DE1489750C - Strahlungsdetektor zum Sichtbarmachen und Betrachten von unsichtbaren Strahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungsdetektor zum Sichtbarmachen und Betrachten von durch infrarote Strahlen erzeugten Bildern auf einem Bildschirm, welcher eine Schicht eines Farbstoffes von definierter Farbumschlagtemperatur aufweist mit einer auf die Bildschirmfläche einwirkenden Heizvorrichtung, welche auf eine dicht unterhalb der Farbumschlagtemperatur liegende Vorheiztemperatur einstellbar ist.

Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil bei Infrarot-Sichtgeräten anwendbar, um einen unsichtbaren, jedoch Wärmestrahlung abgebenden Körper genau zu orten und zu betrachten. Sie kann als Nachtbetrachter für Schlachtfelder dienen, für Luftfahrzeug-Landeführungssysteme, zum Auffinden und Verfolgen von Satelliten und Raketen, zur Zielauffindung, zum Verfolgen von U-Booten und für Raumfahrzeugsteuersysteme, um nur einige Anwendungen zu erwähnen.

Die Erfindung kann ferner in der Astronomie, bei medizinischen Versuchen, zum Prüfen von Materialien und zum Feststellen von heißen Stellen und Bauelementen in mechanischen und elektrischen Baugruppen mit Vorteil benutzt werden.

Aus der deutschen Patentschrift 698 417 ist bereits ein Strahlungsdetektor der eingangs genannten Art bekannt. Dort ist die Heizvorrichtung ein erwärmbares Wasserbad, in welches der Bildschirm eintaucht. Dies hat eine Reihe von Nachteilen. Das Wasserbad hat einen erheblichen Platzbedarf und benötigt zu seiner Erwärmung beträchtliche Energiemengen, weil es, soll der Strahlungsdetektor ständig einsatzbereit sein, laufend auf der Vorheiztemperatur gehalten werden muß, so daß der bekannte Strahlungsdetektor nur für einen stationären Betrieb, etwa in einem Fernsehempfänger, in Betracht kommt. Wegen der hohen Wärmekapazität des Wasserbades ist die Empfindlichkeit nur gering, so daß dieser Strahlungsdetektor nur für energiereiche Strahlen, beispielsweise Elektronenstrahlen, verwendet werden

ίο kann, nicht aber für die geringe Wärmestrahlung, die bei einem Infrarot-Sichtgerät zur Verfügung steht. Weiterhin muß das Wasserbad auf einer solchen Temperatur gehalten werden, daß auch bei längerem Betrieb der dort veranschaulichten Bildröhre nicht die Umschlagtemperatur überschritten wird. Dies wiederum bedeutet einen starken Verlust an Kontrast und Helligkeit insbesondere zu Beginn des Betriebes, wenn für den Betrieb im erwärmten Zustand noch eine bestimmte Sicherheitsdifferenz zwischen der Farbumschlagtemperatur sowie der durchschnittlichen Betriebstemperatur des Bildschirmes aufrechterhalten, werden soll.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Strahlungsdetektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der klein und mit geringem Gewicht aufgebaut werden kann, der äußerst empfindlich, betriebssicher und ständig einsatzbereit ist, der nur einen geringen Energiebedarf hat und der kräftig und stabil ausgebildet werden kann, so daß sich der Strahlungsdetektor auch im Gelände unter schwierigen Bedingungen einsetzen läßt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Farbstoff aus Vanadiumdioxid besteht und die Heizvorrichtung als Bestandteil eines geschlossenen Regelkreises ausgebildet ist, der einen eine Ausgangsgröße entsprechend einer Durchschnittstemperatur der Bildschirmfläche abgebenden Meßwertwandler sowie ein Stellglied zur Einstellung der Heizvorrichtung umfaßt.

Dieser Strahlungsdetektor ist einfach aufgebaut und läßt sich billig sowie in Massenfertigung herstellen. Er kann leicht und geeicht und gegen eine Alterung seiner aktiven Elemente kompensiert werden. Der Strahlungsdetektor nach der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß sein Farbstoff eine Hysterese aufweist, durch welche das wiedergegebene Bild äußerst stabil ist.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist, wie an sich aus der genannten Patentschrift bekannt, eine Beleuchtungseinrichtung für die Bildschirmfläche vorgesehen.

Nach anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann der Meßwertwandler eine auf die Bildschirmfläche gerichtete und auf deren Farbe ansprechende Fotozelle oder die Bildschirmfläche selbst und deren elektrischer Widerstand abfühlbar sein.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung,

F i g. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung

eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines zur Feststellung unsichtbarer Strahlung dienenden Strahlungsdetektors hat ein kastenartiges Gehäuse 10, das vorzugsweise luftleer ist und an einem Ende eine Öffnung 12 aufweist, in die eine Ob-

jektivlinse 14 eingesetzt ist. Die Objektivlinse 14 kann nun ein Bild des betreffenden Zielgegenstandes oder Gegenstandes auf einen Film 16 aus thermochromem Material werfen. Es wurde festgestellt, daß dünne Filme aus Vanadiumdioxyden von der allgemeinen Formel VO₂ eine plötzliche Farbänderung im sichtbaren Spektrum ergeben, wenn eine Erwärmung auf eine vorbestimmte Umschlagtemperatur erfolgt. Ein derartiger dünner Film aus Vanadiumdioxyd oder einem ähnlichen Material wird als thermochromer Film 16 in der dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet.

