DE1287111B

DE1287111B - Elektro-optische Abbildungseinrichtung

Info

Publication number: DE1287111B
Application number: DEW40700A
Authority: DE
Inventors: Humiston Homer A; Marshall Fritz-Hugh B
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1965-01-11
Filing date: 1966-01-11
Publication date: 1969-01-16
Also published as: JPS4937548B1; GB1086698A; FR1465835A; NL6600342A; BE674921A; US3555178A

Description

I 287 111

1 2

Die Erfindung betrifft eine elektro-optische Abbil- auf der Bildröhre links vom fernen Objekt. Der auf dungseinrichtung, die aus einem Lichtfleckabtaster der Bildröhre beobachtete Abstand ist mit der Ent- und einem Bildzerleger mit Lochblende für das um fernungsdifferenz der beiden Objekte verknüpft und den auf ein Objekt auftreffenden Lichtfleck reflek- kann als Maß für den Abstand verwendet werden, tierte Bild besteht. Das verwendete Licht kann sieht- 5 Bei den bekannten Abbildungsvorrichtungen dieser bar oder unsichtbar sein. Art ist es aber nicht möglich, die Entfernungsdiffe-

Im militärischen und im kommerziellen Bereich renz auf diese Weise zu bestimmen, ohne weitere Insind verschiedene elektro-optische Abbildungseinrich- formationen zu besitzen, z. B. daß die beiden Objekte tungen bekanntgeworden, bei denen ein wandernder tastächlich in der gleichen Sichtlinie liegen. Es könnte Lichtpunkt zur Abtastung eines bestimmten Ge- io nämlich auch sein, daß die Bildverschiebung nur von Sichtsfeldes verwendet wird. Ein im Gesichtsfeld be- einem Richtungsunterschied zwischen zwei in gleifindliches Objekt reflektiert das auffallende Licht, eher Entfernung befindlichen Objekten herrührt, wobei die Intensität der Reflexionen entsprechend Aus der USA.-Patentschrift 2 361719 ist eine elek-

dem Reflexionsvermögen des Objekts schwankt. Das tro-optische Abbildungseinrichtung bekannt, die aus reflektierte Licht wird von einer Photozelle aufge- 15 einem Lichtfleckabtaster und einem Bildzerleger mit nommen, welche die Modulationen des reflektierten Lochblende für das von dem auf ein Objekt auftref-Lichtes in ein elektrisches Signal umwandelt, das fenden Lichtfleck reflektierte Bild besteht. Die Lochmeist zur Steuerung einer Abbildungsvorrichtung, blende ist hierbei nicht als punktförmige Blende nämlich einer Fernsehbildröhre dient. Zum Einsatz (vgl. zum Beispiel USA.-Patentschrift 2 264 630), sondes Lichtfleckabtasters ist es notwendig, daß die be- ao dern als Schlitzblende ausgebildet, und das von dem treffende Szene dunkel ist. Eine stetige Allgemein- bandförmigen Lichtfleck herrührende Bild fällt auf beleuchtung der Szene, z. B. durch Tageslicht oder einen eindimensionalen Mosaikschirm, der von einem Scheinwerfer, bewirkt einen ständigen Empfang von Elektronenstrahl abgetastet wird. So wird das gesamte reflektiertem Licht aus allen Teilen der Szene durch Gesichtsfeld im Endeffekt in einzelne Punkte zerlegt, die Photozelle, wodurch das auf der Abbildungs- as wenn auch die Auflösung zu wünschen übrigläßt, einrichtung entworfene Bild verschlechtert bzw. zer- Eine Berücksichtigung der Objektentfernung ist bei

stört wird. Die Allgemeinbeleuchtung bewirkt näm- dieser bekannten Abbildungseinrichtung nicht vorlich einen starken Photostrom, und die statistische gesehen; die Anordnung eignet sich also nur zur AbSchwankung der Photoelektronen stellt ein Rauschen bildung unmittelbar vor der Aufnahmeröhre befinddar, welches den mit der Reflexion des Lichtpunktes 30 licher Objekte. Überdies ist diese Einrichtung auch verknüpften Signalstrom verzerrt oder überdeckt. sehr störanfällig gegen Streulicht und Gesichtsfeld-

Ais militärische Abwehrmaßnahme würde ein ge- ausleuchtung, weil sämtliches aus dem gesamten Gezielter, auf die Photozelle gerichteter Lichtstrahl die sichtsfeld kommende Licht, auch von Stellen, an ganze Anordnung außer Betrieb setzen. Die Wirkung denen sich der Abtastlichtfleck gerade nicht befindet, auf die Photozelle ist nämlich die gleiche wie bei 35 auf die Schlitzblende gelenkt wird und durch sie einer allgemeinen Umgebungsreflexion. Auch hier den Mosaikschirm erreicht.

