des die aufgenommenen Wärmebildsignale in sichtbare Signale umwandelnden Gerätes, vorzugsweise einer Kathodenstrahlröhre auf entgegengesetzten Seiten des Strahlteilers, ermöglicht diese einfache Konstruktion. Hierdurch ergibt sich auch eine einfache Justierungsmöglichkeit. In der Ebene des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre wird eine auch im sichtbaren Lichtbereich strahlende Punktlichtquelle bzw. ein kleines Wärmebild, z. B. mit Hilfe eines Thyristors festgelegt. Diese Punktlichtquelle wird einerseits über den Strahlteiler in das Tagsichtgerät eingespiegelt und kann hier beobachtet werden. Zum anderen nimmt der jenseits des Strahlteilers liegende Wärmebilddetektor auch die Wärmestrahlung dieses Punktes auf, der dann wiederum auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre abgebildet wird. Auch dieser Bildpunkt kann in dem Tagsichtgerät beobachtet werden. Durch eine Verschiebung des Bildfeldes der Kathodenstrahlröhre, z. B. durch mechanische Verschiebung des Gerätes oder durch elektrische Verschiebung des Bildfeldes der Kathodenstrahlröhre gegenüber dieser Punktlichtquelle können dann die erwähnten beiden Bildpunkte zur Deckung gebracht werden. Zur Achsharmonisierung braucht demnach kein eigenes Zusatzgerät verwendet werden, vielmehr geschieht die Achsharmonisierung intern in dem Tag/Nachtsichtgerät selbst.According to the invention, this object is given by those specified in the characterizing part of claim 1 Features solved. According to these features, the only deflecting element in the thermal imaging device is Common frequency-selective beam splitters used with the day vision device. The arrangement of the Thermal image detector and convert the recorded thermal image signals into visible signals Device, preferably a cathode ray tube on opposite sides of the beam splitter, allows this simple construction. This also results in a simple adjustment option. In the plane of the The screen of the cathode ray tube becomes a point light source that also radiates in the visible light range or a small thermal image, e.g. B. set with the help of a thyristor. This point light source will on the one hand reflected into the day vision device via the beam splitter and can be observed here. To the On the other hand, the thermal image detector on the other side of the beam splitter also absorbs the thermal radiation from it Point, which is then in turn displayed on the screen of the cathode ray tube. Also this one Image point can be observed in the day vision device. By shifting the image field of the Cathode ray tube, e.g. B. by mechanical displacement of the device or by electrical displacement of the image field of the cathode ray tube in relation to this point light source can then use the mentioned both pixels are brought to coincide. You do not need your own for axis harmonization Additional device can be used, rather the axis harmonization takes place internally in the day / night vision device self.
Mit dem Sichtgerät gemäß der Erfindung ist ferner auch eine gerätinterne Überprüfung des Abbildungsmaßstabes des Wärmebildgerätes möglich. Nach der beschriebenen Achsharmonisierung wird die gleiche oder eine anderere Punktlichtquelle etwa an den Rand des Bildschirmes auf der Kathodenstrahlröhre gebracht. Wenn der Abbildungsmaßstab korrekt 1 :1 beträgt, müssen dann diese Punktlichtquelle und deren Bild auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre deckungsgleich sein.With the viewing device according to the invention, a device-internal check of the image scale is also possible of the thermal imaging device possible. After the axis harmonization described, the same or another point light source brought about to the edge of the screen on the cathode ray tube. If the image scale is correctly 1: 1, then this point light source and its image must be on be congruent with the screen of the cathode ray tube.
Die interne Achsharmonisierung und die Überprüfung des Abbildungsmaßstabes 1:1 ist in jeder Stellung des Sichtgerätes möglich, z. B. nicht an eine ganz bestimmte Drehstellung des Sichtgerätes gebunden, in der der oben erwähnte Kollimator eingeschaltet wird.The internal axis harmonization and the checking of the reproduction scale 1: 1 is in every position the viewing device possible, z. B. not tied to a very specific rotational position of the display device, in which the above-mentioned collimator is turned on.
