DE4018134A1 - Sensor mit einer ir-detektoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor mit einer in einem Dewar-Ge­ fäß hinter dessen Abschlußfenster vorgesehenen IR-Detektoranord­ nung, einer Breitbandoptik und mindestens einem in deren konver­ genten Strahlengang angeordneten Transmissionsfilter.

Bestimmte IR-Sensoren, z. B. FLIR-Geräte, arbeiten im allgemei­ nen in einem einzigen, relativen schmalen Spektralbereich, bei FLIR-Geräten z. B. im Bereich von 8 bis 12 µm. In manchen Fällen wird es aber als zweckmäßig angesehen, solche Geräte auch für einen erweiterten Einsatzzweck nutzen zu können. Es ist daher wünschenswert, einen IR-Sensor für mehrere Spektralbereiche verwenden zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei möglichst ge­ ringem Aufwand für mindestens zwei Spektralbereiche nutzbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Sensor der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die IR-Detektoranord­ nung aus einem einzigen Detektor oder Detektorarray mit einem spektralen Empfindlichkeitsbereich bis zu einer Grenzwellen­ länge von etwa 12 µm besteht, daß das Dewar-Abschlußfenster als Filter ausgebildet und für zwei verschiedene Spektralbereiche durchlässig ist, und daß mindestens zwei weitere, als Inter­ ferenzfilter ausgelegte einzelne Transmissionsfilter vorgesehen sind, die jeweils nur für einen der beiden verschiedenen Spek­ tralbereiche oder für einen Teilbereich dieser Spektralbereiche durchlässig und je nach Bedarf wahlweise in den Strahlengang einwechselbar sind.

Damit ist ein optronischer Sensor für mindestens zwei Spektral­ bereiche bei Verwendung nur einer einzigen IR-Detektoranordnung geschaffen. Die Verwendung einer einzigen IR-Detektoranordnung mit einem hinreichend großen spektralen Empfindlichkeitsbereich und der Einsatz von optischen Filtern mit verschiedenen Charak­ teristiken ermöglicht beliebige Kombinationen von Spektralbe­ reichen, in denen der Sensor empfindlich ist. Auf diese Weise ist der Sensor bei möglichst geringem Aufwand - eine einzige IR-Detektoranordnung, ein Dewar-Abschlußfenster als Filter und weitere, je nach Bedarf einwechselbare Einzelfilter - für mehrere Spektralbereiche nutzbar. Man erhält so mit weniger Aufwand als bei bisher üblichen Lösungen ein höheres Nutzsignal und damit mehr Informationen über eine Szene.

Wenn bei einem erfindungsgemäßen Sensor nur ein Dewar-Abschluß­ fenster als alleiniges Filter verwendet wird, das für zwei ver­ schiedene Spektralbereiche durchlässig ist, erhält man einen Sensor, der diese beiden Spektralbereiche erfaßt. Zweckmäßiger­ weise sind dies die Bereiche mit einer Wellenlänge von 3 bis 5 µm und von 8 bis 12 µm, also die Bereiche dieser beiden IR-Fenster der Atmosphäre. In diesem Fall wird von den beiden vorgesehenen Transmissionsfiltern keines verwendet.

Wenn bei einem erfindungsgemäßen Sensor zwei weitere, als In­ terferenzfilter ausgelegte einzelne Transmissionsfilter dieser Spektralbereiche verwendet und je nach Bedarf wahlweise in den Strahlengang eingewechselt werden, so ist der Sensor entweder nur in dem einen oder nur in dem anderen Bereich, z. B. also nur im Bereich von 3 bis 5 µm oder nur im Bereich von 8 bis 12 µm, empfindlich. Der Sensor ist damit bei Einwechslung eines Einzelfilters mit einer Transmission von 8 bis 12 µm in den Strahlengang für ein FLIR-Gerät einsetzbar und bei Auswechslung dieses Einzelfilters gegen ein Einzelfilter mit einer Transmis­ sion von 3 bis 5 µm z. B. zur Hot-Spot-Entdeckung nutzbar. In dem ersten Einsatzfall werden also z. B. Abgase unterdrückt, während in dem zweiten Einsatzfall gerade die Abgase entdeckt werden sollen.

Bei einem erfindungsgemäßen Sensor ist es auch möglich, drei weitere einzelne Transmissionsfilter zu verwenden, von denen das erste Filter von 3 bis 4,2 µm, das zweite Filter von 4,4 bis 5 µm und das dritte Filter von 8 bis 12 µm durchlässig ist. In diesem Fall ist der Sensor - genau betrachtet - in drei Spektralbereichen empfindlich, wobei der Bereich von 4,2 bis 4,4 µm, in dem die Transmission der Atmosphäre praktisch Null ist, ausgefiltert wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Sensors, in

Fig. 2 ist die spektrale Empfindlichkeit einer IR-Detektor­ anordnung dargestellt, die

Fig. 3 bis 5 zeigen die Transmissionskurven der vorgesehenen Filter, und in den

Fig. 6 bis 8 sind die möglichen Spektralbereiche dargestellt, in denen der Sensor beispielsweise empfindlich sein könnte.

