DE2208344A1

DE2208344A1 - Anordnung mit mehreren Strahlungsfühlern

Info

Publication number: DE2208344A1
Application number: DE19722208344
Authority: DE
Inventors: Thomas F. Sunnyvale Calif. Macall (V.StA.)
Original assignee: DYNARAD
Current assignee: DYNARAD
Priority date: 1971-02-22
Filing date: 1972-02-22
Publication date: 1972-09-14
Also published as: BE779627A; ZA721012B; FR2126311A1; SE366833B; US3665196A; AU3905572A; NL7202307A; IT948693B

Description

Patenten wftlte Dlpl.-ln-'. Γ", r " ' τ -*. sen, Dipi-i ι . . ;ht

052-18.381Ρ(18.382H) 22. 2. 1972

DYNARAD. Inc., Norwood (Mass.). V. St. A.

Anordnung mit mehreren Strahlungsfühlern

Die Erfindung bezieht sich auf Strahlungsfühler und
insbesondere auf eine Anordnung zur elektrischen Abtastung einer Beobachtungsfläche mit einem ausgerichteten Strahlungsfühler.

Die von einem Körper oder einem Objekt ausgesandte infrarote Strahlung wurde zu einer bedeutenden Informationsquelle über diesen Körper oder dieses Objekt. Mit Hilfe von infraroten Fühlern, die eine Beobachtungsfläche entlang einer oder mehrerer senkrechter Achsen der Beobachtimgsfläche abtasten, kann die von dieser Beobachtungsfläche empfangene infrarote Strahlung in eine Folge von elektrischen Impulsen umgewandelt werden, die ihrerseits in einen Anzeiger eingespeist werden können, wie beispielsweise in eine Kathoden-

052-4*NA-2)-Ko-r (7)

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strahlröhre, um eine Abbildung der empfangenen Strahlung zu erzeugen.

Die Abtastung kann mit Hilfe eines einzigen Fühlers ausgeführt werden, der mechanisch abtastet oder der einen optischen Weg hat, der mechanisch entlang einer oder mehrerer Achsen abtastet. Die Mechanik derartiger Abtasteinrichtungen sind jedoch oft teuer, empfindlich und neigen dazu, in ihrer Abtastgeschwindigkeit langsam zu sein. Statt dessen kann auch eine geordnete oder ausgedehnte Anordnung von Fühlerzellen verwendet werden, wobei mechanische oder elektrische Einrichtungen aufeinanderfolgend oder geordnet den auf jede Zelle der Anordnung einfallenden Strahlungswert erfassen oder abtasten» Mechanische Abtasteinrichtungen für eine solche Anordnung neigen dazu, elektrisch und mechanisch geräuschvoll oder verrauscht zu sein. Ihre Betriebssicherheit ist gering und sie 3ind empfindlich gegen Bewegungen» Elektronische Abtasteinrichtungen von herkömmlicher Konstruktion erzeugen zerstörende Schaltübergänge. Sie erfordern oft komplizierte und instabile Bezugsspannungsquellen. Schließlich werden sie durch die Zeitkonstante der einzelnen Fühler und Schaltkreise über kurze Abtastintervalle eingeschränkt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Abtasteinrichtung vorgesehen, die sich wiederholend oder periodisch eine Folge von Impulsen erzeugt, die in ihrer Lage so moduliert sind, daß sie in der Ist-Zeit mit einer infraroten oder einer anderen Strahlung übereinstimmen, die auf eine Anordnung von FUhlerquellen fokussiert is to Die Lage jedes Impulses stellt den Strahlungsbetrag dar, der auf eine entsprechende Zelle der Anordnung einfällt«

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~ 3 —

Die elektronische Abtastung der Zellenanordnung zur Erzeugung der Impulsfolge wird dadurch erreicht, daß ein Rampensignal in hintereinandergeschaltete Schaltungen und Impulsgeneratoren eingespeist wird, wobei jede Fühlerzelle ein Teil einer entsprechenden Schaltung iste. Der Widerstand jeder Fühlerzelle wird abhängig von der Größe der auf sie einfallenden Strahlung verändert« Jede Zelle arbeitet in jeder Schaltung so, daß sich das Potential oder die Ladung auf einem Kondensator der Schaltung übereinstimmend mit dem Widerstand der Zelle verändert« Jeder Kondensator der Schaltung wird während einer Anstiegszeit des Rampensignals aufgeladen, der in diese Schaltung über einem Bezugspegel, der vorzugsweise bei Null liegt, eingespeist wird« Jeder Kondensator wird wahlweise übereinstimmend mit dem zugeordneten Zellenwiderstand während eines Teils des eingespeisten Rampensignals, der unterhalb von diesem Bezugspegel liegt, entladen. Die Subtraktion des Kondensatorpotentials vom eingespeisten Rampenpegel erzeugt ein Signal, das den Bezugspegel in einer Zeit kreuzt, die den Zellenwiderstand darstellt und der einfallenden Strahlung entsprichto Das in jede Schaltung eingespeiste Rampensignal wird zusammen durch einen mittleren Signalpegel versetzt, der durch jede Schaltung der liintereinandergeschal teten Schaltungen beigetragen wird, so daß ein getrennter und einziger Zeitbereich für den Kreuzungspegel durch jede Schaltung eingerichtet ist.

