DE1762104A1 - Verfahren und Vorrichtung zur polaren Bildabtastung und Bildwiedergabe im optischen und quasioptischen Spektralbereich - Google Patents

Description

• -. Verfahren und Vorrichtung zur polaren Bildabtastung und Bildwiedergabe im optischen und quasioptischen Spektralbereich --------------------------------------------------- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur polaren Bildabtastung und Bildwiedergabe im optischen und quasioptischen Spetralbereich und ist insbesondere vorgesehen für die Aufnahme und Wiedergabe von Wärmebildern.
• Zur Abtastung von Bildfeldern sind Verfahren bekannt, bei denen die Abtastbewegung in einer Zickzacklinie erfolgt. Wenn der Strahl am unteren Ende angelangt ist, wird in die Ausgangslage zurückgeschaltet, und die Abtastbewegung kann von vorn beginnen. Als Vorrichtung hierzu bedient man sich eines Spiegels, welcher durch entsprechenden Antrieb eine Schwingungsbewegung beispielsweise um eine vertikale Achse ausführt, während gleichzeitig diese vertikale Achse stetig geneigt wird.
• Bei andern Verfahren erfolgt die Abtastbewegung in parallelen Geraden, wobei eine Zeile nach der andern aufgenommen und der Strahl bei Erreichen des Endpunktes einer Zeile mit hoher Geschwindigkeit in den Anfangspunkt der nächsten Zeile zurück-. bewegt wird.
• Auch Abtastvorrichtungen mit rotierenden Spiegeln sind bekannt. Bei der polaren Bildabtastung wird das Bildfeld von dem abtastenden Strahl in Form einer Spirale von außen nach innen oder von innen nach außen durchlaufen, wobei die einzelnen Ringe annäherungsweise als konzentrische Kreise angesehen werden können und ebenfalls einen gleichbleibenden Abstand aufweisen.
• Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß vor jedem Bildwechsel das gesamte Bild bestrichen werden muß, wodurch der Höhe der Bildwechselzahl Grenzen gezogen sind. Von der Bildwechselzahl hängt indessen in erster Linie die Schärfe der Bildwiedergabe ab, was. insbesondere bei schwachen Lichtenergien, z.B. bei infrarotem Licht oder von Bedeutung ist.
• Es ist eine der Aufgaben-der Erfindung, ein Verfahren und .eine Vorrichtung zu entwickeln, welche es ermöglichen, die a Bildwechselz,ahl zu erhöhen und damit die Lichtstärke und die a" Bildschärfe zu verbessern.
• Eine weitere Aufgabe der ,, Erfindung 1 iegt ,darin, die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung so aus- zubilden, daß,das optische System möglichst, wenig" einzelne Bauteile erhält, so daß die einfallenden Strahlen eine möglichst geringe Schwächung durch Absorption der verschiedenen Werkstoffe erfahren.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt. darin, die beweg-, ten Teile der Optik und des Wärmebildwiedergabegeräts so aus- zubilden, daß nur geringe.Massen zu bewegen sind und daß die Gesamtanordnung einen möglichst- geringen Platzbedarf aufweist.
• Nach der Erfindung wird das Verfahren zur parallelen Bild- abtastung und Bildwiedergabe so ausgebildet, daß der Strahlen-; gang, der aus dem abzubildenden Objektraum in das abbildende, elektrooptische Empfangssystem eintretenden Strahlung um die optische Achse des Empfangssystems als Rotationsachse gedreht und das mitdrehende.$ild in,einer feststehenden,zw3,s.chen Bild- feldrand und Bildfeldmittelpunkt verlaufenden Linie punktweise in Bezug auf die radialen und phasenzugeordneten,azimutalen Polar-Koordinaten der Bildpunkte im Bildfeld photoelektrisch ,zur nachfolgenden polaren Bildwiedergabe abgetastetwird.