Der Sensor nach Fig. 1 besteht aus einem Dewar-Gefäß 1, hinter dessen als erstes und feststehendes Filter ausgebildetem Ab­ schlußfenster 2 an der Stirnseite eines Kühlfingers 3 eine IR-Detektoranordnung 4 vorgesehen ist, ferner aus einer Breit­ bandoptik L_D und zwei in deren Strahlengang einwechselbaren weiteren Transmissionsfiltern 5 und 6. Im Falle der Verwendung in einem FLIR-Gerät ist noch ein Breitbandteleskop 7 und ein zwischen diesem und der Breitbandoptik L_D angeordneter, hier gestrichelt eingezeichneter Scanner 8 vorgesehen.

Die IR-Detektoranordnung 4 besteht aus einem einzigen Detektor, z. B. aus einem CMT-Detektor, oder aus einem einzigen Detektor­ array aus solchen IR-Detektoren und hat, wie aus Fig. 2 hervor­ geht, einen spektralen Empfindlichkeitsbereich bis zu einer Grenzwellenlänge von etwa 12 µm. Die IR-Detektoranordnung hat damit für verschiedene Einsatzzwecke, wie z. B. als FLIR-Sensor oder zur Hot-Spot-Entdeckung, einen hinreichend großen spektra­ len Empfindlichkeitsbereich. Die nicht gewünschten Spektralbe­ reiche werden durch Verwendung geeigneter optischer Filter her­ ausgefiltert und gelangen somit nicht zu der IR-Detektoranord­ nung. Das erste Filter ist von dem Dewar-Abschlußfenster 2 gebildet. Die in Fig. 3 zu sehende Transmissionskurve dieses Filters zeigt, daß das Dewar-Abschlußfenster 2 nur für zwei Spektralbereiche, nämlich im Bereich von 3 bis 5 µm und im Bereich oberhalb von 8 µm bis zur Grenzwellenlänge von 12 µm, durchlässig ist. Die beiden weiteren, als Interferenzfilter ausgelegten einzelnen Transmissionsfilter 5 und 6 sind jeweils nur für einen dieser beiden verschiedenen Spektralbereiche durchlässig. Wie Fig. 4 zeigt, ist das erste der beiden wei­ teren Filter, z. B. das Filter 5, nur im Bereich von 3 bis 5 µm durchlässig, während nach Fig. 5 dann das zweite der beiden weiteren Filter, nämlich das Filter 6, nur im Bereich oberhalb von 8 µm bis zur Grenzwellenlänge von 12 µm durchlässig ist. Diese beiden Filter 5 und 6 können - wie in Fig. 1 durch Pfeile 9 und 10 angedeutet ist - je nach Bedarf wahlweise in den konvergenten Strahlengang der Breitbandoptik L_D eingewechselt werden. Ein erfindungsgemäßer Sensor ist dann in den schraf­ fierten Spektralbereichen nach den Fig. 6 bis 8 empfindlich, d. h. bei Verwendung nur eines Filters in Form des Dewar-Ab­ schlußfensters 2 in den Spektralbereichen von 3 bis 5 µm und von 8 bis 12 µm, bei Verwendung des Dewar-Abschlußfensters 2 und des Filters 5 nur im Spektralbereich von 3 bis 5 µm und bei Verwendung des Dewar-Abschlußfensters 2 und des Filters 6 nur im Spektralbereich von 8 bis 12 µm. Auf diese Weise ist unter Verwendung einer einzigen IR-Detektoranordnung ein Sensor für zwei Spektralbereiche gebildet.

Claims (5)

1. Sensor mit einer in einem Dewar-Gefäß hinter dessen Ab­ schlußfenster vorgesehenen IR-Detektoranordnung, einer Breit­ bandoptik und mindestens einem in deren konvergenten Strahlen­ gang angeordneten Transmissionsfilter, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Detektoranordnung (4) aus einem einzigen Detektor oder Detektorarray mit einem spektralen Empfindlichkeitsbereich bis zu einer Grenzwellenlänge von etwa 12 µm besteht, daß das Dewar-Abschlußfenster (2) als Filter ausgebildet und für zwei verschiedene Spektralbereiche durchlässig ist, und daß mindestens zwei weitere, als Interferenzfilter ausgelegte einzelne Transmissionsfilter (5, 6) vorgesehen sind, die jeweils nur für einen der beiden verschiedenen Spektralbereiche oder für einen Teilbereich dieser Spektralbereiche durchlässig und je nach Bedarf wahlweise in den Strahlengang einwechselbar sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden verschiedenen Spektralbereiche die Bereiche mit einer Wellenlänge von 3 bis 5 µm und von 8 bis 12 µm sind.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von drei weiteren, einzelnen Transmissionsfiltern, von denen das erste Filter von 3 bis 4,2 µm, das zweite Filter von 4,4 bis 5 µm und das dritte Filter von 8 bis 12 µm durchlässig ist.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Breitbandteleskops (7) und eines zwischen diesem und der Breitbandoptik (L_D) angeordneten Scanners (8).

5. Sensor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem FLIR-Gerät.