CH634664A5 - Abtastvorrichtung zur kartesischen abtastung und weitergabe von bildfeldern. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung zur kartesischen Abtastung und Weitergabe von Bildfeldern die grösser als 2° X 5° sind.

Es ist bekannt, in Abtastvorrichtungen zur Erzeugung kar-tesischer Rasterbilder Schwingspiegel, rotierende Polygone, rotierende Tripelspiegel und auch Kombinationen dieser Elemente zu verwenden.Die mit diesen Elementen versehenen Abtastvorrichtungen, auch Scan-Vorrichtungen genannt, zeigen jedoch eine Reihe von Abbildungsfehlern, welche die Qualität der Abbildungen erheblich beeinträchtigen. So bewegen Schwingspiegel z.B. die Apertur und lassen dadurch keine optimale Anpassung des Detektors durch FOV Begrenzung zu.

Rotierende refraktive Polygone erzeugen bei grösseren Bildwinkeln Querkoma.

Spiegelpolygone zeigen denselben Fehler wie die Schwingspiegel, d.h. sie bewegen die Apertur und erfordern daher eine sehr grosse Detektor-Apertur.

Rotierende Tripelspiegel erzeugen kein lineares Raster. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abtastvorrichtung zu schaffen, welche diese Abbildungsfehler vermeidet.

Die erfindungsgemässe Abtastvorrichtung ist dadurch ge-5 kennzeichnet, dass zum Schreiben der Zeilenlänge des Bildes, d.h. des grossen Bildwinkels, mindestens ein senkrecht zur Richtung seiner Dachkante hin und her schwingendes Dachkantprisma oder Dachkantspiegel vorgesehen ist, und dass in Richtung der einfallenden Strahlen hinter dem Dachkantprisma io bzw. Dachkantspiegel ein Mittel angeordnet ist, das den kleinen Bildwinkel schreibt.

Dieses Mittel kann in bekannter Weise ein rotierendes Prisma sein.

Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht somit darin, i5 zum Schreiben der Zeilenlänge, d.h. der grossen Achse, ein hin-und her schwingendes Dachkantprisma zu benutzen, das nahezu beliebig weit verschoben werden kann, ohne dass bei dieser Abtastung Bildfehler auftreten. Diese Abtasteinrichtung für die grosse Achse muss dann noch mit einer anderen Einrichtung zur 20 Erzeugung der kleinen Achse kombiniert werden. Hierzu kann in bekannter Weise z.B. ein Polygon benutzt werden, welches in Strahlenrichtung hinter dem Dachkantspiegel angeordnet ist. Zwar ist die Abbildung bei Abtastung durch ein rotierendes Polygon an sich mit Abbildungsfehlern behaftet, wie eingangs 25 dargetan, jedoch wirkt sich dies nicht aus, wenn lediglich in Richtung der kleinen Achse abgetastet wird, da es sich dabei nur um einen kleinen Bildwinkel handelt.

Damit die Fokuslage des hindurchtretenden konvergieren-30 den Strahlenbündels sich nicht ändert, muss das Dachkantprisma derart bewegt werden, dass der aus dem Prisma austretende Hauptstrahl parallel zu sich selbst versetzt wird, d.h. die Basisfläche des Prismas muss im wesentlichen senkrecht zum Hauptstrahl verschoben werden.

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Hierfür kann jede geeignete Axt von Verschiebeeinrichtung benutzt werden. Insbesondere wird jedoch vorgeschlagen, eine trapezförmige Doppelaufhängung des Dachkantprismas zu benutzen. Der Bewegungsablauf des Dachkantprismas muss dabei 4o ein solcher sein, dass die Bewegungskurve annähernd einem Dreiecksverlauf entspricht. Als Antrieb für diese Bewegung wird insbesondere vorgeschlagen, ein Magnetfeld zu benutzen, wobei das Dachkantprisma mit dem Magnetkern verbunden ist und bei seiner Bewegung gegen Torsionsfederelemente arbeitet.

45 Weiter wird insbesondere vorgeschlagen, die mit der Masse des Prismas belastete Aufhängung mit einer weiteren Masse derart zu kombinieren, dass sich diese weitere Masse gegenläufig zum Prisma bewegt, so dass dadurch ein annähernder Masseausgleich bewirkt wird.

50 Will man zwei Wellenlängenbereiche über dieses Scan-System verarbeiten, was z.B. dann der Fall sein kann, wenn die Aufnahme in 10 [im Wellenlängenbereich erfolgt, die Wiedergabe jedoch im für das Auge sichtbare Wellenlängenbereich von 520-670 nm geschieht, so sind entsprechend reflektierende op-55 tische Bauteile zu wählen. Das Dachkantprisma ist durch einen Dachkantspiegel zu ersetzen und das refraktive, aus Silizium oder Germanium bestehende Polygon ist gegen ein spiegelndes Polygon auszutauschen, entsprechend der optischen, mit Linsenwirkung behafteten Bauteile.