Mit Hilfe eines Rampensignals und der gemeinsamen Versetzungen wird eine elektronische Abtastung ohne die Schwierigkeiten der Schaltstöße und der Veränderungen der Bezugsspannung ermöglicht. Da das Rampensignal eine weit lang-

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saniere Frequenz als die Erfassungsfrequenz der Fühler- aufweist, stellen die Fühlerzeitkonstanten bei weitem keine Einschränkung der Fühlererfassungageschwindigkeit dar.

Die Impulsfolge kann in ein Signal mit einer veränderlichen Amplitude umgewandelt werden, das zur Steuerung der Anzeigeintensität auf einem Anzeigeschirm verwendet wird, um ein Lichtintensitätsmuster zu erzeugen, bei dem örtlich die durch die Fühleranordnung empfangene Strahlungsintensität angezeigt ist. Die Anordnung kann auch mechanisch gedreht werden, um einen Raumwinkelbereich für die erfaßte Strahlung zu liefern, die ihrerseits als ein zweidimensional es Lichtmuster auf dem Anzeigeschirm angezeigt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der allgemeinen Wirkungsweise der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm mit den erfindungsgemäßen elektronischen Abtasteinrichtungen j

Fig. 3 ein Diagramm mit Signalformen, das der Erläuterung der erfindungsgemäßen elektronischen Abtastung dient;

Fig. 4 ein Signalformdlagramm, das die Umwandlung des

impulslagemodulierten Signals in ein amplitudenmoduliertes Signal erläutert;

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Fig«, 5 eine Schaltung einer Ausbildungsform der Fühlerzeil enschaltung;

Fig. 6 eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Fühlerzellenschaltung;

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer abgeänderten Abtasteinrichtung; und

Fig» 8 ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung mit einem Raumwinkel₀

In der Fig. 1 weist ein Substrat 12 eine lineare Anordnung 13 von Fühlerzellen lh und entsprechenden, in Serie verbundenen Schaltungen 16 und Impulsgeneratoren 18 auf_o Ein Rampengenerator 19 speist ein periodisches Rampensignal in die Serienverbindung der Schaltungen 16 ein. Mit jeder Fühlerzelle 1*f arbeitet eine Schaltung 16 und ein Impulsgenerator 18, um eine nacheinanderfolgende Abtastung jeder Fühlerzelle zu ermöglichen und um eine impulslagemodulierte Impulsfolge abhängig vom Rampensignal zu erzeugen. Die Lage jedes Impulses stellt die auf eine entsprechende Fühlerzelle einfallende Strahlung dar.

In der bevorzugten Ausführungsform spricht jede Füh lerzelle Ik auf eine infrarote Strahlung von einer Quelle an, die gegenüber den Strahlungsquellen der übrigen Zellen 14 der Anordnung 13 linear versetzt ist. Die Anordnung der Zellen und die spektrale Empfindlichkeit der Zellen dient nur ale Beispiel. Die Anordnung der Zellen und die spektrale Empfindlichkeit der Zellen können den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden.

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In der Fig. 2 sind die auf dem Substrat 12 zur Durchführung der elektronischen Abtastung der Anordnung 13 vorgesehenen elektronischen Einrichtungen dargestellt. Auf dem Substrat 12 sind mehrere Schaltungen 20 vorgesehen, die Eingänge 22, Ausgänge 24 und Massepunkte 26 haben.

Jede Schaltung besteht aus einem Widerstand 28, der den Eingang 22 mit der positiven oder heißen Seite eines Kondensators 30 verbindet, während die negative oder kalte Seite des Kondensators 30 mit dem Masseanschluß 26 verbunden ist. Vom Verbindungspunkt des Widerstandes 28 und des Kondensators 30 führt bei jeder Schaltung eine Parallelschaltung eines veränderbaren Widerstandes 32, einer Fühlerzelle 3k und eines Schiebekondensators 26 zur Anode einer Diode 380 Die Kathode der Diode 38 ist mit dem Ausgang 24 jeder Schaltung 20 verbunden. Alle Schaltungen 20 sind in Serie so miteinander verbunden, daß der Ausgang 2k einer Schaltung direkt in den Eingang 22 der als nächste folgenden Schaltung auf dem Substrat 12 eingespeist wird. Aufeinanderfolgende Schaltungen 20 enthalten aufeinanderfolgende Fühlerzellen 34 in der linearen Zellenanordnung.

