DE1805749A1

DE1805749A1 - Infrarot-Bildempfaenger fuer die Flugaufklaerung

Info

Publication number: DE1805749A1
Application number: DE19681805749
Authority: DE
Inventors: Schuetz Dr-Ing Klaus
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1968-10-29
Filing date: 1968-10-29
Publication date: 1970-05-21
Also published as: NL6916146A

Description

"Infrarot-Bildempfänger für die Flugaufklärung" Die Erfindung borioht; sich auf einen Infrarot-Bildompfänger für die Flugaufklärung, bei dem ein komafreier sphärischer Spiegel von einen sich quer zur Flugrichtung erstreckenden Objoktstreifen ein bogenförmiges Zwischenbild entwirft, daß in zyklischer Folge abgetastet wird und bel dem mit der Strahlung des jeweils abgetasteten Abschnitta des Zwischenbildes mindestens @in gekühlter Strahlungsempfänger beaufschlagt ist. Solche Bildempfänger sind haupteächlich für die Bodenaufklärung von schneil- und niedrigfliogenden Flugzeugen aus bestimmt.
Is ist bekaunt, daß bei einen Infrarot-Bildenpfänger mit Bildfeldabtastung mindestens ein Strahlungsempfänger (Detektor) um den Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Spiegels rotieren kann. Ein solcher Bildempfänger weist jedoch so große Nachteile auf, daß diese Bauart in der Praxis nicht ausgeführt wird.
Eretens wird ein Detcktor bei seinem Umlauf nur während des Bruchteils der Zeit ausgenutst, der dem Verhältnis des Bogens des Zwischenbilds um die Achse zum Krei@bogen von 360° entspricht. Dieser Nachteil ist systembedingt und nicht benebbar. Zweitens hat das Ausgangssignal bei nur einem verwendeten Detektor einem geringen Informationsgehalt. Drittens ist die notwendige Kühlung des Strahlungsempfängers - je nach bevorzugtem Wellenlängenbereich und dementsprechend gewähltem Halbleitermaterial beispielsweise auf 30° K oder 77° K - schr aufwendig, da das Kühlmittel, z.B. flüssige Luft, von einer Kühlmaschine zu dem rotierenden Strahlungsempfänger hin- und zurückgeführt werden muß.
Der Nachteil des geringen Informationsgehalts des Ausgangasignals kann dadurch behoben werden, daß mehrere rotierende Strahlungsempfänger vorgesehen sind, deren untereinander gleiche Winkelabstände etwa gleich dem Bogen sind, den das Zwischenbild UM ihre Rotationsachse einnimmt. Bei d den hohen Kosten solcher Strahlungsempfänger ist diese Lösung Jedoch sehr autwendig, und die Schwierigkeiten bei der Kühlung werden vorstärkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zurgrunde, die Nachteils dis bekannten Bildempfängers zu vermeiden. Dieses wird erfindungsgemäß bei einem Infrarot-Bildempfänger der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Strahlungsempfänger und eine ihn zumindest teilweise ungebende Kühlvorrichtung fest in derjenigen Achse angeordnet sind, die auf der von dem Zwischenbild und dem Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Spiegels bestimmten Ebene im Krümmungsmittelpunkt senkrecht stcht, und daß um diese Achse als Rotationsachse untereinander gleiche optische Systame rotieren, von denen jeweils höchstens eines die Strahlung eines Abschnitts des Zwischenbilds zu dem Strahlungsempfänger überträgt und deren untereinander gleiche Winkelabstände etwa gleich dem Bogen sind, den das Zwischenbild un die Rotationsachse einnimmt.
Vorteile sowie weitere Ausgestaltungen der Erfindung seien in folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungabeispiel des erfindungsgemäßen Bildempfängers, Fig. 2 dessen objektseitige Vorderansicht und Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht.
Ein sphärischer Spiegel 10 mit einer halbkreisförmigen Öffnungsblende 11 in Krümmungsmittelpunkt liefert ein astigmatismus- und komafreies, kreisbogenförmiges Zwischenbild des gesamten Gesichtsfelds, das im vorliegenden Fall bei einer Flughöhe von 300 m eine Breite von 145 m entsprechend einem Gesamt-Öffnungswinkels von 27° hat. Die vorhandene sphärische Aberration wird durch das öffnungeverhltnis, d.h4 das Verhältnis des Durchmessers der Öffnungsblende 11 zur Brennweite des Spiegels 10, auf zulässige Werte beschränkt0 Rotierende optische Systeme sind im dargestellten Fall Spiegelsysteme 12. Der Kostenaufwand fur ein solches Spiegelsystem ist nur ein Bruchteil desjenigen für einen Strahlungsempfängsempfänger. Es wäre ebenfalls denkbar, anstelle der Spiegelsysteme Linsenanordnungen, Lichtleiter oder Spiegelkegel zu verwenden. Die Spiegelsysteme 12 sind eingebaut in einer beispielsweise mit zehn Umdrehungen pro sec rotierenden Trommel 13, deren Achse durch den Krümmungsmittelpunkt geht und in die Flugrichtung weist. je ein Spiegelsystem 12 bildet die Punkte eine. Streifens des Zwischenbildes in seitlichen Nacheinander auf den Detektor 14 ab, der as Ort der Rotationsachse, aber feststehend in einen gekUhlten Raum 15 angeordnet ist. Das so jeweils momentan erfaßte Gesichtsfeld hat einen Öffnungswinkel von 7 grad, entsprechend einer Fläche von 2 x 2 n2 in 300 m Bodenabstand bei einer Fluggeschwindigkeit von 260 m/sec. Durch insgesamt 12 untereinander gleiche Spiegelsysteme 12, die bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit in zyklischer Folge die Abbildung übernehmen, wird ein Gelände zeilenweise abgetastet und der Detektor 14 praktisch ständig ausgenutzt. Der Winkelabstand der Spiegelsysteme 12 voneinander beträgt dabei 30°. Die Winkeldifferonz zwischen diesem detektierbaren Bereich und dem ab«ubildenden Gesamt-Gesichtefeld von 27° steht für die Eichung des Detektors 14 zur Verfügung. Dazu wird der Detektor 14 am Rands des Gesichtsfeldes mit der mittleren Strahlungsintensität des dem zu registrienden Geländestreifen unmittelbar vorgelagerten Gebietes beaufschlagt. Bei dieser relativen Eichung tritt ein Referenzstrahl 16 durch eine Öffnung 17 ein und wird Uber Umlenkspiegel 18, 19 geführt. Wahlweise kann nach Umklappen des schwenkbaren Umlenkspiegels 19 die Strahlung eines Referanzstrahlors 20 zur Absoluteichung verwendet werden.
Die dargestellte einseilige Abtastung des Zwischenbildes kann zu einer mehrzeiligen, also flächenhaften, erweitert werden, dadurch, daß als Strahlungaempfänger mehrere. entlang der Rotationsachse angeordnete Einzeldetektoren vorgesehen sind. Damit können die Temperaturempfindlichkeit des Eapfängers oder die sulässige Geschwindigkeit des ihn tragenden Flugzeugs erhöht werden.
Die Rotationsgeschwindigkeit der Trommel 13 ist auf die Fluggeschwindigkeit abgestimmt und wird so gesteuert, daß das Gelände ohne Überlappung lückonlos abgesucht wird. Nicht dargestellte, auf der Trommel @@gebrachte Positionsgeber sorgen für die zwangsläuflge Synchronisation bei flächenhaften Darstellung des Tenperaturbildes sur Filmregistrierung und/oder sur Beobachtung mittels eines Speicheroszillographen sowie gegebenenfalls für die Auslösung einer zusätzlichen lichtoptischen Orientierungsaufnahme des temperaturrogistrierten Galändes.
Das komplette Temperaturbild aus 60 Zeilen zu maximal 72 Punkten wird bei der angenommenen Fluggeschwindigkeit von 260 n/oo in etwa 0,4 sec gewonnen.
Die rotierende Trommel 13 mit den Spiegelsystemen 12 vollführt währenddessen fünf volle Umdrehungen.
5 Seiten Beschreibung 6 P a t e n t a n s p r ü c h e 2 Blatt Zeichnungen mit 3 Figuren

