DE2517406C2 - Vorrichtung zur Bilderzeugung mit einer Detektoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zui Bilderzeugung mit einer aus einer Anzahl von Detektorelementen bestehenden Detektoranordnung eine Einrichtung zum optischen Abtasten eines Blickfeldes nach einem zwcidimensionalen Muster und Projizieren der empfangenen Strahlung auf die Detektoranordnung und einer zur Abtasteinrichtung synchronisierten Einrichtung zur bildlichen Wiedergabe der fin die Intensität der ihnen zugeführten Strahlungsenergie charakteristischen Ausgangssignale der Detektoranordnung.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DTPS 22 24 27^ bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung findet eine Summierung der aus dem gleichen Abschnitt des Blickfeldes stammenden Ausgangssignale der einzelnen Detektorelemente statt, und es werden die summierten Signale der Einrichtung zur bildlichen Wiedergabe zugeführt. Zu diesem Zweck werden die Ausgangssignale der Detektorelemente als Funktion der Abtastgeschwindigkeit und der Relativsiellung der Deiektorelemente in der Anordnung verzögert, und es werden die derart verzögerten Signale summiert. Für eine einwandfreie Funktion dieser bekannten Vorrichtung ist ein erhebliche elektronischer Aufwand erforderlich. Da die Verzögerungszeiten nicht ohne weiteres variiert werden können, ist eine einwandfreie Funktion der bekannten Vorrichtung nur dann gegeben, wenn die Abtastgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit eingehalten werden kann, damit sie den Verzögerungszeiten entspricht und tatsächlich einander entsprechende Bildclemente summiert werden.

Es ist ferner aus der US-PS 36 26 091 eine Vorrichtung zur Bilderzeugung bekannt, die von einer Detektoranordnung und einer Anordnung von Leucin dioden (LED) Gebrauch macht, die mit einer gemeinsamen Abtasteinrichtung zusammenarbeiten. Diese bekannte Vorrichtung, die mit einer Parallelabtastung arbeitet, ist für manche Anwendungen geeignet. Wenn jedoch die Anforderungen an eine solche Vorrichtung gesteigert werden, beispielsweise hinsichtlich eier Entfernung, der Auflösung und des Blickfeldes, gibt es manche Probleme, die darauf zurückzuführen sind, daß bei dieser Vorrichtung ti ic verschiedenen Detektorelemcnle ausschließlich zugeordnete Abschnitte des Blickfeldes erfassen und daß eine relativ große Anzahl an Detektorelementen erforderlich ist, um das Blickfeld nach einem verschachtelten Muster kleiner Ordnung abzutasten. Beispielsweise sind bei diesel' Vorrichtung

j Signal-Rausch-Verhältnis, das Blickfeld und die Anrdnung der Detektorelemente so miteinander verkopneit daß bei der Konstruktion einer solchen Vorrichtung der vorhandene Spielraum sehr eingeengt ist. Da weiterhin für jeden Detektor ein getrennter Verarbeitungskanal erforderlich ist und viele Detektoren benö- - _{t w}erden, kann die wünschenswerte Anwendung einer hochentwickelten Signalverarbeitungstechnik sehr kostspielig werden, weil sie in vielen Kanülen >neewendet werden muß. Solche Signalverarbeitungsfechniken können beispielsweise zur Unterdrückung von Lichtflecken, Wiederherstellung es Gleichspannungspegels und Apertureinstellung dienen. Da weiterhin eine wesentliche Voraussetzung für eine gute Erkennbarkeit des Bildes eine Gleichförmigkeit des Übertraeungsverhaltens ist, muß das Übertragungsverhalten Her verschiedenen Kanäle fortlaufend abgeglichen werden Weiterhin muß die Anzahl von Kanälen mit »totem Ende« auf einem Minimum gehalten werden. Die Beschränkung auf eine tolcrierbare Anzahl von loten Kanälen bildet ein erhebliches Problem hinsichtlich der Ausbeute bei der Delektorherstellung sowie bei der Wartungsfreundlichkeit des Systems. Ein weiterer Nachteil von Systemen mit Parallelabtastimg besteht darin daß eine wirksame Detektorkühlung schwierig ist weil ein großes Blickfeld eine große Deiektoranordnung erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs beschriebenen Art so /u verbessern, daß es ohne Einrichtungen zur Signalverzögerung auskommt und das auch nicht die Nachteile aufweist, die bei einem System mit Parallclablastung angetroffen werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Muster der optischen Abtastung während jedes Abtastzyklus eine Anzahl miteinander verschachtelter Abtastungen des Blickfeldes umfaßt, daß die Detektorelemente eine solche geometrische Verteilung aufweisen, daß jedes Detcktorelcmcnt während jedes Abtastzyklus von jedem Punkt des Blickfeldes Strahlungsenergie empfängt, und daß die Einrichtung zur Bildlichen Wiedergabe eine Anordnung von Leuchielementen, welche die gleiche geometrische Verteilung aufweisen wie die Delektorelemenie und in Abhängigkeit von den ihnen zugeführten Ausgangssignalen des entsprechenden Detektorelementes sichtbares Licht mit einer der Intensität der empfangenen Strahlung entsprechenden Intensität erzeugen, und bilderzeugende Mittel umfaßt, die das von den Lcuchtclemcnten emittierte Licht empfangen und gemäß einem zwcidimensionalen Muster aussenden, das zu dem Muster der optischen Abtastung synchron ist. Bei diesem System bildet das von den bildcrzcugenden Mitteln während eines Abtastzyklus ausgesandte Licht eine Anzahl aufgenommener Bilder, von denen jedes Tür die Verteilung der empfangenen Strahlungsenergie im Blickfeld charakteristisch ist und deren Anzahl der Anzahl der Paare von Detektor- und Lcuchtelcmenten entspricht.