Der Ausgang 2k jeder Schaltung führt zu Impulsgeneratoren 39, von denen jeder als Spannungsteiler zwei Widerstände k0 und k2 aufweist, wobei der Widerstand k2 zum Massepunkt 26 führt. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen k0 und 42 ist mit der Basis eines npn-Transistors kk verbunden, wobei der Emitter dieses Transistors kk geerdet ist. Ein Widerstand 46 verbindet den Kollektor des Transistors 44 mit einer Versorgungsleitung 48 von positiver Spannung. Der Kollektor des Transistors 44 ist über

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einen Ausgangskondensator 50 mit der Basis eines Transistors 52 wechselstrommäßig gekoppelt, wobei der Transistor 52 durcli spannungsteilende Widerstände 54 und 56 vorgespannt ist, die jeweils mit der positiven Versorgungsleitung 48 und dem Massepunkt 26 verbunden sind« Ein Emitterwiderstand 58 verbindet den Emitter des npn-Transistors 52 mit dem Masseanschluß 26, während ein Kollektorwiderstand 60 den Kollektor des Transistors 58 mit der positiven Versorgungsleitung 48 verbindet« Ein Ausgangskondensator· 62 erzeugt eine wechseis tr ommäßige Kopplung und eine Differenzierung des Signals am Kollektor des Transistors 52 und speist dieses Signal in die Basis eines pnp-Transistors 64 ein, dessen Emitter mit der positiven Versorgungsleitung 48 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 64 ist über einen Widerstand 66 mit der Masseleitung 2,6 verbunden, während die Basis über einen Widerstand 68 an die Masseleitung 26 angeschlossen ist. Der Transistor 6h wirkt als impulsformender Transistor und erzeugt über einen Kondensator 70» der mit dem Kollektor des Transistors 6h verbunden 1st, ein Ausgangssignal. Die Ausgänge der Kondensatoren 70 sind alle mit einem Impulsfolgeleiter 72 verbunden, der zu einem Impulsverstärker 74 führt«

Ein Anzeiger 76 in der Form einer Kathodenstrahlröhre hat für die horizontale zeitliche Ablenkung einen Anschluß 78, der für ein Sägezahn-Rampensignal mit einer Zeitablenkgeschwindigkeit von ungefähr 2 kHz eingestellt ist. Das Rampensignal von diesem Anschluß wird in den Eingang 22 der ersten Schaltung 20 der hintereinandergeschalteten Schaltungen eingespeist.

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Als Beispiel werden nachfolgend in einer Tabelle Wert· für die wichtigen Bauelemente der Schaltung 20 und des Impulsgenerators 39 angegeben:

Bauelement Wert

Fühler Jk zwischen 30 kQ und kO

Kondensator "}6 zwischen 0,01 und 1,0 /

Widerstand 28 2 k/2

Kondensator 30 1,0 /uF

Rampensignal 2 kHz bei einer Ausgangsimpedanz

von 2-10 H

Widerstände kO und k2 jeweils 100 kil

Im Betrieb ist das periodische Rampensignal von einer Frequenz von 2 kHz vom Ausgang 78 ein Wechselstromsignal, das den durch den Pegel der Masseleitung 26 errichtete Nullsignalpegel überbrückt. Dieses Signal wird in die erste Schaltung 20 eingespeist und durch die Kombination des Widerstandes 28 und des Kondensators 30 tiefpaßgefiltert. Die Diode J8 leitet nicht, bis das Rampensignal mit einem Betrag positiv wird, der jegliche Restspannung am Kondensator 36, der parallel zur Fühlerzelle 3k liegt, übersteigt. Die Restspannung am Kondensator 36 wird durch den Widerstand der Zelle Jk bestimmt, die den Kondensator 36 während der negativen Teile der Rampe entlädt. Er wird durch die Spannung an dieser während der positiven Teile der Rampe aufgeladen. Auf diese Weise übersteigt die Spannung am Ausgang Zk der ersten Schaltung 20 den Wert Null in einer Zeit, die von der Ladung des Kondensators 36 und entsprechend vom Widerstand der Fühlerzelle 3k abhängt. Da der Widerstand

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der Zelle von der auf diese einfallenden Strahlung abhängt, stellt die Zeit, im Verhältnis zu der Zeit, in der das Rampensignal von 2 kHz den Wert Null kreuzt, in der zuerst eine positive Spannung am Ausgang 2k der ersten Schaltung auftritt, die auf die Fühlerzelle in dieser ersten Schaltung einfallende Strahlung dar. Sobald das Ausgangssignal 2k positiv wird, rufen die Transistoren kk, 52 und 6k jeweils eine Verstärkung, eine Differenzierung und eine Sättigungsformgebung hervor, um so einen gut geformten Impuls am Ausgang des Kondensators 70 zu erzeugen» Das Auftreten des Impulses wird um die Zeit verzögert, in der die Spannung am Kondensator 30 zuerst mit einem Betrag positiv wird, der von der auf die entsprechende Fühlerzelle 3k einfallenden Strahlung abhängt.

