DE102009042692A1 - Infrared detector i.e. infrared camera, has zone filter arranged in optical path between infrared sensor and window, where zone filter passes light of wavelength range through zone and light of another wavelength range through another zone - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Infrarotdetektor, bei dem ein in einem Vakuumgehäuse (2) aufgenommener Infrarotsensor (5) entlang einer optischen Achse (A) mit einem das Vakuumgehäuse (2) verschließenden Fenster (3) ausgerichtet ist, so dass ein mit einer ersten Linse (1) erfasstes Bild (B) durch das Fenster (3) auf den Infrarotsensor (5) abbildbar ist. Zur Erhöhung der Robustheit und zur Vereinfachung des Aufbaus eines solchen Infrarotdetektors wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in den Strahlengang zwischen dem Infrarotsensor (5) und dem Fenster (3) ein Zonenfilter (4) eingeschaltet ist, bei dem eine erste Zone (Z1) durchlässig für Licht eines ersten Wellenlängenbereichs, eine zweite Zone (Z2) durchlässig für Licht eines vom ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs ist.The invention relates to an infrared detector in which an infrared sensor (5) accommodated in a vacuum housing (2) is aligned along an optical axis (A) with a window (3) closing off the vacuum housing (2), so that one with a first lens ( 1) captured image (B) through the window (3) on the infrared sensor (5) is mapped. To increase the robustness and to simplify the construction of such an infrared detector, the invention proposes that in the beam path between the infrared sensor (5) and the window (3) a zone filter (4) is turned on, in which a first zone (Z1) permeable to Light of a first wavelength range, a second zone (Z2) is transparent to light of a second wavelength range different from the first wavelength range.
Description
Die Erfindung betrifft einen Infrarotdetektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an infrared detector according to the preamble of claim 1.
Ein solcher Infrarotdetektor ist beispielsweise aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfach und robust aufgebauter Infrarotdetektor angegeben werden, mit dem Bilder in mehreren unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfassbar sind. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll der Infrarotdetektor einen möglichst großen Rauschabstand haben.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, an infrared detector constructed as simply and robust as possible, with which images in several different wavelength ranges can be detected. According to a further object of the invention, the infrared detector should have the largest possible signal-to-noise ratio.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 16.This object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the features of
Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass in den Strahlengang zwischen den Infrarotsensor und das Fenster ein Zonenfilter eingeschaltet ist, bei dem eine erste Zone durchlässig für Licht eines ersten Wellenlängenbereichs und eine zweite Zone durchlässig für Licht eines vom ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs ist. Mit dem vorgeschlagenen Zonenfilter ist es auf überraschend einfache und kostengünstige Weise möglich, auf eine Blende mit einer veränderbaren Apertur zu verzichten. Die vorgeschlagene Infrarotkamera ist robust und störunanfällig. Sie kann kostengünstig hergestellt werden und erlaubt die Erfassung von Bildern in mehreren unterschiedlichen Wellenlängenbereichen. Der vorgeschlagene Infrarotdetektor zeichnet sich überdies dadurch aus, dass er einen hohen Rauschabstand hat.According to the invention it is provided that in the beam path between the infrared sensor and the window, a zone filter is turned on, in which a first zone is transparent to light of a first wavelength range and a second zone transmissive to light of the first wavelength range different second wavelength range. With the proposed zone filter, it is possible in a surprisingly simple and cost-effective manner to dispense with a diaphragm with a variable aperture. The proposed infrared camera is robust and prone to interference. It can be manufactured inexpensively and allows the capture of images in several different wavelength ranges. The proposed infrared detector is also characterized in that it has a high signal-to-noise ratio.
Bei dem vorgeschlagenen Zonenfilter umgibt die zweite Zone vorteilhafterweise die erste Zone. Dabei kann das Zonenfilter unterschiedliche Geometrien aufweisen. Es kann beispielsweise rund, oval oder auch rechteckig ausgebildet sein.In the proposed zone filter, the second zone advantageously surrounds the first zone. The zone filter can have different geometries. It may for example be round, oval or rectangular.