  Bei diesem.Verfahren wird das Bildfeld in einzelnen Ringen

  /der Ring

  abgetastet, wobei:de-Zahlvon der aen.einzelnen Ringen zuge-,"

  teilten Bandbreite .abhängig ist... Die Bandbreite selbst ist inihrer Größenordnung vorgegeben. Durch die Unterteilung des. Gesamtbildes in einzelne Ringe wird die Bildwechselzahl gegen- über der Abtastung mit einer einzelnen Zelle in einer Spirale um ein der Zahl der Zellenentsprechendes Vielfache erhöht. Auch die Stärke der aufgenommenen Strahlung erhöht sich entsprechend, wodurch die Bildwiedergabe deutlicher und kontrast- reicher wird: Die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrich- tung besteht aus einem abbildenden Objektiv, einem um die opti- sche Achse des Empfangssystems drehbaren, zur Bildfeldrotation um die optische Achse geeigneten bilddrehenden Element, einem in der Bildfläche feststehenden, zwischen Bildfeldmittelpunkt und Bildfeldrand verlaufenden Vielfach-Linien-Photoempfänger und einer daran angeschlossenen Abtast-Wiedergabe-Elektronik.
• An Stelle eines Vielfach-Linien-Photoempfängers können auch. mehrere solcher Empfänger treten, wodurch die Lichtstärke weiter erhöht wird. Die Wiedergabe-Elektronik kann mit einer direkten visuellen Bildscheibe versehen sein zur direkten Beobachtung; es kann auch eine photographische Bildwiedergabe oder eine magnetische oder elektrische Bildepeicherung angeschlossen werden. Gegebenenfalls sind mehrere der angeführten Wiedergabe- geräte vorzusehen, wobei von einem auf das andere Gerät umge- schaltet werden kann.
• Das bilddrehende Element kann mit dem zugehörigen Objektiv zusammen so eingebaut sein, daß beide in Rotation versetzt werden. Zweckmäßiger ist es, wenn man das abbildende Objektiv und das bilddrehende Element voneinander trennt, so daß nur das bilddrehende Element umläuft. Das Objektiv kann dabei ein an sich bekanntes Linsen- oder Spiegelsystem sein.
• Das bilddrehende Element wird zweckmäßig als Bauteil in ein kompaktes Abbildungs-Dreh-System eingegliedert, das insgesamt um die optische Achse rotiert. Hinter das bilddrehende Element kann eine Linse geschaltet werden, welche die Abbildung chroma- tisch korrigiert.
• Die Eintrittsfläche oder die Austrittsfläche des rotierbaren, bilddrehenden Elements werden zweckmäßig als geometrisch-optisch wirksame Fläche ausgebildet, wobei das bilddrehende Element auch die Eigenschaften des chromatisch korrigierten abbildenden Objektivs in sich vereinigt.

  Besonders geeignet als bilddreheadse kiement iut eilt Wendepris@a

  das als statisch ausgewuchteteribreäkörper ausgebildet sein 'kann.

  und in diesem r all iaatu auch fOr hohe Drehzahlen ge0igist ist:*

  Das ifendeprisma wird man z»eck@i@eri'eise all gerltdfohtisrs

  Prisma .ausbilden. Geeignet dafür ist bin zum Vande0"a Modifi-

  zierten UPPENDAHL-Prisma ohne Dachkante, eia *um Vetsiepri»a

  Modifiziertes PECRAN-SCHMIDT-Priem ohne bachkante Oder ein *u

  Wendeprisma modifiziertes AHBE:Pri«u ahne Dachkante, -Auch ein

  an sich bekanntes geradsichtiges ,DOVä-ANZCT-Vendept*a kann als

  bilddrehendes Element verwendet werden.

  Die Vorrichtung kann zur polaren tildabttetus nad, Hiidwiederia

  labe im gesamten optischen und q"sibptischen Spektsalbereich

  Verwendung finden. Bei Wellenlängen in Znfrarot-$ereidh wird da*.

  abbildende Objektiv vorteilhafterwette ausalbleiter-tteal

  hergestellt. Auch das Wendeprisma kaue tue Halbleiter-Wsteral

  bestehen.