Zur Rekonstruktion des Bildes kann vorteilhaft die gleiche Abtasteinrichtung Anwendung finden, die auch zur Abtastung des Bildfeldes benutzt wird. Auf diese Weise wird mit Sicherheit eine einwandfreie Synchronisation der Bildabtastung und Bildwiedergabe erzielt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der ErI indung findet eine neuartige, afokale und anastigmaiische Abtasteinrichtung Anwendung. Diese Abtasteinrichtung umfaßt für die Azimutabtastung eine Trommel, die mn eine Achse drehbar gelagert ist, und zwei Elevationsspiegel, die um eine Achse schwenkbar gelagert sind, die zu der Achse der Trommel senkrecht steht. Die Elevationsspiegel stehen einander entgegengesetzten Flächen der Trommel gegenüber, so daß ein Eievalionsspiegel mit der Trommel zur Abtastung des Blickfeldes und der andere Elevationsspiegel mit der Trommel zur Rekonstruktion des abgetasteten Bildes zusammenwirkt. Die Abtastung des Blickfeldes kann vorzugsweise im Infrarotbereich stattfinden, während die Rekonstruktion des Bildes dann für die Intensität der empfangenen Wärmestrahlung charakteristisch ist. Die Elevationsspiegel sind an entgegengesetzten Enden eines gemeinsamen Joches befestigt, so daß sie gegenphasig~bewegt werden. Die Befestigung der Elevationsspiegel an einem gemeinsamen Joch führt zu einem verbesserten Antrieb und einer Vereinfachung des gesamten opiischmechanischcn Systems.

Demgemäß wird durch die Erfindung eine verbesserte und kostengünstig herstellbare Vorrichtung zur BiIderzeugung geschaffen, die insbesondere dazu geeignet ist, für die Intensität von Wärmestrahlung charakteristische, sichtbare Bilder zu erzeugen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist von hoher Zuverlässigkeit und vielseitig anwendbar. Ein besonderer Vorteil ist, daß Auflösungsbetrachiungcn weitgehend unabhängig von der Bemessung des Blickfeldes und der Wahl der Abtastgeschwindigkeit ist. Es besteht keine Notwendigkeit, das Übertragungsverhalten von Signalverarbeitungskanälcn abzugleichen, und es kann die Detektoranordnung allein hinsichtlich des Gesamt-Empfangsverhaltens ausgewählt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das von der gesamten Detektoranordnung in jedem Augenblick erfaßte Blickfeld relativ klein, so daß eine wirksame Wärmeabschirmung möglich ist und die Anforderungen an die Kühlvorrichtung vermindert werden können. Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch die Anzahl getrennter Signalvcrarbeiiungskanäle relativ klein, so daß bei Bedarf hochentwickelte Verarbeitungsschaltungen angewendet werden können, ohne daß die Kosten vernünftige Grenzen überschreiten.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielcs näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bilderzeugung,

F i g. 2 ein funktionell Blockschaltbild der Vorrichtung nach F i g. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Detektor- und Leuchtdiodenanordnungen der Vorrichtung nach

F i g. 4 eine Darstellung des bei der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendeten Abtastmusters,

F i g. b eine schematische Draufsicht auf einen Teil der Abtasteinrichtung der Vorrichtung nach F i g. 1,

F i g. 6 eine schematischc Seitenansicht der Anordnung nach F-" i g. 5.

F-" i g. 7 eine mehr detaillierte Seitenansicht von Teilen der Abtasteinrichtung der Vorrichtung nach F i g. I 65 zur Veranschaiilichung von deren Antrieb.

F i g. H einen Schnitt längs der Linie 8-8 durch die Anordnung nach F i g. 7.

F i g. 9 eine schematische Darstellung der optischen

Einrichtungen der Vorrichtung nach I" i g. 1 und

Fig. 10 das Blockschaltbild eines in Detektorelcmcnt mit einer Leuchtdiode verbindenden Verarbeitungskanals.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung empfängt ein Objektivglied 30 Wärmeenergie oder IR-Strahlung und überträgt sie über ein Fokussierglicd 32 und ein Richinrisma 34 auf ein Schaltglicd 36 zur Blickfcldveränderung. Das Schaltglicd 36 ist mit ausgezogenen Linien in einer von seinen beiden möglichen Stellungen dargestellt. Die andere Stellung ist durch gestrichelte Linien angedeutet. Zwischen diesen beiden Stellungen ist das Schaltglied 36 verschwenkbar. In der einen Stellung des Schaltgliedes, und zwar in der gestrichelt angedeuteten, hat das zum Empfang der Strahlung dienende Fernrohr ein enges Blickfeld, während in der anderen Stellung, die das Schaltglied in F i g. 1 einnimmt, das Fernrohr ein großes Blickfeld hat. In beiden Stellungen überträgt das Schaltglied 36 die empfangene Strahlung auf ein IR-Zwischenglicd 38 und dann auf eine zur Azimutabtastung dienende Trommel 40 einer Abtasteinrichtung 42.

