NL7606608A - Detector voor het opsporen van infrarode stralings- bronnen door middel van aftasting langs een lijn. - Google Patents

Description

* « -* (MNIIIIMUM III .MVWUUA1IMIMK.iJIW 1*1.1 THE SECRETARY OF STATE FOR DEFENCE IN HER BRITANNIC MAJESTY‘S GOVERNMENT OF THE UNITED KINGDOM OF GREAT BRITAIN AND NORTHERN IRELAND - te Londen , Groot-Brittannie - Detector voor het opsporen van infrarode-stralingsbronnen door middel van aftasting langs een lijn -

De uitvinding heeft betrekking op een detector voor het aftasten van stralingsbronnen , en meer in het bijzonder op een be-wakingsinrichting voor het langs een lijn aftasten van infrarood licht uitzendende doelen. Zulk een inrichting wordt gewoonlijk verschaft in kombinatie met een telescoop of een binoculaire kijker, 5 in vele gevallen ook met een beeldversterker, om te kunnen worden gebruikt bij sterrelicht of in het bijna donker. In het algemeen wordt het gezichtsveld van de telescoop of de binoculaire kijker ook afgetast door een spiegel die een beeld van de scene laat trillen over een betrekkelijk kleine detector voor infrarode stra- 10 ling. Als een deel van het invallende beeld op de detector voor infrarode straling infrarode straling bevat van een bron die aanzienlijk warmer is dan zijn omgeving, dan geeft de detector een elektrisch signaal af, dat gewoonlijk wordt gebruikt voor het bekrachtigen van een lichtuitstralende halfgeleider-diode. De in- 15 richting is zodanig ontworpen, dat licht van de diode via de af-tastspiegel wordt teruggekaatst in het optische systeem, zodat een gebruiker van de telescoop of de binoculaire kijker een lichtvlek ziet gesuperponeerd op de plaats van de gedetecteerde stra-lingsbron. Dit systeem heeft het nadeel, dat de lichtvlek de nei- 20 ging heeft zichtbare details van of in de buurt van de bron te verdoezelen, meer in het bijzonder 1snachts, hoewel het ook moeilijk kan zijn deze details bij helder zonlicht waar te nemen. Als een regeling wordt aangebracht voor het instellen van de helder- 25 heid van de lichtvlek, dan is dit weer een extra regeling waar de gebruiker aan moet denken en een extra onderdeel dat defekt kan raken.

De met de onderhavige aanvrage samenhangende 3ritse octrooiaanvrage No. 20105/7^ beschrijft een detectorinrichting die zoda- nig is ontworpen, dat een hoorbare indikatie wordt gegeven van de detectie van een infrarode-stralingsbron en een bepaald hoorbaar 7a 760 6 6 08 30 2 signaal afhankelijk van de afstand tussen de bron en het midden van het gezichtsveld. De in deze Britse octrooiaanvrage beschreven uitvoeringsvormen hebben betrekking op inrichtingen waarbij de onderscheidenlijk hoorbare signalen zijn afgeleid van een verge -lijking van de tijdsintervallen tussen de detecties van de bron bij 5 het aftasten van opeenvolgende lijnen.

Het doel van de onderhavige uitvinding is nu het verschaffen van een inrichting voor het aftasten van stralingsbronnen>die hoorbare aanwijzingen geeft omtrent de detectie van een stralings-bron , welke aanwijzingen voor de waarnemer een hulpmiddel zijn voor 10 het nauwkeuriger en misschien ook sneller of betrouwbaarder be -palen van de plaats van de bron .

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een detectie-inrich-ting aan de hand gedaan voor het aftasten van stralingsbronnen , die een element bevat voor het vormen van een beeld van een ge- 15 zichtsveld , een stralingsdetector met een optische opening die aanzienlijk nauwer is dan het gezichtsveld, aftastelementen die het beeld van het gezichtsveld ten opzichte van en over de optische opening van de stralingsdetector laten bewegen, en een ge-luidsseinen opwekkend element voor het afgeven van geluidsseinen 20 met een variabele frequentie die afhangt van de grootte van de respons van de stralingsdetector op straling van een middengebied van het gezichtsveld. De inrichting bevat bij voorkeur elementen voor het afleiden van een algemeen responssignaal als een respons op straling ontvangen uit een willekeurig deel van het gezichte- 25 veld, en elementen voor het afleiden van een centraal responssignaal als een respons op straling ontvangen uit een centraal deel van het gezichtsveld.

