Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur radiometrischen Kalibrierung von Infrarot- Bildsensoren.

Infrarot-Sensoren mit Multi-Element-Detektoren müssen vor Gebrauch kalibriert werden, um Störstrukturen - auch als Fixed Pattern Noise bezeichnet - auf den Sensoren auf ein Maß vergleichbar mit dem zeitlichen Rauschen zu reduzieren. Dazu richtet man den Sensor auf einen Schwarzkörper mit gleichmäßiger Tempera- tur, misst das Ausgangssignal der Detektorelemente und bestimmt daraus Korrek- turkoeffizienten, mit denen die Signale auf denselben Pegel abgeglichen werden. Indem diese Prozedur für verschiedene Schwarzkörper-Temperaturen durchgeführt wird, kann man Korrekturen höherer Ordnung in der Temperatur durchführen. Als Resultat erhält man ein IR-Bild, das in einem weiten Temperaturbereich frei von Artefakten ist.

Temperaturstabiiisterte Schwarzkörper sind kommerziell erhältlich. IR-Bildsensoren mit einem großen Gesichtsfeld, z.B, mit einer Fischaugenoptik, können mit Hilfe solcher handelsüblichen, ebenen Schwarzkörperflächen nur abschnittsweise kalibriert werden. Dies ist zeitaufwendig und führt in den Überlappungsbereichen zu Anpassproblemen.

Aus DE 195 31 536 C2 ist eine Vorrichtung zur radiometischen Kalibrierung von IR- essgeräten bekannt. Bei dieser Anordnung wird eine Metallplatte als Schwarz- körperfläche verwendet. Die Metallplatte ist mit einer Abdeckhaube in Form eines Doms versehen, der innen verspiegelt ist und im Scheitelpunkt eine Öffnung aufweist, welche als Apertur dient. In diese Apertur kann ein zu kalibrierendes IR- Messgerät platziert werden. Durch diese Anordnung wird eine Fläche mit möglichst gleichmäßiger Leuchtdichte erzeugt. Um einen IR-Bildsensor mit großem Gesichts- feld insgesamt mit Hilfe dieser Vorrichtung zu kalibrieren, muß die Eintrittspupille des Sensors in die Apertur der Vorrichtung gebracht werden. Da aber bei einer weitwinkligen Optik die Eintrittspupille innerhalb der Optik und nicht vor der Frontlinse liegt, sind Abschattungseffekte durch den Bildsensor selbst unvermeidlich und verfälschen die Leuchtdichte für große Bildwinkel.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher eine gleichmäßige, vom Blickwinkel unabhängige Leuchtdichte erzeugt werden kann, um IR- Bildsensoren auch mit großem Gesichtsfeld in nur einer Aufspannung zu kalibrieren.

Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Figur näher erläutert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient eine beheizbare Metallfläche als strahlende Fläche I, welche mit einem hochemittierenden Material beschichtet ist. Die strahlende Fläche I ist ferner als Innenoberfläche (Kugelkalotte) eines Kugelsegments 1 ausgeführt. Die Innenseite I des Kugelsegments 1 ist mit dem hoch- emittierenden Material beschichtet. Der Groß- bzw. Kleinkreis Kugelsegments dient als Apertur A, in dessen Mittelpunkt das zu kalibierende Infrarot-Messgerät 6, z.B. ein Infrarotsensor bringbar ist.

Eine Kugelkalotte, auch Kugelkappe oder Kugelhaube beziehungsweise Kugelseg- ment oder Kugelabschnitt ist ein abgeflachter Kugelschnitt als flache Kuppel. Im mathematischen Sinne unterscheidet man Kugelsegment als Körper und -kalotte als Fläche. Eine Kugel ist durch den Radius eindeutig bestimmt, eine Kalotte durch Radius und Öffnungswinkel. Bringt man eine Ebene mit einer Kugel zum Schnitt, so heißt die entstehende Schnittlinie Großkreis, wenn die Ebene den Mittelpunkt der Kugel enthält, andernfalls Kleinkreis. Die beiden dabei entstehenden Teilkörper heißen Kugelabschnitt oder Kugelsegment. Die Halbkugel ist also ein Spezialfall des Segments. Der gekrümmte Teil der Oberfläche eines Kugelsegments wird Kugelkappe, Kugelhaube oder Kugelkalotte genannt. Die Innenseite I des Kugelsegments 1 , also die Kugelkalotte wird als Schwarzkörperfläche genutzt. Die Kugelkalotte 1 wird zweckmäßig so gestaltet, dass eine Emissivität nahe 1 , vorteilhaft >0,9, erzielt wird. Dies wird z.B. dadurch erreicht, dass die Innenoberfläche des Kugelsegments 1 aufgerauht wird und mit einer matt-schwarzen Lackschicht, vorzugsweise handelsüblichen IR-Lack beschichtet wird.

Ferner ist das Kugelsegment 1 vorteilhaft aus Kupfer gefertigt. Im Mittelpunkt der Kugelkalotte wird die Eintrittspupille des zu kalbrierenden Sensors 6 platziert. So erhält man eine perfekte Geometrie zur Kalibirierung von IR-Sensoren beliebiger Bildfeldgröße.

Auf der Außenseite des Kugelsegments sind zweckmäßig Mittel 2 zur Temperierung des Kugelsegments aufgelötet. Die Temperiermittel 2 können z.B. eine elektrische Heizung und ein Peltier-Element oder ein Rohr sein, welches im thermi- sehen Kontakt mit dem Kugelsegment 1 steht und durch welches eine temperierbare Flüssigkeit geführt ist. Zur Temperaturregelung der strahlenden Innenoberfläche des Kugelsegments 1 ist an der Außenseite des Kugelsegments 1 ein Thermoelement 3 vorgesehen. Zur Verbesserung der Dämmung ist die Außenseite der Halbkugel 1 mit einem thermisches Dämmmaterial 5 umfassenden Gehäuse 4 abgeschirmt.

Die sphärisch geformte Kugelkalotte wird vom Sensor aus für jeden Bfickwinkel unter demselben Aspektwinkel gesehen, so dass die Geometrie der Kalibrierung unabhängig von Blickwinkel und Bildfeldgröße wird. Selbst wenn die Lage der Eintrittspupille über das Bildfeld variiert, was für Sensoren mit einer Fischaugenoptik in gewissem Maße unvermeidlich ist, ist die dadurch erhaltene Variation der abgestrahlten Leistung auf wenige Prozent beschränkt. Im Vergleich dazu ist bei der Verwendung einer ebenen Schwarzkörperfläche die abgestrahlte Leistung am Bildfeldrand relativ zur Bildfeldmitte auf einem Wert cos ² a reduziert, wobei α den halben Bildfeldwinkel bezeichnet, also auf 75% bei 60° Bildwinkel, auf 25% bei 120° oder im Extremfall auf Null bei 180° Bildwinkel.