DE3514743C2

DE3514743C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Harmonisieren opto-elektronischer Achsen eines Wärmebildgerätes

Info

Publication number: DE3514743C2
Application number: DE3514743A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 6901 Dossenheim Weigel
Original assignee: Eltro GmbH, Gesellschaft für Strahlungstechnik, 6900 Heidelberg
Current assignee: Ecs Elektrooptische Componenten und Systeme GmbH
Priority date: 1985-04-24
Filing date: 1985-04-24
Publication date: 1987-02-19
Also published as: GB2174862A; FR2581205B1; GB8609486D0; FR2581205A1; GB2174862B; DE3514743A1

Abstract

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Harmonisieren opto-elektronischer Achsen eines Wärmebildgerätes sind Erfindungsgegenstand. Das Wärmebildgerät besteht in Strahleneinfallsrichtung aus einem Detektorkanal mit Abtastspiegel und Detektor-Reihenanordnung. Die von letzterer empfangene Strahlungsenergie wird auf einer Leuchtdioden-Reihenanordnung dargestellt, deren Strahlung über die Wiedergabeseite des Abtastspiegels und den Wärmebild-Kanal in ein Periskop reflektiert, in dem der Beobachter das Fadenkreuz mittels im Wärmebild-Kanal vorgesehener Drehkeile mit den übrigen Achsen zur Deckung bringen und damit harmonisieren kann. Mit einem Scan-Positions-Sensor wird die Spiegel-Wiedergabeseite sensiert und mit der reflektierten Strahlung des Scan-Positions-Sensors in einem eigenen Detektor ein Triggersignal erzeugt. Um harmonisierte Achsen auch für eine elektronische Darstellung eines Zieles bzw. seines Wärmebildes in einem bedarfsweise an das Zielgerät anschließbaren weiteren Gerät auswerten zu können, wird parallel zum Wärmebild-Kanal ein Multiplexer-Kanal mit Anschlußmöglichkeit z. B. eines Trackers gesehen, der zusammen mit der Leuchtdioden-Reihenanordnung über einen Prozessor ansteuerbar ist und dem zum zeitsynchronen Abfragen der Detektorsignale Triggersignale des Scan-Positions-Sensors dienen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Harmonisieren der opto-elektronischen Achsen eines Wärmebildgerätes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein solches Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung sind der DE-OS 33 29 590 zu entnehmen. Ferner sind aus der DE-PS 30 48 809 und der DE-OS 31 04 318 Verfahren und Geräteanordnungen bekannt, bei denen ein Wärmebildgerät mit einem Lasersender so gekoppelt ist, daß das Wärmebildgerät als Empfangskanal für den Lasersender verwendet wird.
Schließlich enthält die EP 00 57 304 eine aus einem Tagsichtkanal, einem Restlichtverstärker und einem Laserentfernungsmesser bestehende periskopische Gerätekombination. Die einzelnen Gerätebaugruppen sind hierbei zueinander parallel angeordnet und empfangen die einfallende Strahlung über einen ihnen gemeinsamen rotierenden Spiegel. Laserentfernungsmesser und Hauptzielmarke befinden sich innerhalb des Tagsichtkanals, wobei letztere zum Zweck der Achsharmonisierung in den als Nachtkanal vorgesehenen Restlichtverstärker eingespiegelt werden kann.
Bei diesen Geräten und Gerätekombinationen können zwar opto-elektronische Achsen auf ein als Bezug dienendes Fadenkreuz ausgerichtet werden. Sie dienen damit Justage- und unmittelbaren Zielvorgängen. Es fehlt ihnen aber eine weiterführende Möglichkeit, die vollzogene Harmonisierung auch als zeit- und lagegerechte Kennung noch für nachgeordnete Steuer- oder Richtvorgänge auszunutzen.