Het element voor het opwekken van het audiosignaal kan een audio-oscillator met een vaste frequentie bevatten en een audio- 30 oscillator met een variabele frequentiejdie zodanig is geschakeld dat deze een audiosignaal geeft met een frequentie die afhankelijk is van de sterkte van het centrale responssignaal. Het centrale responssignaal kan worden afgeleid van het uitgangssignaal van de stralingsdetector door een poortschakeling die wordt gestuurd door 35 het aftastelement. De poortschakeling kan zijn verbonden met de 7606608 * 3 oscillator met de variabele frequentie door middel van een bemonster- en houdschakelingjOf door een integrerende schakeling.

Een andere mogelijkheid is, dat het element voor het opwekken van het audiosignaal een audio-oscillator met een variabele frequentie bevat die zodanig is geschakeld, dat deze laatste signa- 5 len afgeeft met een frequentie die afhankelijk is van een sommering van het algemene responssignaal en het centrale responssignaal .

De inrichting kan een lichtuitzendende halfgeleiderinrichting bevatten die verbonden is met de uitgang van de stralingsdetector, en een optisch systeem dat is opgesteld voor het ontvangen van 10 licht van de inrichting via de aftastspiegel, zodat als de stralingsdetector straling ontvangt uit een willekeurig deel van het gezichtsveld en de inrichting laat oplichten, het aftastelement het licht van de inrichting naar het optische systeem richt voor het verlichten van een overeenkomstig deel van een beeldvlak daar- 15 in. Het element voor het afleiden van het centrale responssignaal kan dan een eerste lichtdetector zijn met een tetrekkelijk klein oppervlak, die is opgesteld in het midden van het beeldvlak, waar de detector wordt belicht als een stralingsbron wordt gedetecteerd in het midden van het gezichtsveld . Het element voor het afleiden 20 van het algemene responssignaal kan een grotere lichtdetector zyn die is opgesteld in een ander vlak r zodat deze detector slechts enige lichtstralen opvangt die door de inrichting worden gericht naar althui tenkant gelegen delen van het beeldvlak. Als bij deze opstelling een waarnemer de inrichting roteert teneinde een stra- 25 lingsbron in het gezichtsveld te brengen, wordt de licht uitzendende inrichting bekrachtigd als de bron in het gezichtsveld komt en de aftastspiegel zich in of nabij een uiterste stand bevindt, waarbij licht van de inrichting naar een aan de rand gelegen plaats in het beeldvlak gericht wordt, en de grote detector onderschept 30 een steeds groter wordend deel van dit licht als het midden van het gezichtsveld dichter komt bij de richting van de bron , waarbij een spanning wordt opgewekt die toeneemt tot een maximum. Als nu het midden van het gezichtsveld dicht komt in de richting van de bron begint de kleine detector in het midden van het gezichtsveld 35 ^.^cht te ontvangen van de licht uitstralende inrichting en geeft 7606608 4 af een toenemende uitgangsspanning^totdat het gezichtsveld op de bron is gecentreerd . De frequentie van de oscillator wordt gestuurd door de som van de uitgangssignalen van de detector en daardoor wordt tijdens deze procedure de toonhoogte steeds groter, waardoor de waarnemer zeer duidelijke en nauwkeurige aanwijzingen ver- 5 krijgt die hel fmogelijk maken de richting van de bron snel en nauwkeurig te bepalen.

Inrichtingen van de hierboven beschreven soort kunnen worden vervaardigd door een bestaande detecteerinrichting van een type dat reeds een met de stralingsdetector verbonden, licht uitstra- 10 lende diode bevat, te wijzigen of hieraan apparatuur toe te voegen.

Twee uitvoeringsvormen van de uitvinding zullen nu, uitsluitend bij wijze van voorbeeld, worden beschreven aan de hand van de tekening , waarin: fig . 1 een schets is van een langs een lijn aftastende infra- 15 rood bewakingsinrichting, fig. 2 een schets is van een andere uitvoeringsvorm van een langs een lijn aftastende infrarood bewakingsinrichting, en fig. 3 een perspektivisch aanzicht is van een deel van de inrichting van fig. 2. 20