Das andere Ende des Gehäuses 10 ist ebenfalls mit einer Öffnung 18 versehen, in die eine Okularlinse 20 eingesetzt ist. In dem Gehäuse 10 sind Heizelemente 22 und 24, beispielsweise Radiatoren, angeordnet, und zwar vorzugsweise zwischen der Objektivlinse 14 und dem thermochromen Film 16, so daß der Film 16 auf einer vorbestimmten Temperatur in der Nachbarschaft der Umschlagtemperatur gehalten wird, die im allgemeinen von der Größenordnung von 60 bis 70° C ist. Die Heizelemente 22 und 24 sind mit einer Stromquelle 26 über ein Steuerelement 28 verbunden, das aus einem Ein-Aus-Schalter oder irgendeiner anderen geeigneten bekannten Vorrichtung bestehen kann, mit deren Hilfe der Strom durch die Heizelemente 22 und 24 gesteuert werden kann. Innerhalb des Gehäuses 10 ist ferner eine Fotozelle 30 oder dergl. angeordnet, die mit Hilfe eines Verstärkers 32 mit dem Steuerelement 28 verbunden ist und mit deren Hilfe die durch die Heizelemente 22, 24 erzeugte oder ausgestrahlte Wärme in der Weise reguliert werden kann, daß die Temperatur des Filmes 16 auf der Umschlagtemperatur oder in deren Nähe gehalten wird. Der Verstärker 32 und das Steuerelement 28 sind einstellbar, um das System in der richtigen Weise zu eichen und um die Empfindlichkeit des thermochromen Filmes 16 dadurch zu ändern, daß dieser auf eine Temperatur erwärmt wird, die mehr oder weniger in der Nähe der Umschlagtemperatur liegt. Wenn ferner das Altern des thermochromen Filmes eine Änderung seiner Eigenschaften ergibt, so kann dies durch eine weitere Einstellung des Verstärkers oder des Steuerelementes kompensiert werden.

Beim Arbeiten oder im Betrieb wird die Bildvorrichtung auf ein Ziel gerichtet, und mit Hilfe der Objektivlinse 14 wird das Ziel auf die dem Objekt zugewandte Oberfläche des thermochromen Filmes 16 fokussiert. Nunmehr werden Teile der Oberfläche des Films 16, die von der thermischen Strahlung beaufschlagt werden, auf eine Temperatur oberhalb der Umschlagtemperatur erwärmt, und diese Teile erfahren damit eine Farbänderung. Da der Film 16 vorzugsweise auf einer Unterlage angebracht und sehr dünn ist, gegebenenfalls hat er nur eine Dicke in der

ίο Größenordnung von 0,1 Mikron, können nun diese lokalen Farbänderungen als sichtbares Bild des unsichtbaren thermischen Bildes auf der dem Objekt abgewandten Seite des Filmes 16 mit Hilfe der Okularlinse 20 beobachtet werden. Selbstverständlich kann der Film 16 auch dadurch beobachtet werden, daß die andere Seite des Filmes betrachtet wird.

Innerhalb eines Reflektors 36 kann ferner eine Beleuchtungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Glühlampe 34, angeordnet sein, die an eine Stromquelle 38 über einen Schalter 40 angeschlossen werden kann. Diese Beleuchtungsvorrichtung kann dazu dienen, den thermochromen Film 16 zur Betrachtung des dort vorhandenen Bildes zu erleuchten.

In F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das im Prinzip ähnlich dem Ausführungsbeispiel 1 ist. Hier wird jedoch die Änderung des spezifischen Widerstandes des thermochromen Filmes 16 verwendet, um das Steuerelement 28 zu betätigen. Thermochromes Material im allgemeinen, insbesondere auch Vanadiumdioxyd, erfährt eine Änderung des elektrischen spezifischen Widerstandes als Funktion der Temperatur des Materials. Die örtlichen Veränderungen des spezifischen Widerstandes des thermochromen Filmes 16 infolge örtlicher Temperaturerhöhungen an den von thermischer Strahlung beaufschlagten Teilen des Films verursachen Veränderungen des gesamten elektrischen Widerstandes des Filmes, durch den ein elektrischer Strom von einer Stromquelle 42 fließt. Dies wiederum ergibt Spannungsänderungen an einem Widerstand 44, der in Reihe im Stromkreis angeordnet ist. Mit Hilfe eines Verstärkers 32 wird nun das verstärkte Spannungsänderungssignal verwendet, um die Wirkung der Heizelemente 22 und 24 mit Hilfe eines Steuerelementes 28 zu regeln, so daß der thermochrome Film 16 auf dem Schwellwert der Umschlagtemperatur bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Strahlungsdetektor zum Sichtbarmachen und Betrachten von durch infrarote Strahlen erzeugten Bildern auf einem Bildschirm, welcher eine Schicht eines Farbstoffes von definierter Farbumschlagtemperatur aufweist mit einer auf die Bildschirmfläche einwirkenden Heizvorrichtung, welche auf eine dicht unterhalb der Farbumschlagtemperatur liegende Vorheiztemperatur einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff aus Vanadiumdioxid besteht und die Heizvorrichtung (22, 24) als Bestandteil eines geschlossenen Regelkreises (16, 22 bis 32; 42, 44) ausgebildet ist, der einen eine Ausgangsgröße entsprechend einer Durchschnittstemperatur der Bildschirmfläche (16) abgebenden Meßwertwandler (30,16) sowie ein Stellglied (28) zur Einstellung der Heizvorrichtung (22, 24) umfaßt.

2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beleuchtungseinrichtung (34,36) für die Bildschirmfläche (16) vorgesehen ist.

3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertwandler eine auf die Bildschirmfläche (16) gerichtete und auf deren Farbe ansprechende Fotozelle (30) ist.

4. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertwandler die Bildschirmfläche (16) selbst und deren elektrischer Widerstand abfühlbar ist.