DE1572674C1 - Infrared vision device - Google Patents
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Description
3 43 4
bei ist von besonderem Vorteil, daß durch die Vereini- toren 26 aufgenommen.at is of particular advantage that it is received by the uniators 26.
gung der beiden zum Infrarotteil und zur Betrachtungs- Weiterhin ist eine im wesentlichen ebene Lichtquelle vorrichtung gehörenden Spiegel zu einer Einheit auf 30 für sichtbares Licht vorgesehen. Diese Lichtquellesupply of the two to the infrared part and for viewing. Furthermore, there is an essentially flat light source Device belonging mirror to a unit on 30 provided for visible light. This light source
einfachste Weise eine synchrone Bewegung der beiden kann eine Vielzahl von einzelnen Lämpchen 32 aufwei-the simplest way, a synchronous movement of the two, can have a large number of individual lamps 32
Spiegel garantiert ist. 5 sen, die in der Oberflächenebene der Lichtquelle 30 an-Mirror is guaranteed. 5 sen, which are located in the surface plane of the light source 30
Die sehr einfache und ein geringes Trägheitsmoment geordnet sind. Jeder Detektor 26 des Detektorfeldes 24The very simple and low moment of inertia are ordered. Each detector 26 of the detector field 24
aufweisende Spiegelanordnung macht es weiterhin ist beispielsweise über Verstärker 34 mit je einem derhaving mirror arrangement makes it further is for example via amplifier 34 with each one of the
möglich, in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dafür Lämpchen 32 der ebenen Lichtquelle 30, die auch alspossible, in a further embodiment of the invention for this lamp 32 of the planar light source 30, which also as
Sorge zu tragen, daß die von den Spiegeln gebildete Lampenfeld bezeichnet werden kann, verbunden. DaherCare must be taken that the lamp field formed by the mirrors can be designated connected. Therefore
Baueinheit in dem größten Teil des Schwingungswinkels io wird das zugeordnete Lämpchen 32 gespeist und bildetThe associated lamp 32 is fed and forms the structural unit in the largest part of the oscillation angle io
ihre Schwingbewegung mit gleichförmiger Geschwin- eine Quelle sichtbaren Lichtes, wenn ein beliebiger derits vibratory motion at a uniform rate - a source of visible light, if any of the
digkeit ausführt. Auf diese Weise ist es möglich, eine Detektoren 26 durch den Einfall von Infrarot-Strahlungeligibility. In this way it is possible to detect a detector 26 by the incidence of infrared radiation
besonders gleichmäßig ausgeleuchtete Darstellung zu elektrisch aktiviert wird,particularly evenly illuminated display is activated electrically,
erzielen. Auf das Lampenfeld 30 ist ein Umlenkspiegel 36 aus-achieve. A deflecting mirror 36 is directed onto the lamp field 30.
Der einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Gerätes 15 gerichtet, der die gesamte Oberfläche des Feldes auf dieThe simple structure of the device 15 according to the invention directed, which covers the entire surface of the field on the
hat den weiteren Vorteil, daß das Gerät sehr leicht aus- Rückseite des schwingenden Spiegels reflektiert. Diehas the further advantage that the device very easily reflects off the back of the oscillating mirror. the
gebildet werden kann, so daß es leicht tragbar ist, wo- Rückseite 37 des Abtastspiegels 14 ist ebenfalls reflek-can be formed so that it is easily portable, where- back 37 of the scanning mirror 14 is also reflective
durch seine Brauchbarkeit gesteigert wird. tierend ausgebildet und bewirkt während der Schwin-is enhanced by its usefulness. animal and causes during the vibration
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfin- gungen des Spiegels eine lineare Abtastung der reflek-Further details and refinements of the inventions of the mirror include linear scanning of the reflective
dung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in 20 tierten Oberfläche des Lampenfeldes 30. Daher bildetApplication can be found in the following description, in 20 oriented surface of the lamp field 30. Therefore, forms
der die Erfindung anhand des in der Zeichnung darge- der Spiegel 14 ein gemeinsames Abtastelement für daswhich the invention based on the mirror 14 shown in the drawing, a common scanning element for the
stellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und optische System des Infrarot-Teiles und das optischepresented embodiment described in more detail and optical system of the infrared part and the optical
erläutert wird. Die der Beschreibung und der Zeichnung System des Sichtteiles und es wird auf diese Weise eineis explained. The description and the drawing system of the visible part and in this way it becomes a
zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Aus- automatische Abtastsynchronisation erzielt. Das vonFeatures to be extracted can be achieved with other off automatic scanning synchronization. That from
führungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu 25 der Rückseite des Spiegels 14 abgetastete Bild wirdEmbodiments of the invention individually or to 25 of the back of the mirror 14 is scanned image
mehreren in beliebiger Kombination Anwendung fin- durch eine Zwischenlinse 38 auf einen Umlenkspiegel 40several can be used in any combination through an intermediate lens 38 on a deflecting mirror 40
den. Es zeigt geworfen, der auf ein Filter 42 und ein Okular 44 optischthe. It shows being thrown onto a filter 42 and an eyepiece 44 optically
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfüh- ausgerichtet ist.F i g. 1 is a schematic representation of an embodiment.