In fig. 1 ziet men een bewakingsinrichting bestaande uit een concave spiegel 130 opgesteld aan het ene uiteinde van een buis 131 1 voor het verzamelen van infrarood licht en het richten van dit licht naar een aftastspiegel 2, waardoor een beeld wordt ge -vormd dat kan worden bewogen over een detector 1 voor infrarode 25 straling, opgesteld in het midden van de spiegel 130. De spiegel 2 is verbonden aan een staaf 132 die is gelegerd in de wanden van de buis 131; de staaf 132 en de spiegel 2 voeren een oscillerende beweging uit ten gevolge van een mechanische aandrijving door een (niet in de tekening weergegeven) elektrische motor. Het uitgangs- 30 signaal van de stralingsdetector 1 wordt via een versterker 3 geleid naar een drempelschakeling , die uitsluitend ten doel heeft te voorkomen dat achtergrond-ruissignalen worden doorgelaten naar de rest van de schakeling. Uitgangssignalen van de drempelschakeling k worden geleid naar de analoge signaalingang van een FET- 35 poortschakeling 5 en naar een stuuringang van een oscillatorscha- 7606608 5 keling 133 met een konstante frequentie.

De staaf 132 draagt ook een arm 7 die samen met de staaf 132 oscilleert en beweegt tussen een licht uitstralende diode 8 en een licht//detector 9. De arm 7 vangt licht op van de diode 8 als van de spiegel 2 het midden van de baan -de trillende beweging pas - 5 seert. De uitgang van de licht//detector 9 is geschakeld via een (niet in de tekening weergegeven) omkerende versterker, voor het sturen van de poortschakeling 5i zodat de poortschakeling 5 signalen doorlaat afkomstig van de drempelschakeling k naar een schakelaar 10 gedurende een korte periode in het midden van elke af- 10 tastcyclus. De schakelaar 10 heeft twee alternatieve standen en is opgesteld voor het verbinden van de uitgang van de poortschakeling 5 hetzij met een bemonster- en houdschakeling 11, dan vel met een integrerende schakeling 13; de uitgangen van deze beide schakelingen zijn verbonden met de stuuringang van een door spanning 15 gestuurde oscillator 12. Een ander (niet in de tekening weergegeven) deel van de schakelaar 10 kan worden gebruikt voor het zonodig uitschakelen van diegene van de schakelingen 11 en 13 die niet wordt gebruikt. Audiosignalen uitgaande van de door spanning gestuurde oscillator 12 en de oscillator 133 met een konstante fre- 20 quentie worden geleid naar een luidspreker 6.

Als de inrichting wordt gericht naar een landschap of een andere scene, dan vormen de spiegels 130 en 2 een beeld van het gezichtsveld dat een aftastende beweging maakt over de infrarood-de-tector 1 door de trillende beweging van de spiegel 2. Een belang- 25 rijke bron van infrarode straling in het gezichtsveld zal tenge -volge hebben dat een signaal van de detector 1 via de versterker 3 en de drempelschakeling 4 zal gaan naar de oscillator 133 met een konstante frequentie; hierdoor geeft de luidspreker 6 een hoorbare toon met een vaste frequentie . Dit signaal, en derhalve ook de 30 hoorbare toon, zullen intermitterend zijn en optreden telkens als de aftastende beweging van de spiegel 2 het beeld van de stralings-bron richt op de infrarood-detector 1.

Voor het bepalen van de plaats van de stralingsbron zal de waarnemer de inrichting zodanig richten, dat het gezichtsveld er- 35 van zich langzaam over de scene beweegt. Als hierdoor het midden 7606608 β van het gezichtsveld dicht bij de stralingsbron komt zal de van de detector 1 uitgaande signaalrespons beginnen te verschijnen gedurende de perioden (in het midden van elke aftastcyclus) dat de poortschakeling 5 zich in een toestand bevindt voor het doorlaten van signalen naar de schakelaar 10. Hierdoor ontstaan toenemende 5 spanningen aan de uitgang van de poortschakeling 5 en deze worden via de schakelaar 10 geleid naar één van de schakelingen 11 en 13·

De bemonster- en houdschakeling 11 en de integrerende schakeling 13 worden gebruikt als alternatieve afvlakkende schakelingen. De bemonster- en houdschakeling 11 heeft een snel stijgende 10 karakteristiek en geeft dus onmiddellijk een respons op straling; deze schakeling bemonstert het uitgangssignaal van de poortschakeling 5 bij de piek en houdt het bemonsterde signaal vast met een langzame teruggang gedurende enige aftastperioden. De integrerende gehele de schakeling 13 integreert^energie van de van de poort afkomsti- 15 ge signaalimpulsen over enige aftastperioden en verbetert hierdoor de signaal/ruisverhouding, maar veroorzaakt een vertraging van de respons . In elk geval neemt de spanning geleid naar de door spanning gestuurde oscillator toe tot een maximum als het midden van het gezichtsveld is gericht naar de stralingsbron, en de luidspre- 20 ker 6 zal een tweede hoorbare toon produceren waarvan de frequentie toeneemt als deze toestand wordt benaderd .