60 Nachfolgend werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel mit refraktieren-den Bauteilen,

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit reflektie-65renden Bauteilen, das zur Arbeit in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen geeignet ist, und

Fig. 3 zeigt die Anordnung mehrerer Dachkantprismen bzw. 90°-Spiegel.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind dem Eingangsobjektiv 1 in Richtung der einfallenden Strahlen ein Umlenkspiegel 2 und ein Dachkantprisma 3 nachgeordnet.

Über der Basisfläche des Dachkantprismas 3 ist ein refrak-tierendes Polygon 4 um eine Achse 5 drehbar, die parallel zu der genannten Basisfläche verläuft. Hinter dem Polygon 4 sitzen ein weiterer Umlenkspiegel 6 sowie eine Zwischenlinse 7, in deren Abbildungsebene ein Detektor 8 angeordnet ist.

Das durch das Eingangsobjektiv 1 fallende Licht gelangt über den Umlenkspiegel 2 zum Dachkantprisma 3. Letzteres ist mittels einer nichtdargestellten Verschiebeeinrichtung in Richtung des Doppelpfeiles X verschiebbar. Dadurch wird der austretende Hauptstrahl um das Doppelte des Prismenhubes parallel zu sich selbst versetzt.

Beispielsweise wird er bei einem Prismenhub von 4 mm um 8 mm seitlich versetzt. Damit wird die grosse Achse, d.h. die Zeilenlänge geschrieben.

Zur Erzielung der Schwingungen des Dachkantprismas kann eine trapezförmige Doppelaufhängung benutzt werden.

Die Schwingungen können durch ein Magnetfeld mit Hüfe von Magnetkernen und Torsionsfederelementen erzeugt werden. Zum Masseausgleich kann an der trapezförmigen Doppelaufhängung eine sich entgegengesetzt dem Dachkantenprisma (3) bewegende Masse angebracht sein.

Arbeitet die Abtastvorrichtung in einem einzigen Wellenlängenbereich, dann können die optischen Glieder 1 bis 7 aus einem für diesen Wellenlängenbereich transparenten Material bestehen.

Der Fokus des Eingangsobjektivs 1 liegt in der Weise im Polygon 4, dass derselbe mit dem objektseitigen Fokus der Zwischenlinse 7 zusammenfällt. Bei Drehung des Polygons 4 um seine Achse 5 wird daher der Hauptstrahl in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Doppelpfeiles X ausgelenkt. Damit wird im Bildfeld desabzutastenden Bildes die y-Richtung geschrieben.

Somit erfolgt die Abtastung der Höhe des Bildes mit ihrem kleinen Bildwinkel mittels des Polygons, wobei keine Bildfehler entstehen. Für die Abtastung des grossen Bildwinkels, d.h. der Breite des Bildes bzw. der Zeilenlänge wird dagegen das Dachkantprisma benutzt, wobei der Bildwinkel in dieser Richtung praktisch unbegrenzt ist, da sich auch bei grösseren Bildwinkeln keine Abbildungsfehler ergeben.

Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt im Prinzip die gleiche Anordnung, jedoch sind in diesem Ausführungsbeispiel sowohl das Dachkantprisma als auch das Polygon als re3 634 664

flektierende Elemente ausgebildet. Die Anordnung ist daher zur Arbeit in zwei Wellenlängenbereichen geeignet. Die Aufnahme erfolgt in einem Bereich grösserer Wellenlängen, z.B. bei 10 um, die Wiedergabe geschieht dagegen im Bereich des 5 sichtbaren Lichtes.

Es sind wiederum das Eingangsobjektiv 1 vorhanden, dem jedoch als Umlenkspiegel ein dichroitisch verspiegelter Teilerspiegel 20 nachgeordnet ist. Ihm folgt in Richtung der einfallenden Strahlen ein 90°-Spiegel 21 sowie ein oberflächenverspie-io geltes Polygon 22.

Hinter dem Polygon 22 sitzen zwei Hohlspiegel 23,24 die als konvergierende Glieder dienen. Ihnen ist als Umlenkspiegel ein dichroitischer Teilerspiegel 25 nachgeordnet, dem in Richtungen senkrecht zueinander der Detektor 8 und eine LED-i5 Anordnung 18 folgen, wobei die LED's von dem Detektor über eine durch eine gestrichelte Linie angedeutete Verstärkerkette gesteuert werden.