Im Falle einer runden Ausbildung sind zweckmäßigerweise die erste und die zweite Zone koaxial ausgebildet. Die beiden Zonen können aber – insbesondere wenn sie nicht rund ausgebildet sind – auch zueinander konzentrisch oder symmetrisch angeordnet sein. Darüber hinaus ist auch denkbar, dass die beiden Zonen nicht in einer einzigen Ebene, sondern in unterschiedlichen Ebenen (bezogen auf den optischen Strahlengang) angeordnet sind. Die zweite Zone kann zudem von einem für alle Wellenlängen undurchlässigen Rahmen umgeben sein.In the case of a round design, the first and the second zone are expediently formed coaxially. However, the two zones can - especially if they are not round - also be arranged concentrically or symmetrically to each other. In addition, it is also conceivable that the two zones are not arranged in a single plane, but in different planes (with respect to the optical beam path). The second zone may also be surrounded by a frame which is impermeable to all wavelengths.
Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der erste Wellenlängenbereich größer als der zweite Wellenlängenbereich ist. Insbesondere kann der zweite Wellenlängenbereich im ersten Wellenlängenbereich enthalten sein, d. h. eine Teilmenge davon bilden. Der erste Wellenlängenbereich kann sich von 3 bis 15 μm, vorzugsweise von 3 bis 12 μm, erstrecken. Aus dem ersten Wellenlängenbereich ist zweckmäßigerweise ein Wellenlängenintervall von mehr als 5 μm und weniger als 8 μm ausgenommen. Das Wellenlängenintervall verursacht ein durch Atmosphäre bewirktes Störsignal. Indem das Wellenlängenintervall aus dem ersten Wellenlängenbereich ausgenommen ist, kann ein unerwünschtes Hintergrundrauschen weitgehend eliminiert werden. – Das Wellenlängenintervall kann aber auch durch ein in den Strahlengang eingeschaltetes Filter gesperrt werden. Ein solcher Filter kann beispielsweise Bestandteil des Fensters sein.Furthermore, it has proven expedient that the first wavelength range is greater than the second wavelength range. In particular, the second wavelength range may be included in the first wavelength range, i. H. form a subset of it. The first wavelength range may extend from 3 to 15 μm, preferably from 3 to 12 μm. From the first wavelength range, a wavelength interval of more than 5 μm and less than 8 μm is expediently excluded. The wavelength interval causes an interference signal caused by the atmosphere. By excluding the wavelength interval from the first wavelength range, unwanted background noise can be largely eliminated. - The wavelength interval can also be locked by a turned on in the beam filter. Such a filter may be part of the window, for example.
Der zweite Wellenlängenbereich kann sich von 8 bis 15 μm, vorzugsweise 8 bis 12 μm, erstrecken. – Mit dem ersten Wellenlängenbereich können also Bilder im mittleren und fernen Infrarot, mit dem zweiten Wellenlängenbereich lediglich Bilder im fernen Infrarotbereich erfasst werden.The second wavelength range may extend from 8 to 15 μm, preferably 8 to 12 μm. With the first wavelength range, therefore, images in the middle and far infrared, with the second wavelength range only images in the far infrared range can be detected.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist dem Infrarotdetektor im Strahlengang eine Blende mit fest vorgegebener Apertur vorgeordnet. Dabei kann die Blende in einem den Infrarotsensor umgebenden Blendengehäuse vorgesehen sein. Bei dieser Ausgestaltung kann das Zonenfilter die Blende abdecken. In diesem Fall ist es nicht unbedingt erforderlich, dass beim Zonenfilter die zweite Zone von einem für alle Wellenlängen undurchlässigen Rahmen umgeben ist.According to a further embodiment, the infrared detector in the beam path is preceded by a diaphragm with a fixed predetermined aperture. In this case, the diaphragm may be provided in a diaphragm housing surrounding the infrared sensor. In this embodiment, the zone filter can cover the aperture. In this case, it is not absolutely necessary for the zone filter to surround the second zone with a frame that is impermeable to all wavelengths.