Die von einer Fläche der Trommel 40 reflektierte Wärmestrahlung wird einem Elevationsspicgel 44 zugeführt und von diesem auf eine Detektorlinsc 46 reflektiert, welche die Strahlung auf eine Delcktoranordnung 48 fokussiert, die sich in einem Dewar 50 befindet. Das Dewar 50 wird mit Hilfe eines Kryostaten 52 gekühlt, der aus einer Flasche 54 über ein Kühlvcnti! 56 mit einem gasförmigen Kühlmittel versorgt wird.

Die Ausgangssignalc aller Delckiorclemcntc der Detektoranordnung 48 werden in einer elektrischen Einheit 58 parallel verarbeitet und dienen einzeln zur Steuerung jeweils einer Leuchtdiode (LED) einer LED-Anordnung 60. Der von der LED-Anordnung 60 erzeugte Lichtstrahl wird mittels einer Linse 62 parallel)-siert und dann von einem Elevationsspiegcl 64 auf eine benachbarte Fläche der Trommel 40 reflektiert. Nach der Reflexion von dieser Fläche gelangt das Licht in eine für sichtbares Licht eingerichtete Optik, welche mehrere Glieder 66. 67 und 68 umfaßt, die das Licht einem Betrachter oder einem Bildwandclsystem, wie beispielsweise einer nicht dargestellten Vidicon-Einheit zuführen. Das mittlere Glied 67 der Optik kann mit einer geeigneten, beispielsweise durch Ätzen erzeugten Strichmarke verschen sein.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 ist in F i g. 2 nach Art eines funktionalen Blockschaltgebildcs. dargestellt. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, umfaßt die Abtasteinrichtung 42 einen Raumabtastteil 41 und einen Bildrekonstruktionsteil 43. Der Raumabtastteil 41 tastete ein Blickfeld nach einem zweidimensionalen Muster derart ab, daß eine vorbestimmte Anzahl miteinander verschachtelter Abtastungen während jedes Abtastzyklus entsteht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind es vier verschachtelte Teilbilder pro Abtastzyklus. Die empfangene Wärmeenergie wird einer Detektoranordnung- 48 zugeführt, die aus einer Anzahl IR-Detektorelementen besteht. Die Ausgangssignale jedes Detektorelementes werden von einem zugeordneten Vorverstärker- und Hauptverstärkerkanal verarbeitet und dann als Steuersignal einer zugeordneten Leuchtdiode der LED-Anordnung 60 zugeführt so daß es das von dieser Leuchtdiode emittierte, sichtbare Licht moduliert.

Die einzelnen Elemente der Detektoranordnung 48 bilden eine vorbestimmte geometrische Gestalt, die für das behandelte Ausführungsbeispiel in F i g. 3 dargestellt ist Diese Gestalt ist so ausgewählt, daß jedes De- tektorclcment während jedes Abtastzyklus von jedem Punkt des abgetasteten Blickfeldes Wärmestrahlung oder IR-Hnergic empfängt. Jede der Leuchtdioden der LLD-Anordnung 60 hat die gleiche Lage in bezug auf die Anordnung wie das zugeordnete Dclektorclemeni in bezug auf die Dctcktorannrdnung 48.

Der von der LED-Anordnung 60 erzeugte Lichtstrahl wird über den Bildkonstruktionsteil 43 der Abtasteinrichtung 42 ausgesendet und dann über die DarStellungsoptik 65 einem Beobachter oder einer nicht dargestellten Bildwandlercinhcit zugeführt. Wie später an Hand der F i g. 7 bis 9 beschrieben weiden wird, sind der Raumabtastteil 41 und der Bildrekonstruktionsteil 43 der Abtasteinrichtung 42 so ausgebildet, daß die Abtastmustcr für die Raumabtastung und die Bildrekonstruktion synchronisiert und anastigmaliseh sind. Demgemäß bildet das von dem Bildkonstruktionsteil 43 ausgesandte Licht eine Anzahl aufgezeichneter Bilder, von denen jedes einzelne für die Verteilung der Wärme-

ϊο energie in dem abgetasteten Blickfeld charakteristisch ist. Die Anzahl dieser Bilder entspricht der Anzahl der von je einem Dctektorclemcnt und einer Leuchtdiode gebildeten Paar.

Wie bereits erwähnt, zeigt F i g. 3 eine bevorzugte Ausführungsform einer Dctcktoranordnung 48 und einer LED-Anordnung 60. Wie ersichtlich, umfaßt die Dctcktoranordnung 48 sechs Gruppen aus je drei Delcktorclcmcnlcn. Die Dctcktorclcmenic. die eine Gruppe bilden, sind im wesentlichen in Richtung der Azimutabtastung angeordnet, während die verschiedenen Gruppen in der dazu senkrechten Richtung der Elcvationsabtastung gegeneinander versetzt sind. Die in F i g. 3 dargestellte Anordnung führt zu einer 50%igen Überlappung. Beispielsweise wird das untere Drittel der Detektorclcmente 1 bis 3 bei der Abtastung von dem gleichen Abschnitt des Blickfeldes überstrichen wie das obere Drittel der Detcktorelemente 4 bis 6.