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Infrarot-Bildempfängor für die Flagaufklärung, bef dem ein komafreier sphärischer Spiegel von einem sich quer zur Flugrichtung orstreckenden Objektstretfen ein bogonfömlges Zwiachenbild entwirft, das in zyklischer Folge abgetastet wird und bei dem mit der Strahlung des jeweils abgstasteton Abschnitts des Zwischenbildes mindestens ein gekühlter Strablungsempfänger beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger (14) und eine ihn zumindest teilweise umgebende Kühlvorrichtung (15) fest in derjenigen Achse angeordnet sind, die auf der von dem Zwischenbild und dem Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Spiegels (10) bestimmten Ebene im Krümmungsmittelpunkt senkrecht stcht, und daß um diese Achse als Rotationsachse untereinander gleich. optische Systeme (12) rotieren, von denen jeweils höchztens eines die Strahlung eines Abschnitts des Zwischenbilds zu dem Strahlungsempfänger (14) überträgt und deren untereinander gleiche Winkelabstände etwa gleich dem Bogen sind, den das Zwischenbild um die Rotationsachse einnimmt.
2. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme Spiegelsysteme sind.
3. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß die optischen Systeme Linsenanordnungen sind.
4. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme Lichtleiter sind.
5. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme Spiegelkegel sind.
6. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsempfänger entlang der Rotationsachse aageordnete Einseldetektoren vorgesehen sind.