Der Ausgang 2k der ersten Schaltung 20 ist mit dem Eingang 22 der zweiten Schaltung 20 verbunden. Das durch den Widerstand 28 und den Kondensator 30 gebildete Tiefpaßfilter der zweiten Schaltung empfängt das Rampensignal durch die Wechselstromkopplung des Kondensators 36 in der ersten Schaltung. Das Tiefpaßfilter ist mit einer ausreiniedrigen Zeitkonstante ausgestattet, um alle transienten und kurzzeitigen Aufladungen auszufiltrieren. Bei der Entladung wird nur eine mittlere Spannung erhalten, die vom Kondensator der ersten Schaltung verschoben ist. Diese Verschiebung liegt in negativer Richtung und wird zu einer weiteren kurzen Spannungsverschiebung hinzugezählt, die durch den Kondensator 36 in der zweiten Schaltung 20 bewirkt wird. Der schließlich am Ausgang des Kondensators 70 den zweiten Impulsgenerators 39 erzeugte Impuls ist um eine Zeit verzögert, die der mittleren Verschiebung plus einer Zeit ent-

2 0 0 « 0 8 / Ci 7 0 ö

spricht, die die auf die FUhJ erzeile 3k der zweiten Schaltung einfallende Strahlung darstellt. Zum Einlaufen sind einige Perioden des Rampensignals erforderlich, bevor die gesamte Schaltung im Ruhezustand ist.

Es sind soviele zusätzliche ähnliche Leitungsnetze und entsprechende Schaltungen vorgesehen, wie Fühlerzellen 3^ in der Anordnung 13 erwünscht sind. Während die Grundstruktur jedes Leitungsnetzes die gleiche ist, können die Werte der Bauelemente leicht abweichen, wobei die mittlere Verschiebung jedes Leitungsnetzes im wesentlichen den gleichen Wert aufweist. Die Stellwiderstände 3^ sind vorgesehen, um diese mittlere Verschiebung einzustellen.

In der Fig. 3 ist eine Serie von zeitlich aufeinanderfolgenden Kurven 80, 82, 8k, 86 und 88 dargestellt, die den Leitungsnetzen und den Impulsgeneratoren von der N-ten bis zur N+^ten Fühlerzelle der Fig. 3 entsprechen. Die Kurven stellen Rampensignale dar, wie sie an verschiedenen Punkten bei einer Folge von fünf nebeneinanderliegenden Schaltungen beobachtet werden. Die verschiedenen Schaltungspunkte, an denen die dargestellten Signalformen auftreten, sind mit 90, 92 und 9k bezeichnet und entsprechen den Signalen an den Eingängen 22 nach der Tiefpaßfilterung, den Signalen an den Ausgängen 2k nach der Verstärkung und den impulsgeformten Ausgangssignalen bei den Kondensatoren 70. Das Ergebnis der Summierung aller dieser Ausgangssignale der Kondensatoren 70 in die Leitung 72 erzeugt eine Impulsfolge, die mit 96 bezeichnet ist.

Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, wird das Sägezahnsi-

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gnal mit einer Frequenz von 2 kHz vom Anschluß 78 in einen synchronisierten Sägezahngenerator 100 eingespeist, der bei einer wesentlich höheren Frequenz als bei 2 kHz arbeitet. Die Periode dieser hohen Sägezahnfrequenz ist kalibriert, um die Periode der Impulse aTif der Folge der Leitung 72 auszugleichen, wenn alle Fühlerzellen die gleiche Strahlung empfangen. Die Ausgangssignale des Impulsverstärkers 7h und des synchronisierten Sägezahngenerators 100 werden in einen Videodiskriminator 102 eingespeist, der die Ausgangsimpulsfolge des Impulsverstärkers "7k in ihrer Amplitude moduliert. Wie aus der Fig. k hervorgeht, erfolgt die Modulierung dadurch, daß die verstärkte Impulsfolge zu dem Ausgangssignal des synchronisierten Sägezahngenerators 100 addiert wird und daß eine genügend negative Vorspannung addiert wird, so daß das resultierende Signal nur dann das Nullpegelsignal übersteigt, wenn ein Impuls vom Verstärker 7^ auftritt_c Nach der Gleichrichtung der positiven Halbperiode im Videodiskriminator 102 haben die resultierenden Ausgangsimpulse eine Amplitude, die zeitlich vom Auftreten jeder Periode des Sägezahn-Ausgangssignals relativ abhängt. Ein Tiefpaßfilter 104 ebnet die amplitudenmodulierten Impulse ein und überträgt im wesentlichen ihre Umhüllende auf die Z-Achse des Anzeigers 76, um die Intensität der Spur auf einem Anzeigeschirm I06 zu modulieren.