erzeugt ein sehr starker gleichmäßiger Lichtstrom, Ferner ist in der USA.-Patentschrift 3 067 281

der aus einem kleinen Teil des Gesichtsfeldes herrührt, eine Ultraschallabbildungseinrichtung mit Entfereinen starken Photostrom, der mit dem reflektierten nungsmessung beschrieben, bei der die Gesichtsfeld-Licht von dem Leuchtfleck in keiner Beziehung steht. 40 abtastung im Empfänger mit einer von der gewünsch-Für Anwendungen im Freien oder unter Wasser ten Entfernung abhängigen Verzögerung gegenüber stellt nicht nur die Allgemeinbeleuchtung einen Stör- der Schallsendung durchgeführt wird. Der Sendefaktor dar, sondern auch die Lichtstreuung. Streuung strahl ist nur schwach gebündelt und erfaßt das getritt auf, wenn das ausgesandte Licht von Teilchen samte Gesichtsfeld, so daß Echos aller im Strahlim Lichtweg zum Empfänger reflektiert wird. In der 45 bereich befindlichen Objekte reflektiert werden. Erst Atmosphäre macht sie sich insbesondere bei Dunst die Empfangseinrichtung dient zur Ausblendung eines oder Nebel bemerkbar. Unter Wasser ist die Streuung scharf begrenztenBündelsmittelseinesParabolspiegels. ein ständiges Problem. Alles auf die Photozelle ge- Diese Anordnung ist für den dort verfolgten Zweck, langende Streulicht ist unerwünscht. Seine Intensität nämlich zur Untersuchung des Meeresbodens auf hat keine Beziehung zu dem Reflexionsvermögen der 50 etwaige Hindernisse, auch durchaus sinnvoll und ausbeobachteten Objekte, weshalb das entworfene Bild reichend. Irgendwelche Eigenstrahler im Sichtbereich der Szene verschlechtert wird. des Empfängers sind dort nicht zu erwarten. Aller-

In den bekannten Abbildungssystemen mit Licht- dings führt das geschilderte Prinzip zu einer starken fleckabtaster empfängt die Photozelle von jedem ab- Energieverschwendung beim Sendevorgang und ergibt getasteten Objekt reflektiertes Licht. Die Reflexion 55 starke Streueffekte trotz des scharfen Empfangsstrahls, kann hierbei sowohl von einem dem Lichtfleck- Demgegenüber verfolgt die Erfindung einen ganz

abtaster benachbarten Objekt als auch von einem anderen Zweck, nämlich die optische Erfassung und Objekt herrühren, das einen erheblichen Abstand Abbildung von Gegenständen in der Dunkelheit in vom Abtaster hat. Da das vom entfernten Objekt einer Weise, die durch Fremdstrahler und Streuung reflektierte Licht später bei der Photozelle eintrifft 60 möglichst wenig gestört werden kann, als dasjenige von dem näheren Objekt, ergibt sich Dies wird, ausgehend von der eingangs erwähnten

eine Art Parallaxe oder Verzerrung in dem wieder- elektro-optischen Abbildungseinrichtung, erfindungsgegebenen Bild. Beispielsweise sollen sich ein nahes gemäß dadurch erreicht, daß der Lichtfleck ange- und ein fernes Objekt in der gleichen Sichtlinie be- nähert punktförmig ist, daß der Bildzerleger stets nur finden. Wenn der wandernde Lichtfleck von links 65 einen Gesichtsfeldausschnitt von gleicher Größennach rechts abtastet, so kommt des reflektierte Licht Ordnung wie der Lichtfleck erfaßt und daß das vom nahen Objekt früher zurück als das Licht vom Gesichtsfeld vom Bildzerleger synchron mit der Lichtfernen Objekt. Das nahe Objekt erscheint deshalb fleckabtastung, jedoch mit einer Verzögerung abge-

3 4

tastet wird, die dem gewünschten Objektentfernungs- F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform

bereich entspricht. der Erfindung,

Auf dem Bildschirm des Bildzerlegers erscheinen F i g. 2 die Darstellung einer Lichtfieckabtaster-

also nur diejenigen Objekte, die eine bestimmte Ent- röhre zur Verwendung bei der Erfindung,

fernung von dem Lichtfleckerzeuger und dem Emp- 5 Fig.3aund3b optische Prinzipdarstellungen zum

fänger haben. Die einzelnen Reflexionen aus der be- Verständnis der Erfindung,

treffenden Entfernung werden gespeichert, so daß im F i g. 4 a ein Längsschnitt einer Bildzerlegerröhre,

Empfänger ein Bild zusammengesetzt werden kann, Fig. 4b eine Darstellung der in der Röhre nach

das die einzelnen nacheinander von dem Lichtfleck F i g. 4 a verwendeten Lochblende,

in der betreffenden Entfernung erfaßten Gegenstände io F i g. 5 die Ansicht einer durch den Lichtfleck-

wiedergibt. abtaster erfaßten Szene,

Erfindungsgemäß kann ein Beobachter mittels eines F i g. 6 a bis 6 g Erläuterungen des Abtastvorganges

nahezu punktförmigen, unauffälligen Lichtflecks alle in der Bildzerlegerröhre,

Einzelheiten eines Gesichtsfeldes bei völliger Dunkel- Fig. 7a und 7b Erläuterungen des Entfernungs-

heit erkennen, während jeder andere als der Be- 15 meßprinzips,

obachter hiervon nichts bemerkt. Die Einrichtung ist Fig. 8a und 8b Erläuterungen der Entfernungsweitgehend störungsfrei und liefert eine eindeutige messung durch Verzögerungsmessung und
Entfernungsanzeige. Damit ist ein echtes Sehen bei F i g. 9 und 10 Darstellungen der möglichen AnDunkelheit möglich geworden. Ordnung von Sender und Empfänger.