Es ist festzustellen, daß bei der Anordnung nach F i g. 3 die Dcicktorelementc einer Gruppe in Richtung der Azimutabtastung aufeinander ausgerichtet sind. Infolgedessen ist die Vorrichtung für die Integrationstechnik durch Signalverzögerung geeignet, die in der obenerwähnten DT-PS 22 24 275 behandelt ist. In diescm Fall wurden die Ausgangssignalc der Detektorclcmente einer Gruppe gemäß der Integralionstechnik durch Signalverzögerung verarbeitet. Das resultierende zusammengesetzte Signal könnte entweder einer LED-Anordnung zugeführt werden, in der jeweils eint Leuchtdiode einer Gruppe von Detektorelementen zugeordnet ist oder es könnte das resultierende zusammengesetzte Signal jeder Gruppe einer Parallel-Serien Abtastumsetzung unterworfen und einem entferntei Darstellungsgerät zugeführt werden.

Das Abtastmuster für die 18 Detektorelemente de in F i g. 3 dargestellten Detektoranordnung ist ii F i g. 4 veranschaulicht Während jeder Azimut-Abtast zeile wird die Detektoranordnung in Elevationsrich tung, also quer zur Richtung der Azimutabtastung, ur die Breite der Detektoranordnung in Elevationsrich tung verschoben. Es versteht sich, daß die Detektorar Ordnung tatsächlich körperlich stationär gehalten un mittels der Abtasteinrichtung 42 optisch abgetastt wird und daß die oben verwendete Ausdrucksweise bi züglich einer »Verschiebung der Detektoranordnung nur verwendet wird, um die grundsätzliche Erläuterur der Arbeitsweise der Vorrichtung zu vereinfachen. B dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Antrieb

verhältnis /wischen der Trommel für die A/imulabtastung und die Elevationsspiegel so gewühlt, daß ein Teilbild 43.75 Abtastungen durch Spiegelflächen der Trommel oder 2b2,5 Bild/eilen umfaßt, nämlich 43.75 Abtastungen durch Spiegelflächen der Trommel mal b Detektoigiuppen.

Am Ende eines Teilbildes, also einer vollständigen Verschiebung ein Elcvutionsrichtung. wird die Anordnung zur FJcvationsablasUing so eingestellt, daß das Teilbild Nr. 2 um 1,5 Zeilen gegenüber dem Teilbild I nach unten versetzt ist. Dadurch findet eine Verschachtelung mit den Abtastzcilen des vorhergehenden Teilbildes statt.

Bei der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform wird zur Erzeugung eines vollständigen Teilbildes '/jo s benötigt. Dieses Teilbild genügt der Fernsehnorm, denn es entspricht 262,5 Zeilen pro Teilbild und es bilden jeweils z.wci Teilbildcr 5b5 verschachtelte Zeilen.

Nach der vollständigen Abtastung des Tcilbildes Nr. 2 wird die Anordnung zur Elevationsabtastung so eingestellt, daß die Azimutabtasiungcn für das Teilbild Nr. 3 von einem Punkt ausgehen, der gegenüber dem Ausgangspunkt des Teilbildes Nr. 2 um 1.5 Zeilen nach unten versetzt ist. In gleicher Weise beginnt das Teilbild Nr. 4 in einem Punkt, der gegenüber den Zeilen des Teilbildes Nr. 3 um 1.5 Zeilen nach unten versetzt ist.

Bei Vollendung des Teilbildes Nr. 4 ist auch ein Abtast-Vollbild oder ein Abtastzyklus vollendet und es wird die gerade beschriebene Folge von vier verschachtelten Teilbildern pro Vollbild fortlaufend wiederholt. Es sei erwähnt, daß der Ausdruck »Vollbild« hier eine Gruppe aufeinanderfolgender Teilbildcr, bei diesem Beispiel von 4 Teilbildcrn, bezeichnet, während denen jedes Dctcktorelement den gesamten Objektraum des Bildfeldes »sieht«. Es sei erwähnt, daß das dargestellte Ausführungsbeispiel mit vier Teilbildern pro Vollbild sich als guter Kompromiß zwischen der Forderung, daß die Bildzeile ausreichend kurz. ist. um zu gewährleisten, daß der Betrachter das von jedem Dctektorelcmcnt-Leuchtelement-Paar gelieferte Gesamtbild erfaßt, und der Forderung bildet, das gleichzeitig der Leistungsbedarf für den Motor der Abtasteinrichtung und die Bandbreitcnforderungcn für die Verarbeitungskanäle klein gehalten werden.

Die Überlappung zwischen den verschiedenen Detektorgruppen, wie beispielsweise zwischen den Gruppen mit den Dctcktorelementcn 1 bis 3 und 4 bis 6. ist in F i g. 4 nicht dargestellt. Das gleiche gilt für die Ver schiebung der Gruppen in Richtung der Azimutabtastung. Diese beiden Merkmale sind in die Darstellung der F i g. 4 nur deshalb nicht aufgenommen worden, um die Klarheit der Darstellung bezüglich der Erläuterung der Abtastmuster zu erhöhen.

Zu der außerordentlich hohen Leistungsfähigkeit und den guten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung trägt auch die anastigmatische und ohne Bilddrehung erfolgende Arbeitsweise der Abtasteinrichtung sowohl bei der optischen Abtastung des Bildfeldes als auch bei der Biidrekonstruktion bei. Eine geeignete Abtasteinrichtung ist in der DT-OS 24 21 721 behandelt. Die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel verwendete Abtasteinrichtung 42 ist eine verbesserte Ausführungsform der in der DT-OS 24 21 721 beschriebenen und dargestellten Abtasteinrichtung.