In der Schaltung 20 können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, um eine verstärkte Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen des Widerstandes der Fühlerzelle zu gewährleisten. Dies gilt besonders für niedrige Pegel der einfallenden Strahlung und dementsprechend für hohe Werte des Widerstandes der Fühlerzelle. Eine derartige Abänderung ist in der Fig. 5 dargestellt. Dabei ist über dem Eingang Wk

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der Schaltung ein Widerstand 110 und ein Kondensator 112 als Tiefpaßfilter vorgesehen. Vom Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 110 und dem Kondensator 112 führt ein Schiebekondensator 116 zur Anode einer Diode 118, die in einer Durchlaßrichtung mit einem Ausgang 120 der Schaltung verbunden ist. Über dem Schiebekondensator 116 liegt ein npn-Transistor 122 mit seinem Emitter und seinem Kollektor, wobei der Emitter mit dem Tiefpaßfilter verbunden ist. Eine Stromquelle oder ein Netzgerät 124 für den Transistor 122 ist jeweils über Widerstände 126 und 128 mit dem Kollektor und dem Emitter verbunden. In die Basis des Transistors wird durch einen Spannungsteiler über dem Netzgerät 124, der aus einem Widerstand 130 und einer Fühlerzelle 132 besteht, ein Strom eingespeist. Bei dieser Schaltung rufen Widerstandsveränderungen der Fühlerzelle 132 in der Ansteuerung gegenüber dem Transistor 122 Änderungen hervor, wobei die sich ergebende Verstärkung auf den Kondensator 116 durch den Verstärkungsgrad des Transistors 122 ergibt.

In der Fig. 6 ist eine weitere, zu der Fig. 5 ähnliche, aber etwas vereinfachte Abänderung dargestellt. Die Stromquelle oder das Netzgerät 124 ist weggelassen. Dabei ist der Kondensator 116 an Anschlüssen mit der Transistorschaltung verbunden, an denen in der Fig. 5 das Netzgerät oder die Stromquelle 124 vorgesehen war. Die Verbindungen zwischen dem Kondensator 116 direkt zum Emitter und Kollektor des Transistors 122 sind weggelassen. Beim AusfUhrungsbeispiel der Fig. 6 gewährleistet die Ladung auf dem Kondensator die Betriebsquelle für den Transistorkreis, wobei die Wirkungsweise in allen anderen Punkten derjenigen des Ausführungsbeispiel s der Fig. 5 entspricht, um eine Verstärkung

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der Änderungen des Widerstandes der Zelle 132 beim Entladen des Kondensators 116 hervorzurufen. Der Transistor 122 gewährleistet einen Entladungsweg mit einem verringerten Widerstand für den Kondensator 116 unter der Steuerung des höheren Widerstandes in der Zelle 132.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, bewirkt die in der Fig. 2 mit den Schaltungen der Figuren 1, k oder 5 dargestellte Einrichtung im Betrieb eine gemeinsame Verringerung des Potentials des Rampensignals von einer Schaltung 20 zur nächsten. Diese gemeinsame Verringerung bewirkt ihrerseits tatsächlich eine Zeitverschiebung von einer Schaltung zur nächsten in dem Punkt, wenn das Rampensignal den Nullpegel, der jeder Schaltung zugeordnet ist, kreuzt. Diese gemeinsame Verschiebung und die sich ergebende Zeitverschiebung erzeugen die Wirkung einer elektronischen Abtastung der Werte der Fühlerzellen in einer linearen Anordnung. In der Fig. 7 ist eine weitere Ausbildungsform für diese elektronische Abtastung dargestellt. Diese Ausführungsform umfaßt einen Rampengenerator 13^» der ein Rampensignal in eine Schaltung 136 einer ersten Fühlerzelle und ebenso in eine Gleichstromschiebeschaltung 138 einspeist. Die Schaltung 138 enthält beispielsweise eine gefilterte Zenerdiode oder eine Batterie. Die Schaltung 138 subtrahiert einen vorbestimmten konstanten Gleichstrompegel von dem durch den Generator 13^ erzeugten Rampensignal. Das Ausgangssignal der Schaltung 138 wird in eine Schaltung 1kO einer zweiten Fühlerzelle und in eine zweite Gleichstromschiebeschaltung 1^2 eingespeist. Die Schaltung 142 gewährleistet eine entsprechende Gleichstromverringerung des vom Rainpengenerator 13^ kommenden Signals. Diese Anordnung wird über soviele Gleichstromschiebeschaltungen und Schaltungen wiederholt, wie es