Ber Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an sich bekannte Zielverfahren und entsprechende Geräte dahingehend zu verbessern, daß ihre harmonisierten opto-elektronischen Achsen auch noch für eine elektronische Darstellung des Zieles bzw. seines Wärmebildes in einem bedarfsweise an das Zielgerät anschließbaren weiteren Gerät gespeichert und ausgewertet werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Auf diese Weise erhält man ein Signal als Kennung, die der Bezugsachse - in einem Zielgerät dem Fadenkreuz - entspricht und an deren Stelle als Ziellinien-Indikator z.B. für einen rein elektronisch arbeitenden nachgeschalteten Tracker benutzt werden kann. Ihm kann hiermit die Lage der Achse (Zielachse = Fadenkreuz), die ein Beobachter, z.B. ein Richtschütze, in einem Periskop zum Anvisieren eines Zieles benutzt, dargestellt werden. Diese Lage wird vom Tracker zur Ermittlung der Ablage beispielsweise eines Flugkörpers, bezogen auf die Achse, verwendet, wobei die Bezugsachse im Tracker als Koordinaten-Null gespeichert wird.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im folgenden werden an Hand einer Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszeichen aufweisen. Es zeigt
Fig. 1 das erfindungsgemäße Blockschaltbild mit direkter Ansteuerung eines Multiplexer-Kanals,
Fig. 2 das Blockschaltbild gemäß Fig. 1, jedoch mit Ansteuerung des Multiplexer-Kanals über den ihm vorgeschalteten Detektorkanal und
Fig. 3a bis 3d die einzelnen zur Harmonisierung der opto-elektronischen Achsen erforderlichen Verfahrensschritte.
Das Wärmebildgerät 1 der Fig. 1 besteht aus einer IR-Optik 2 zum Empfang der IR-Strahlung 3, die über die Abtasteinheit 4, das Detektorobjektiv 5 auf den Detektor 6 geführt wird. Nach optoelektronischer Umwandlung werden die Detektorsignale über einen Verstärker 7, 8 der Leuchtdioden-Reihenanordnung 9 zugeführt und von hier über den Wärmebild-Kanal 14, der sich aus dem Kollimatorobjektiv 10, der Wiedergabeseite des in der Abtasteinheit 4 vorgesehenen Abtastspiegels 18, der Wiedergabeoptik 11 und den Drehkeilen 17 zusammensetzt, in das Sichtgerät 12 gespiegelt und damit dem Beobachter 13 dargestellt. Das Wärmebildgerät 1 enthält außerdem den Scan-Positions-Sensor 19, dessen zeichnerisch nicht dargestellte Lichtquelle die Wiedergabeseite des Abtastspiegels anstrahlt. Von der Wiedergabe reflektierte Strahlung erzeugt auf einem gleichfalls nicht dargestellten Detektor bei Autokollimation ein Triggersignal, das zur Auslösung eines Impulses verwendet wird. Insoweit handelt es sich um an sich bekannten Stand der Technik.
Parallel zum Wärmebild-Kanal 14 ist der Multiplexer-Kanal (= Abfrage- Kanal) 15 vorgesehen, der sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus den beiden in Reihe geschalteten Einheiten 15&min; und 15&min;&min; zusammensetzt. Er dient der elektronischen Darstellung des Wärmebildes. Für einen solchen elektronischen Kanal ist es erforderlich, die momentane horizontale Lage des Abtastspiegels 18 zu sensieren und in Form von elektrischen Signalen bereitzustellen, um die zeitgleiche Zuordnung der elektronischen Bilddarstellung, das heißt das zeitsynchrone Abfragen (= Multiplexen) der Detektorsignale, für den anzuschließenden Tracker 16 zu gewährleisten, wozu man sich des Scan-Positions-Sensors 19 bedient.
Die in Signal-Durchlaufrichtung erste Einheit 15&min; wird über einen getrennten Eingang von dem Prozessor 21 gesteuert, der seinerseits über das Harmonisierungsfunktionen besitzende Bediengerät 20 betätigbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht auch der Verstärker 7, 8 aus zwei Einheiten, nämlich 7 und 8, von denen die Verstärkereinheit 8 mit einem Treiber ausgerüstet ist, der die Reihenanordnung 9 mit z.B. 120 Leuchtdioden synchron zu den Detektorsignalen ansteuert. Das Signal der Leuchtdioden gelangt über den einleitend beschriebenen Wärmebildkanal 14 auf das aus einem Periskop bestehende Sichtgerät 12. Zwischen die beiden Verstärkereinheiten 7 und 8 ist der Eingang der Multiplexereinheit 15&min; gekoppelt. Bei einem anderen als dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Einkopplung der Einheit 15&min; zwischen den Detektor 6 und den Verstärker 7 erfolgen und die Anzahl der Leuchtdioden sowie der Verstärker- und Multiplexereinheiten auch größer oder kleiner sein, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wurde.