Bei der Beschreibung der in den F i g. 5 bis 9 näher dargestellten Abtasteinrichtung 42 wird die Abtastung einer Bildzeile in Horizontalrichtung öfter als Azimutabtastung und die vertikale Verschiebung der Abta stung von Bild/eile zu Bildzeile als Elevationsabtastimg bezeichnet. Es versteht sich, daß diese relativen Ausdrücke lediglich dazu benutzt werden, um zwei zueinander senkrechte Abtastcinrichtungen zu bezeichnen, 5 ohne daß damit eine Aussage über die absolute Lage der Vorrichtung im Raum gemacht werden soll.

Wie in den F i g. 5 und 6 dargestellt, wird die empfangene IR-Strahlung an der Trommel 40 und am Elevalionsspicgcl 44 reflektiert und durch die Dctektorlinsc 46 der Detckloranordnung 48 zugeführt. Das von der LED-Anordnung 60 erzeugte, sichtbare Licht wird durch eine Linse 62 übertragen und dann von dem EIevation&spiegcl 64 und der Trommel 40 der Darstellungsoptik zugeführt.

Die mehrere Spiegelflächen aufweisende Trommel 40 ist um eine 'Xzimutachsc drehbar gelagert, die bei der gewählten Darstellung sich in senkrechter Richtung erstreckt. Die Trommel 40 umfaßt eine gerade Anzahl Spiegelflächen, die im wesentlichen gleichförmig um die Drehachse der Trommel verteilt und parallel zu dieser Drehachse angeordnet sind. Die Größe, die Form und der geometrische Ort des von den Spiegelflächen reflektierten Strahles im Empfangsweg ist durch die Apertur und durch Blenden des Objektivsystems bestimmt, das normalerweise eine Fernrohr-Vergrößerung aufweist. Der nominelle Drehpunkt des festen Strahles, der von der umlaufenden Spiegelfläche erzeugt wird, wird hier als »Pupille« bezeichnet und liegt normalerweise auf der optischen Mittellinie des Blickfeldes und ist auf jeder Spiegelfläche der Trommel zentriert, wenn die Spiegelfläche zu der optischen Mittellinie des Blickfeldes senkrecht steht. Die Pupille ist derjenige Punkt oder feste Bereich, von dem die Azimutbzw. Elevationsabtastung auszugehen scheint.

Die Elevationsspiegel 44 und 64 sind an entgegengesetzten Enden eines schwenkbar gelagerten Joches 70 befestigt, so daß die reflektierenden Flächen der Elevationsspiegel 44 und 64 in einer parallelen Beziehung einander und entgegengesetzten Seiten der Trommel 40 gegenüberstehen. Die die Elevationsabtastung erzeugende Spiegelanordnung mit dem Joch 70 ist um einen gewissen Winkel um eine Achse schwenkbar, die zu einer Ebene parallel verläuft, die senkrecht auf der Azimutachse steht und die einen kritischen Ort von Zentren bildet. Die Stellung der Schwenkachse für die Spiegelanordnung zur Elevationsabtastung ist kritisch hinsichtlich der Anordnung der Pupille, um einen scheinbar im wesentlichen festen Ausgangspunkt für die eine in der Elevation und im Azimut eine Abtastbcwegung ausführenden Strahlen zu erzielen.

Bei der in der obenerwähnten DT-OS 24 21 721 be schriebenen Anordnung werden zwei benachbarte Abschnitte eines einzigen Elevationsspiegels, der an einen" um eine Elevationsachse schwenkbaren Arm befestig ist. dazu benutzt, den allgemeinen Fall einer Elevations Abtastanordnung zu erläutern. Bei der verbesserter Anordnung nach den F i g. 5 bis 9 sind getrennte Eleva tionsspiegel 44 und 64 an den entgegengesetzten Endet des Joches 70 befestigt, das von zwei Armen gebilde wird, die im Elevations-Schwenkpunkt zu einem Bautei miteinander verbunden sind. Die optischen Prinzipiei und Konstruktionsgrundsätze, die in der DT-Oi 24 21 721 dargelegt sind, sind jedoch in gleicher Weisi zur Festlegung der Eievations-Schwenkachse für di( hier beschriebene Abtasteinrichtung geeignet, und e: sind die optischen Mittellinien, die in der DT-O! 24 21 721 beschrieben sind, in die F i g. 5 und 6 einge zeichnet. Es versteht sich, daß die Schwenkachse fü

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das )och 70 im Schnittpunkt der geometrischen Orte liegen muß, die den beiden Spiegeln 44 und 64 zugeordnet sind.