In fig. 2 is een andere uitvoeringsvorm van de bewa^kingsin-richting weergegeven, waarbij een infrarood-overbrenglens een beeld vormt van het gezichtsveld, welk beeld een aftastende beweging 25 over een infrarood-detector 17 maakt ten gevolge van een schommelende spiegel 16 . De uitgang van de detector 17 is verbonden met een licht uitstralende diode 15- De diode 15 is zodanig opgesteld, dat licht er van wordt gereflekteerd door de aftastspiegel 16 via een periscoopopstelling 18 in een optisch systeem dat een 30 deel van een lens 30 bevat en een andere lens 20.

De lens 30 en een oculair - lens of een beeldversterker 31 vormen een telescoop voor visuele bewaking door een waarnemer wiens oogpunt is aangegeven bij 32. De lenzen 30 en 20 zijn zodanig opgesteld, dat zij een beeld van de diode 15 vormen op een lijn AB die 35 in de tekening door een stippellijn is aangegeven . Dit beeld ver - 7606608 7 schijnt bij een deel van de lijn A3, afhankelijk van de stand van de aftastspiegel 16 als de diode 15 wordt bekrachtigd door het uitgangssignaal van de detector 17·

En zijn twee lichtdetectors 21 en 22 in dit optische systeem opgesteld. Een detector 21 bestrijkt een betrekkelijk klein opper- 5 vlak naast het midden van de lijn AB en aan één kant van deze lijn; de andere detector 22 is groter en aanzienlijk dichter by de lens 20 opgesteld voor het opvangen van lichtstralen die zijn gericht naar de andere kant van de lijn AB. Deze opstelling is duidelijker weergegeven in de perspektivische tekening van fig. 3· 10

Uitgangen van de detectors 21 en 22 zijn verbonden door versterkers 26 en 23 met respektievelijke bemonster- en houdschake -lingen 27 en 2b» Uitgangen van de bemonster- en houdschakelingen 27 en 2b zijn door een sommeerschakeling 25 voor analoge signalen verbonden met de stuuringang van een door spanning gestuurde os- 15 cillator 28.>die op zijn beurt is verbonden met een luidspeker 29·

Als de bewakingsinriohting van fig. 2 wordt gericht naar een scene waarin zich een bron van infrarode straling bevindt, en als deze bron in het gezichtsveld van de inrichting komt, dan worden de infrarood-detector 17 en de diode 15 bekrachtigd op een bepaald 20 punt van elke aftastcyclus van de spiegeloscillatie, en licht van de diode 15 zal worden gefocusseerd op een overeenkomstig deel van de lijn AB. Als een waarnemer de inrichting langzaam over de scene heen beweegt en het gezichtsveld de stralingsbron bereikt en er over heen beweegt, dan verschijnt het resulterende beeld van de 25 diode 15 bij één van de uiteinden van de lijn AB en beweegt zich van daar naar het midden. Als dit beeld zich dichtbij êên van de uiteinden van de lijn A3 bevindt, zoals is aangegeven door de stralen met een dubbele pijl in fig. 3i dan onderschept de detector 22 slechts een kwart van de stralenkegel die gericht is naar het beeld op AB. 30

Als het midden van het gezichtsveld dichter bij de stralingsbron wordt gebracht en het beeld van de diode 15 het midden van AB nadert , dan neemt het deel van het licht dat door de detector 22 wordt onderschept, toe tot een maximum van ongeveer de helft; hierdoor neemt ook de uitgangsspanning van de bemonster- en houdscha- 35 keling 2b tot een maximum toe. Als het midden van het gezichtsveld 760 6 6 0¾

Claims (8)

1. Aftastende detecteerinrichting voor stralingsbronnen, met 25 het kenmerk, dat deze een element bevat voor het vormen van een beeld van een gezichtsveld , een stralingsdetector met een optische opening die aanzienlijk nauwer is dan het gezichtsveld , een aftastelement voor het laten bewegen van het beeld van het gezichtsveld ten opzichte van en over de optische opening van de 30 stralingsdetector , en een element voor het opwekken van een audio-signaal voor het afgeven van zulfté. signalen met een m4 veran- 7606608 derlijke frequentie die afhangt van de grootte van de respons van de stralingsdetector op straling afkomstig uit een middengebied van het gezichtsveld.