rungsform der Erfindung, Die F i g. 2 bis 4 veranschaulichen eine arbeitsfähigeRung form of the invention, The F i g. 2-4 illustrate a working one
Fig.2 eine Vorderansicht einer Abtastanordnung, 30 Ausführungsform des Schwingspiegels 14. Bei dieser2 shows a front view of a scanning arrangement, embodiment of the oscillating mirror 14. In this case
wie sie für Geräte nach der Erfindung geeignet ist, Ausführungsform ist der Spiegel 14 in einen Rahmen 50as is suitable for devices according to the invention, the embodiment is the mirror 14 in a frame 50
F i g. 3 eine Teilansicht längs der Linie 3-3 in F i g. 3, eingesetzt. Der Rahmen 50 ist an einem unabhängigenF i g. 3 is a partial view taken along line 3-3 in FIG. 3, used. The frame 50 is on an independent
F i g. 4 eine Seitenansicht der Anordnung nach F i g. 2 Lappen 52 befestigt, der an seinem unteren Ende einenF i g. 4 shows a side view of the arrangement according to FIG. 2 tabs 52 attached, the one at its lower end
unter Fortlassung der Magnetspulen und Anker 54 trägt. Der Anker ragt über die einander ge-omitting the solenoid and armature 54 carries. The anchor protrudes over the
F i g. 5 eine graphische Darstellung der Abtastge- 35 genüberliegenden Ränder des Lappens 52 hinaus. In derF i g. 5 is a graphical representation of the scan 35 opposite edges of lobe 52. In the
schwindigkeit als Funktion der Zeit beim Betrieb einer Mitte des Lappens 52 ist ein Biegelager (flexure pivot)speed as a function of time when operating a center of the tab 52 is a flexure pivot
Anordnung nach der Erfindung. 56 vorgesehen, das den Spiegelrahmen 50 trägt und ihmArrangement according to the invention. 56 provided, which carries the mirror frame 50 and him
Die Anordnung nach F i g. 1 weist ein übliches Infra- eine Schwingbewegung ermöglicht. Weiterhin sind zwei rot-Fernrohr 10 auf, das einen durch die Fläche 12 ange- übliche Elektromagnete 60 vorgesehen, deren Kerne 62 deuteten, geeigneten Bereich überblickt. Hinter dem 40 in geringem Abstand von den entgegengesetzten Enden Fernrohr 10 ist ein auf die optische Achse des Fernroh- des Ankers 54 angeordnet sind. Zur Erzeugung eines res ausgerichteter Abtastspiegel 14 vorgesehen. Der magnetischen Feldes in den Kernen 62 werden übliche Spiegel ist in noch zu beschreibender Weise so angeord- Spulen 64 verwendet. Eine bewegliche Biegefeder (flenet, daß er um eine vertikale Achse 16 schwingt. Zu xure spring) 66 ist mit dem Lager 56 verbunden und jedem gegebenen Augenblick kann der Spiegel 14 als 45' zusammen mit dem Lager und dem Rahmen 50 bewegstationär betrachtet werden. Er bietet dann einen au- lieh. Die Feder 66 trägt entgegengesetzt gerichtete genblicklichen streifenförmigen Abschnitt des Blickfei- Kontakte 67. Weiterhin sind mit den Kontakten 67 zudes im Bereich der Fläche 12, der durch die Linie 18 sammenwirkende feste Kontakte 68 vorgesehen, die ein angedeutet ist. Durch Schwingen des Spiegels 14 über Ein- und Ausschalten der Elektromagnete 60 bewirken, einen bestimmten Winkel kann mit dem Blickfeldstrei- 50 wenn der bewegliche Kontakt 67 infolge der Schwinfen die Fläche 12 beispielsweise zwischen den Linien 20 gungen des Rahmens 50 und der Biegefeder 66 abwech- und 22 abgetastet werden. selnd an einem der festen Kontakte zur Anlage kommt.The arrangement according to FIG. 1 has a conventional infra-enables an oscillating movement. Furthermore there are two red telescope 10, which is provided with an electromagnet 60 which is typical of the surface 12 and whose cores 62 indicated appropriate area surveyed. Behind the 40 at a short distance from the opposite ends Telescope 10 is arranged on the optical axis of telescope armature 54. To create a res aligned scanning mirror 14 is provided. The magnetic field in the cores 62 will be common The mirror is used in a manner to be described so arranged coils 64. A flexible spiral spring (flenet, that it swings about a vertical axis 16. To xure spring) 66 is connected to the bearing 56 and At any given moment, the mirror 14 as 45 'along with the bearing and frame 50 can be stationary to be viewed as. He