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erforderlich ist, um sie der Anzahl der FUhlerzellen in der linearen Anordnung anzupassen. Das gesamte System erzeugt eine elektronische Abtastung der Anordnung der FUhlerzellen, die eine Impulsfolge ergibt, die von einem konstanten Abstand um Beträge abweichen, weiche für die auf jede Zelle einfallende Strahlung kennzeichnend sind.

Die diese Gleichstromverschiebung bewirkende Schaltung kann nur einen Widerstand umfassen, so daß die Serie der eine Gleichstromverschiebung bewirkenden Schaltungen über den Ausgang des Rampengenerators ein Spannungsteilersystem bildet. In diesem Fall wirkt der Rampengenerator als Stromquelle an seinen Ausgängen, wobei die Spannungsamplitude dem Rampensignal entspricht. Es ist bei diesen abgeänderten oder alternativen Systemen wichtig, daß der Spannungshub jeder Schaltung, der auf der erfaßten Strahlung beruht, nicht über die Gleichstromverschiebung zwischen den Schaltungen hinausgeht. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist dies automatisch durch die Wirkung der Verschiebung des Kondensators gewährleistet.

In der Fig. 8 ist schematisch ein vollständiges Strahlungserfassungsgerät mit dem erfindungsgemäßen Abtastsystem dargestellt. Das Gerät umfaßt ein Gehäuse }kk mit einer Öffnung 148. Im Gehäuse 1hk und hinter der Öffnung 1U8 ist ein Substrat 150 auf Drehzapfen 152 und 15^ zur Drehung um eine Achse 156 gelagert. Das Substrat I50 enthält eine lineare Anordnung 158 von Fühlerzellen. Auf demselben Substrat sind Leitungsnetze 160 und Impulsgeneratoren 162 neben den Zel len der Fühleranordnung 158 vorgesehen.

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. ₁₅ . 22083U

Das Subsirat 15O ist über eine Auflage ~\6k mit einer Infrarotlinse in der Öffnung 148 verbunden. Eine optische Achse 168 der Linse I66 durchquert ungefähr die Mitte der Anordnung 158 der Fühlerzellen. Die Linse 166 ist aus der Öffnung 1^8 heraus gegen eine Beobachtungsfläche 170 gekrümmt. Eine Kante der Linse I66 ist gegen eine Nooke oder einen Hebedaumen 172 gedrückt, der sich um eine Achse 17^ parallel zur Achse 156 dreht« Eine Drehung der Nocke 172
bewirkt, daß die Linse 166 um die Achse I56 auf- und abwärtsgeht, und so den Winkel verändert, auf den die optische Achse 168 der Linse I66 weist.

Die Auflage *\6k ist für eine Gleitbewegung des Substrats 150 in bezug auf die Linse 166 ausgebildet, um die Fokussierung der Strahlung auf die Anordnung I58 einzustellen. Da die Anordnung I58 der Fühlerzellen tatsächlich eine einzige Reihe von Zellen ist, erfolgt die Fokussierung der durch die Linse 166 empfangenen Strahlung auf die Fühlerzellen über einen eindimensionalen Winkel der Beobachtungsfläche 38. Da die Linse 168 durch die Nocke 172 bewegt und um die Achse 156 gedreht wird, überstreicht dieser Winkel einen senkrechten Winkel der Beobachtungsfläche 38 um die Abtastung eines rechtwinkligen Raumwinkels zu bewirken.

Auf dem Anzeiger 76 ist ein Anschluß 176 für die senkrechte Zeitbasis vorgesehen und auf eine niedrige Frequenz (beispielsweise 20 Hz) eines Sägezahnsignals eingestellt. Dieser Anschluß I76 steuert zusätzlich die senkrechte Ablenkung des Strahls auf dem Anzeigeschirm IO6 und ist auch mit einem Motor 178 verbunden, der synchron mit 20 Hz arbeitet, um die Nocke 172 der Fig. 7 anzutreiben, die ihrer-

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seits die Schwingung der Linse 166 über der Achse 156 mit einer Frequenz von 20 Hz bewirkt.