In der Zeichnung oberhalb des Teilerspiegels 20 sind ein weiterer Umlenkspiegel 26 sowie eine Kollimatorlinse 27 ange-20 ordnet. Der Kollimatorlinse folgt ein Fernrohr, bestehend aus dem Objektiv 28 und dem Okular 29.

Entsprechend dem Dachkantprisma 3 im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist im zweiten Ausführungsbeispiel der 90°-Spiegel 21 in Richtung des Doppelpfeiles X verschiebbar. 25 Durch das Eingangsobjektiv 1 gelangt die Strahlung über den dichroitischen Teilerspiegel 20, den 90°-Spiegel 21, das reflektierende Polygon 22, die Hohlspiegel 23,24 und den dichroitischen Teilerspiegel 25 zu dem Detektor 8.

Dieser steuert über eine Verstärkerkette die LED-Anord-30 nung 18, deren Strahlen den entgegengesetzten Verlauf nehmen und rückwärts bis zu dem dichroitischen Teilerspiegel 20 gelangen. Sie werden von diesem jedoch nicht reflektiert, sondern treten hindurch und gelangen über den Umlenkspiegel 26 zur Kollimatorlinse 27. Die daraus achsparallel austretenden Strah-35 len fallen in das Fernrohr 28,29, durch welches das LED-Bild betrachtet werden kann.

Bei beiden Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 ist jeweils nur ein Dachkantprisma bzw. ein 90°-Spiegel verwendet. Ist das abzutastende Bild in Richtung seiner Längsachse jedoch 40 grösser, so können ohne weiteres auch mehrere Prismen bzw. 90°-Spiegel hintereinander geschaltet werden. Eine solche Anordnung mit Spiegeln ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Es sind die 90°-Spiegel 30,31,32 und 33 vorhanden, die alle um den gleichen Betrag A verschiebbar sind. Durch die Hintereinander-45 Schaltung addiert sich jedoch der Gesamt-Abtastweg zu 8 X A.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

634 664 PATENTANSPRÜCHE

1. Abtastvorrichtung zur kartesischen Abtastung und Weitergabe von Bildfeldern die grösser als 2° X 5° sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schreiben der Zeilenlänge, d.h. des grossen Bildwinkels des Bildes mindestens ein senkrecht zur Richtung seiner Dachkante hin und her schwingendes (r) Dachkantprisma (3) oder Dachkantspiegel (20) vorgesehen ist, und dass in Richtung der einfallenden Strahlen hinter dem Dachkantprisma bzw. Dachkantspiegel ein Mittel(4,22) ange-rodnet ist, das den kleinen Bildwinkel schreibt.

2. Abtastvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (4), welches den kleinen Bildwinkel schreibt, ein rotierendes Prisma ist.

3. Abtastvorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der Schwingungen des Dachkantsprismas (3) eine trapezförmige Doppelaufhängung desselben vorgesehen ist.

4. Abtastvorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Schwingungen des Dachkantprismas (3) durch ein Magnetfeld mit Hilfe von Magnetkernen und Torsionsfelderelementen erfolgt.

5. Abtastvorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere hin und her schwingende Dachkantprismen (30 bis 33) vorgesehen sind (Fig. 3).

6. Abtastvorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Masseausgleich an der trapezförmigen Doppelaufhängung eine sich entgegengesetzt dem Dachkantprisma (3) bewegende Masse angebracht ist.

7. Abtastvorrichtung nach Patentanspruch 1, die in einem einzigen Wellenlängenbereich arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Glieder (1 bis 7) aus einem für diesen Wellenlängenbereich transparenten Material bestehen (Fig. 1).

8. Abtastvorrichtung nach Patentanspruch 1, zur Aufnahme und Wiedergabe in zwei Wellenlängenbereichen, wobei die Aufnahme im Bereich längerer Wellenlängen, die Wiedergabe jedoch im Bereich des sichtbaren Lichtes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schreiben der Zeilenlänge, d.h. des grossen Bildwinkels, des Bildes mindestens ein senkrecht zur Richtung seiner Dachkante hin und her schwingender 90°-Spie-gel (20) vorgesehen ist, und dass das zum Schreiben des kleinen Bildwinkels verwendete Mittel ein reflektierendes Mittel ist (Fig. 2).

9. Abtastvorrichtung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das reflektierende Mittel ein verspiegeltes Polygon (22) ist.

10. Abtastvorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen der beiden Wellenlängenberei-che dichroitisch verspiegelte Umlenkspiegel (20,25) vorgesehen sind.