Wärmebild-Kanal 14 und Multiplexer-Kanal 15 arbeiten gleichzeitig. Das Periskop 12 enthält u.a. ein Fadenkreuz 22, auf das nun die beiden Achsen 14 und 15 gemäß Fig. 3a bis 3d harmonisiert werden. Hierzu wird das Tagbild gemäß Fig. 3a eines Ziels 23 in Fadenkreuzmitte gestellt. In der in ihrem äußeren Erscheinungsbild gleichen Fig. 3b wurde auf den Wärmebildkanal 14 umgeschaltet und das durch die Leuchtdioden-Reihenanordnung 9 dargestellte Bild mittels der Drehkeile 17 auf die Mitte des Fadenkreuzes 22 gestellt. Damit sind Wärmebild-Kanal 14 und Tagkanal harmonisiert. Wie an Hand der Fig. 1 erläutert, wird nun über das Bediengerät 20 der Prozessor 21 betätigt. Aus Fig. 3c geht hervor, daß hierbei z.B. zwanzig Leuchtdioden mit je zehn Elementen nach oben und nach unten um das Mittelelement Nr. 60 - in der laufenden Numerierung der Leuchtdioden zwischen Nr. 50 und Nr. 70 - so getrennt angesteuert werden, daß, die ausgewählte Leuchtdiode ausgenommen, alle übrigen stromlos, das heißt dunkel geschaltet sind. In der Zeichnung symbolisiert hierbei ein Karo jeweils eine Leuchtdiode und das mittlere schraffiert dargestellte die mit Strom versorgte aufleuchtende Diode.
Eine andere Ausführung ist, alle Leuchtdioden über einen Helligkeitsregler dunkel zu regeln, so daß nur die ausgewählten, da getrennt angesteuert, aufleuchten.
Bei der speziellen Art von Wärmebildgeräten, die mit Zeilenversatz (z.B. 2 : 1) arbeiten, wird nach jedem Scan- bzw. Abtastvorgang die optische Achse der Abtasteinrichtung um die Höhe eines Detektorelements gekippt. Bei der im vorausgehenden Absatz beschriebenen Auswahl der Leuchtdioden kann die von der Abtasteinheit 4 abgeleitete Zeilenversatz-Information so benutzt werden, daß mit Hilfe des Zeilenversatzes um die Höhe einer Leuchtdiode versetzt werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bedeutet dies, daß mit den zwanzig Leuchtdioden vierzig Zeilen ausgewählt werden können.
Geht man nun zu Fig. 3d über, so veranschaulicht dieselbe, daß mit dem Prozessor 21 (Fig. 1) diejenige Leuchtdiode ausgewählt werden kann, die sich beim Aufleuchten mit dem horizontalen Strich des Fadenkreuzes 22 (vertikale Ausrichtung) deckt. Über das Bediengerät 20 wird der Puls des Scan-Positions-Sensors 19 zum Triggern der Leuchtdiode ausgewählt; er läßt dieselbe aufleuchten, sofern sie sich mit dem vertikalen Strich des Fadenkreuzes im Periskop 13 deckt. Nach diesen beiden Einstellmaßnahmen leuchtet eine Leuchtdiode exakt in Fadenkreuzmitte auf, wie dies durch das schraffierte Karo im Mittelpunkt der Fig. 3d angedeutet ist.
Die Informations-Nr. (Vertikal-Information) und die horizontale Zeit des Aufleuchtens (Horizontal-Information) der Leuchtdioden-Reihenanordnung 9 werden gemäß Fig. 1 der Multiplexer-Einheit 15&min; in Form einer entsprechenden Spannung aufgeprägt. Dieser Impuls hebt sich aufgrund seiner Amplitude von allen vorliegenden Hintergrund- und Zielsignalen ab und kann von dem Tracker 16 als Koordinaten-Null verwendet werden. Der Tracker hat somit dieselbe Lageinformation des Fadenkreuzes 22 von Periskop 12 wie der Beobachter 13 und kann somit eine Ablageermittlung durchführen.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich gegenüber demjenigen von Fig. 1 lediglich dadurch, daß Bediengerät 20 und Prozessor 21 nicht mehr über den Multiplexer-Kanal 15, sondern über den Teil 4 bis 7 des ausgewählten Detektorkanals, genau zwischen Detektor 6 und Verstärkereinheit 7, die zum Aufleuchten der entsprechenden Leuchtdiode erforderliche Spannung und damit die über den Multiplexer- Kanal 15 dem Tracker zur Verfügung gestellten Impulse (Spannung) einprägen.
Bei einem weiteren zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wäre es auch möglich, daß Bediengerät 20 und Prozessor 21 nach der Verstärkereinheit 7, jedoch vor der Verzweigung zwischen 7 und 8/15 auf den Detektor-Kanal einwirken.

