DE3514380C2

DE3514380C2 - Afokales Wärmebildgerät

Info

Publication number: DE3514380C2
Application number: DE3514380A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Phys. 8024 Deisenhofen Mohrenstein-Ertel; Siegfried Dipl.-Ing. Roth (FH), 8012 Riemerling
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1985-04-20
Filing date: 1985-04-20
Publication date: 1987-04-16
Also published as: DE3514380A1; FR2580865B1; FR2580865A1

Abstract

Das afokale, als Vorsatzgerät für ein optisches Gerät, z. B. ein Visier, ausgebildete Wärmebildgerät weist ein Bildaufnahme- und -wiedergabeteil mit einem Abbildungsverhältnis von 1 : 1 auf, wobei deren optische Achsen parallel ausgerichtet werden sollen. Die Detektoreinrichtung 10 des Bildaufnahmeteils 3.1 weist einen aus mindestens einem Detektorelement bestehenden Detektor und der Bildwiedergabeteil 3.2 ein aus matrixförmig angeordneten Bildelementen bestehendes Display auf. Jedem Detektorelement ist mindestens ein Bildelement eindeutig zugeordnet, wobei die Zuordnung zwischen je einem Detektorelement und einem Bildelement um definierte Schritte in Zeilen- und/oder Spaltenrichtung der jeweiligen Matrix verschiebbar ist. Dadurch können die optischen Achsen 5 und 15 des Bildaufnahme- und -wiedergabeteils 3.1 und 3.2 parallel ausgerichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein afokales, als Vorsatzgerät für ein optisches Gerät, z. B. ein Visier, ausgebildetes Wärmebildgerät, mit einem Bildaufnahmeteil im Infraroten zur Erzeugung elektrischer Bildsignale, welches eine Eingangsoptik und eine Detektoreinrichtung mit einem aus mindestens einem Detektorelement bestehenden Detektor aufweist, und mit einem, mit dem Bildaufnahmeteil verbundenen Bildwiedergabeteil zur Erzeugung eines Bildes im Sichtbaren aus den elektrischen Bildsignalen sowie mit einer Ausgangsoptik, wobei Bildaufnahme- und -wiedergabeteil zusammen ein Abbildungsverhältnis von 1 : 1 haben und deren optische Achsen parallel ausgerichtet sind, insbesondere nach Patent P 33 38 496.
Eine Einrichtung der obengenannten Art ist z. B. aus der DE-OS 26 23 399 bekannt, bei der jedoch die Parallelausrichtung der Achsen des Bildaufnahme- und -wiedergabeteils in den optischen Kanälen, also im wesentlichen auf mechanische Weise erfolgt.
In dem Hauptpatent P 33 38 496 ist ein afokales Wärmebildgerät beschrieben, bei welchem der Bildwiedergabeteil eine Kathodenstrahlröhre aufweist und eine Achsharmonisierung zwischen Bildaufnahme- und -wiedergabeteil dadurch vorgenommen wird, daß eine auf dem Bildschirm als Bild erscheinende Strichmarke des Bildaufnahmeteils durch elektrische Verschiebung des Bildes in der Kathodenstrahlröhre mit einer auf dem Bildschirm aufgebrachten Strichmarke zur Deckung gebracht wird.
Der Betrieb von Kathodenstrahlröhren erfordert einen relativ hohen elektrischen Aufwand, so daß in Zukunft andere Bauteile zur Bildwiedergabe bevorzugt werden.
Hier kommen vor allem sog. Displays in Frage, die mit zunehmender Miniaturisierung der einzelnen Bildwiedergabeelemente (Pixel) eine für viele Zwecke ausreichende Auflösung erreicht haben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein afokales Wärmebildgerät der obengenannten Art zu schaffen, bei welchem eine problemlose Achsharmonisierung auch bei Verwendung Eines Displays im Bildwiedergabeteil möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Wärmebildgerät gelöst.
Unter der Voraussetzung, daß sowohl der Detektor als auch das Display fest innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, besteht zwischen den Detektorelementen und den Bildpunkten des Displays aufgrund der digitalen elektronischen Verbindung stets eine eindeutige Zuordnung, die sich im Gegensatz zur Anwendung von Kathodenstrahlröhren durch Spannungsschwankungen u. dgl. auch nicht verändert. Es genügt also, zur Achsharmonisierung von Bildaufnahme- und -wiedergabeteil einen bestimmten Punkt im Gelände oder auf einer eigenen Tafel mit dem Visier anzupeilen und anschließend mit vorgeschaltetem Wärmebildgerät das Bild auf dem Bildwiedergabeteil schrittweise so zu versetzen, bis der gleiche Punkt wieder in der optischen Achse des Visiers erscheint. Bei einem Abbildungsverhältnis von 1 : 1 sind dann die optischen Achsen des Bildaufnahme und -wiedergabegerätes parallel. Auf gesonderte, im Bildaufnahme- oder -wiedergabeteil angeordnete Strichmarken kann hierbei verzichtet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier teilweise schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein afokales Wärmebildgerät mit einem, das gesamte Bild erfassenden Detektorarray;
Fig. 2 ein afokales Wärmebildgerät mit einer, das Bild über einen Detektor führenden Abtasteinrichtung.