Der Anzeiger I76 ist in das Gehäuse 1UU (in der Fig. 8 schematisch dargestellt) eingepaßt, und sein Anzeigeschirm 106 weist in eine Kammer I80, die senkrecht zur optischen Achse 182 einer Sammellinse 184 vorgesehen ist. Unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse 182 ist hinter der Linse 18k eine spiegelnde Oberfläche I86 vorgesehen, die die Beleuchtung vom Anzeigeschirm IO6 auf eine Kamera I88 mit einer Filmebene 190 reflektiert. Die Filmebene 190 trägt einen Film 192, der jeweils zwischen einer Abwickel- und Aufwickelrolle 19k und 196 gespannt ist. Die Linse I8U ist so eingestellt, daß sie das Bild vom Anzeigeschirm 106 auf den Film 192 fokussiert. Die Kamera kann mit einem nicht dargestellten herkömmlichen mechanischen Verschluß versehen sein* Der Anzeiger 76 kann in herkömmlicher Weise aber auch so ausgebildet sein, daß eine Anzeige in vorbestimmten Zeitintervallen auftritt, wobei der Film 192 in dieser vorbestimmten Weise belichtet ist.

An der Stelle der angegebenen Frequenzen und Perioden für die Rampen- und Sägezahnsignale können auch wesentlich abweichende Frequenzen und Perioden verwendet werden. Ebenso können auch andere Schaltungen und mechanische Einrichtungen vorgesehen sein. Insbesondere braucht die Anordnung keine gerade Linie von Fühlerzellen zu sein, sondern kann irgendein vorbestimmtes Muster der Zellen umfassen. Die Fühlerzellen können auch gegenüber einer anderen Strahlung als der infraroten, beispielsweise gegenüber der sichtbaren Strahlung, empfindlich sein. Sie können aber auch irgendeine variable Leitungseinrichtung sein.

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Claims

Patentansprüche

^1J Anordnung zur aufeinanderfolgenden Abtastung mehrerer Strahlungsfühler, um eine Folge von Signalen zu erzeugen, die die auf die entsprechenden Fühler einfallende Strahlung darstellen, gekennzeichne t durch eine erste Einrichtung (19) zur Erzeugung eines periodischen elektrischen Ausgangssignals, das einen Teil mit einem stetig ansteigenden Signalpegel aufweist, mehrere Signalschiebeschaltungen (z. B. 20) , die zum Empfang des Ausgangssignals der ersten Einrichtung (19) zur Erzeugung eines periodischen elektrischen Signals in Serie geschaltet sind und die am Ausgang jeder Signalverschiebungsschaltung ein Signal erzeugen, dessen Signalpegel zusammen kleiner ist als das Ausgangssignal der ersten Einrichtung (19) zur Erzeugung eines periodischen elektrischen Signals, wobei dies durch die Lage jeder Schiebeschaltung in deren Serienverbindung bestimmt ist, eine jeder Schiebeschaltung (z. B. 20) und jedem Fühler (lh, 3k) zugeordnete zweite Einrichtung zur Speicherung eines Signals mit einer ersten Geschwindigkeit, wenn das Ausgangssignal der zugeordneten Schaltung (20) über einem vorbestimmten Signalpegel liegt, und zur Verringerung des gespeicherten Signals in einer Geschwindigkeit, die die auf den zugeordneten Fühler (i4, 34) während anderer Teile des Ausgangssignals der zugeordneten Schaltung einfallende Strahlung wiedergibt, wobei jede zweite Einrichtung zur Speicherung eines Signals ein Ausgangssignal erzeugt, das das Ausgangssignal der zugeordneten Schaltung (20) ist, verschoben um einen Betrag, der das auf der zweiten Einrichtung zur Speicherung eines

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Signals gespeicherte Signal wiedergibt, eine jeder Signalspeichereinrichtung zugeordnete dritte Einrichtung (36) zur Erzeugung eines Signals in einer Zeit, die der Zeit entspricht, wenn das Ausgangssignal der zugeordneten Signalspeichereinrichtung einen vorbestimmten Signalpegel übersteigt, und eine vierte Einrichtung (72) zur Vereinigung der so erzeugten Signale, um eine Signalfolge zu erzeugen, die die auf die entsprechenden Fühler (i4, 3*0 einfallende Strahlung wiedergibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren in Serie geschalteten Schaltungen (20) einen Widerstandsspannungsteiler (40, 42) umfassen, wobei der Verbindungspunkt zwischen jeweils zwei benachbarten Widerstandselementen des Spannungsteilers das Ausgangssignal jeder Schaltung erzeugen, und daß die erste Einrichtung (19) zur Erzeugung eines Signals einen im wesentlichen einheitlichen Strom in die Serienschaltung der Schaltungen (20) einspeist, wobei eine Veränderung des Potentials in den Endpunkten der Serienschaltung dem periodischen elektrischen Signal entspricht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverschiebungsschaltung ein Tiefpaßfilter (28, 30) umfaßt, daß die Einrichtung zur Speicherung eines Signals umfaßt: einen Kondensator (36), wobei der zugeordnete Fühler parallel zum Kondensator geschaltet ist, eine Diode (38), einen Widerstand (3*0, wobei der Kondensator das Ausgangssignal des zugeordneten Tiefpaßfilters (28, 30) an einem Anschluß empfängt und das Signal am anderen Anschluß in den einen Anschluß der Diode (38) einspeist, wo-