Claims

1. Verfahren zum Harmonisieren opto-elektronischer Achsen eines Wärmebildgerätes, das

a) in Strahleneinfallsrichtung aus einem Detektorkanal mit IR- Optik, einem zu dieser in Ruhestellung unter 45° angeordneten Abtastspiegel, einem IR-Objektiv und einer Detektor- Reihenanordnung, besteht,

b) die von der Detektor-Reihenanordnung empfangene Strahlungsenergie nach optoelektronischer Umwandlung und Verstärkung auf einer entsprechenden Leuchtdioden-Reihenanordnung darstellt,

c) Strahlung der Leuchtdioden-Reihenanordnung über ein Kollimatorobjektiv auf die Wiedergabeseite des Abtastspiegels und von hier in einen aus einer Wiedergabeoptik und dem Okular eines Sichtgerätes bestehenden Wärmebild-Kanal reflektiert und

d) einen sogenannten Scan-Positions-Sensor enthält, dessen Lichtquelle zum Sensieren der Lage des Abtastspiegels seine Wiedergabeseite anstrahlt und die reflektierte Strahlung bei Autokollimation auf einem eigenen Detektor ein Triggersignal erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) zur elektronischen Darstellung des Wärmebildes mit der Möglichkeit des Anschlusses einer Ablageeinheit (Tracker) (16) parallel zum Wärmebild-Kanal (14) ein Multiplexer-Kanal (15) betrieben wird,

f) mit einer Harmonisierungsfunktionen besitzenden Baugruppe (20, 21) die Leuchtdioden-Reihenanordnung (9) und der Multiplexer-Kanal (15) direkt oder über den Detektorkanal (4 bis 8) angesteuert werden und

g) dem Multiplexer-Kanal (15) die Triggersignale des Scan-Positions-Sensors (19) zum zeitsynchronen Abfragen der Signale des Detektors (6) eingespeist werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wärmebild-Kanal (14) ein Periskop (12) mit ihm unmittelbar im Strahlengang vorgeschalteten Drehkeilen (17) zur Justierung des Wärmebildes verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

a) mit Hilfe des Periskops (12) das Tagbild eines Ziels (23) auf die Mitte des Fadenkreuzes (22) gestellt wird und