Die dargestellte Vorrichtung erlaubt einen geraden Durchblick für das auf Wärmestrahlung ansprechende Abbildungssystem, was bisher nur durch die Anwendung zusätzlicher Umlenkspiegel. Umkehrprismen u.dgl. möglich war. Diese Eigenschaft ist ohne weiteres bei Betrachtung der F i g. 1 und 9 erkennbar, die zeigen, wie die durch das IR-Objektivglied 30 einfallende Wärmestrahlung an der Trommel 40 auf den Elevationsspiegel 44 und das von der LED-Anordnung 58 erzeugte sichtbare Licht vom Elevationsspiegel 64 auf die entgegensetzte parallele Fläche der Trommel 40 und dann über die Glieder 66, 67 und 68 zu einem Ausgang reflektiert wird. Der Weg des sichtbaren Lichtes ist eine geradlinige, parallele Forlsetzung des Eingangsweges für die IR-Energie. Hierdurch wird eine fernrohrartige Beobachtung oder Betrachtung mit einem Minimum an optischen Hilfsglicdern möglich. Die Ausführungsform nach den F i g. 5 und 9, bei der die beiden Elevationsspiegel an einem in seiner Mitte gelagerten loch befestigt sind, hat Vorteile gegenüber einer Elcvationsspiegelanordnung. bei der ein einziger Spiegel an einem an seinem Ende gelagerten Arm befestigt ist. weil bei Verwendung eines symmetrischen Joches ein besseres dynamisches Verhalten zeigt und zu einer besseren optischmcchanischen Anordnung in der gesamten Vorrichtung führt. Beispielsweise hat die gegenphasige Bewegung der Elevationsspiegel. welche durch die Anordnung der Spiegel an dem Joch bedingt ist. nicht nur zur Folge, daß die Notwendigkeit für Hilfsprismen zur Bildumkehr entfällt, sondern es werden durch die Ausnutzung einander gegenüberliegender Quadranten der Trommel 42 Konstruktionsbeschränkungen hinsichtlich des Einfallswinkels aufgehoben, so daß bei vereinfachter mechanischer Anordnung ein größerer Abtastwinkel erreichbar ist.

Die Abtast- und Darstcllungsmustcr nach Fig.4 werden durch eine Antriebseinrichtung verwirklicht, die in den F i g. 7 und 8 im einzelnen dargestellt ist. Wie ersichtlich, treibt ein Motor 72. der beispielsweise für eine Drehzahl von bOOO U/min ausgelegt sein kann, die Trommel 40 mittels eines Azimut-Zahnrades 74 und eines Azimut-Ritzels 76 an. Die Elevationsspiegel sind um die Achse 71 mittels eines Elcvations-Ritzcls 78. eines Elevations-Zahnrades 80 und einer Nockenscheibe 82 schwenkbar. Die Nockenscheibe 82 treibt ein Folgeglied 84 an. das an einem Arm des |oches 70 gelagert ist. Das Folgeglied wird mit der Oberfläche der Nockenscheibe durch eine nicht dargestellte Federanordnung in Berührung gehalten. Wenn das Azimut-Zahnrad 74 35 Zähne und das Azimut-Ritzel 16 Zähne aufweist, wird die Trommel 40 mit einer Drehzahl von 125 U/min angetrieben. Hat weiterhin das Elevations-Ritzel 15 Zähne und das Elevations-Zahnrad 80 Zähne, so erhält die Nockenscheibe 82 eine Drehzahl von 1800 U/min. Infolgedessen finden pro Teilbild 43.75 Abtastungen durch Spiegelflächen statt, denn es werden an einem Elevationsspiegel 43.75 Flächen der Trommel während der Zeit vorbeigeführt, während der der Abtastspiegel einen Zyklus ausführt. Die vier verschachtelten Teilbilder, die an Hand F i g. 4 behandelt worden sind, beruhen auf dem gebrochenen Verhältnis zwischen den Perioden der Azimut- und Elevationsabastungen, so daß vier Teilfelder benötigt werden, be-JOT sich die Azimut- und Elevationsbeziehungen vicderholen.

Im folgenden wird noch der zur elektrischen Signalverarbeitung dienende Teil der beschriebenen Vorrichtung an Hand Fig. 10 näher erläuten, die einen von achtzehn gleichen, parallelen Verarbeiiungskanälcn veranschaulicht. Das Ausgangssignal eines Deleklorelements 86, welches eines der achtzehn Detektorclemenie ist, welche die Dctekioranordnung 48 nach F- ig. 1 bilden, und das von einem HG-CD-TE-Festkörper-Infrarotdetektor sein kann, wird einem Vorverstärker 87 zugeführt. Der Vorverstärker 87 kann ein üblicher Transistorverstärker sein, der eine Differenz-Eingangsstufe und eine Rückkopplung von seinem Ausgang zu seinem Eingang aufweist, um eine .Stromverstärkung zu erzielen. Die Funktion des Vorverstärkers besteht darin, die schwachen Signalströme auf einen ausreichend hohen .Spannungspegel anzuheben, so daß eine weitere Verstärkung ohne Signalverschlechterung durch zusätzliches Verstärkerrauschen crfolecn kann. iJcr folgende Verstärker 88 ist dem Vorverstärker in· sofern gleich, als er einen Differenz-Eingansskrcis aufweist, der am positiven Eingang angesteuert wird, und von cncr einfachen Wiederstands-Rückkopplung Ge-Draiich macht, um einen bestimmten Verstärkungsfaktor, beispielsweise 10, einzustellen

Qn^An ΐ" ^Verstärkcr schließt sich ein Dämpfungsglied w an. das aus einem einfachen Wiederstands-Diodcnleiernctzwerk besteht, so daß das Eingangssignal gemab dem Wechsclsiromwiderstand der Diode gedampft w.rd. die ihrerseits durch die Größe des ihr zugcluhnen Gleichstroms gesteuert wird. Das Dämpfungsglied kann beispielsweise einen Diimpfungsbci eich von 0 bis 60 db haben