An die Größe des vom Bildzerleger erfaßten Ge- 20 F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungssichtfeldausschnittes brauchen keine strengen Anfor- gemäßen Einrichtung. Zur Erzeugung eines wandernderungen gestellt zu werden, da die Auflösung im den Lichtflecks dient ein bekannter Lichtfleckabtaster wesentlichen vom Sendelichtstrahl abhängt. Der vom 10 mit einer Lichtsteuerquelle 11 und einer Anoden-Empfänger erfaßte Gesichtsfeldausschnitt soll nur Spannungsquelle 12. Um einen Abtaststrahl zu erzeunicht so groß sein, daß merkliche Störungen durch 25 gen, ist eine Ablenkeinrichtung 14 vorgesehen, die Streulicht auftreten. Ein Gesichtsfeldausschnitt, der ihrerseits von der Synchronisiervorrichtung 16 gedie Fläche des Lichtflecks etwas übertrifft, ist inso- steuert wird. Vor dem Lichtfleckabtaster 10 befindet fern empfehlenswert, als in diesem Falle der Licht- sich eine Abtasteroptik 18, welche einen dem wanfleck leichter erfaßt werden kann. Hierbei wird im dernden Lichtfleck entsprechenden Lichtstrahl auf Gegensatz zu einer Verbreiterung des Sendestrahls 30 das gewünschte Gesichtsfeld richtet,
keine Energie verschwendet. Der Empfangsteil der Einrichtung enthält eine

Der Lichtfleck wird dabei von einem Leuchtstoff Bildzerlegerröhre 20 mit zugeordneter Spannungs-

erzeugt, der eine äußerst kurze Nachleuchtdauer hat. quelle 21 für den Photovervielfacher und einer Ab-

In einer Projektionsoptik führt der wandernde Licht- lenkvorrichtung 23, die ebenfalls von der Synchroni-

fleck zu einem Lichtstrahl, der ein Gesichtsfeld ab- 35 siervorrichtung 16 gesteuert wird. Um das reflektierte

tastet. Der Empfänger enthält eine Bildzerlegeröhre, Licht auf den Bildzerleger 20 zu konzentrieren, ist

deren lichtempfindliche Fläche auf die ausgesandte eine Empfängeroptik 25 vorgesehen. Das von der

Wellenlänge abgestimmt ist. Das vom auffallenden Bildzerlegerröhre 20 erzeugte Ausgangssignal wird

Licht erzeugte Elektronenbild wird dann auf eine vom Videoverstärker 26 verstärkt und der Fernseh-

Lochblende entworfen und so verschoben, daß das 40 bildröhre 28 zugeführt, deren Abtastgeschwindigkeit

kleine Loch in der Lochblende das Elektronenbild ebenfalls durch die Synchronisiervorrichtung 16 ge-

mit einer Geschwindigkeit abtastet, die mit der Ab- steuert werden kann, damit sie in gleicher Weise wie

tastgeschwindigkeit des Lichtfleckabtasters synchroni- der Lichtfleckabtaster 10 und der Bildzerleger 20 ab-

siert ist. Hinter der Lochblende befindet sich ein getastet wird. Um die relative Winkellage des aus-

Elektronenvervielfacher, dessen elektrisches Aus- 45 gesandten Lichtstrahls hinsichtlich des reflektierten

gangssignal einer Auswerteinrichtung, z. B. einem Strahls zu verändern, ist eine Verstellvorrichtung 32

Fernsehempfänger, zugeführt wird. Die relative Win- vorgesehen. Es müssen verschiedene Einstellungen

kelstellung zwischen dem Abtaster und dem Empf an- vorgenommen werden, die jeweils auf verschiedene

ger kann auf verschiedene Arten eingestellt werden, Weise durchgeführt werden können. Zunächst müssen

um der Laufzeit zu entsprechen, welche das Licht für 50 der Lichtfleckabtaster 10 und der Bildzerleger 20

den Weg vom Abtaster über das Objekt zum Empfän- gegeneinander verdreht werden können. Dies kann

ger benötigt. Bei der Synchronisierung muß diese auf mechanischem Wege geschehen. Ferner müssen

Laufzeit berücksichtigt werden. Die Nacheilung der sie in zwei Richtungen gegeneinander verschoben

Empfängerabtastung gegenüber der Senderabtastung werden können, was ebenfalls auf mechanischem

kann auf verschiedene Entfernungen eingestellt wer- 55 Wege durchgeführt werden kann. Statt dessen können

den. Für eine bestimmte Nacheilzeit werden nur diese Einstellungen auch in gewissen Grenzen elek-

Objekte erfaßt und auf der Abbildungsvorrichtung trisch vorgenommen werden. Schließlich muß die

wiedergegeben, die in einem bestimmten Entfernungs- Verzögerung einstellbar sein. Ideal läßt sich dies elek-

bereich liegen. Das von einem näher gelegenen Objekt ironisch durchführen, aber in bestimmten Grenzen

reflektierte Licht wird nicht abgebildet. Das System 60 kann eine Verschiebung in Abtastrichtung zum glei-

ist also blind gegen Objekte und äußeres Licht, die chen Ergebnis führen.

nicht in dem betreffenden Entfernungsbereich liegen. Grundsätzlich läßt sich die Entfernung aus der

Somit gestattet die Einrichtung die Entfernungs- bekannten Lichtgeschwindigkeit und der beobachte-

bestimmung eines Objektes durch die Nacheilzeit, die ten Verzögerung berechnen, wenn alle diese Einstel-

erforderlich ist, um die Synchronisierung der Abbil- 65 hingen durchgeführt wurden. Praktisch ist es notwen-

dung auf der Wiedergabeeinrichtung zu erzielen. dig, die Einrichtung mit vernünftiger Genauigkeit vor-

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der einzustellen und dann für die Entfernungsmessung zu

Zeichnung erläutert. Hierin ist eichen, mindestens so weit, daß der Eichfaktor für

