DE1802247A1 - Observation device - Google Patents

Description

Beobachtungsgerät Die Erfindung betrifft ein Beobachtungsgerät, welches eine pulsierende Beleuchtungsquelle für elektromagnetische Wellenzüg., insbesondere des infraroten Spektralbereiches, und einen Bildwandler aufweist, der zeitverzögert, entsprechend des Laufzeit der am zu beobachtenden Gegenstand reflektierten elektromaçletischen Wellenzüge, während gewisser Zeitintervalle durch einen Spannungeschalter auf Empfang schaltbar ist. Observation device The invention relates to an observation device which a pulsating source of illumination for electromagnetic wave trains., in particular of the infrared spectral range, and has an image converter which, with a time delay, corresponding to the transit time of the electromechanical reflected on the object to be observed Wave trains, during certain time intervals by a voltage switch on reception is switchable.

Die Wirkungsweise einee derart bekannten Gerätes (DBP 976 230) beruht darauf, daß vor den zu beobachtenden Gegenständen liegende Bereiche vom Bildwandler nicht wiedergogeben werden. Dies führt zu einer V*rminderung der tlntergrundhelligkeit, die an sich durch Reflexionen an Schwebeteilohen entsteht.The mode of operation of such a known device (DBP 976 230) is based ensure that the image converter has areas in front of the objects to be observed cannot be played back. This leads to a reduction in the background brightness, which itself arises from reflections on suspended particles.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kontrast in der Wiedergabe derartiger Geräte zu verbessern.The invention is based on the problem of the contrast in the reproduction to improve such devices.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist in den Ansprechen enthalten und wird in der Beschreibung anhand der Zeichnung näher rläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Impulsdiagramm, Fig. 2 das n.ue Beobachtungsgerät* schematisch gezeishnet, und Fig. 3 die Elektroden liner Bildwandlerröhre.The solution to the given task is contained in the responses and is explained in more detail in the description with reference to the drawing. Fig. 1 shows a pulse diagram, FIG. 2 shows the new observation device * schematically shown, and FIG. 3 shows the electrodes in an image converter tube.

Die grundsätzliche Wirkungsweise des Beobachtungsgerätes wird anhand des Diagramms erläutert (Fig. 1). Auf der Abszisse sind Zeiten t und auf der Ordinate Strahlungsintensitäten y aufgetragen. Während der Zeiten t1 t2 und t5 t6 usw. wird von einem Laser Je ein Lichtimpuls in Richtung zum sichtbar zu machenden Gegenstand gesandt und während dieser Zeit die Beobachtung durch einen Verschluß verhindert. Der Verschluß wird darüber hinaus so lange geschlossen gehalten, als Streulicht aus der näheren Umgebung des Aussendeortes am Empfangsgerät eintrifft; der Verschluß wird also erst dann geöffnet, wenn das reflektierte Licht vom zu beobachtenden Gegenstand eintrifft. Dies soll nach dem Zeitraum t1 t3 geschehen, wonach der Verschluß mindestens während der Zeitdauer t3 t4 bzw. t t usw. geöffnet bleiben muß. Bevor ein neuer Impuls t t6 ausgeschickt wird, muß der Verschluß wieder geschlossen sein. Während der Zeitraum t1 t relativ groß ist - Impuisfolgen von 20-25 Blit-5 zen pro Sekunde sind ausreichend - ist das Zeitintervall t1 t) bzw. t5 t7 ziemlich klein. Das Zeitintervall t1 t3 hängt von der Entfernung der zu beobachtenden Gegenstände ab, wie folgende Tabelle angibt: Entfernung des Zeitintervall t t Geenstandes in m in Sek. 1 3 100 '~ 6x10-6 1000 N 6x10 5 3000 ~ 0,8x10-4 5000 ~ 3x1o Die Blitzdauer t1 t2 ist an sich beliebig im Zeitintervall t1 t3 wählbar, wobei zweckmäßigerweise mit Rücksicht auf die großen benötigten Energien bis nahe an den Zeitpunkt t3 gegangen wird. Diese großen Energien liefern die sogenannten "Riesenimpulse" (giant-impulse). Für militärische Zwecke wird man zweckmäßig einen im nahen IR-Bereich arbeitenden Laser verwenden, beispielsweise einen bei normaler Temperatur arbeitenden neodymdotierten Glaslaser mit der Wellenlänge von etwa 1.06 nm oder Gallium-Arsenid-Laser bei 0,9 nm. Im Gegensatz zur bekannten Verwendung einer gepulsten Xenonlampe enthalten die ausgesendeten elektromagnetischen Wellenzüge des Lasers keine sichtbaren Anteile, die von der auf IR-Strahlung abgestimmten Optik des Bildwandlers unscharf wiedergegeben werden könnten. Handelt es sich um Geräte, die in Militärfahrzeugen verwendet werden sollen, so ist es unzweckmäßig, im sichtbaren Bereich des Spektrums zu bleiben, weil in diesem Fall die Lokalisierung des Scheinwerfers sehr erleichtert wird.The basic mode of operation of the observation device is based on of the diagram (Fig. 1). The times t are on the abscissa and the ordinate Radiation intensities y plotted. During times t1, t2 and t5, t6 etc. will be from a laser one light pulse each in the direction of the object to be made visible sent and during this time the observation is prevented by a shutter. The shutter is also kept closed as long as scattered light arrives at the receiving device from the vicinity of the sending location; the closure is therefore only opened when the reflected light from the object to be observed arrives. This should happen after the period t1 t3, after which the closure at least must remain open during the period t3 t4 or t t etc. Before a new one Pulse t t6 is sent out, the lock must be closed again. While the time period t1 t is relatively large - pulse sequences of 20-25 flashes per second are sufficient - the time interval t1 t) or t5 t7 is rather small. The time interval t1 t3 depends on the distance of the objects to be observed, as follows Table indicates: distance of the time interval t t object in m in seconds 1 3 100 '~ 6x10-6 1000 N 6x10 5 3000 ~ 0.8x10-4 5000 ~ 3x1o The flash duration t1 t2 can be selected as desired in the time interval t1 t3, in which case it is expedient with regard to the large energies required, went up to close to time t3 will. These great energies deliver the so-called "giant impulses". For military purposes it is advisable to work in the near IR range Use a laser, for example a neodymium-doped one that works at normal temperature Glass laser with a wavelength of around 1.06 nm or gallium arsenide laser at 0.9 nm. In contrast to the known use of a pulsed xenon lamp, the emitted electromagnetic wave trains of the laser no visible components, reproduced blurred by the optics of the image converter, which are adjusted to IR radiation could become. Are they devices that are used in military vehicles? it is inexpedient to stay in the visible range of the spectrum, because in this case the localization of the headlight is made much easier.