Der Verstärker 92 ist dem Verstärker 38 deich und , „ΓοΓ 'Λ^{01 ldenti}*-'hcn nichtlinearen Verstärkern 94 und 95 gefolgt. Diese Verstärker haben für kleine Ein-,.ngss.gnale eme lineare Charakteristik, werden ic^dOi ^be' «^rößc|·«--» Signalen plötzlich nichtlinear. ' wir ι ^A.^usg"ⁿg«'gnal des nichllinearcn Verstärkers 95 Imn ^W,^C''^erhln ·" einer Treiberstufe 96 verstärkt und die oi ?^CU?^{rsignal eincr} Leuchtdiode 97 zugeführt. (Ti TnJu ^Lcuchtc'cniente der LFD-Anordnung 60 LFD Λ α ^{Llnd dcrcn} Rclat'vstellung innerhalb der elelt «?^l:ng,⁶° ^{dCP R}«*"ivstcllung des Dc.ektor-^Inr^{der Dct}<*«oranordnung 48 entspricht. ? ^{% Sprichl ;iUch :ulf} ™ Oleichstrom-Bild frnn ^{lgniil an}· ^{das da/u bc}"""l wird, den LED- Z₁ π" ""Τ"' ^{und auf ein} Ausiastsiunal. das alle stun« au« hⁿ,^{WährCnd dcr >>To}·™·« der Azimutabta- de Funk η ^T-ν ^{mc Solche} Austastung ist zwar für Ä Y^orricht"ng ""nötig, führt jedoch zu

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Ob,ektraum des

Γ,^{d daS abgetasiete Bild durch eine Infrarot}-Detektorelementen unterteilt

* ^Verstärk^kanäle speisen. Die ver_{n P}S^M^^{ale der} Detektore.emente wernung Z₁ Ά 7*J ?^comelnsch gleichen Anord-Leu?htdK>den ^{dlOdcn 7u}g^eführt. Das von den

tels der "Ehen'AT' ^{SiChtbare Lidit wird dann mlt}" formt so dTß in ^Abta _u ^stelnri^tung zu einem Bild ge- ° ^{daß In SI}^tbarem Licht ein Ausgangssignal

entsteht, welches für die relative Verteilung von Wärmeenergie innerhalb des abgetasteten Blickfelds charakteristisch ist. Die 1 : !-Abbildung der Detektorelememe auf die l.euclildioden in Verbindung mit der Verwendung der gleichen Ablasleinrichtung sowohl /um Abtasten des lnfrarot-Objektraiims als auch des im sichtbaren Bereich liegenden ßildruums gewährleistet. :laß das wiedergegebene Bild kohärent aufgebaut wird, unabhängig von der genauen Gestalt des Dctcktor- und LED-Anordnungen oder der genauen Einzelheiten der Abtastung. Die Verwendung von Detektor- und LED-Anordnungen mit paarweise zugeordneten Kiementen läßt eine erhebliche Freiheit bei der Gestaltung der Anordnungen zu, um solche Kriterien /u berücksichtigen wie Einfachheit der Herstellung, eine günstige optische Abbildung. Abführen tier Leitungen usw. Die Hrfindung ist keineswegs auf lineare Anordnungen beschränkt, sondern vielmehr bei einer Vielzahl verschiedenartiger Anordnungen anwendbar. Beispielsweise können kreisförmige Anordnungen oder Anordnungen mit einer Anzahl kreisförmiger Gruppen bei manchen Anwendungen erwünscht sein. Beispielsweise haben kreisförmige Gruppen eine nahezu ideale Gestalt für die Leitungsführung, weil dann alle Leitungen von den entsprechenden Detcktorelementen radial fortgeführt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch bedeutende Vorteile hinsichtlich der Gleichförmigkeit des Bildes und Toleranzen hinsichtlich eines Kanalausfalls aus. Da jedes Detektorelement jeden Punkt des Blickfelds erfaßt und das Bild ims der Summe der Ausgangssignale aller Dctcktorelemente gebildet wird, können Unterschiede zwischen den einzelnen Kanülen keine Ungleichförmigkcit des erzeugten Bildes von Zeile zu Zeile oder Bereich zu Bereich zur Folge haben. Wenn beispielsweise die Hälfte der Deiektorkanälc ausfiele, würde bei einem erfindungsgemäßen System das Signal-Rausch-Verhältnis nur um den Faktor = 2 vermindert. Im Gegensatz dazu würde bei bekannten Vorrichtungen, bei denen das Blickfeld in ebenso viel Bereiche unterteilt ist, wie Detektoren vorhanden sind, und jeder Detektor nur seinen Bereich abtastet, der Ausfall der Hälfte der Detektorkanäle zur Folge haben, daß nur noch die Hälfte des Blickfeldes erfaßt wird. Tatsächlich hat bei diesen bekannten Vorrichtungen schon das Versagen einiger weniger Verarbeilungskanälc das Entstehen einer Anzahl »toter Zeilen« in der Darstellung zur Folge, die den Betrachter ablenken, und es kann nur ein geringer Bruchteil solcher »toter Zeilen« als tolericrbar betrachtet weiden.