then offers one loan. The spring 66 carries oppositely directed current strip-shaped section of the Blickfei contacts 67. Furthermore, the contacts 67 are also in the area of the surface 12, the cooperating fixed contacts 68 provided by the line 18, which a is indicated. By swinging the mirror 14 by switching the electromagnets 60 on and off, A certain angle can be streaked with the field of view 50 when the movable contact 67 as a result of the oscillation alternate the surface 12, for example, between the lines 20 of the frame 50 and the spiral spring 66 and 22 are scanned. seldom comes to the plant at one of the permanent contacts.
Die eine Fläche des Spiegels ist zugleich optisch auf Es sei darauf hingewiesen, daß die Spulen 64 in F i g. 4One surface of the mirror is also optically visible. It should be noted that the coils 64 in FIG. 4th
das im wesentlichen ebene Detektorfeld 24 ausgerich- fortgelassen worden sind.the essentially flat detector field 24 have been omitted in alignment.
tet. Im allgemeinen besteht solch ein Detektorfeld 24 55 Bei einer Betriebsart der beschriebenen Anordnung aus einer Vielzahl von infrarot-empfindlichen Elemen- wird einer der Elektromagnete 60 infolge der Beruhten 26, die an der Oberfläche des Feldes 24 in einer rung zwischen einer Fläche des Kontaktes 67 und einem Ebene angeordnet sind. Eine Kältemaschine 28 kann der festen Kontakte 68 erregt. Es sei angenommen, daß dazu benutzt werden, die Detektoren 26 auf eine Tem- unter diesen Umständen der Spiegel 14 und der Rahmen peratur abzukühlen, bei der sie eine optimale Empfind- 60 50 sich an einem Ende der Winkelbewegung in einer lichkeit für die einfallende Infrarotstrahlung aufweisen. Richtung befinden. Durch die Erregung des Elektroma-Wenn der Spiegel 14 über das Blickfeld verschwenkt gneten 60 wird der Anker 54 magnetisch angezogen, so wird, wird sein augenblicklicher Blickfeldstreifen auf die daß der Anker und der damit durch den Rahmen 50 ebene Oberfläche des Detektorfeldes 26 reflektiert, so verbundene Spiegel 14 in der entgegengesetzten Richdaß der Bereich zwischen den Linien 20 und 22 effektiv 65 tung eine Winkelbeschleunigung erhält. Diese Beschleuabgetastet und streifenweise auf die Oberfläche des FeI- nigung erfolgt schnell in einem sehr kleinen Abschnitt des 24 übertragen wird. Auf diese Weise wird die reflek- der gesamten Winkelbewegung des Rahmens 50. Schon tierte Infrarotstrahlung von den entsprechenden Detek- nach Durchlaufen dieses kleinen Abschnittes unter-tet. In general, there is such a detector array 24-55 in one mode of operation of the arrangement described a multitude of infrared-sensitive elements becomes one of the electromagnets 60 as a result of the resting 26, which on the surface of the field 24 in a tion between a surface of the contact 67 and a Are arranged level. A chiller 28 can energize the fixed contacts 68. Assume that are used to set the detectors 26 to a tem- under these circumstances the mirror 14 and the frame temperature at which they have an optimal sensation for the incident infrared radiation. Direction. Through the excitement of the Electroma-Wenn the mirror 14 is pivoted over the field of view gneten 60, the armature 54 is magnetically attracted, so his current field of view will be that of the anchor and that through the frame 50 flat surface of the detector field 26 is reflected, so connected mirrors 14 in the opposite direction the area between the lines 20 and 22 effectively receives an angular acceleration. This accelerometer scanned and in strips on the surface of the cleaning takes place quickly in a very small section des 24 is transmitted. In this way, the total angular movement of the frame 50 is reflective infrared radiation from the corresponding detectors- after passing through this small section under-