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Infrarotsensors und des Zonenfilters vorgesehen. Dabei kann es sich z. B. um eine Stirlingkühlmaschine handeln. Damit können insbesondere der Infrarotsensor und das Zonenfilter auf eine Temperatur im Bereich von etwa 50 bis 120 K gekühlt werden. In diesem Fall kann das Vakuumgehäuse nach Art eines Dewargefäßes ausgebildet sein. Durch das Vorsehen der Kühleinrichtung gelingt es, unerwünschte Hintergrundstrahlung möglichst gering zu halten.According to a further embodiment, a cooling device for cooling the infrared sensor and the zone filter is provided. It may be z. B. act for a Stirling refrigerator. Thus, in particular the infrared sensor and the zone filter can be at a temperature in the range of about 50 to 120 K to be cooled. In this case, the vacuum housing may be formed in the manner of a Dewar. By providing the cooling device, it is possible to keep unwanted background radiation as low as possible.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist zum Abbilden des Bilds eine erste Linse vorgesehen. Die erste Linse ist dabei außerhalb des Vakuumgefäßes entlang der optischen Achse dem Fenster vorgeordnet. Die erste Linse kann auch Bestandteil einer abbildenden Optik sein. Bei der abbildenden Optik kann es sich z. B. um eine Spiegeloptik handeln.According to a further embodiment, a first lens is provided for imaging the image. The first lens is arranged outside the vacuum vessel along the optical axis of the window. The first lens may also be part of an imaging optic. In the imaging optics, it may be z. B. to act mirror optics.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist eine von der ersten Linse verschiedene zweite Linse vorgesehen, welche gleichzeitig mit oder anstelle der ersten Linse in den Strahlengang einschaltbar ist. Die erste und die zweite Linse können Bestandteil einer Wechseloptik sein.According to a further embodiment, a second lens different from the first lens is provided, which can be switched on simultaneously with or instead of the first lens in the beam path. The first and the second lens may be part of an exchange optics.
Die erste und die zweite Linse sind zweckmäßigerweise korrespondierend zum Zonenfilter ausgebildet. Ein mit der ersten Linse erfasstes Bild kann im Wesentlichen durch die erste und die zweite Zone auf den Infrarotsensor abgebildet werden. Ein mit der zweiten Linse erfasstes Bild kann im Wesentlichen durch die erste Zone auf dem Infrarotsensor abgebildet werden. Damit ist es möglich, Bilder im mittleren Infrarotbereich sowie Bilder im mittleren und fernen Infrarotbereich zu erfassen.The first and the second lens are expediently designed corresponding to the zone filter. An image captured by the first lens may be imaged onto the infrared sensor substantially through the first and second zones. An image captured by the second lens may be imaged substantially by the first zone on the infrared sensor. This makes it possible to capture images in the mid-infrared range as well as images in the middle and far-infrared range.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:An exemplary embodiment will be explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Bei der in
In
Die Funktion der Infrarotkamera ist folgende:
Das Zonenfilter
The
Ein Bild B wird bei in den Strahlengang eingeschalteter erster Linse
Wird anstatt der ersten Linse
In der vorgeschlagenen Infrarotkamera ersetzt das Zonenfilter
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erste Linsefirst lens
- 22
- Vakuumgehäusevacuum housing
- 33
- Fensterwindow
- 44
- Zonenfilterzone filters
- 55
- Infrarotsensorinfrared sensor
- 66
- Blendengehäusetrim housing
- 77
- Blendenöffnungaperture
- 88th
- Kühleinrichtungcooling device
- 99
- zweite Linsesecond lens
- AA
- optische Achseoptical axis
- BB
- Bildimage
- Z1Z1
- erste Zonefirst zone
- Z2Z2
- zweite Zonesecond zone
- Z3Z3
- dritte Zonethird zone
- f1f1
- erster Öffnungswinkelfirst opening angle
- f2f2
- zweiter Öffnungswinkelsecond opening angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 7157706 B2 [0002] US 7157706 B2 [0002]
- US 2008/0304126 A1 [0002] US 2008/0304126 A1 [0002]
Claims (17)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102009042692A DE102009042692B4 (en) | 2009-08-18 | 2009-09-23 | infrared detector |
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- 2009-09-23 DE DE102009042692A patent/DE102009042692B4/en active Active
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| CN116625527B (en) * | 2023-07-18 | 2023-11-17 | 中国科学院光电技术研究所 | Infrared cold diaphragm matching on-line detection method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102009042692A8 (en) | 2011-06-01 |
| DE102009042692B4 (en) | 2011-07-28 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| 8196 | Reprint of faulty title page (publication) german patentblatt: part 1a6 | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20111029 |