Die Unempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung für funktionsunfähige Kanäle ist von großer Bedeutung für die Ausbeute und infolgedessen für die Kosten von Detektor- und LED-Anordnungen. Bei dem bekannten System mit Parallelabtasumg müssen im wesentlichen alle Dctcktorelemente gut sein, um brauchbare Bilder zu erzeugen. Gewöhnlich wird für diejenigen Elemente, die dem zentralen Teil des Blickfeldes zugeordnet sind, eine hundertprozentige Betriebsfähigkeit verlangt. Im Gegensatz dazu hat bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Anteil von zehn Prozent gestörter Kanäle keine merkliche Verschlechterung der Betriebseigenschaften zur Folge, weil das einzige bedeutende Maß der Dctektorcigenschaften das akkumulierte Empfangsvermögen ist. Weilerhin ist bei der crfindungsgcmiißcn Vorrichtung nicht nur die tatsächliche Anzahl funktionsfähiger Kanäle von untergeordneter Bedeutung, sondern es ist auch die Verteilung der guten Kanäle innerhalb der Gruppe selbst unwesentlich, so daß eine sonst brauchbare Anordnung nicht zuriickgewicr.cn werden muß, weil ein oder zwei tote Kanäle sich im zentralen Bereich der Anordnung befinden. In gleicher Weise sind defekte Leuchtclemente für die Gesamleigerischaften der Vorrichtung nicht kritisch. Nicht funktionierende Kanäle können von vornherein berücksichtigt werden, indem von vornherein eine Anzahl von Kanälen vorgesehen wird, die die zu erwartende Ausbcule an brauchbaren Detektorelcmcnten und Leuchtdioclcn von vornherein in Rechnung ziehen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bilderzeugung mit einer aus einer Anzahl von Detektorelementen bestehenden Detektoranordnung, einer Einrichtung zum optischen Abtasten eines Blickfeldes nach einem zweidimensionalen Muster und Projizieren der empfangenen Strahlung auf die Detektoranordnung und einer zur Abtasteinrichtung synchronisierten Einrichtung zur bildlichen Wiedegabe der iür die Intensität der ihnen zugefiihrten Strahlungsenergie charakteristischen Ausgangssignale der Detektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster der optischen Abtastung während jedes Abt.astzyklus eine Anzahl miteinander verschachtelter Ablastungen des Blickfelds, umfaßt, daß die Deiekiorelememe eine solche geomelrische Verteilung aufweisen, daß jedes Detektorelement während jedes Abtastzyklus von jedem Punkt des Blickfeldes Strahlungsenergie empfängt und daß die Einrichtung zur bildlichen Wiedergabe eine Anordnung von Leuchtelenienten, welche die gleiche geometrische Verteilung aufweisen wie die Detektorelemente und in Abhängigkeit von den ihnen zugefiihrten Ausgangssignalen des entsprechenden Detektorelements sichtbares Licht mit einer der Intensität der empfangenen Strahlung entsprechenden Intensität erzeugen, und bilderzeiigende Mittel umfaßt, die das von den Lcuchtelementen emittierte Licht empfangen und gemäß einem zweidimensionalcn Muster aussenden, das zu dem Muster der optischen Abtastung synchron ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (48) aus mehreren, jeweils mehrere Detektorelemente umfassenden Gruppen besteht und die Detektorelemente jeder Gruppe in einer ersten Richtung angeordnet sind, die einer der Richtungen der optischen Abtastung entspricht, wogegen die Gruppen in einer zweiten, zur ersten senkrechten Richtung derart angeordnet sind, daß beim Abtasten der Gruppen in der ersten Richtung ein Überlappen stattfindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelemente jeder Gruppe in der ersien Richtung gleichförmig angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (42) zur Erzeugung anastigmatischer und synchronisierter Muster für die optische Abtastung des Blickfeldes und die Rekonstruktion des Bildes eingerichtet ist, die für ein afokalcs optisches Vergrößerungssystem geeignet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (42) für die Azimutabtastung eine drehbar gelagerte Trommel (40) mit einer geraden Anzahl Spiegelflächen, die gleichmäßig um die Drehachse der Trommel (40) verteilt und parallel zur Drehachse angeordnet sind, und für die Elcvationsabiastung eine schwenkbar gelagerte Spiegelanordnung umfaßt, deren Schwenkachse (71) in einer zur Drehachse der Trommel (40) senkrecht stehenden Ebene liegt und clic zwei Elcvalionsspiegel (44 und 64) aufweist, die an den entgegengesetzten Enden eines schwenkbar gelagerten Joches (70) in parallel zur Schwenkachse (71) verlaufenden Ebenen angeordnet sind und einander an entgegengesetzten Seiten der Trommel (40) gegen überstehen, derart, daß die durch D^rehen der Troni mel (40) und Verschwenken der Elevationsspiege (44,64) erzeugten orthogonalen Abtastungen für je den der beiden Elevalionsspiegcl (44 und 64) voi einem festen Bereich an der Oberfläche der T rom mel (40) auszugehen scheinen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß zum Verschwenken des Joches (70 eine angetriebene Nockenscheibe (82) mit einen Folgeglied (84) und zum Drehen der Trommel (40 ein Antrieb vorgesehen sind und die Nockenscheibi (82) mit dem Antrieb für die Trommel (40) so syn chronisiert ist. daß während jedes Abtastzyklus die gewünschte Ar.zahl miteinander verschachtelte! Abtastungen des Blickfeldes erzeugt wird.