5 6

eine bestimmte Entfernung bestimmt wird. Da Zeit- erfassenden Szene nicht so groß ist, daß er als unendmessungen mit hoher Genauigkeit mittels der Vor- Hch angesehen werden kann. Um das Bild des Lichtrichtung 34 gemacht werden können, mit der die flecks auf den zu erfassenden Gegenständen zu ent-Verzögerungsdifferenzen für Objekte in verschiedenen werfen, hat das Objektiv einen größeren Abstand als Entfernungen bestimmt werden können, sind im all- 5 die Brennweite von dem Leuchtschirm 41 der Kathogemeinen andere Entfernungen als richtig anzuneh- denstrahlröhre. Eine entsprechende Brennweiteneinmen, wenn eine einzige Entfernung genau bekannt ist. stellung muß für den Empfänger 20 und die Empfän-

Fig. 2 zeigt eine Kathodenstrahlröhre 40, die geroptik 25 vorgenommen werden, als Lichtfleckabtaster 10 in F i g. 1 dient. Auf dem Beispielsweise kann ein rechteckiges Raster mit

ebenen Leuchtschirm 41 der Kathodenstrahlröhre 40 io einer Größe von 6 · 8 cm auf dem Schirm der Kathowird ein Raster 42 von dem Lichtfleck 46 erzeugt, denstrahlröhre 10 verwendet werden, das 500 Linien der mittels Ablenkplatten 43 und 44 in bekannter enthält. Der Lichtfleckdurchmesser beträgt normalerweise verschoben wird. Der Kathodenstrahlerzeuger weise etwa 6 cm/500 = 0,012 cm. Dieses Raster kann 45 erzeugt und fokussiert einen dünnen Elektronen- in einer Entfernung von 1000 m so entworfen werstrahl, der den Leuchtschirm 41 zur Bildung des wan- 15 den, daß sich ein entsprechendes Raster von dernden Lichtflecks 46 bombardiert. Auf der Innen- 500 Linien ergibt, das senkrecht zur Sehlinie die seite des Leuchtschirms 41 befindet sich ein Leucht- Abmessungen 60-8Om aufweist. Der Lichtfleckstoff mit sehr kurzer Nachleuchtdauer, der gegebenen- durchmesser auf dem abgetasteten Gegenstand befalls so gewählt ist, daß er ein unsichtbares Licht ab- trägt dann 60 m/500 = 0,12 m oder 12 cm. Dies gibt, wenn die Abtastung unsichtbar erfolgen soll. 20 bedeutet eine gute, mit dem menschlichen Auge ver-Ein hierzu geeigneter Leuchtstoff ist Calcium- gleichbare Auflösung, obwohl Details des Objekts, Magnesium-Silicat (Handelsbezeichnung P 16), das die klein gegen 12 cm sind, nicht mehr erfaßt wereine relativ kurze Nachleuchtdauer von etwa V10 Mi- den können.

krosekunde hat und hauptsächlich im ultravioletten Da der Leuchtstoff eine außerordentlich kurze

Bereich des Spektrums strahlt. Dieser Leuchtstoff ist 25 Nachleuchtdauer hat, verschwindet der Lichtfleck auf bereits zu verhältnismäßig hohem Wirkungsgrad ent- dem Objekt nach entsprechend kurzer Zeit, die etwa wickelt worden und im Handel erhältlich. Statt des- der Durchlaufzeit einer Lichtfleckbreite entspricht, sen können auch andere geeignete Leuchtstoffe Ver- Fig. 4a zeigt im einzelnen die Bildzerlegerröhre

Wendung finden. In Fig. 2 ist das Raster 42 in der 20 in Fig. 1. Sie besitzt Fokussierungs- und Ablenk-Mitte des Leuchtschirms 41 zentriert. Durch ent- 30 spulen 50 und 51 und hat eine ebene Stirnwand 52 sprechende Spannungen an den Ablenkplatten 43 mit einer darauf niedergeschlagenen lichtempfind- bzw. 44 kann das Raster 42 nach oben und unten liehen Schicht 54. Die lichtempfindliche Fläche 54 ist bzw. rechts und links verschoben werden, um so elek- für die Wellenlänge der vom Lichtfleckabtaster austrisch den vom Lichtfleck 46 erzeugten Abtaststrahl gesandten Strahlung empfänglich und bildet ein Elekeinzustellen. 35 tronenbild, das der empfangenen reflektierten Strah-

Statt einer Kathodenstrahlröhre können auch an- lung entspricht. Die lichtempfindliche Fläche 54 zeigt dere Lichtfleckabtaster Verwendung finden. Hierzu keine Speicherwirkung, wie sie sonst bei Fernsehgehören z. B. Laser oder andere elektrisch oder aufnahmeröhren verwendet wird. Der Verzicht auf mechanisch verschiebbare Lichtquellen, wie rotie- Speicherwirkung ergibt eine größere Unempfindlichrende Spiegel usw. Es können verschiedene Abtast- 40 keit gegen Streulicht. Die von der lichtempfindlichen muster verwendet werden. Nahstehend wird als Aus- Fläche 54 abgegebenen Elektronen, die das Elektroführungsbeispiel angenommen, daß eine Kathoden- nenbild darstellen, werden so abgelenkt, daß die Öffstrahlröhre vorhanden ist, deren Lichtfleck das Ge- nung 57 in der Lochblende 56 das Elektronenbild absichtsfeld von links nach rechts, gesehen vom Ab- tastet. Die Abtastgeschwindigkeit und das Abtasttaster, abtastet. Bei der Strahlrückkehr von rechts 45 muster des Elektronenbildes sind mit der Abtastung nach links kann der Lichtfleck abgeschaltet sein. des Lichtfleckabtasters in F i g. 2 synchronisiert. Die