Eine mit einem erwähnten Laser arbeitende Ausführungsform der Erfindung zeigt die Fig. 2. In den Laser 1 wird mittels Lampen 2 Energie hineingepumpt und mittels einer hochreflektierenden Referenzplatte 3 im Laser 1 gehalten. Der Referenzplatte 3 gegenüber liegt ein rotierender Mehrkantspiegel 4, der durch einen Motor 5 angetrieben wird. Die Drehzahl des Mehrkantspiegels 4 legt, unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften des Lasermaterials, die Impulsfrequenz des Lasers fest. Der austretende Laserstrahl 6 wird durch einen Strahlenteiler 7 im Sinne von Teilstrahlenbündeln 8 und 9 aufgeteilt.An embodiment of the invention operating with a laser mentioned shows FIG. 2. Energy is pumped into the laser 1 by means of lamps 2 and held in the laser 1 by means of a highly reflective reference plate 3. The reference plate 3 opposite is a rotating polygonal mirror 4, which is driven by a motor 5 will. The speed of the polygonal mirror 4 sets, taking into account the physical Properties of the laser material, the pulse frequency of the laser fixed. The exiting laser beam 6 is through a beam splitter 7 in the sense of partial beams 8 and 9 split.

Der Strahlenteiler 7 ist zweckmäßigerweise mit einer Reflexminderungsachicht versehen, welche dafür sorgt, daß weniger als 1% der Intensität des Lichtbündels 6 in das Lichtbündel 9 gelangt. Das Strahlenbündel 8 wird mittels eines optischen Systems 10 auf den zu beobachtenden Gegenatand gelenkt.The beam splitter 7 is expediently provided with a reflection reduction layer provided, which ensures that less than 1% of the intensity of the light beam 6 enters the light beam 9. The beam 8 is by means of an optical Systems 10 steered towards the opponent to be observed.