  Eine weitere Möglichkeit zur konetxl*tiven ßeita@tung 'besteht

  darin; daß das abbildende Element ein iuft-Spieg*1:-System.oder

  ein Vakuum-Spiegel-System ist, dessen gpis4*lflgthen.rie die

  spiegelnden Flächen einen Vendeprsnos angeordnet,sild. besonders

  geeignet ist eine Anordnung in der lleiso, wie sie beim seradslch-

  tigen,zum Vendeprisma modifisierten Äö:Pirissa .otutl. Dacts

  vorliegt. . ,

  Auch als Vielfach-Photoempfängar #L@' Kalbleiter-toempfr

  . mit innerem oder äußerem Photoeffegt breie#,s

  man

  nimmt dazu Halbleiter mit geringer reitnstante. Dti.. Ano'_

  der PhotoempfUnger soll auf @rinsr, Linü.itrt@, die 4.4cb von der ` .

  bildoitte bis zum äußeren NMd erst_sl ict@iree ixlfi h''

  a, r.

  eine Ebene als auch eine räumlicheK stii# d#ti@111@ lad sweC*-

  mäßigsten ist eine aeradlni;e Aubre-a

  In den Abbildungen sind zwei Aua Mrtfiit@s t spie 1 i -=dairer*oa 116 ,'

  und zwar zeigen:

  Fis. 1 ein schematisches Bild dir geurtnnliy mi,mdy;

  semäOsn ilorricht@ng,

  Fit. 2 eine etwas abgeggndalte barbii:lt@ms d@ü11lst@ten@tirn

  Elemente.

  Fig. 3 eine weitere Abwandlung des btXedr*hmndeu .lmat#.

  .Die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrich--_tung besteht aus einem abbildenden Objektiv 16, einem um die -optische Achse des Empfangssystems drehbaren Wendeprisma 1, einem in der Bildfläche feststehenden, zwischen Bildfeld- mittelpunkt und Bildfeldrand verlaufenden Vielfach-Linien-Photoempfänger 4 und einer daran angeschlossenen Abtast-Wiedergabe-Elektronik. Diese Abtast-Wfedergabe-Elektronik umfaßt einerseits eine Reihe von Vorverstärkern 5, einen Ringzähler 6, einen Leistungsverstärker 7 und einen Bild- schirm B. Das Wendeprisma 1 ist aus zwei Teilen 11, 21 zusammen- gesetzt. Diese sind zusammen mit dem Objektiv 16 in einem rotierenden Gehäuse 3 angeordnet, das bei 13 und 23 gelagert ist. Seinen Antrieb erhält das Gehäuse unter Vermittlung . eines Getriebes 2, 12 durch einen Antriebsmotor 9. Der Bild- schirm 8, der in der Abbildung frontal gesehen dargistellt ist, rotiert gleichfalls um seine Achse, wobei er von einem zweiten Antriebsmotor 19 angetrieben wird. Um eine absoluten Gleichflauf der Motoren 9 und 19 zu sichern, sind eide durch eine Synchronisationsschaltung miteinander verbund n, die schematisch durch Leitungen 10 angedeutet ist.
• Das in Figur 2 dargestellte Beispiel des Wendeprismas unterscheidet sich dadurch von dem in Figur 1 dargestellten, daß es an der dem aufzunehmariden Objekt zugewandten Seite einen nach außen gewölbten Boden 31 hat, wodurch das Vorschal- ten einer Linse 16 sich erübrigt. Hinter das Prisma ist eine achromatische Linse 18 geschaltet zur Ausschaltung von Parb-Fehlern. Die achromatische Linse ist zusammen mit dem bild- drehenden Element 1 in ein (hier nicht dargestelltes) Gehäuse eingebaut und läuft mit um.

Claims (1)