Wie die Abtastung im einzelnen vor sich geht, Verschiebung des Elektronenbildes über die Öffnung ergibt sich aus Fig. 3a und 3b. Fig. 3a zeigt den 57 ist äquivalent mit der Verschiebung der Öffnung Leuchtschirm 41 des Lichtfleckabtasters 10, der im über das Elektronenbild. Die Öffnung 57 läßt nur wesentlichen in der Brennebene eines Objektivs 48 50 Elektronen aus einem kleinen Bereich des gebildeten angeordnet ist. Befindet sich der Lichtfleck an Elektronenbildes durch, und ein nachgeschalteter Stelle A des Leuchtschirms, so wird ein Lichtstrahl Photovervielfacher 60 verstärkt das Elektronensignal erzeugt, dessen Grenzstrahlen α und d eingezeichnet kräftig, so daß sich an der Ausgangsleitung 61 ein sind. Befindet sich der Lichtfleck an der Stelle B, so Ausgangssignal ergibt, das zur Steuerung der Fernsind die Grenzstrahlen b und b', und an der Stelle C 55 sehbildröhre28 in Fig. 1 dient, des Lichtflecks ergibt sich ein Lichtbündel mit den Fig. 4b zeigt die Lochblende56 mit der Öffnung

Grenzstrahlen c und c'. Tastet also der Lichtfleck 57 von vorn. Größe und Gestalt der Öffnung hängen den Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre ab, so nicht nur von dem verwendeten optischen System, tastet ein entsprechendes Lichtbündel ein Gesichts- sondern auch von den jeweiligen Anwendungen und feld ab. Für jede Lage des Lichtflecks ergibt sich ein 60 Konstruktionsdaten ab. Als erste Näherung kann annahezu paralleles Lichtbündel, weil der Leuchtschirm genommen werden, daß die Zerlegeröffnung 57 in im Abstand der Brennweite / von dem Objektiv an- Größe und Gestalt genau dem Bild des Lichtflecks geordnet ist. In Wirklichkeit hat der Lichtfleck 46 entspricht. In der Praxis ist es allerdings im allgeeine endliche Breite und ist also keine vollkommene meinen erwünscht, die Öffnung 57 etwas größer zu Punktlichtquelle. Deshalb divergiert das Lichtbündel 65 machen, um gewisse Fehlanpassungen der ganzen etwas und ergibt auf der abzutastenden Szene eben- Anordnung und eine vernünftige Schärfentiefe des falls einen Lichtfleck endlicher Breite. Beobachtungsraumes in Betracht zu ziehen. Bei einem

Fig. 3 b zeigt die Lage, wenn der Abstand von der zu ausgeführten Beispiel hat die Zerlegeröffnung eine

7 8

rechteckige Gestalt mit den Abmessungen 0,076 cm jekt 70. Wenn das Abtastbüridel 72 einen Lichtfleck

und 0,038 cm bei einem Durchmesser der Lochblende 46' auf dem Objekt 70 erzeugt und wenn die Projek-

56 von 11,4 cm. tion 57' der Blendenöffnung die Fläche umschließt,

Die Arbeitsweise der Erfindung wird nun an Hand in welcher der Fleck 46' auftrifft, so kann der BiId-

der F i g. 5 bis 10 im einzelnen erläutert. 5 zerleger 20 ein nutzbares Signal erzeugen, denn die

F i g. 5 zeigt von oben die Anordnung nach F i g. 1 wirkliche Blendenöffnung 57 »erkennt« den Abtastmit dem Lichtfleckabtaster 10, der Abtasteroptik 18, fleck auf dem Objekt in diesem Zeitpunkt (abgesehen dem Bildzerleger 20 und der Empfängeroptik 25. von einer kleinen Verzögerung) und der hinter der Beide befinden sich am gleichen Ort und in enger Öffnung 57 befindliche Photovervielfacher 60 verNachbarschaft. Die ganze Schaltungsanordnung ist in 10 stärkt das so empfangene Signal. Wenn das Abtastdem Block 62 untergebracht. Bei der angenommenen bündel 72 sich von links nach rechts verschiebt und Abtastung von links nach rechts tastet der Lichtstrahl wenn das projizierte Bild 70" in gleicher Weise vereinen Sektor ab, der von den Linien 65 und 66 be- schoben wird, so bleibt der Fleck 46' stets innerhalb grenzt wird. Bei einer typischen Anordnung beträgt der projizierten Blendenöffnung 57', so daß das Obder öffnungswinkel des Abtastsektors etwa 40°. In 15 jekt auf der Fernsehbildröhre entsprechend den vom Abhängigkeit von der Empfängeroptik 25 nimmt der Bildzerleger 70 gelieferten Signalen dargestellt werden Bildzerleger 20 die reflektierte Strahlung aus einem kann. Wenn in F i g. 6 a der Lichtfleck 46' außerhalb entsprechenden Sektor auf, der durch die Linien 67 der Projektion 57' fällt, so kann die Bildzerlegerröhre 68 begrenzt wird. Auch die Projektion der Bildzer- 20 den vom Lichtfleck erleuchteten Teil des Objekts legeröffnung 57 tastet sozusagen ein Gesichtsfeld ab, ao nicht erkennen. Für die Erfindung ist also eine genaue das durch die Grenzen 67 und 68 bestimmt ist. Dies Synchronisierung zwischen dem Abtastbündel 72 und wird im einzelnen an Hand der Fig. 6a bis 6g er- der Abtastöffnung 57, d. h. der Verschiebung des proläutert, jizierten Elektronenbildes 70", wesentlich.