Es ist fernerhin möglich, mit dem Wärmebildgerät zusätzlich ein Zielverfolgungsgerät zu koppeln. Da das Wärmebildgerät mit dem Abbildungsmaßstab 1 :1 im herkömmlichen Sinne keine optische Achse aufweist, muß hier künstlich ein Bezugspunkt für das Zielverfolgungsgerät geschaffen werden. Dies kann z. B. durch die oben erwähnte zentrische Punktlichtquelle auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre erfolgen, wobeiIt is also possible to additionally couple a target tracking device to the thermal imaging device. Since that Thermal imaging device with an image scale of 1: 1 in the conventional sense does not have an optical axis, a reference point for the target tracking device must be artificially created here. This can e.g. B. by the The above-mentioned central point light source is carried out on the screen of the cathode ray tube, wherein
dann das Bild dieser Punktlichtquelle auf das Fadenkreuz des Tagsichtgerätes eingestellt wird. Hierdurch ist eine exakte Zuordnung aller Bildpunkte des Wärmebildgerätes in bezug auf das Fadenkreuz gegeben.then the image of this point light source is adjusted to the crosshairs of the day vision device. This is an exact assignment of all image points of the thermal imaging device is given in relation to the crosshairs.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung stellt darFurther refinements and advantages of the invention emerge from the subclaims in connection with The following description shows an embodiment of the invention based on the drawing is explained in more detail. In the drawing represents
F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Tag/Nachtsichtgerät gemäß der Erfindung mit einem Wärmebildgerät;F i g. 1 shows a schematic section through a day / night vision device according to the invention with a Thermal imaging device;
F i g. 2 eine schematische Darstellung der wesentlichen Einzelteile des Wärmebildgerätes in Verbindung mit einer Kathodenstrahlröhre.F i g. 2 shows a schematic representation of the essential individual parts of the thermal imaging device in connection with a cathode ray tube.
In F i g. 1 ist schematisch ein Tag/Nachtsichtgerät 1 dargestellt, welches ein Periskop 2 mit einem Okular 3 und einem Richtkopf 4 mit einem schwenkbaren Richtspiegel 5 aufweist. An der Frontseite des Richtkopfes ist ein Fenster 6 vorgesehen, durch das Licht einfällt, am Richtspiegel 5 umgelenkt und schließlich durch eine hier nur angedeutete Optik 7 und einen Umlenkspiegel 8 in das Okular 3 geleitet wird. Auch wenn hier als Tagsichtgerät ■ ein Periskop beschrieben worden ist, so kann auch, eine andere herkömmliche Art eines Sichtgerätes verwendet werden. Ebenso kann z. B. in dem Periskop noch ein Goniometer vorhanden sein; aus dem Strahlengang des Periskopes wird dann ein Anteil für das Goniometer ausgespiegelt.In Fig. 1 schematically shows a day / night vision device 1 which has a periscope 2 with an eyepiece 3 and a straightening head 4 with a pivotable straightening mirror 5. At the front of the A window 6 is provided through the straightening head, through which light falls, deflected at the straightening mirror 5 and is finally passed through an optics 7, only indicated here, and a deflecting mirror 8 into the eyepiece 3. Even if a periscope has been described here as a day vision device, another one can also be used conventional type of viewing device can be used. Likewise, z. B. another in the periscope Goniometer available; the beam path of the periscope then becomes a part for the goniometer reflected.