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bei der andere Anschluß der Diode das Ausgangssignal der Schaltung erzeugt und über den Widerstand mit einem Bezugspegel verbunden ist, daß die erste Einrichtung (19) zur Erzeugung eines Signals mehrere Impulsgeneratoren (39) umfaßt, die einer entsprechenden Schaltung (20) zugeordnet sind, um einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, wenn das Ausgangssignal der Schaltung den vorbestimmten Signalpegel kreuzt, und daß eine Einrichtung (72) zur Summierung der Ausgangssignale von jedem der mehreren Impulsgeneratoren vorgesehen ist, um die Signalfolge zu erzeugen, die die auf die entsprechenden Fühler einfallende Strahlung wiedergibt.

h. Anordnung nach Anspruch 3 t gekennzeichnet durch mehrere Einrichtungen (z. B. 122) zur Verstärkung der Antwort jedes Fühlers {lh, 3^) auf die einfallende Strahlung, um eine größere Veränderung in der Abfallgeschwindigkeit des durch den Kondensator gespeicherten Signals mit der Änderung der auf den zugeordneten Fühler einfallenden Strahlung zu gewährleisten (Fig. 5)·

5· Anordnung nach Anspruch k_t dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Verstärkung der Antwort jedes Fühlers einen Festkörperverstärker (ζ. Β. 122) umfassen, der einen Steueranschluß aufweist, der durch die Veränderung des zugeordneten Fühlers gesteuert wird, abhängig von der auf diesen einfallenden Strahlung, und der gesteuerte Leiteranschlüsse aufweist, die in einem Weg verbunden sind, um den Abfall in dem durch den zugeordneten Kondensator gespeicherten Signal zu bewirken.

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6. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Substrat (15O), das eine lineare Anordnung der Fühler (158) trägt, eine Einrichtung ('[6k), um die Strahlung von einem Blickwinkel auf die lineare Anordnung der Fühler abzulenken, eine Einrichtung (i68, 172) zur Abtastung der Lenkeinrichtung, um den Blickwinkel wiederholt über einen Raumwinkel für die auf die Fühler einfallende Strahlung streichen zu lassen, und um eine Reihe der Signalfolgen zu erzeugen, wobei jede Signalfolge die auf die lineare Anordnung der Fühler unter einem Blickwinkel einfallende Strahlung wiedergibt, der in der Richtung des Überstreichens gegenüber dem Blickwinkel für die direkt vorangehende Signalfolge verschoben ist (Fig. 8).

7. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung (70, 72) zur Vereinigung der Signale der Signalfolgen in eine Impulsfolge, wobei jeder Impuls übereinstimmend mit der auf den entsprechenden Fühler einfallenden Strahlung in seiner Impulslage moduliert ist, eine Einrichtung (102), um die Impulsfolge der in ihrer Impulslage modulierten Impulse in ein amplitudenmoduliertes Signal umzusetzen, und einen Anzeiger (76) der abhängig vom amplitudenmodulierten Signal ein Lichtmuster erzeugt, das in seiner Intensität an Punkten moduliert ist, die die Lage und Größe der auf die Fühler einfallenden Strahlung wiedergeben.

8. Anordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Umsetzung der Impulsfolge umfassen: eine Einrichtung (100) zur Erzeugung eines Sägezahnsignals, wobei jeder ansteigende Teil des Sägezahnsignale in der Lage mit dem Bereich der erwarteten Lagen für einen ent-

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sprechenden Impuls in der Impulsfolge zusammenfällt, eine Einrichtung (102) zur Summierung des Sägezahnsignals und der Impulsfolge, um ein Summensignal zu erzeugen, eine Einrichtung, um das Summensignal bei einem Abschneidpegel abzuschneiden, der alle die Teile des Summensignals ausscheidet, ausgenommen von den Teilen, die der Impulsfolge zuschreibbar sind, und eine Einrichtung (10^) zur G-lättung des abgeschnittenen Signals, um das amplitudenmodulierte Signal zu erzeugen.

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