b) mit Hilfe der Drehkeile (17) das durch die Leuchtdioden-Reihenanordnung (9) über den Wärmebild-Kanal (14) dargestellte Wärmebild auf die Mitte des Fadenkreuzes (22) gestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Harmonisierungsfunktionen besitzende Baugruppe (20, 21) ein über ein Bediengerät (20) beeinflußbarer Prozessor (21) verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich beim Aufleuchten mit dem Fadenkreuz (22) des Periskops (12) deckende Leuchtdiode der Reihenanordnung (9) mittels des Prozessors (21) angewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bediengerät (20) der zum Triggern (= Aufleuchten) der Leuchtdioden-Reihenanordnung (9) erforderliche Puls des Scan-Positions-Sensors (19) ausgewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenauswahl in der Leuchtdioden-Reihenanordnung (9) über das Kippen des Wärmebildgerätes (1) beim Zeilenversatz bewirkt wird und beim Hin- und Rücklauf doppelt angewählt werden kann (Interlace).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abtasten einer Zeile die den Abtastspiegel (18) enthaltende Einrichtung (4) um die Höhe eines Detektorelements gekippt und durch diese Maßnahme in der Ausdehnungsrichtung der Leuchtdioden-Reihenanordnung (9) ein entsprechend höhenmäßiger Versatz ausgelöst wird.

9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die laufende Nummer der Leuchtdioden in der Vertikalen und die Zeit des Aufleuchtens in der Horizontalen dem Multiplexer-Kanal (15) in Form einer entsprechenden Spannung zugeführt wird und von diesem der Ablageeinheit (16) als Koordinaten-Null angeboten wird.

10. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorausgehenden Ansprüche, unter Verwendung eines Wärmebildgerätes, dessen Strahlungsenergie der Reihe nach durch eine IR- Optik auf einen in Ruhestellung unter 45° angeordneten Abtastspiegel, von hier durch ein IR-Objektiv auf eine Detektor-Reihenanordnung und von dieser nach optoelektronischer Umwandlung und Verstärkung auf eine Leuchtdioden-Reihenanordnung fällt, deren Strahlungsenergie sodann durch ein Kollimatorobjektiv auf die Wiedergabeseite des Abtastspiegels in das Okular eines Sichtgerätes gelangt, wobei die Lichtquelle eines Scan-Positions-Sensors die Wiedergabeseite des Abtastspiegels anstrahlt und die von letzterem reflektierte Strahlung bei Autokollimation ein Triggersignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem im wesentlichen aus der Wiedergabeseite des Abtastspiegels (18), der Wiedergabeoptik (11) und dem Okular (13) des Sichtgerätes (12) bestehenden Wärmebild-Kanal (14) ein zur elektronischen Darstellung des Wärmebildes mit der Möglichkeit des Anschlusses einer Ablageeinheit (16) vorgesehener Multiplexer- Kanal (15) parallel geschaltet ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Multiplexer-Kanal (15) aus zwei in Reihe geschalteten Multiplexer-Einheiten (15&min; und 15&min;&min;) zusammensetzt, von denen die in Signal-Durchlaufrichtung erste Einheit (15&min;) vom Detektorkanal (4 bis 8) allein oder zusammen mit dem Prozessor (21) und die in Durchlaufrichtung zweite Einheit (15&min;&min;) vom Detektorkanal und von dem Scan-Positions-Sensor (19) gespeist wird.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (21) über ein Harmonisierungsfunktionen besitzendes Bediengerät (20) betätigbar ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der in Signal-Durchlaufrichtung ersten Multiplexer-Einheit (15&min;) zwischen zwei Verstärkereinheiten (7; 8) des Detektorkanals (4 bis 8) gekoppelt ist.

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Bediengerät (20) und Prozessor (21) nach der in Signal-Durchlaufrichtung ersten Verstärkereinheit (7), jedoch vor der Verzweigung ihres Ausgangs (8/15), auf den Detektor-Kanal (14) einwirken.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkereinheit 15&min; oder 15&min;&min; mit einem die einzelnen Leuchtdioden der Reihenanordnung (9) synchron zu den Detektorsignalen ansteuernden Treiber ausgerüstet ist.