Zwischen Richtkopf. 4 und dem Schacht des Periskopes ist ein Block 9 für ein Wärmebildgerät 10 mit dem Abbildungsmaßstab 1 :1 angeordnet. In dem BlockBetween straightening head. 4 and the shaft of the periscope is a block 9 for a thermal imaging device 10 arranged at the reproduction ratio of 1: 1. In the block
9 ist in dem Strahlengang für das Periskop ein frequenzselektiver Strahlteiler 11 unter einem Winkel von 45° gegen die Hochachse des Periskopes gelegen. Dieser Strahlteiler läßt das sichtbare Licht für das Periskop hindurch, reflektiert jedoch die Wärmestrahlung für das Wärmebildgerät und lenkt diese auf eine Eingangsoptik 12 des Wärmebilddetektors.9 is a frequency-selective beam splitter 11 at an angle in the beam path for the periscope 45 ° from the vertical axis of the periscope. This beam splitter lets the visible light for the Periscope, but reflects the thermal radiation for the thermal imaging device and directs it to a Input optics 12 of the thermal image detector.
Auf der dem Wärmebilddetektor 10 gegenüberliegenden Seite des Strahlteilers 11 ist eine Kathodenstrahlröhre 13 gelegen, deren Bildschirm dem Strahlteiler zugewandt ist. Zwischen dem Bildschirm und dem Strahlteiler 11 ist eine Optik 14 gelegen. Auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre erscheint das von dem Wärmebilddetektor aufgenommene Wärmebild. Dieses wird über den Strahlteiler 11 in das Periskop eingespiegelt und kann am Okular 3 beobachtet werden.On the side of the beam splitter 11 opposite the thermal image detector 10 is a cathode ray tube 13, the screen of which faces the beam splitter. Between the screen and the Beam splitter 11 is an optical system 14. On the screen of the cathode ray tube appears that of Thermal image recorded by the thermal image detector. This is via the beam splitter 11 into the periscope and can be observed on the eyepiece 3.
Ein schematischer Aufbau des WärmebilddetektorsA schematic structure of the thermal image detector
10 in Verbindung mit der Kathodenstrahlröhre 13 ist in F i g. 2 dargestellt. Das in den Wärmebilddetektor 10 mit dem Abbildungsmaßstab 1 :1 durch die Eingangsoptik 12 einfallende IR-Licht wird auf einen Abtastspiegel 19 und von diesem über eine Sammeloptik 15 auf einen Detektor 16 gelenkt. Die Ausgangssignale des Detektors werden in einem Multiplexer und Verstärker 17 geordnet und verstärkt und anschließend dem Signaleingang der Kathodenstrahlröhre 13 zugeführt. Um eine eindeutige Zuordnung der einzelnen Signale zu der jeweiligen Drehstellung des Abtastspiegels 19 zu erhalten, ist dem Abtastspiegel ein Positionsgeber 20 zugeordnet, der die jeweilige Abtastposition des Abtastspiegels 19 einem Synchronisierungseingang der Kathodenstrahlröhre 13 übermittelt. Aufgrund der beiden Eingangssignale an der Kathodenstrahlröhre wird dann in dieser auf herkömmliche Weise auf deren Bildschirm das Wärmebild entwickelt. Die Kathodenstrahlröhre hat gegenüber anderen Abbildungsgeräten, so z. B. einem LED-Schirm, den Vorteil größerer Helligkeit, so daß Bildverstärker vermieden werden können. Im Prinzip könnte jedoch auch das Wärmebild auf einem derarigen LED-Schirm abgebildet werden.10 in connection with the cathode ray tube 13 is shown in FIG. 2 shown. That in the thermal image detector 10 with The IR light incident through the input optics 12 with an imaging scale of 1: 1 is transmitted to a scanning mirror 19 and steered by this via a collecting optics 15 to a detector 16. The output signals of the detector are ordered and amplified in a multiplexer and amplifier 17 and then the signal input the cathode ray tube 13 is supplied. In order to ensure a clear assignment of the individual signals to the To obtain the respective rotational position of the scanning mirror 19, a position transmitter 20 is the scanning mirror assigned to the respective scanning position of the scanning mirror 19 to a synchronization input of the Cathode ray tube 13 transmitted. Because of the two input signals on the cathode ray tube the thermal image is then developed in this conventional manner on their screen. The cathode ray tube has compared to other imaging devices such. B. an LED screen, the advantage of greater Brightness so that image intensifiers can be avoided. In principle, however, the thermal image could also be used can be displayed on such an LED screen.
Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß durch die Einschaltung des Blockes 9 mit dem Strahlteiler 11 in den Strahlengang des Tagsichtgerätes das sichtbare Bild und das Wärmebild immer deckungsgleich sind. Die StellungFrom Fig. 1 it can be seen that by switching on the block 9 with the beam splitter 11 in the Beam path of the day vision device the visible image and the thermal image are always congruent. The position
ίο des Strahlteilers 11, ebenso wie die Stellung des Blockes 9 sind unkritisch. So kann z. B. der Block 9 auf dem Schacht des Periskopes 2 eine Kipplage von etwa ±2 mrad gegenüber der Strahlenachse des Tagsichtgerätes aufweisen, ohne daß es hierbei zu Abbildungsfeh-ίο of the beam splitter 11, as well as the position of the block 9 are not critical. So z. B. the block 9 on the shaft of the periscope 2 a tilted position of about ± 2 mrad in relation to the beam axis of the day vision device, without this resulting in imaging errors.
lern kommt. Ähnliche Anforderungen gelten auch für den Strahlteiler 11. Diese zulässigen Toleranzen sind wesentlich größer als die zulässigen Toleranzen bei herkömmlichen Geräten bei denen bereits die Achsgenauigkeit bei 0,1 mrad liegen muß.learning is coming. Similar requirements also apply to the beam splitter 11. These permissible tolerances are much larger than the tolerances for conventional devices, which already have the axis accuracy must be at 0.1 mrad.
Zur Achsharmonisierung des beschriebenen Tag/ Nachtsichtgerätes wird in der Ebene des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre 13 eine sichtbare Punktlichtquelle, z. B. ein bunter geheizter Thermistor 18 in die Bildmitte gefahren. Dieser Thermistor 18 sollte einen auf <Ö,1 mrad genau begrenzten Wärmepunkt bilden. Dieser Wärmepunkt kann durch das Okular 3 des Periskopes beobachtet werden, da die sichtbare Strahlung durch den Strahlteiler 11 in den Periskopstrahlengang eingespiegelt wird. Als Referenz für die Bildmitte kann z. B. das hier nicht dargestellte Fadenkreuz des Periskopes dienen. Die Wärmestrahlung des Thermistors 18 geht durch den Strahlteiler 11 hindurch und fällt in den Wärmebilddetektor 10 ein und wird wiederum auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 13 abgebildet. Auch dieser Bildpunkt kann über das Okular 3 beobachtet werden. Durch elektrische Justierung der Kathodenstrahlröhre werden beide Punkte zur Deckung gebracht. Die Achsjustierung ist beendet.For axis harmonization of the day / night vision device described, in the level of the screen the cathode ray tube 13 a visible point light source, e.g. B. a colorful heated thermistor 18 in the Driven in the center of the image. This thermistor 18 should form a heat point which is precisely limited to <0.1 mrad. This heat point can be observed through the eyepiece 3 of the periscope, since the visible Radiation is reflected through the beam splitter 11 into the periscope beam path. As a reference for the The center of the image can e.g. B. serve the crosshairs of the periscope, not shown here. The thermal radiation of the thermistor 18 passes through the beam splitter 11 and falls into the thermal image detector 10 and is in turn displayed on the screen of the cathode ray tube 13. This pixel can also use the eyepiece 3 can be observed. By electrically adjusting the cathode ray tube, both Points brought to congruence. The axis adjustment is finished.
Ein Problem bei der geschilderten Achsharmonisierung ist, daß der Brennpunkt für das Wärmebildgerät und für die sichtbare Strahlung des Periskopes in der Fläche des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre nicht exakt zusammenfallen, da die Lage des Brennpunktes bekannterweise frequenzabhängig ist. Der Brennpunkt für das Wärmebildgerät liegt »hinter« dem strahlenden Thermistor, praktisch innerhalb des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre. Durch geeignete Maßnahme, z. B. eine auf dieses Problem abgestellte aberrationsfreieA problem with the described axis harmonization is that the focal point for the thermal imaging device and not for the visible radiation of the periscope in the area of the screen of the cathode ray tube coincide exactly, since the position of the focal point is known to be frequency-dependent. The focal point for the thermal imaging device is »behind« the radiating thermistor, practically within the screen of the Cathode ray tube. By suitable measure, e.g. B. an aberration-free one aimed at this problem
so Optik 14, kann diese Schwierigkeit jedoch behoben werden, so daß die geforderte Genauigkeit für die Achsharmonisierung immer erreicht werden kann.so optics 14, however, this difficulty can be eliminated, so that the required accuracy for the Axis harmonization can always be achieved.
Außerdem kann mit dem Thermistor 18 auch noch der für das Gerät notwendige Abbildungsmaßstab von 1 :1 des Wärmebildgerätes überprüft werden. Der Thermistor wird hierzu z. B. an den Rand des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre 13 in die Position 18' gebracht. Der Wärmepunkt wird wie oben ebenfalls über das Wärmebildgerät 10 auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 13 abgebildet. Bei dem erforderlichen Abbildungsmaßstab von 1 :1 müssen beide über das Okular 3 wahrgenommene Bilder des Thermistors deckungsgleich sein. Sind die beiden Punkte nicht deckungsgleich, so wird durch wiederum elektrische Justierung mit Hilfe von zwei Potentiometern Dekkungsgleichheit hergestellt.In addition, the thermistor 18 can also be used for the imaging scale of 1: 1 of the thermal imaging device. The thermistor is used for this purpose. B. to the edge of the Screen of the cathode ray tube 13 brought into position 18 '. The heat point will also be like above Imaged via the thermal imaging device 10 on the screen of the cathode ray tube 13. With the necessary Both images of the thermistor perceived through the eyepiece 3 must be magnified 1: 1 be congruent. If the two points are not congruent, then again becomes electrical Adjustment made with the help of two potentiometers.
Es wird angestrebt, derartige Nachtsichtgeräte auch mit einer automatischen Zielortung und ZielverfolgungThe aim is to also provide such night vision devices with automatic target location and target tracking
zu koppeln. Zur Zielortung muß die Achse des Infrarotwärmebildgerätes mit der Visierachse des Tagsichtgerätes auf eine Genauigkeit <0,l mrad harmonisiert sein. Wie oben erwähnt hat ein Wärmebildgerät mit dem Abbildungsmaßstab 1 :1 im üblichen Sinne gar keine optische Achse. Ein derartiges Wärmebildgerät wäre demnach für eine integrierte Zielortung nicht brauchbar. Trotzdem kann jedoch auch hier eine Lösung gefunden werden. Der Wärmebilddetektor 10 wird durch hier nicht dargestellte Mittel mechanisch justierbar ausgebildet. Der erwähnte Wärmepunkt des Thermistors 18 wird dann durch Justierung des Wärmebildgerätes auf die Fadenkreuzmitte des Tagsichtgerätes eingestellt. Dieser Punkt dient sozusagen als Referenz. Jetzt ist es möglich, mit dem Wärmebildgerät ein Zielortungs- und Zielverfolgungsgerät zu koppeln.to pair. To locate the target, the axis of the infrared thermal imaging device must align with the sighting axis of the Day vision device must be harmonized to an accuracy of <0.1 l mrad. As mentioned above, has a thermal imager with the image scale 1: 1 in the usual sense no optical axis at all. Such a thing Thermal imaging device would therefore not be useful for integrated target location. Nevertheless, however, can also a solution can be found here. The thermal image detector 10 is by means not shown here designed to be mechanically adjustable. The mentioned heat point of the thermistor 18 is then through Adjustment of the thermal imaging device set to the crosshair center of the day vision device. This point serves as a reference, so to speak. It is now possible to use the thermal imaging device as a target location and tracking device to pair.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Claims (3)
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