Das Strahlenbündel 9 wird mittels eines Sekundär-Elektronen-Vervielfachers 11 in einen Steuerstrom zur Steuerung eines Schalters 13 verwandelt, wobei zwischen dem Eintreffen eine Bündelimpulses 9 und der Abgabe eines Strom- oder Spannung impulses durch den Schalter 13 eine einstellbare Zeitverzögerung gegeben ist. Bei entsprechender Ausbildung des Strahlenteilern 7 ist es möglich, mehrere Eipfängereinrichtungen zu einem einzigen Soheinwerfer (1-10) vorzusehen, wobei jede Empfangseinrichtung die im nachstehenden beschriebenen Ligenschaften aufweist.The beam 9 is by means of a secondary electron multiplier 11 converted into a control current for controlling a switch 13, with between the arrival of a burst pulse 9 and the delivery of a current or voltage pulse an adjustable time delay is given by the switch 13. With the appropriate Forming the beam splitter 7 it is possible to have several Eipffangereinrichtungen to provide a single headlight (1-10), each receiving device has the properties described below.

Soheinwerfer und Empfänger sind nicht über Kabel, sondern über Luftstrecken miteinander verbunden. Je nach der eingestellten Entfernung der Empfangseinrichtung vo- su beobachtenden Gegenstand werden die in der Tabelle angegebenen Zeiten oder eine etwas kürzere Zeit lit deu Schalter 13 eingestellt. Je nach Vorliegen odor Nichtvorliegen eines Steuerimpulses gibt der Spannungseohalter 13 eine bestlmmte positive oder negative Spannung an eine Elektrode einer Bildwandlerröhre 20 ab. Die Bildwandlerröhre 20 wird dadurch in noch zu beschreibender Weise wirksam bzw. unwirksam gemacht.Headlights and receivers are not via cables, but via airways connected with each other. Depending on the set distance of the receiving device The times or times given in the table are the object to be observed a slightly shorter time lit deu switch 13 is set. Depending on the presence odor In the absence of a control pulse, the tension sensor 13 issues a certain one positive or negative Voltage on an electrode of an image converter tube 20 from. The image converter tube 20 is thereby effective in a manner to be described or made ineffective.

Der Bildwandlerröhre 20 ist ein Fernrohr 21 vorgeschaltet, dessen Bildwinkel dem Bildwinkel des optischen Systems 10 angepaßt werden kann und der auf den gleichen Gegenstand gerichtet wird wie das optische System 10. Das Fernrohr 21 braucht, wie auch das optisohe System 10, nur für den IR-Bereich korrigiert zu werden. Die Bildwandlerröhre 20 weist eine Kathode 23, eine erste Anode 24, Beschleunigungsatufen 25 und 26, einen Leuchtschirm 27 mit Lupe 28 und eine Stromversorgung 29 auf. Der Leuchtschirm 27 ist zweckmäßigerweise nachleuchtend, damit die Impulsfolge des Lasers überbrückt wird.The image converter tube 20 is preceded by a telescope 21, the Angle of view can be adapted to the angle of view of the optical system 10 and the is aimed at the same object as the optical system 10. The telescope 21, like the optical system 10, only needs to be corrected for the IR range will. The image converter tube 20 has a cathode 23, a first anode 24, acceleration stages 25 and 26, a fluorescent screen 27 with a magnifying glass 28 and a power supply 29. Of the Luminous screen 27 is expediently luminescent, so that the pulse sequence of the laser is bridged.

Der Spannungsschalter 13 arbeitet mit einer solchen Bildwandlerröhre 20 zusammen, bei der bereits mittels eines geringen Spannungshubes der Durchgriff der Beschleunigungsstufen 25, 26 gesperrt bzw. freigegeben werden kann. In der einfachen Anordnung (Fig. 2) ist duroh die Wahl a) der Anodenfor, b) des Abstandes der Anoden voneinander und o) der angelegten Spannungen dafür zu sorgen, daß diese Spannungen zuu Sperren einer Anode auf Nullpotential oder negatives Potential gebracht werden, so daß der Durchgrirf der übrigen Anoden zur Kathode sehr klein oder null ist. In dci Austhrungsbeiapiel nach Fig. 2 ist der Spennungeshalter 13 mit der der Kathode nächstliegenden Anode 24 verbunden; es ist aber auch möglich, den Spannungsschalter 13 mit einer Zwischenanode zu verbinden, insbesondere wenn diese einer sogenannten elektronischen wImmerßionslinße" angehört, wie sie die Fig. 3 zeigt. In diesem Fall werden die aus der Kathode austretenden Elektronen durch an sich bekannte elektronenoptische Mittel gesammelt und auf die Bohrung der Mittel-Anode fokussiert.The voltage switch 13 works with such an image converter tube 20 together, in which the penetration by means of a small voltage swing the acceleration stages 25, 26 can be blocked or released. In the simple Arrangement (Fig. 2) is due to the choice of a) the anode shape, b) the distance between the anodes from each other and o) the applied voltages to ensure that these voltages zuu locking an anode are brought to zero potential or negative potential, so that the penetration of the remaining anodes to the cathode is very small or zero. In The embodiment example according to FIG. 2 shows the voltage holder 13 with that of the cathode nearest anode 24 tied together; but it is also possible to use the To connect voltage switch 13 to an intermediate anode, especially if this a so-called electronic thermal lens "as shown in FIG shows. In this case, the electrons emerging from the cathode are turned on known electron-optical means are collected and placed on the bore of the central anode focused.