Fig. 6a zeigt den Lichtfleckabtaster 10, der ein Kehren wir nun zu Fig. 5 zurück, so stellt die entferntes Objekt 70 abtastet, dessen Bild vom Bild- as Linie 57' die Projektionsrichtung der Blendenöffnung zerleger 20 erfaßt wird. Die optischen Systeme, der 57 im Bildzerleger 20 dar. In der Stellung ,4 schnei-Photovervielfacher und die anschließenden elektri- det der Abtaststrahl 72 die projizierte Öffnung 57' sehen Kreise sind der Klarheit halber weggelassen. vom Punkt 75 bis zum Punkt 76 und definiert so Wenn der Gegenstand 70 voll beleuchtet ist, bildet er einen Sichtbarkeitsbereich 77. Jedes im Sichtbarkeitsein Elektronenbild 70' auf der lichtempfindlichen 30 bereich 77 liegende Objekt wird vom Abtaststrahl 72 Fläche 54, so daß die Ablenk- und Abbildungselek- beleuchtet und gleichzeitig vom Bildzerleger 20 ertronik der Bildzerlegerröhre 20 ein abgelenktes Bild kannt. Die dargestellten Lagen des Abtaststrahles 72 70" auf der Lochblende 56 entwirft, das über die und der Abtastöffnung 57' sind die Abtaststrahlrich-Öffnung 57 verschoben wird. Fi g. 6 a bis 6 g sind so tung im Zeitpunkt, in welchem die betreffende Lichtgezeichnet, als ob das menschliche Auge imstande 35 energie den Abtaster 10 verläßt, bzw. die Richtung wäre, das Bild 70' und das Elektronenbild 70" zu der Abtastöffnung 57 in dem Augenblick, in welchem erkennen. ein reflektierter Anteil dieser Energie im Bildzerleger

In Wirklichkeit wird jeweils nur eine Stelle des 20 ankommt. Die Zeitdifferenz zwischen Aussendung

Objekts vom Abtaststrahl 72 beleuchtet, so daß der und Empfang ist mit der Laufzeit verknüpft, welche

reflektierte Strahl 72' in jedem Zeitpunkt nur einen 40 die Energie benötigt, um den Sichtbarkeitsbereich 77

Elementarbereich des Objekts 70 als Elektronenbild zu erreichen und zum Bildzerleger 20 zurückzukehren,

wiedergibt. In Fig. 6a beginnt die Abtastung des auf Fig. 5 zeigt also die Projektion der Blendenöffnung

die Lochblende 56 entworfenen Bildes 70" in der in einem bestimmten Zeitpunkt im Schnitt mit einem

oberen linken Ecke desselben. Fig. 6b zeigt die rela- Lichtstrahl, der in Wirklichkeit bereits früher ausge-

tive Lage des projizierten Bildes 70" nach der Ab- 45 sandt wurde. Die wirklichen Lagen des ausgesandten

tastung einer einzigen Zeile. Die übrigen Fig. 6c bis Strahls und der projizierten Öffnung in einem be-

6 g zeigen das projizierte Bild 70" an verschiedenen stimmten Zeitpunkt werden später an Hand der

anderen Stellen des Abtastvorganges. Nachdem die F i g. 8 und 8 b diskutiert.

rechte untere Ecke des projizierten Bildes 70" abge- Da in F i g. 5 sich im Bereich 77 kein Objekt befintastet wurde, beginnt die Abtastung abermals in der 50 det, ergibt sich auch kein reflektiertes Signal, und in oberen linken Ecke. Relativ gesehen, bleibt das Elek- der Fernsehbildröhre erscheint kein Bildpunkt. Zu tronenbild 70' stationär, während das projizierte Bild einem späteren Zeitpunkt beleuchtet der Abtaststrahl 70" über die Öffnung 57 verschoben wird. Der Vor- 72 in der Stellung B ein Objekt 80. Da die projizierte gang ist der gleiche, als wenn die öffnung 57 über Abtastöffnung 57' den gleichen beleuchteten Teil des das Elektronenbild 70' verschoben würde. Da das 55 Objekts erkennt, ist der reflektierte Strahl 72' im Bild-Elektronenbild 70' ein verkleinertes Abbild des Ob- zerleger 20 sichtbar.

jekts 70 ist, wäre die relative Abtastung der öffnung Weil Abtaststrahl 72 und Abtastöffnung 57' syn-

57 hinsichtlich des Elektronenbildes 70' gleichwertig chron verschoben werden, vollführt der Sichtbarkeits-

mit einer Abtastung des wirklichen Gegenstandes 70 bereich 77 seinerseits ebenfalls eine Abtastbewegung

durch die projizierte Öffnung. Diese Tatsache ist in 60 und definiert so ein »Entfernungsfenster« 82, d. h.