2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat deze inrichting een element bevat voor het afleiden van een 5 algemeen responssignaal als een respons op straling ontvangen uit een willekeurig deel van het gezichtsveld, en een element voor het afleiden van een centraal responssignaal als een respons op straling ontvangen uit een centraal deel van het gezichtsveld , waarbij het element voor het opwekken van audiosignalen bestaat uit een 10 audio-oscillator met een konstante frequentie , gestuurd door het algemene responssignaal, en een audio-oscillator met een variabele frequentie , zodanig geschakeld dat deze oscillator een audio-signaal opwekt waarvan de frequentie afhankelijk is van de grootte van het centrale responssignaal. 15

3. Inrichting volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, het dat het element voor het afleiden vanAalgemene responssignaal bestaat uit een verbinding met een stralingsdetector en dat het element voor het afleiden van het centrale responssignaal een poort-schakeling bevat die wordt gestuurd door het af tas tele men t^-w^-i-s· . 20 voor het doorlaten van signalen van de stralingsdetector, uitsluitend als het aftastelement een middendeel van het beeld van het gezichtsveld richt op de optische opening van de stralingsdetector . k. Inrichting volgens conclusie 3»®et het kenmerk, 25 dat deze voorts een bemonster- en houdschakeling bevat die zodanig is geschakeld, dat deze het uitgangssignaal ontvangt van de poortschakelingjen de oscillator met een variabele frequentie stuurt ·

5. Inrichting volgens conclusie 3» m e t het kenmerk, 30 dat deze inrichting tevens een integrerende schakeling bevat die zodanig is geschakeld, dat deze het uitgangssignaal ontvangt van de poortschakelingjen de oscillator met een variabele frequentie .stuurt. ____________________ _____________________________________________________________ _... ... . ............ ............... 7606608

6. Inrichting volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat deze een element bevat voor het afleiden van een algemeen res-ponssignaal als een respons op straling ontvangen uit een willekeurig deel van het gezichtsveld, en een element voor het afleiden van een centraal responssignaal als een respons op straling ontvangen 5 uit een centraal deel van het gezichtsveld, en waarbij het element voor het opwekken van het audiosignaal bestaat uit een audio-oscillator met een variabele frequentie geschakeld voor het opwekken van audiosignalen met een frequentie afhankelijk van de groott van een sommering van het algemene responssignaal en het centrale respons- 10 signaal.

7. Inrichting volgens conclusie 6,met het kenmerk, dat deze tevens een lichtz/uitstralende halfgeleiderinrichting bevat die verbonden is met de uitgang van de stralingsdetector en een optisch systeem dat is opgesteld voor het ontvangen van licht 15 van de licht uitzendende halfgeleiderinrichting via het aftastele-ment,zodat als de stralingsdetector straling ontvangt van een speciaal deel van het gezichtsveld, hierdoor de lichtgevende inrichting licht_ gaat geven dat door het aftastelement wordt gericht in het optische systeem voor het verlichten van een overeenkomstig 20 deel van een beeldvlak daarin, en waarbij het element voor het afleiden van het centrale responssignaal een eerste lichtdetector bevat met een betrekkelijk klein oppervlak hoofdzakelijk geplaatst bij het midden van het beeldvlak in het optische systeem, waar het optische systeem een beeld vormt van de lichtgevende inrichting 25 als deze wordt bekrachtigd terwijl het af tastelement het middendeel van het gezichtsveld richt op de stralingsdetector , en het element voor het afleiden van het algemene responssignaal een tweede lichtdetector bevat met een betrekkelijk groot oppervlak, die is opgesteld voor het opvangen van licht, dat door het optische systeem wordt 30 gericht naar een groter oppervlak van het beeldvlak .

8. Inrichting volgens conclusie ?, m e t het kenmerk, dat de tweede lichtdetector is opgesteld op enige afstand van het beeldvlak en een zodanige afmeting bezit, dat deze detector slechts -lichtstralen op//vangtdie door het optische systeem worden gericht 35 7606608 naar bij de rand gelegen plaatsen van het beeldvlak.

9. Inrichting volgens conclusie 7,met het kenmerk, dat deze een eerste bemonster- en houdschakeling bevat die is geschakeld voor het opvangen van het uitgangssignaal van de eerste lichtdetector, een tweede bemonster- en houdschakeling geschakeld 5 voor het opvangen van het uitgangssignaal van de tweede lichtdetector, en een analoge spanningssommeringsschakeling, die is geschakeld voor het op^vangen van uitgangssignalen van de beide bemonster- en houdschakelingen en voor het sturen van de oscillator met variabele frequentie. 10 7606608