bricht der Kontakt 67 durch Abheben vom Gegenkontakt 68 den Stromkreis, so daß der Elektromagnet 60 stromlos wird. Der Anker und der damit verbundene Spiegel 14 im Rahmen 50 setzen danach ihre Bewegung in der Beschleunigungsrichtung um das praktisch reibungslose Schwenklager 56 mit einer im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeit ohne weitere Beschleunigung fort. Wenn der Anker 54, der Rahmen 50, die Biegefeder 66 und der Kontakt 67 sich am Ende der Winkelbewegung in der angegebenen Richtung nähern, kommt der Anker an dem nichterregten Kern 62 zur Anlage und zugleich der Kontakt 67 an den anderen festen Kontakt 68. Durch diese Kontaktgabe wird der andere Elektromagnet 60 elektrisch erregt, wodurch der Anker 54 mit dem Rahmen 50 verzögert und ihm eine Beschleunigung in der Gegenrichtung erteilt wird. Die Bewegung des Rahmens 50 und der Biegefeder 66 in der umgekehrten Richtung öffnet die Kontakte 67 und 68, so daß der zweite Elektromagnet 60 wieder stromlos wird und es dem Anker 54, dem Rahmen 50 und dem davon getragenen Spiegel 14 ermöglicht, mit einer relativ gleichförmigen Geschwindigkeit in dem relativ reibungslosen Lager 56 in der umgekehrten Richtung zu bewegen. Dieser Zyklus wiederholt sich, wenn der Kontakt 67 in Berührung mit dem zuerst genannten festen Kontakt 68 gebracht wird. Es ist demnach ersichtlich, daß die Winkelgeschwindigkeit des Spiegels 14 in dem Hauptteil des Bogens ihrer Schwingbewegung im wesentlichen konstant ist und eine Verzögerung und Beschleunigung nur in relativ kleinen Winkelbereichen an den Umkehrstellen der Winkelbewegung stattfindet. Das Diagramm nach Fig.5 veranschaulicht die Geschwindigkeit des Spiegels 14 als Funktion der Zeit, die über den größten Teil der Winkelbewegung im wesentlichen gleichförmig ist. Die Null-Linie gibt die Umkehrpunkte der Bewegung an, während die Flächen oberhalb und unterhalb der Null-Linie die Bewegung in entgegengesetzten Richtungen darstellen. Es versteht sich, daß dieses Schwingverhalten wesentlich sowohl zur Genauigkeit als auch zur Auflösung des erzeugten Bildes beiträgt. Daher wird dem Okular 44 ein Bild dargeboten, das genau das in dem Blickfeld des Infrarot-Fernrohres liegende Objekt wiedergibt.The contact 67 breaks the circuit by lifting it off from the mating contact 68, so that the electromagnet 60 becomes de-energized. The armature and the associated mirror 14 in the frame 50 then start moving in the direction of acceleration around the practically frictionless pivot bearing 56 with a substantially steady speed without further acceleration. When the anchor 54, the frame 50, the spiral spring 66 and the contact 67 approach one another at the end of the angular movement in the specified direction, the armature comes to rest on the non-excited core 62 and, at the same time, the contact 67 on the other fixed contact 68. Through this contact, the other electromagnet 60 is electrically excited, whereby the Armature 54 is delayed with the frame 50 and is given an acceleration in the opposite direction. the Movement of the frame 50 and the spiral spring 66 in the opposite direction opens the contacts 67 and 68, so that the second electromagnet 60 is de-energized again and it is the armature 54, the frame 50 and the mirror 14 carried thereby allows, at a relatively uniform speed in the relatively smooth Bearing 56 to move in the reverse direction. This cycle repeats itself when the contact 67 is brought into contact with the first-mentioned fixed contact 68. It can therefore be seen that the angular velocity of the mirror 14 in the main part of the arc of its oscillating motion is substantially is constant and deceleration and acceleration only occur in relatively small angular ranges the reversals of the angular movement takes place. The diagram according to Figure 5 illustrates the speed of the mirror 14 as a function of time over the major part of the angular movement essentially is uniform. The zero line indicates the turning points of the movement, while the areas above and below the zero line represent the movement in opposite directions. It goes without saying that this oscillation behavior is essential both to the accuracy and to the resolution of the image generated contributes. Therefore, the eyepiece 44 is presented with an image that is exactly that in the field of view of the infrared telescope reproduces a lying object.
