DE1805749A1 - Infrared image receiver for flight reconnaissance - Google Patents

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."Infrared image receiver for flight reconnaissance" The invention borioht; on an infrared image receiver for flight reconnaissance, in which a coma-free spherical mirror of an object strip extending transversely to the direction of flight an arcuate intermediate image is designed that is scanned in a cyclical sequence and bel that with the radiation of the respectively scanned section a of the intermediate image at least @in cooled radiation receiver is applied. Such image receivers are mainly used for ground reconnaissance of high-speed and low-flying aircraft off determined.

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.Is is known to be an infrared image receiver with image field scanning at least one radiation receiver (detector) around the center of curvature of the spherical Can rotate mirror. However, such an image receiver has such great disadvantages on that this design is not carried out in practice.

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.Eretens only becomes a detector gate during the fraction of its rotation the time, the ratio of the arc of the intermediate image around the axis corresponds to the circle arc of 360 °. This disadvantage is systemic and not benebiable. Second, if only one detector is used, the output has one low information content. Third is the necessary cooling of Radiation receiver - depending on the preferred wavelength range and accordingly selected semiconductor material, for example to 30 ° K or 77 ° K - inclined complex, since the coolant, e.g. liquid air, is from a cooling machine to the rotating one Radiation receiver must be guided back and forth.

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.The disadvantage of the low information content of the output signal can be remedied by providing several rotating radiation receivers are, the angular distances of which are equal to each other are approximately equal to the arc, the the intermediate image UM occupies its axis of rotation. At d the high cost of such Radiation receiver, however, this solution is very necessary, and the difficulties when cooling are pre-strengthened.

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.The invention is based on the object of the known disadvantages To avoid the image receiver. According to the invention, this is applied to an infrared image receiver the type mentioned achieved in that the radiation receiver and a him at least partially unavailable cooling device fixedly arranged in that axis are those on that of the intermediate image and the center of curvature of the spherical Mirror certain plane in the center of curvature pierces perpendicular, and that around this Axis as the axis of rotation rotate among the same optical systems of which in each case at most one the radiation of a section of the intermediate image to the Radiation receiver transmits and their mutually equal angular distances approximately are equal to the arc that the intermediate image occupies on the axis of rotation.

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.Advantages and further refinements of the invention are shown below explained in more detail with reference to the drawings. Fig. 1 shows a cross section through a Exemplary embodiment of the image receiver according to the invention, FIG. 2 its object-side Front view and FIG. 3 is a partially sectioned plan view.

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.A spherical mirror 10 with a semicircular aperture stop 11 in the center of curvature provides an astigmatism and coma-free, circular arc-shaped Intermediate image of the entire field of view, which in the present case is at an altitude of 300 m a width of 145 m corresponding to a total opening angle of 27 ° Has. The existing spherical aberration is determined by the aperture ratio, i.e. 4 the ratio of the diameter of the aperture stop 11 to the focal length of the mirror 10, limited to permissible values 0 Rotating optical systems are shown in the Case mirror systems 12. The cost of such a mirror system is only a fraction of that for a radiation receiver. It would also be conceivable, instead of the mirror systems, lens arrangements, light guides or mirror cones to use. The mirror systems 12 are built in one, for example, ten Revolutions per second rotating drum 13, the axis of which passes through the center of curvature and points in the direction of flight. a mirror system 12 each forms the points. Stripping of the intermediate image in lateral succession onto the detector 14, the as location of the axis of rotation, but fixed in a cooled space 15 is. That so the currently detected field of view has an opening angle of 7 degrees, corresponding to an area of 2 x 2 n2 at a distance of 300 m from the ground with a Airspeed of 260 m / sec. With a total of 12 identical mirror systems 12, which shows the figure in a cyclical sequence at a constant speed of rotation take over, a terrain is scanned line by line and the detector 14 is practical constantly exploited. The angular spacing of the mirror systems 12 from one another is thereby 30 °. The angular difference between this detectable area and the developing area A total field of view of 27 ° is available for the calibration of the detector 14. For this purpose, the detector 14 is at the edge of the field of view with the mean radiation intensity of the area immediately in front of the strip of land to be registered. With this relative calibration, a reference beam 16 enters through an opening 17 and is guided over deflection mirrors 18, 19. Optionally, after folding down the swivel Deflecting mirror 19 uses the radiation of a reference beam 20 for absolute calibration will.

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.The illustrated single-line scanning of the intermediate image can lead to a multi-line, so extensive, can be expanded, in that as a radiation receiver several. Individual detectors arranged along the axis of rotation are provided. This can be used to control the temperature sensitivity of the receiver or the slow speed of the aircraft carrying it.

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.The speed of rotation of the drum 13 is based on the airspeed coordinated and is controlled in such a way that the terrain without any overlap without gaps searched will. Position sensors, not shown, on the drum @@ provide for the inevitable synchronization in the case of two-dimensional display of the temperature image on film registration and / or on observation by means of a storage oscilloscope and, if necessary, for triggering an additional light-optical orientation recording of the temperature-registered Galänd.

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.The complete temperature image consists of 60 lines with a maximum of 72 points Gained in about 0.4 seconds at the assumed airspeed of 260 n / oo.

Die rotierende Trommel 13 mit den Spiegelsystemen 12 vollführt währenddessen fünf volle Umdrehungen.The rotating drum 13 with the mirror systems 12 performs in the meantime five full turns.

5 Seiten Beschreibung 6 P a t e n t a n s p r ü c h e 2 Blatt Zeichnungen mit 3 Figuren5 pages description 6 p a t e n t a n t a n t a n t r ü c h e 2 sheets of drawings with 3 figures

Claims (6)

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. P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Infrared image receiver for the Flag reconnaissance, which a coma-free spherical mirror is located across from one The direction of flight of the extending object, which is scanned in cyclical order and in which with the radiation of each scanned section of the intermediate image at least one cooled radiation receiver is acted upon, characterized in that the radiation receiver (14) and a at least partially surrounding the cooling device (15) fixed in that axis are arranged on the of the intermediate image and the center of curvature of the spherical mirror (10) perpendicular to a certain plane in the center of curvature, and that about this axis as the axis of rotation are equal to one another. optical systems (12) rotate, of which at most one is the radiation of a section of the intermediate image to the radiation receiver (14) and transmits them to each other equal angular distances are approximately equal to the arc that the intermediate image around the axis of rotation occupies. 2. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme Spiegelsysteme sind.2. Image receiver according to claim 1, characterized in that the optical systems are mirror systems. 3. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß die optischen Systeme Linsenanordnungen sind.3. Image receiver according to claim 1, characterized in that the optical systems are lens assemblies. 4. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme Lichtleiter sind.4. Image receiver according to claim 1, characterized in that the optical systems are light guides. 5. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme Spiegelkegel sind.5. Image receiver according to claim 1, characterized in that the optical systems are mirror cones. 6. Bildempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsempfänger entlang der Rotationsachse aageordnete Einseldetektoren vorgesehen sind.6. Image receiver according to claim 1, characterized in that as Radiation receivers arranged along the axis of rotation are provided are.