1. Patentansprüchez 1) erfahren zur polaren Bildabtestung und Bildwiedergabe in optischen und/oder quasioptischen Spektralbereich, dadurch gekennzeichnet, de0 der Strahlengang der aus den abzubildenden Objektraum in ein abbilden- des elektrooptisches Empfangssystem eintretenden und/oder eingetre- tenen Strahlung um die optische Achse des Empfangssystems als Rotationsachäe gedreht und das mitdrehende Bild in einer feststehenden, zwischen Bildfeldmittelpunkt und Bildfeldrand verlaufenden Linie punktweise in Bezug auf die radialen und die phasenzugeordneten azimutalen Polar-Koordinaten der Bildpunkte im Bildfeld photoelek- trisch zur nachfolgenden polaren Bildwiedergabe abgetastet wird. 2) Vorrichtung iur polaren Bildabtestung und Bildwiedergabe in optischen und/oder quasioptiachen Spektralbereich nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, deß das elekt.ro-optische Empfangssystem aua einem ab- bildenden Objektiv, einen um die optische Achse des Empfangssystems drehbaren, zur Bildfsldrotation um#die optische Achse geeigneten bilddrehenden Element, einem in der Bildfeldfläche feststehenden, zwischen Bildfeldmittelpunkt und Bildfeldrand verlaufenden Vielfach- Linien-Photoempfänger oder mehreren solcher-Empfänger und einer daran angeschlossenen Abtast-Wiedergabe-Elektronik mit der (Möglichkeit zur direkten visuellen und/oder photogrephiechen Bildwiedergabe und/oder zur magnetischen oder elektrischen Bildspeicherung besteht. 3) Vorrichtung zur polaren Bildabtastung und Bildwiedergabe in optischen und/oder quasioptischen Spektralbereich nach Anspruch 1 und Z, dadurcr-: gekennzeichnet, daß abbildendes Objektiv und bilddrehendes Element voneinander getrennt sind und das Objektiv ein, #n sich bekanntes, Linsen- und/oder Spieqelsjetsm ist. 4) Vorrichtung zur polaren Bildabtestung und Bildwiedergabe im optischen und/oder queeioptischen Spektralbereich nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, deß des bilddrehende Element Bauteil eines kompakten, insgesamt um die optische Achse rotierenden, vor allem chromatisch korrigierten mehrteiligen optischen A bbildungs-Dreh-Systems ist. 5) Vorrichtung zur polaren Bildebtestung und Bildwiedergabe im optischen und/oder quaaioptiechen Spektrelbereich noch Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und/oder Austrittsfläche des rotierberen, bilddrehenden Elementes eine Wirkseme Fläche ist und des bilddrehende Element auch die Eigenschaften des insbesondere Chromtisch korrigierten abbildenden Objektive in sich vereinigt. 6) Vorrichtung zur polaren Bildebtestung und Bildwiedergabe im optischen und/oder qussioptischen Spsktrelbersich.nach Anspruch 1 und 2, dadurch geksnnzeichneti daß das bilddrehende Element ein Wendeprisma, insbe- sondere ein Vsradsichtiges, zum WeAdeprisea modifiziertes UPPENDAHL-tbris« ohne Dachkante oder ein geredsichtiqes, zum Wendeprisma modi-(iziertee PECHAW-SCHMIDT-Prisen ohne Dachkante oder ein geredeichtiges, 'i um_Vendeprie» modifiziertes ABBE-Prisme ohne Dechkente oder ein, an sich bekanhtea, geradaichtiges DOVE-AMICI-Wendeprisma ist. 9)»Vorriohtung zur polaren Bildebtestung und Bildwiedergabe im optischen und/oder quesioptischen Spektralbereich noch Anspruch 1, 2 und 6, da- durch gekennzeichnet, daß insbesondere für Wellenlängen in Infrerotbereich das abbildende Objektiv und/bder des Wendepriems aus Helbleiterostsriel besteht. 8) Vorrichtung zur polaren Bildabtestung und Bildwiedergabe in optischen und/oder quasioptischen Spsktralbereich nach Anspruch 1,2 und 6, da- durch gekennzeichnet, deß des bilddrehende Element ein Luft-Spiegel-System oder ein Vakuum-Spiegel-Systee ist, dessen Spiegelflächen wie die spiegelnden Flächen eines Vendeprisnee, insbesondere eines geradaichtigen, zum Wendeprieme modifizierten AOBE-Prisoae ohne Dechkente, ,angeordnet sind. y) Vorrichtung zur polaren Bildabtettung und Bildwiedergebe In optischen und/oder quasioptiechen Spektrslbereich nach A nspruoh 1 und 2, dadurch ; gokpnnzeichnet, deO alt Vielfaoh#Photoeaprüngor inebeeondete Halbleiter-Photoempfänger mit inneren oder äu0sren Photoeffekt und geringer Ziit" konstante verwendet werden, die aus einer ebinen oder räumlichen, qorad# linigen oder gekrümmten, linienförieigen Anordnung mehrerer Einzel-Photoempfänger bestehen.