Um dem Okular ein Objektbild hoher Qualität darzubieten, ist es erforderlich, die Speicherfähigkeit des Auges bezüglich des betrachteten Objektes zu berücksichtigen. Das menschliche Auge beobachtet ein Objekt nicht augenblicklich, sondern hält eine erblickte Lichtquelle eine kurze Zeitspanne zurück. Wenn die Rate, mit der die Lichtquelle dem menschlichen Auge angeboten wird, zu gering ist, wird das erblickte Bild nicht genügend lange zurückgehalten und es entsteht ein flackernder Eindruck Um dem Beobachter ein bequem zu betrachtendes Bild hoher Qualität anzubieten, wird vorgeschlagen, daß die Schwingungsfrequenz des Spiegels 14 so eingestellt wird, daß der Spiegel 15 bis 30 Abtastungen oder Bilder pro Sekunde liefert, was in einem Bereich liegen würde, der dem menschlichen Auge eine bequeme Betrachtung ermöglicht. Durch geeignete Steuerung der Umschaltung der Elektromagneten, die die Schwingung des Spiegels bewirkt, kann die gewünschte Schwingfrequenz leicht erzielt werden.In order to present a high quality object image to the eyepiece, it is necessary to have the storage capacity of the eye to be taken into account with regard to the object under consideration. The human eye observes an object not instantaneously, but holds back a source of light seen for a short period of time. If the rate with which the light source is offered to the human eye is too small, the image seen will not be sufficient held back for a long time and there is a flickering impression To offer high quality image, it is proposed that the frequency of oscillation of the mirror 14 is adjusted so that the mirror is 15 to 30 scans or images per second, which would be in a range that the human eye allows comfortable viewing. By appropriately controlling the switching of the electromagnets that causes the mirror to oscillate, the desired oscillation frequency can be easily obtained.
Weiterhin ist es wünschenswert, daß die Lämpchen 32 'der Lichtquelle 30 in Abhängigkeit von der variierenden Energie der empfangenen Strahlung in ihrer Lichtintensität moduliert werden. Es ist weiterhin erwünscht, daß die verwendeten Lämpchen eine geringe Ansprechzeit haben. Daher sollten vorzugsweise Lämpchen verwendet werden, die zu 100% von gänzlicher Dunkelheit bis zu größter Helle innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 500 Mikrosekunden modulierbar sind. Wenn die Anordnungen diese Merkmale aufweisen, gibt das betrachtete Bild das die Infrarot-Strahlung aussendende Objekt genau wieder und es werden extrem gute Auflösung und Wiedergabe erzielt.Furthermore, it is desirable that the lamp 32 'of the light source 30 depending on the varying Energy of the received radiation can be modulated in their light intensity. It is further desirable that the lamps used have a short response time. Therefore, lamps should preferably be used that are 100% from complete darkness to greatest brightness within a time span of less than 500 microseconds can be modulated. If the arrangements have these characteristics, there is what is considered Image the object emitting the infrared radiation exactly again and the resolution will be extremely good and playback achieved.
Es versteht sich, daß das dargestellte Ausführungsbeispiel nur zur Veranschaulichung der Erfindung dient und die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Es sind vielmehr Abweichungen davon möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the illustrated embodiment is only used to illustrate the invention and the invention is not limited thereto. Rather, deviations from it are possible without the frame to leave the invention.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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