In Fig. 3 ist die Elektrodenfolge einer derartigen Bildwandlerröhre schematisch angedeutet. Auf die Kathode 30 folgt eine erst Anode 31, drei eine Ismersionsoptik bildende Anoden 32, 33, 34, eine weitere Anode 35 und ein Leuchtschirm 36. Die Anode 31 liegt auf konstanter Spannung, die Anoden 32 und 34 dienen zur Verzögerung des Elektronenstromes, so daß bereits eine geringe Spannung der Anode 33 ausreicht, den Kathodenstrahl durch die Immersionsoptik 32, 33, 34 durchzulassen, während das Fehlen dieser Spannung ein Sperren des Kathodenstrahles bewirkt. Zu diesem Zweck ist ein Spanuungshub von 10 Volt ausreichend. Die Anode 35 dient zur Beschleunigung des Elektronenstrahles.In Fig. 3 is the electrode sequence of such an image converter tube indicated schematically. The cathode 30 is followed by a first anode 31, three ismersion optics forming anodes 32, 33, 34, another anode 35 and a luminescent screen 36. The anode 31 is at constant voltage, the anodes 32 and 34 are used to delay the Electron current, so that even a low voltage of the anode 33 is sufficient, to let the cathode ray through the immersion optics 32, 33, 34, while the The absence of this voltage causes the cathode ray to be blocked. To this end a voltage swing of 10 volts is sufficient. The anode 35 is used for acceleration of the electron beam.

Der Grund des Wunsches, mit geringen Spannuugsdifferenzen die Wirksamkeit der Bildwandlerröhre 20 ein- bzw. auszuschalten, liegt darin, daß bei der KUrze der Schaltvorgänge eine sehr hohe Steilheit der Steueriupulse für die Anode gewährleistet ein muß. Deswegen müssen selbstverständlich alle Leitungen extrem kapazitäts- und induktionsarm ausgelegt sein.The reason for the desire, with low voltage differences, the effectiveness of the image converter tube 20 on or off is that at the short of the switching processes ensures a very high steepness of the control pulses for the anode a must. Therefore, of course, all lines must extreme be designed with low capacitance and low induction.

Bildwandlerröhren haben bekanntlich nur einen beschränkten Kontrastumrang. Dieser Kontrastumfang kann durch Selbstleuchter, die dem zu beobachtenden Gegenstand benachbart sind, ausgeschöpft sein, so daß der zu beobachtende Gegenstand selbst kontrastlos wird. Solche Selbstleuchter sind Leuchtspurmunition, Leuchtkugeln oder Brände. Zur Verbesserung des Kontrastes des dem zu beobachtenden Gegenstand entsprechenden Bildteiles wird in den Stromkreis des Bildwandlers ein stromabhängiger Widerstand eingeschaltet, der den der Kathode zugeführten maximalen Strom begrenzt und integral über die Kathodenfläche wirkt.It is well known that image converter tubes only have a limited contrast range. This range of contrast can be determined by self-luminosity, which is the object to be observed are adjacent to be exhausted, so that the object to be observed itself becomes contrastless. Such self-luminous objects are tracer ammunition, flares or Fires. To improve the contrast of the object to be observed Part of the image is a current-dependent resistor in the circuit of the image converter switched on, which limits the maximum current supplied to the cathode and is integral acts via the cathode surface.

Als etromabhängige Widerstände werden bekanntlich Halbleiter eingesetzt.It is known that semiconductors are used as etrome-dependent resistors.