Vor der Austrittsöffnung eines Visiers 1 mit einem Richtspiegel 2 ist ein Wärmebildgerät 3 angeordnet, welches zusammen mit dem Visier bzw. dem Richtspiegel drehbar ist, so daß die optische Achse 4 des Visiers 1 stets parallel zur Achse 5 des Wärmebildgerätes ist. Das Wärmebildgerät 3 besteht aus einem Bildaufnahmeteil 3.1 und einem Bildwiedergabeteil 3.2. Der Bildaufnahmeteil 3.1 gemäß Fig. 1 weist im wesentlichen eine Infrarotoptik 6 und 8 sowie ein Detektorflächenarray 10 auf. Die von den einzelnen Detektorelementen des Detektorflächenarrays 10 erzeugten Ladungen werden in ein als Bildpunktespeicher 7 ausgebildetes Ladungsverschiebungselement (Charge-Coupled-Device, CCD) eingeschrieben. Der Einschreibevorgang geschieht taktgesteuert durch eine Takterzeugung 16, welche von einer elektronischen Synchronisationseinheit 17 sowie durch einen manuell betätigbaren Taktgeber 18 gesteuert wird. Das Auslesen des CCD-Zeilenspeichers geschieht ebenfalls über eine Takterzeugung 19, welche von der Synchronisationseinheit 17 sowie einem weiteren manuell betätigbaren Taktgeber 20 gesteuert wird.
Die Bildwiedergabe erfolgt auf einem LED-Display 11, dessen Bildfläche über eine Ausgangsoptik 13 sowie einen teildurchlässigen Winkelspiegel 14 in den Strahlengang 4 des Visiers 1 eingespiegelt wird. Die Optiken 6, 8 und 13 sind so aufeinander abgestimmt, daß bei den gegebenen Flächengrößen des Detektors 10 sowie des Displays 11 sich ein Abbildungsverhältnis von 1 : 1 ergibt.
Die optische Achse 15 des Bildwiedergabeteils wird durch das Bildwiedergabeelement des LED-Displays definiert, das auf der optischen Achse 4 des Visiers 1 liegt. Zur Parallelausrichtung der optischen Achsen 5 und 15 muß diesem Bildwiedergabeelement exakt ein Detektorelement zugeordnet werden, derart, daß eine Marke 12, die mit dem Visier 1 ohne Wärmebildgerät angepeilt wurde, bei vorgeschaltetem Wärmebildgerät wieder exakt an der gleichen Stelle erscheint. Diese Zuordnung und damit die Achsharmonisierung zwischen Bildaufnahme- und -wiedergabeteil erfolgt durch die manuell betätigbaren Taktgeber 18 und 20 in x- und y-Richtung. Durch den Taktgeber 18 wird das Einlesen einer Bildzeile in das Schieberegister des Bildpunktespeichers 7 zeitlich versetzt, was eine Verschiebung einer Bildzeile in x -Richtung nach links oder rechts entspricht. Durch den manuell betätigbaren Taktgeber 20 wird das Auslesen einer ganzen Bildzeile zeitlich versetzt, was eine Verschiebung in y-Richtung nach oben oder unten bedeutet. Auf diese Weise kann das Bild 12&min; der Marke 12 auf das die optische Achse 15 definierende Bildwiedergabeelement verschoben werden (12&min;&min;), so daß bei einem Abbildungsverhältnis von 1 : 1 zwischen Bildaufnahme- und -wiedergabegerät die Achsharmonisierung hergestellt ist.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird statt eines großflächigen Detektorarrays ein Einzelelement oder eine aus wenigen Elementen bestehende Detektorzeile 10&min; verwendet, welche mittels einer Abtasteinrichtung 9 (Scanner) ein Bildfeld abtastet. Die Abtasteinrichtung 9 weist im wesentlichen zwei in zueinander senkrechten Abtastrichtungen arbeitenden, elektrisch gesteuerten Einheiten 9.1 und 9.2 auf. Die durch die Optiken 6 und 8 einfallende Strahlung trifft dabei zuerst auf einen Höhenlenkspiegel der Einheit 9.1, der mittels eines von einer Regelung 21 gesteuerten Antriebes eine vertikale Schwenkbewegung mit einer vorgegebenen Frequenz durchführt. Von der die Höhenablenkung bewirkenden Einheit 9.1 gelangt die Strahlung dann weiter zur horizontalen Abtastung 9.2, die im wesentlichen ein Spiegelpolygon, welches mit hoher Rotationsgeschwindigkeit eine horizontale Bildzeile abtastet, aufweist. Das Spiegelpolygon besitzt ebenfalls einen elektrischen Antrieb und wird durch eine Drehgeschwindigkeitsregelung 22 gesteuert. Auf der Achse des Spiegelpolygons sitzt ein Drehwinkelaufnehmer 9.3, dessen Signale einer elektronischen Synchronisationseinheit 17 zugeführt werden.
Die derart abgelenkte Strahlung gelangt dann auf den Infrarotdetektor 10&min;, dessen elektrische Ausgangssignale in ein Ladungsverschiebungselement eines Bildpunktespeichers 7 (Charge-Coupled-Device, CCD) eingeschrieben werden. Der Einschreibevorgang geschieht taktgesteuert durch eine Takterzeugung 23, welche von der elektronischen Synchronisationseinheit 17, sowie durch einen manuell betätigbaren Taktgeber 24 gesteuert wird. Das Auslesen des CCD-Zeilenspeichers geschieht ebenfalls synchronisiert durch die Synchronisationseinheit 17. Die ausgelesenen Signale werden dann einem LED-Display 11, analog zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zugeführt.
Die Achsharmonisierung, zwischen Bildaufnahme- und -wiedergbeteil geschieht, wie im ersten Ausführungsbeispiel, mittels einer externen Marke 12, deren Bild 12&min; wiederum auf dem LED-Display solange verschoben wird, bis diese exakt auf der optischen Achse 4 des Visiers 1 liegt (12&min;&min;). Die Verschiebung in Zeilenrichtung (x-Richtung) geschieht dabei analog zu dem in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß das Einlesen einer Bildzeile in das Schieberegister des Bildpunktespeichers 7 durch den Taktgeber 24 zeitlich verschoben wird, was einer Verschiebung einer Bildzeile nach links oder rechts entspricht. Die Verschiebung in der Vertikalen erfolgt dadurch, daß dem Wechselstromstellsignal des Reglers 21 für den Höhenablenkspiegel der Einheit 9.1 ein Gleichspannungssignal aus dem manuell betätigbaren Geber 25 zuaddiert bzw. davon subtrahiert wird. Dadurch wird die Mittelposition des Höhenablenkspiegels und somit die optische Achse in der Höhe verstellt. Die Verstellung geschieht vorteilhafterweise in definierten Stufen, die exakt einem Zeilenabstand entsprechen.