F i g. 6 a durch die vergrößerte Öffnung 57' am Ort einen bestimmten Entfernungsbereich des Gesichts-

des Gegenstandes 70 dargestellt. Die Größe der proji- feldes. Jedes im Sichtbarkeitsfeld 82 liegende Objekt

zierten Öffnung 57' ist eine Funktion der öffnungs- wird auf dem Fernsehbildempfänger abgebildet, weil

abmessungen, der optischen Vergrößerung in der die Bildzerlegerröhre 20 jeden aus diesem Bereich

Empfängeroptik 25 und allgemeiner Konstruktions- 65 reflektierten Lichtstrahl erkennt, während alle außer-

bedingungen. Die Abmessungen der öffnung 57 rela- halb dieses Bereichs befindlichen Objekte nicht sicht-

tiv zum projizierten Bild 70" sind identisch mit den bar sind. Das gilt z. B. für ein Objekt, das sich in

Abmessungen der projizierten öffnung 57' zum Ob- der Nachbarschaft der Stelle C befindet. Ein solches

909 503/1427

9 10

Objekt kann den Abtaststrahl 72 oder den reflektier- fleckabtastung in einem Zeitpunkt i₀ beginnt, so kann ten Strahl72' gegen ein dahinter befindliches Objekt die Empfängerabtastung im Zeitpunkt^ beginnen, abschirmen, so daß an dieser Stelle der Bildröhre um das Objekt 1 abzubilden. Durch vergrößerte Verein Schatten erscheint. Man erkennt also nur die zögerung läßt sich ein Objekt in größerem Abstand Umrisse des an der Stelle C befindlichen Objekts. 5 vom Ort des Senders und Empfängers abbilden, wie Um die Einzelheiten eines solchen Objekts zu unter- es in F i g. 8 b dargestellt ist.

suchen, muß das Entfernungsfenster relativ zum Ort Der Abtaster Γ überträgt zu einem bestimmten

von Sender und Empfänger so verschoben werden, Zeitpunkt einen Lichtfleck, der zu einem späteren daß die projizierte Blendenöffnung und der Abtast- Zeitpunkt an der Stelle P₁' des Objekts 2 auftrifft. Der strahl sich in der Gegend des Zieles schneiden. Dies io dort erscheinende Lichtfleck ist mit 96 bezeichnet, wird an Hand der Fig. 7a und 7b erläutert. Etwas später ist der Lichtfleck zu einer StelleP₂' ge-

F i g. 7 a zeigt den Abtaststrahl 72 im Zeitpunkt der wandert, wobei der Abstand 6' zwischen den beiden Aussendung und die projizierte Blendenöffnung 57' Stellen die Zeit darstellt, in welcher der Lichtfleck im Zeitpunkt des Empfangs, deren Schnitt den Sicht- 96 nach Reflexion zum Empfänger jR zurückgelangt barkeitsbereich 77 definiert. Um ein Objekt innerhalb 15 ist. Wenn also die Empfängerabtastung verzögert des Bereiches C zu erkennen, muß der Winkel zwi- wird, bis der Lichtfleck sich an der Stelle P₂' befinschen dem Abtaststrahl und der Projektionsrichtung det, so erscheint zu Beginn der Empfängerabtastung der Öffnung 57'vergrößert werden. Zu diesem Zweck der reflektierte Fleck 96 von der Stelle P₁', und anist in Fig. 1 die Stellvorrichtung 32 vorgesehen. schließend erscheinen die weiteren reflektierten Licht-Fig. 7b zeigt einen durch mechanische oder elek- ao flecke am Objekt 2, so daß das Objekt 2 im einzeltrische Winkeländerung erzeugten Sichtbarkeits- nen abgebildet wird.

bereich 87, der näher an der Sende- und Empfangs- Es sei nun angenommen, daß Objekt 1 in F i g. 8 b

Vorrichtung liegt als der Sichtbarkeitsbereich 77 in in die Bahn des Abtaststrahles gelangt. Der erste F i g. 7 a. Bei der mechanischen Winkeländerung wird Lichtfleck, der an der Stelle T₁ von Objekt 2 auftreten der Empfänger 20 gegen den Sender 10 verschwenkt, as würde, ist vom Objekt 1 aufgefangen worden und be-Bei elektrischer Winkeländerung wird das Raster 42 reits verlöscht (da der Lichtfleck eine sehr kurze in F i g. 2 auf elektrischem Wege um einen bestimm- Nachleuchtdauer hat), bevor der reflektierte Lichtten Abstand aus seiner normalen zentrierten Lage auf fleck 96 den Empfänger R erreicht. Wenn das Obdem Leuchtschirm 41 verschoben. Statt dessen kann jekt 1 ein streuendes Medium, z. B. Nebel ist, so auch die Projektionsrichtung der projizierten Blen- 30 wird die Streureflexion von der Blendenöffnung des denöffnung 57' elektrisch verschwenkt werden. Dies Empfängers nicht aufgenommen und hat deshalb geschieht durch eine absichliche Voreilung oder Ver- keinen schädlichen Einfluß auf die Übertragung, abzögerung der Abtastung des auf der Lochblende 56 gesehen von der allgemeinen Abschwächung des ausentworfenen elektrischen Bildes 70" (Fig. 6a). Die gesandten und reflektierten Abtaststrahls. Wenn in letztere Methode wird an Hand der Fig. 8a und 8b 35 Fig. 8b das Objekt 1 einer näheren Betrachtung noch näher erläutert. unterzogen werden soll, so muß nur die AbtastverzÖ-

Fig. 8a und 8b zeigen die Lage des Lichtflecks in gerung auf den Wert gemäß Fig. 8a eingestellt verschiedenen Zeitpunkten der Abtastung einer Zeile. werden.