Der Halbleiter kann als dünne, für IR-Licht noch durchlässige Schicht auf die Bildwandlerröhre aufgedampft werden und gleichzeitig als Stromzuführung zur Kathode dienen. Das Fotokathodenmaterial selbst wird rasterförmig aufgebracht, beispielsweise durch einen Ionen-Massenspektrographen oder durch Aufdampfen durch eine Sohablone mit viereckigen Löchern. Wenn demnach das auf die Fotokathode auftreffende Licht ein bestimmtes Niveau überschreitet, wird die Emission stark gebremat und der Kontrast an den entsprechenden Mosaik- oder Rasterstellen der Fotokathode herabgeretzti Es ist daher genügend Kontrast für die Ubrigen Stellen des Bildschirmes vorhanden, so daß der eigentlich zu beobachtende Gegenstand mit besserem Kontrast gesehen wird.The semiconductor can be used as a thin layer that is still permeable to IR light be vapor-deposited onto the image converter tube and at the same time as a power supply serve as the cathode. The photocathode material itself is applied in the form of a grid, for example by an ion mass spectrograph or by vapor deposition a template with square holes. If, accordingly, the incident on the photocathode If light exceeds a certain level, the emission is severely bred and the contrast at the corresponding mosaic or grid areas of the photocathode is reduced There is therefore enough contrast for the rest of the screen, so that the actually to be observed object with better contrast is seen.

Wenn kein die Sicht versperrender Nebel vorhanden ist, kann die Anode 24 (Fig. 2) bzw. 33 (Fig. 3) auf konatante Spannung gelegt werden, so daß die Bildwandlerröhre in bekannter Weise arbeitet.If there is no obscuring mist, the anode 24 (Fig. 2) and 33 (Fig. 3) are placed on constant voltage, so that the image converter tube works in a known way.

Claims (6)

PatentansprücheClaims 1. Beobachtungsgärt, welches eine pulsierende Beleuchtungsquelle für elektromagnetische Wellenzüge, insbesondere us infraroten Spektralbereiches, und einen Bildwandler aufweist, der zeitverzögert, entsprechend der Laufzeit der am zu beobachtenden Gegenstand reflektierten elektromagnetischen Wellenzüge während gewisser Zeitintervalle durch einen Spannungaschalter auf Empfang schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Beleuchtungsquelle ein Laser (1) ist, von dem ein geringer Anteil der ausgesendeten Energie über einen Strahlenteiler (7) auagekoppelt und einem schnellen Sekundär-Elektronen-Vervielscher (11) zugeführt wird, der den Spannungsachalter (13) steuert, welcher mindestens einer Anode des Bildwandlers den notwendigen Spannungahub erteilt.1. Observation garden, which is a pulsating source of lighting for electromagnetic wave trains, especially in the infrared spectral range, and has an image converter which is delayed according to the running time of the am object to be observed reflected electromagnetic wave trains during certain time intervals can be switched to receive by a voltage switch, characterized in that the pulsating illumination source is a laser (1), of which a small proportion of the energy emitted via a beam splitter (7) decoupled and fed to a fast secondary electron multiplier (11) which controls the voltage downstream switch (13), which at least one anode of the Image converter granted the necessary voltage lift. 2. Beobachtwigsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gesperrtem Bildwandler (20) zur Vermeidung oder Verminderung des Durchgriffs der übrigen Anode oder Anoden zur Kathode die vom Spannungaschalter (13) gesteuerte Anode oder Anoden auf niedrigerem Potential liegen als die Kathode.2. Observation device according to claim 1, characterized in that with blocked image converter (20) to avoid or reduce penetration the remaining anode or anodes to the cathode are controlled by the voltage switch (13) The anode or anodes are at a lower potential than the cathode. :3. Beobachtungagerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungeschalter (13) mit der der Kathode nächstliegenden Anode (24) verbunden ist.: 3. Observation device according to claim 1 or 2, characterized in that that the voltage switch (13) is connected to the anode (24) closest to the cathode is. 4. Beobachtungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsachalter (13) zwecks Verkleinerung des Spannungshubes mit der Nittenanode (33) einer Immersionslinse (32, 33, 34) des Bildwandlers verbunden ist.4. Observation device according to claim 1 or 2, characterized in that that the voltage downstream switch (13) for the purpose of reducing the voltage swing with the center anode (33) is connected to an immersion lens (32, 33, 34) of the image converter. 5. Beobachtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kathodenstromkreis des Bildwandlers ein stromabhängiger Wideratand eingeschaltet ist.5. Observation device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that a current-dependent resistor switched on in the cathode circuit of the image converter is. 6. Beobachtungagerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der stromabhängige Widerstand als dünne, für IR-Licht durchlässige, auf der Kathodenfläche aufgebrachte Schicht ausgebildet ist und das Fotokathodenmaterial aufnimmt.6. observation device according to claim 5, characterized in that the current-dependent resistor as a thin, for IR light permeable, on the cathode surface Applied layer is formed and receives the photocathode material. Beobachtungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fotokathodenuaterial raster- oder mosaikartig aufgebracht ist. L e e r s e i t eObservation device according to claim 6, characterized in that the Photocathode material is applied like a grid or mosaic. L. e e r e i t e