Claims

1. Afokales, als Vorsatzgerät für ein optisches Gerät, z. B. ein Visier, ausgebildetes Wärmebildgerät, mit einem Bildaufnahmeteil im Infraroten zur Erzeugung elektrischer Bildsignale, welches eine Eingangsoptik und eine Detektoreinrichtung mit einem aus mindestens einem Detektorelement bestehenden Detektor aufweist, und mit einem, mit dem Bildaufnahmeteil verbundenen Bildwiedergabeteil zur Erzeugung eines Bildes im Sichtbaren aus den elektrischen Bildsignalen sowie mit einer Ausgangsoptik, wobei Bildaufnahme- und -wiedergabeteil zusammen ein Abbildungsverhältnis von 1 : 1 haben und deren optische Achsen parallel ausgerichtet sind, insbesondere nach Patent P 33 38 496, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Bildwiedergabeteil (3.2) weist ein aus matrixförmig angeordneten Bildwiedergabeelementen (Pixel) bestehendes Display (11) auf,

b) jedem Detektorelement ist mindestens ein Bildwiedergabeelement (Pixel) eindeutig zugeordnet, und

c) die Zuordnung zwischen je einem Detektorelement und einem Bildwiedergabeelement (Pixel) ist um definierte Schritte in Zeilen- und/oder Spaltenrichtung der jeweiligen Matrix verschiebbar, derart, daß die optischen Achsen (5 und 15) des Bildaufnahme- und -wiedergabeteils (3.1 und 3.2) parallel sind.

2. Afokales Wärmebildgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (10) ein das gesamte Bild gleichzeitig erfassendes Detektorarray aufweist und jedem Detektorelement über einen Bildpunktespeicher (7) je ein Bildwiedergabeelement (Pixel) des Bildwiedergabeteils (3.2) zugeordnet ist, und daß durch Verschiebung der den Bildpunkten zugeordneten Signale in dem Bildpunktespeicher (7) die Zuordnung zu den Bildwiedergabeelementen (Pixel) des Bildwiedergabeteils (3.2) änderbar ist.

3. Afokales Wärmebildgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnahmeteil (3.1) eine, das Bild zeilenweise über einen aus einem oder mehreren Detektorelementen bestehenden Detektor (10) führende Abtasteinrichtung (9) aufweist, daß die derart auf dem Detektor (10&min;) erzeugte Abbildung in einem Bildpunktespeicher (7) gespeichert wird, und daß durch Verschiebung der den Bildpunkten zugeordneten Signale in dem Bildpunktespeicher (7) die Zuordnung zu den Bildwiedergabeelementen (Pixel) des Bildwiedergabeteils (3.2) änderbar ist.