Der Lichtfleckabtaster ist mit T und der Empfänger Eine verstellbare Verzögerungsvorrichtung kann

mit R bezeichnet. Es sind zwei Objekte 1 und 2 dar- 40 unmittelbar in Längeneinheiten geeicht werden, so gestellt, wobei Objekt 2 einen größeren Abstand von daß der Bedienungsmann einen, bestimmten Abstand der Sende- und Empfangseinrichtung hat als Ob- von dem jeweiligen Gesichtsfeld in einfacher Weise jekt 1. Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Der wählen kann. Auf diese Weise kann nicht nur die Lichtfleckabtaster T sendet z. B. im Zeitpunkt t_Q einen Entfernung von dem betreffenden Gegenstand, son-Lichtfleck aus, der das Objekt 1 an der Stelle T₁ trifft. 45 dem auch die Entfernung zwischen verschiedenen Der hier auftretende Lichtfleck 93 erreicht das Ziel 1 Gegenständen bestimmt werden. Da F i g. 8 a und 8 b im Zeitpunkt t_v Etwas später ist das vom Lichtfleck nur zur Erläuterung dienen, sind die Strahldivergenz 93 reflektierte Licht entsprechend Pfeil 99 zum Emp- und die Größe der Blendenöffnung vernachlässigt fänger R zurückgekehrt. Während der an der ersten worden. Zieht man diese in Betracht, so treten an Stelle des Leuchtschirms des Lichtfleckabtasters auf- 50 Stelle der Objekte 1 und 2 bestimmte Entfernungstretende Lichtfleck zum Objekt und zurück zum Emp- bereiche, die gleich der Schärfentiefe für die betreffänger gelaufen ist, hat sich der Abtaststrahl weiter- fenden Parameter sind.

bewegt, so daß im Zeitpunkt des Empfangs des reflek- In den verschiedenen bisherigen Figuren wurde

tierten Lichtes vom Punkt P₁ der Lichtfleck 93 bereits stets der Lichtfleckabtaster links vom Empfänger bei an die Stelle P₂ gewandert ist. Dieser Zeitpunkt ist 55 Blickrichtung von Sender und Empfänger zum Gemit i₄ bezeichnet. Der betreffende Lichtfleck wurde sichtsfeld dargestellt.

bereits zu einer früheren Zeit f₃ gemäß dem Pfeil 100 Diese Situation ist in F i g. 9 nochmals gezeigt,

vom Abtaster T ausgesandt. F i g. 9 zeigt den Zustand in einem bestimmten Zeit-

Die Zeit, die der projizierte Lichtfleck 93 benötigt, punkt, in welchem der ausgesandte Lichtstrahl 104 um von der Stelle P₁ zur Stelle P₂ zu gelangen, ist 60 und der entsprechend der Blendenöffnung empfanmit δ bezeichnet. Aus den vorhergehenden Darlegun- gene Lichtstrahl 105 in den dargestellten Stellungen gen folgt, daß die Empfängerabtastung um eine Zeit- sind, also eine gegenseitige Verzögerung haben, die spanne verzögert werden kann, die gleich δ+γ ist, zur Betrachtung eines Objekts in einem bestimmten wobei γ der Laufzeit des Lichtflecks vom Abtaster Abstand gewählt ist. Der Strahl 104 tastet also ab, zum Objekt entspricht, also der Zeit (t_t—1₀). Ist die 65 während die projizierte Blendenöffnung 105 nachlauft Verzögerung so gewählt, so erkennt der Empfänger oder anfänglich stationär ist und die Verzögerung abdie Reflexion vom Lichtfleck 93 und die nachfolgen- wartet, welche durch Rückkehr des Lichtes von einem den Reflexionen am Objekt 1. Wenn also die Licht- Objekt in bestimmtem Abstand entsteht. Bei der Ab-

tastung kann der Strahl 104 ein Objekt oder ein streuendes Medium antreffen, die recht nahe am Ort des Senders und Empfängers sind, so daß die Reflexionen hiervon gleichzeitig mit der Reflexion von dem gewünschten Objekt eintreffen, da der Strahl 5 104 die Projektionsrichtung 105 der Blendenöffnung kreuzt. In diesem Falle kann das Bild eine gewisse Verschlechterung erfahren. Um diese Möglichkeit auszuschließen, können die Stellen von Empfänger und Sender vertauscht werden. Dies ist in Fig. 10 dargestellt. Der Empfänger befindet sich hier links vom Lichtfleckabtaster, und der Strahl 104 tastet wieder von links nach rechts ab, wobei er aber niemals den Strahl 105 kreuzen kann. Infolgedessen kann von einem Objekt oder einem streuenden Medium nahe dem Aufstellungsort von Sender und Empfänger reflektiertes Licht nicht vom Empfänger aufgenommen werden.

Fig. 10 zeigt Abtaster und Empfänger in einer Horizontalebene. Andere Anordnungen, bei denen ao der ausgesandte Strahl 104 die projezierte Blendenöffnung 105 niemals schneidet, können ebenfalls angewandt werden. Beispielsweise können Sender und Empfänger in einer vertikalen Ebene angeordnet sein, wobei der Empfänger sich oberhalb des Senders befindet, der von oben nach unten abtastet.

Claims

Patentanspruch:

Elektro-optische Abbildungseinrichtung, bestehend aus einem Lichtfleckabtaster und einem Bildzerleger mit Lochblende für das von dem auf ein Objekt auftreffenden Lichtfleck reflektierte Bild, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtfleck angenähert punktförmig ist, daß der Bildzerleger (20) stets nur einen Gesichtsfeldausschnitt von gleicher Größenordnung wie der Lichtfleck erfaßt und daß das Gesichtsfeld vom Bildzerleger synchron mit der Lichtfleckabtastung, jedoch mit einer Verzögerung abgetastet wird, die dem gewünschten Objektentfernungsbereich entspricht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen