DE1623519B1

DE1623519B1 - Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE1623519B1
Application number: DE1967N0031867
Authority: DE
Inventors: Leo Heinrich Josef Fra Beckmann
Original assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1966-12-27
Filing date: 1967-12-27
Publication date: 1971-08-26
Also published as: NL146678B; US3487224A; SE335625B; GB1201964A; CH470120A; NL6618165A

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ab- der Spiegel 3 einen vollkommenen Abtastvorgang tastvorrichtung zum Einbau und Verwendung in durchführt. Der Abtastwinkel s, während welchem der Flugkörpern zum periodischen Abtasten eines schma- Meßkopf ein verwendbares Signal überträgt, ist demlen Geländestreifens quer zur Flugrichtung, bestehend nach nach Formel (1) 180° — 90° = 90°. Dementaus einem Rotor mit wenigstens zwei unter gleichen 5 sprechend überträgt der Meßkopf während der anderen Winkeln gegenüber der Drehachse des Rotors geneigten Hälfte der Zeit keine verwendbaren Signale.
Spiegeln und einem optischen System zum Sammeln Es ist möglich, den Wiederholungsabtastwinkel h und Fokussieren der durch die Abtastspiegel empfan- beispielsweise auf 120° zu erhöhen, indem der Strahgenen Strahlungsenergie in einem Meßkopf. lungs winkel b auf 60° verringert wird. In diesem Fall

Bekannte Vorrichtungen dieser Art, wie solche z. B. io jedoch wird die von dem Meßkopf empfangene Strahin der USA.-Patentschrift 3 211 046 beschrieben sind, lungsmenge verringert. Dieser Tatsächenbestand ist benutzen die Bewegung des Flugkörpers als die lang- durch die F i g. 2 und 4 dargestellt, bei welchen der samere Abtastbewegung, so daß nur die schnelle Ab- Strahlungswinkel b 60° beträgt. Auf Grund dieser Tattastbewegung, d. h. die punktweise Abtastung entlang sache ist es möglich, einen Abtastwinkel j von 60° zu einer Zeile mit Hilfe der Vorrichtung selbst erwirkt 15 erhalten (s = 360°/3 — 60°), wobei ein Rotor mit drei werden muß. Eine typische Verwendung einer der- Abtastspiegeln vorgesehen ist. Dabei werden drei Abartigen Vorrichtung ist die sogenannte thermo- tastungen pro Umdrehung des Rotors ausgeführt, wographische Kamera, die auf langwellige, von einem bei ebenfalls nur die Hälfte der vorhandenen Abtastzeit Gelände und darauf sich befindenden Objekten aus- wirklich ausgenützt wird. Aus dem Vorangegangenen gestrahlte Ultrarotstrahlung anspricht. 20 erklärt sich, daß für jeden Rotortyp die Anforderung

Bei einem derartigen Gerät ist die Anzahl der auf an eine möglichst große Strahlungsbreite bei voreinem Rotor befestigten Abtastspiegel durch die vor- gegebenem Rotordurchmesser mit dem Bestreben in gegebenen Anforderungen, beispielsweise durch den Widerspruch steht, den Abtastwinkel und damit die Abtastwinkel, welcher dem Winkel der Abtastung des ausnützbare Abtastzeit zu erhöhen.
Geländes senkrecht zur Flugrichtung entspricht, ferner 25 Dieses Verhältnis kann jedoch dadurch verbessert durch die Anzahl der Abtastvorgänge pro Sekunde, werden, daß zwei Meßköpfe verwendet werden, wobei durch die zulässige Rotorumdrehungszahl pro Se- jeder dieser Meßköpfe mit Hilfe eines eigenen opkunde, durch die für das elektrische Signal zur Ver- tischen Systems auf einen bestimmten Teil der Rotorfügung stehende Bandbreite, durch den Signal-Rausch- spiegel sieht. Dies ist in F i g. 5 gemäß einem System Abstand usw. festgelegt. 30 mit einem aus drei Spiegeln bestehenden Rotor und

Die folgende Formel gibt eine Idee der Möglichkeit zwei nebeneinander angeordneten optischen Systemen 1

der verschiedenen Rotortypen: und 2 dargestellt, wobei jeder dieser optischen Systeme

einen Strahlungswinkel b von 60° überdeckt. Die

s = h — b (1) Diagramme α bis e in F i g. 5 zeigen fünf aufeinander-

in welcher 35 folgende Positionen des Rotors 5 im Hinblick auf die

s = der maximale von dem betreffenden Gerät ab- ^beiden optischen Systeme 1 und 2, wobei die einzelnen

zutastende Abtastwinkel, Positionen jedesmal einer Drehung um 30° im Uhr-

h = der Wiederholungsabtastwinkel = 3607«, wo- zeigersmn entsprechen. In der Position α ist der Meß-

bei η die Anzahl der Abtastspiegel, und ^koP^{f des} optischen Systems 1 gerade abgeschaltet und

b = der Strahlungswinkel entsprechend der Strah- ⁴° ^der Meßkopf des optischen Systems 2 zur Durch-

lungsbündelbreite auf dem Rotorspiegel ist. ^fühf^unS ^ei*^es Abtastvorgangs der Gebäudefläche mit

Hilie des Rotorspiegeis gerade eingeschaltet worden.

Zur Erläuterung des bekannten Standes der Technik In der Position b schneidet die Trennlinie zwischen den soll auf die F i g. 1 bis 5 Bezug genommen werden, in zwei Rotorspiegeln den Strahl des Meßkopfes 1. Dieser welchen die F i g. 1 bis 4 schematisch Darstellungen 45 Meßkopf bleibt bis zum Erreichen der Position c ineiniger bekannter Anordnungen von Abtastrotoren aktiv, in welcher der Nadir abgetastet wird. Nun und den damit in Zusammenhang stehenden optischen schaltet der Meßkopf 2 aus, und der Meßkopf 1 überSystemen sind und F i g. 5 eine Serie von Rotor- nimmt die Abtastung. Über die Position d wird die diagrammen in Rotationsintervallen von 30° für die Position e erreicht, in welcher die Abtastung dieser Erläuterung der Funktionsweise eines Abtastsystems 50 Linie der Badenfläche vollendet ist und der Meßkopf mit zwei Meßköpfen ist. wieder abgeschaltet wird. Zur selben Zeit wird der

Die bekannte Abtastvorrichtung gemäß F i g. 1 Meßkopf 2 eingeschaltet, um eine Abtastung mit dem

und 3 weist einen Rotor 1 mit zwei Abtastspiegeln auf, nächsten Rotorspiegel durchzuführen. Daraus ergibt

welche ein Strahlenbündel 2 über einen konkaven sich, daß nach einer Rotation des Rotors von 120°

Spiegel 3 an einen Meßkopf 4 führen. Eine ebenfalls 55 — d. h. nach einem Drittel einer Umdrehung — eine

bekannte Abtastvorrichtung gemäß den F i g. 2 und 4 komplette Zeilenabtastung über 120° erreicht wird,

weist hingegen einen Rotor Γ mit drei Abtastspiegeln wobei keine Leerlaufzeiten auftreten,

auf. Das Strahlenbündel 2' wird ebenfalls auf einem Es ist somit möglich, durch die Verwendung von

Meßkopf 4' mit Hilfe eines Konkavspiegels 3' zum zwei Meßköpfen sowohl die verwendbare Abtastzeit

Konvergieren gebracht. 60 als auch den Abtastwinkel um einen Faktor 2 zu er-

Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und 3 nimmt der höhen. Durch Analogie kann die Formel 1 folgenderkreisförmige Strahl einen Bereich von 90° auf den maßen beschrieben werden: s = 2 {h — b). In dem Abtastspiegeln des Rotors ein, so daß der Strahlungs- oben beschriebenen Fall mit b = 60° und h = 120° winkel b in diesem Fall 90° ist. Dabei ist der Wieder- ergibt sich für s = 120°.

holungsabtastwinkel h 360/2 = 180°. Man kann somit 65 Durch die Verwendung von zwei Meßköpfen er-

sehr leicht erkennen, daß bei jeder Umdrehung des geben sich jedoch verschiedene Nachteile. So ist es

Rotors zwei Perioden auftreten, während welcher der beispielsweise sehr schwierig, zwei vollkommen gleich-

Rotor eine Drehung über 90° ausführt und bei welcher artige Meßköpfe herzustellen bzw. die entsprechenden

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elektrischen Stromkreise derart zu beeinflussen, daß des Geländes aufweisende Strahlung unterdrückt wird, die Meßköpfe auf ein bestimmtes Signal in gleicher Dadurch werden größere Fehlersignale, die in den Weise ansprechen. Dies ist jedoch äußerst wichtig, da folgenden Stufen der Signalauswertung Schwierigdie auf dem abgetasteten Gelände angetroffenen Tem- keiten bereiten, vollkommen vermieden, peraturdifferenzen in den meisten Fällen, verglichen 5 Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand zur absoluten Temperatur des Geländes, relativ gering eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und besind, so daß die zu erwartenden Kontraste sehr gering- schrieben werden, wobei auf die Zeichnung Bezug fügig sind. Ferner erzeugen die Meßköpfe während genommen wird. Es zeigt

ihrer inaktiven Perioden Fehlsignale, welche zum Teil F i g. 6 eine schematische und perspektivische An-

durch die von den Gehäusewandungen der Vorrich- io sieht einer vorteilhaften Ausführungsform einer Vortung ausgesandten Ultrarotstrahlung bedingt sind. richtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Fehlersignale können jedoch nicht sofort am In F i g. 6 ist ein Rotor 6 mit einem Dreifachspiegel

Anfang der nächsten verwendbaren Abtastperiode dargestellt, welcher von einem nicht gezeigten Motor unterdrückt werden, so daß Übergangsphänomene ent- mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben ist. Die stehen, die auf dem erhaltenen Bild sichtbar werden. 15 Spiegelflächen dieses Rotors 6 tasten abwechslungs-Zudem sind äußerst komplizierte elektronische Strom- weise eine schmale Zeile des Geländes unterhalb des kreise bei Vorrichtungen mit zwei Meßköpfen not- Flugkörpers ab. Ein Bündel von parallelen Ultrarotwendig, so daß derartige Vorrichtungen relativ teuer strahlen wird durch den Dreifachspiegel auf ein sind. optisches System reflektiert, welches aus zwei identl··

Es sei schließlich bemerkt, daß in der USA.-Patent- 20 sehen Planspiegeln 8 und 8' besteht. Diese nebeneinschrift 3 211 046 eine Abtastvorrichtung vorgeschlagen ander angeordneten Spiegel 8 und 8' legen den Strahworden ist, bei welcher zwei Strahlungsbündel entlang lungswinkel b, so wie er bereits definiert worden ist, zweier getrennter optischer Strahlengänge auf ein und fest und trennen die empfangene Strahlung in zwei denselben Meßkopf geführt werden. Bei dieser be- getrennte Strahlenbündel 7 und 7'. Diese Strahlenkannten Vorrichtung verlaufen jedoch die Abtast- 25 bündel werden mit Hilfe eines aus einem konkaven flächen des Rotors parallel zur Drehachse, wobei die Primärspiegel 9 bzw. 9' und einem konvexen Sekundär-Strahlen den Meßkopf nicht abwechslungsweise, son- spiegel 10 bzw. 10' bestehenden Casse-Grainiandern kontinuierlich mit der Absicht bestreichen, eine Spiegslsystems umgelenkt. Zur Vereinfachung der konstante optische Öffnung auf Grund des additiven Darstellung ist in F i g. 6 nur das Strahlenbündel 7 Effektes von zwei Strahlenbündeln zu erreichen. 30 komplett, das Strahlenbündel T hingegen nur teil-

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, weise dargestellt. Leide Strahlenbündel 7 und 7' eine Abtastvorrichtung zu schaffen, die alle Vorteile werden in einem Punkt P zum Konvergieren gebracht, eines Systems mit zwei Meßköpfen aufweist, jedoch wodurch ein Bild des auf dem Gelände zu dem benur mit einem einzigen Meßkopf ausgerüstet ist. treffenden Zeitpunkt abgetasteten Punktes entsteht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß 35 Während jedoch das Strahlenbündel 7 nach Reflexion das optische System zwei getrennte, nebeneinander- an den Spiegeln 11 und 14 in Punkt P zum Konverliegende Öffnungen für den Empfang von Strahlungs- gieren gebracht wird, wird das Strahlenbündel T nach energie aufweist, ferner, daß zwei getrennte optische Reflexion an den Spiegeln 11', 12 und 13 im Punkt P Strahlengänge zum Fokussieren der durch die zwei fokussiert. Der Punkt P ist dabei zwischen den Spie-Öffnungen einstrahlenden Strahlungsenergie in zwei 4° gern 13 und 14 angeordnet. Ein optischer Schalter entsprechenden Brennpunkten angeordnet sind, daß bzw. Unterbrecher 15, der vorzugsweise aus einer nach dem Durchgang durch diese Brennpunkte op- flachen Scheibe besteht, ist über eine Welle 15a fest tische Elemente zum erneuten Fokussieren der Strah- mit dem Rotor 6 verbunden und dreht in der Ebene Ienbündel auf einem Meßkopf vorhanden sind und daß durch den Punkt P. Entlang des Umfanges der Untereine synchron mit der Drehzahl des Rotors angetriebene 45 brecherscheibe 15 sind reflektierende und strahlungsoptische Schalteinrichtung im Bereich der ersten durchlassende Zonen 16' bzw. 16" vorgesehen, die Brennpunkte der Strahlenbündel vorhanden ist, abwechslungsweise und über gleiche Umfangslängenwelche abwechslungsweise eine oder das andere Strah- bereich© sich erstreckend angeordnet sind. Die Anzahl lungsbündel dem Meßkopf zuführt. der reflektierenden Zonen ist gleich der Anzahl der

Demzufolge geht die vorliegende Erfindung von der 50 Spiegelflächen auf dem Rotor, d. h. im vorliegenden Tatsache aus, daß bei einem System mit einem dop- Fall drei. Nach Reflexion am Spiegel 13 wird der pelten Meßkopf jeder Meßkopf nur während der Strahl 7' auf den Meßkopf 17 durch eine der strah-Hälfte der Zeit nützliche Informationen übermittelt. Iungsdurchlässigen Bereiche 16 der Unterbrecher-Durch wechselweises Draufrichten von zwei ver- scheibe 15 durchgelasen. Der Spiegel 14 ist derart schiedenen Strahlen auf ein und denselben Meßkopf 55 angeordnet, daß der Strahl 7 nach dem Reflektieren kann der andere Meßkopf weggelassen werden, so daß auf einem reflektierenden Bereich der Unterbrecherimmer gleichbleibende Meßbedingungen für beide scheibe 15 ebenfalls auf den Meßkopf 17 geführt wird. Strahlenbündel vorliegen. Auf dem Meßkopf 17 wird mit Hilfe einer Linse 18

Es ist ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung ge- ein Bild des Punktes P gebildet. Wenn deshalb die maß der vorliegenden Erfindung, daß der einzige 60 Abtastscheibe 15 zum Drehen gebracht wird, werden Meßkopf ununterbrochen nützliche Informationen in die Strahlenbündel 7 und T abwechslungsweise auf Form von Strahlung empfängt. Im Gegensatz zu den dem Meßkopf 17 zum Konvergieren gebracht, obenerwähnten konventionellen Systemen mit ein Die für die Umschaltung von einem Strahl auf den

oder zwei Meßköpfen empfängt nämlich der Meßkopf anderen notwendige Zeit ist durch das Verhältnis der gemäß der vorliegenden Erfindung kontinuierlich vom 65 Umfangsgeschwindigkeit der Unterbrecherscheibe 15 abzutastenden Gelände abgestrahlte Strahlung, wobei und dem Durchmesser des Strahlenbündels in der von inneren Teilen der Vorrichtung selbst ausgetrahlte, Ebene der Unterbrecherscheibe bestimmt. Es ist eineinen verschiedenen Strahlungspegel als die Strahlung leuchtend, daß diese Umschaltung äußerst schnell

erfolgt, wenn die Fokalebene in der Ebene der reflektierenden Zonen 16' liegt, so wie dies in F i g. 6 dargestellt ist. Um jedoch, das System gegenüber geringfügigen Irregularitäten der Spiegelflächen der reflektierenden Zonen 16' weniger empfindlich zu machen, ist es vorteilhaft, am Reflexionspunkt ein etwas weiteres Strahlungsbündel zuzulassen, indem die beiden Strahlungsbündel in verschiedenen, gegenüber der reflektierenden Oberflächen der Unterbrecherscheibe 15 symmetrisch liegenden Punkten zum Fokussieren gebracht werden.

Es ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung den Nadir abtastet, sobald vom Strahl 7' auf den Strahl 7 übergewechselt wird. Dies ist jedoch nicht störend, da beide Strahlen zu diesem Zeitpunkt dieselbe Information übermitteln. Auf der anderen Seite bedingt das Umschalten vom Strahl 7 auf den Strahl 7' am Rand des Bildes den gleichzeitigen Empfang von Strahlung entsprechend dem linken Ende einer Abtastzeile und Strahlung entsprechend dem rechten Ende der nächsten Zeile. Die dadurch bedingten, nicht verwertbaren Ränder des Bildes können jedoch beliebig schmal gemacht werden, indem der Querschnitt des Strahlenbündels in der Ebene der Unterbrecherscheibe 15 entsprechend dünn gehalten wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Abtastvorrichtung zum Einbau und Verwendung in Flugkörpern zum periodischen Abtasten eines schmalen Geländestreifens quer zur Flugrichtung, bestehend aus einem Rotor mit wenigstens 2wei unter gleichen Winkern gegenüber der Drehachse des Rotors geneigten Spiegeln und einem optischen System zum Sammeln und Fokussieren der durch die Abtastspiegel empfangenen Strahlungsenergie in einem Meßkopf, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System zwei getrennte, nebeneinanderliegende Öffnungen für den Empfang von Strahlungsenergie aufweist, ferner daß zwei getrennte optische Strahlengänge zum Fokussieren der durch die zwei Öffnungen einstrahlenden Strahlungsenergie in zwei entsprechenden Brennpunkten (P) angeordnet sind, daß nach dem Durchgang durch diese Brennpunkte (P) optische Elemente (18) zum erneuten Fokussieren der Strahlenbündel auf einem Meßkopf (17) vorhanden sind und daß eine synchron mit der Drehzahl des Rotors (6) angetriebene optische Schalteinrichtung (15) im Bereich der ersten Brennpunkte (P) der Strahlenbündel vorhanden ist, welche abwechslungsweise das eine oder das andere Strahlungsbündel dem Meßkopf (17) zuführt.

. 2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Brennpunkte (P) der beiden Strahlenbündel in der Ebene der optischen Schaltvorrichtung (15) liegen.

3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Schaltvorrichtung (15) aus einer Unterbrecherscheibe besteht, die an ihrem Umfang strahlungsreflektierende und strahlungsdurchlässige Zonen 16' bzw. 16" gleicher Zahl wie die Anzahl der am Rotor (6) angeordneten Abtastspiegel aufweist und daß diese Zonen 15', 16" abwechslungsweise angeordnet sind und sich über gleiche Winkelbereiche erstrekken.

4. Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Brennpunkte (P) symmetrisch gegenüber der reflektierenden Oberfläche der sich drehenden Unterbrecherscheibe (15) angeordnet sind und daß von der Unterbrecherscheibe (15) bis zum Meßkopf (17) die Strahlenbündel denselben optischen Weg durchlaufen.

5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecherscheibe (15) um dieselbe Achse wie der Rotor (6) drehbar gelagert und mit demselben mechanisch fest verbunden ist.

6. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (6) Abtastspiegel aufweist, die 45° gegenüber der Rotorachse geneigt sind.

7. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,, daß das optische System aus zwei nebeneinander,, den Abtastspiegeln des Rotors (6) gegenüberliegend angeordneten Umlenkspiegeln (8, 8'), aus zwei identischen, die von den Abtastspiegeln abgestrahlte Strahlung sammelnden Spiegelobjektiven (9, 9') mit senkrecht gegenüber der Rotorachse angeordneten, parallelen Achsen und einem System von flachen Spiegeln (10, 10', 11, 11', 12, 13, 14) besteht, welche die von den Spiegelobjektiven (9, 9') abgestrahlten konvergierenden Strahlenbündel bis zu den ersten Brennpunkten (P). führen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen