DE1921290A1 - Vorrichtung zur Durchfuehrung von Fernsehaufnahmen durch Abtastung mittels Laserstrahl - Google Patents

Description

Dfpi.-;r._L ,..;...;Ji;iiSnn

München 2, Rosental 7

Tel. 261989

25. ,*.5γΒ 1969

Compagnle G&nerale d'Electrlcite, Paris (Frankreich)

Vorrichtung zur Durchführung von Fernsehaufnahmen durch Abtastung mittels Laserstrahl

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Fernsehaufnahmen, bei der das Bild durch aufeinanderfolgende Beleuchtung der Punkte eines Objekts durch einen Lichtstrahl, beispielsweise einen Laserstrahl, analysiert wird.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, deren Einrichtung zur Abtastung der Liohtechos eine geringe Größe hat und bei der die durch die verschiedenen in der Abtastlinie des Laserstrahls liegenden Punkte erzeugten Störechos sowie die Störechos ausgeschaltet werden, die durch teilweise transparente oder diffundierende Hindernisse verursacht werden, die sich in der Bahn des auf das zu beleuchtende Objekt zu gerichteten Lichtstrahls befinden können·

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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durohführung von Fernsehaufnahmen durch zeilenweise.Abtastung, die insbesondere gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung, durch welche ein Laserstrahl das aufzunehmende Bild punktweise in einer Linie abtastet, eine optische Voxdchtung, die das von den Punkten der von dem Laserstrahl beleuchteten Linie diffundierte Licht in einer zu dieser Linie parallelen Brennlinie konzentriert, ein Bündel optischer Fasern, deren Eintrittsflächen in der Brennllnle angeordnet sind,und deren Austrittsflächen in einem Kreisbogen gebündelt sind, eine lichtempfindliche Zelle, die gegenüber einer Austrittsfläche eines Lichtleiters angeordnet ist, der um eine durch den Mittelpunkt seiner Austrittsfläche laufende Achse rotiert, so daß seine Eintrittsfläche nacheinander alle Austrittsflächen der optischen Fasern abtastet, und eine Koppelvorrichtung zur Synchronisierung der Abtastbewegung des Laserstrahls und der Drehbewegung des Lichtleiters.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beillegende Zeichnung Bezug genommen ist.In der Zeichnung zeigtι

Flg. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Ferns ehaufnahmevorr1chtung·

Flg. 2 eine Darstellung des Fernsehschirms, welcher die von der Fernsehaufnahmevorrichtung gemäß Flg. 1 gelieferten Signale empfängt.

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Kurve der von der Fernsehaufnahmevorrichtung gemäß Flg. 1 gelieferten Signale.

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FIg. 4a, 4b, 4o und 4d sohematische Darstellungen von Ausführungsbelsplelen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 5 eine Einzelheit einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 6 eine Fig. 3 entsprechende grafische Darstellung, die eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltene Kurve zeigt.

Fig. 7 «ine sohenatisohe Darstellung der Arbeltsweise der erflndungsgemäSen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt schematlsoh das Prinzip der Bildaufnahme durch Abtasten mit einem Laserstrahl. Ein beweglicher Körper M, beispielsweise ein Flugzeug, bewegt sich in Richtung der Achse Y senkrecht zur Bildebene. Das Profil des Erdbodens in der Bildebene 1st durch die Linie A-B dargestellt. Eine einen Lichtstrahl aussendende Vorrichtung, beispielsweise ein Laser L, der einfachheitshalber neben der Figur dargestellt ist, ist mit einer Vorrichtung lo, beispielsweise einem rotierenden Spiegel, versehen, so daß der Lichtstrahl das Gelände in der Ebene der Figur mit einer Winkelgeschwindigkeit co bestreicht. Jeder Punkt des Geländes diffundiert eine mehr oder weniger große Lichtmenge. Dlest wird zurückgeworfen und in der Brennebene A*-B' eines auf dem beweglichen Körper M vorgesehenen optischen Systems O fokussiert.

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Wenn nun der Lichtstrahl dl« Linie A-B abtastet« bestreichen die Lichtechoe die. Linie A'-B¹, wobei «ie Funkte S erzeugen, deren Lichtstärke von den optl« sehen Eigenschaften der von dem Laserstrahl beleuchteten Objekte C abhängt·

Die Brennebene A'-B* wird von der Empfangsfläöhe eines Detektors, beispielsweise eines Fotovervielfacher», gebildet, der an seinem Ausgang eine Spannung V lie» fert, dessen Änderungen in Abhängigkeit τοη dem Abs» zissenwert X auf Fig· 3 dargestellt sind«

Die Ausgangsspannung V wird an den Helligksltemodula·» tioneeingang eines Ferneehechirms (Fig· 2) angelegt» Die waagerechte Abtastung des Ferneehsohirms 1st mit der Abtastung χ - f (0| des beleuchtenden Strähle synchroni eiert, so deJ man auf jeder Zelle eine Liohtstär-» ke gemäfi der auf Fig. 3 dargestellten Kurv* enthält«Die senkrechte Abtastung X des Ferneehsehirms ist mit der Bewegung des beweglichen Körpers M auf der Achse Y. synchronisiert·

Man erhält somit auf dem Schirm eine Sarstellung dee Geländes oder des beweglichen Körpers M.

Dieses bekannte System besitzt jedoch zahlreiche Nachteile· Insbesondere tritt hierbei fin beträohtlloher 8t6*rpegel auf, da der Fotovervielfacher nicht in der Lage 1st, die duroh die Abtastung durch den Laserstrahl erzeugten Echos von allen anderen Störeohos zu unterscheiden, die zu einem bestimmten Zeitpunkt von allen in der Abtastebene des Laserstrahls liegenden Punkten

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des Geländes aufgefangen werden* Um einen grossen Abtastwinkel zu erreichen» wird bei den gegenwärtig vorhandenen Optiken ferner eine sehr große Fläche in der Brennebene bestrichen} dahingegen besitzen jedoch die bekannten Fotovervielfacher eine aktive Fläche, die wesentlich kleiner als die hierbei in der Brennebene bestrichene Fläche ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die mit der UnverhältnismäSigkeit der Länge A*-B⁹ und der aktiven Oberfläche des Fotovervlelfachers verbundenen Nachteile vermieden.

Gemäß einer ersten auf Fig. 4-a dargestellten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Empfänger einen in der Brennebene einer optischen Vorrichtung 1 angeordneten Aufnehmer, der von den Enden 2 einer gewissen Anzahl optischer Fasern gebildet wird, die auf dem Streckenabschnitt A*-B* liegen. Diese Fasern laufen in einem kompakten Bündel zusammen, dessen Ende 3 vor einem Fotovervielfacher 4 verhältnismäßig kleiner Abmessungen angeordnet ist.

Damit der erforderliche Durohmesser des Fotovervielfacher noch stärker vermindert werden kann, sind zwei Spiegel 5 und 6 vorgesehen, die die äußersten Lienteohos in den mittleren Teil der Linie A*-B* der Enden 2 der optisohen Fasern leiten. Dadurch können die Fasern, deren Enden sich in den Absohnitten A, -A· und B₁-B¹ befinden, wegfallen, so daß sich der Durchmesser des Endes 3 des Faserbündels verringert.

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Damit die Lichtstrahlen jedoch wirksam in die Fasern eintraten !rönnen» muß die Eintrittsfläche dieser Fasern entsprechend ausgerichtet sein. Zu diesem Zweck werden die Fasern in Bündeln zusammengefaSt, deren Ausrichtung von dem Einfallswinkel der durch das optische System 1 gebildeten Strahlen abhängt» Dies ist schematisch auf Fig. 4b dargestellt, welche Bündel von beispielsweise je zwei Fasern 2* und 2" zeigt.

Diese Lösung ist jedoch nicht ausreichend, wenn zusätzliche Spiegel 5 und 6 (Fig.l) verwendet werden· Die von diesen Spiegeln reflektierten äußersten Strah-len haben nämlich eine von den das optische System 1 direü durchquerenden Strahlen vollständig abweichende Richtung. Um diesen Nachteil zu vermeiden , wird eine zweite Schicht Fasern vorgesehen, deren Ausrichtung den von den Spie geln 5 und 6 reflektierten Strahlen entspricht·

Zur Abtrennung der von den Spiegeln 5 und 6 reflektierten Strahlen werden diese Spiegel um eine zur Achse OF des bekannten, auf den Fig« ^c und 4d dargestellten optischen Systems i parallele Achse geneigt·

Fig. 4d zeigt die Vorrichtung in derselben Ebene wie Fig. 4a und 4b, während Fig. 4c einen Schnitt in einer zur Achse OP senkrechten Ebene darstellt.

Die Lichtstrahlen, die nicht auf die Spitgel 5 und 6 auftreffen, gelangen direkt zu den Eintrittsflächen der auf der Linie A₁P B₁ angeordneten Fasern. Die auf die Spiegel 5 und 6 auf den Strecken A₁A₂ und B₁B₂ auftreff«nd®n Lichtstrahlen werden reflektiert und gelangen zu den

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Eintrlttsfläohen einer zweiten Schicht Fasern, deren Sintrittsfläohen in den durch die Linien A₁Q und B₁Q bestirnten Ebenen angeordnet sind (Fig. *fc). Die Richtung der Fasern der Schicht A₁P B ist auf Fig· 4c mit kurzen Linien 2 und die Richtung der Fasern der Schicht B₁ mit längeren Strichen dargestellt·

Gemäft einer anderen Aueführungsform der Erfindung besitzt der Empfänger Einrichtungen zur Beseitigung der Störeohos _v die von den zu beiden Seiten des zu einem bestimmten Zeitpunkt τοη dem Laserstrahl beleuchteten Punktes befindlichen Geländepunkten erzeugt werden·

Erf indungsgemäS wird hierzu zwischen dem Snde 3 des Faserbündels und dem Fotovervielfacher 4 ein beweglicher Aufnehmer angeordnet» ^ dem erreicht wird« daft nur die Fasern aktiv wer&aii- &λ^ <Bmt Lage des zu einem bestimmten Zeitpunkt τοη des Ia,^.j?strahl beleuchteten Geländepunktes entsprechen*

Gemäi einer besonderen Ausftthrungsfora der Erfindung (Fig· 5) besteht der bewegliche Aufnehmer aus einer oder mehreren biegsamen Lichtleitern ?, deren eines finde bezüglich des Fotovervielfacher« feststehend ist und deren anderes Ende beweglich ist und nacheinander alle Baden 3 des Faserbündels bestreicht·

Die Drehbewegung dieses beweglichen Aufnehmers ist mit der Abtastbewegung des Laserstrahls synchronisiert· Zu diesem Zweck 1st beispielsweise die Vorrichtung lo, welche dem τοη dem Laser L ausgesandten Strahl die Abtastbewegung verleiht, über ein Kuppelorgan 11 mit der den Lichtleiter 7 in Drehung versetzenden Einrichtung verbunden·

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GemaJ einer bevorzugten Aueführungeform sind dlt Enden 3 der optischen Fasern auf einem. Kreis angeordnet. Hierbei wird das bewegliche Ende des Lichtleiters beispielsweise ▼on einem Hebelarm angetrieben, der auf einer Welle 8 sitEt, die eich synchron mit der Abtastung des Erdbodens durch den Laserstrahl dreht·

¹ Zu jedem Zeltpunkt befindet sich das bewegliohe Ende des Lichtleiters 7 vor der odetfLen Fasern, die der Stellung S des Lichtechoe entsprechen, woduroh die Wirkung der von " den anderen Fasern aufgefangenen a&reehos ausgeschaltet wird.

Da der Störpegel auf diese Weise stark verringert, wenn nicht sogar beseitigt wird, erhält man am Ausgang des Fotovervielfacher« eine Spannungekurve, wie sie auf Fig»6 dargestellt ist.

Fig. 7 zeigt eine schematisohe Darstellung der Arbeltewelse der erflndungsgemäSen Vorrichtung.

Jede der Fasern des Bündels 1st durch eine Linie X_n, X_n * < usw. dargestellt. Der bewegliohe Aufnehmer ist durch die Vorrichtung ζ angedeutet.

Auf der Ordinate ist die Höhe H des beweglichen Körpers, ▼on dem aus die Aufnahmen gemacht werden,und die maxima« le Höhe h_# der Gegenstände aufgetragen, die auf dem Schirm dargestellt werden sollen.

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Dtr Pfeil P₁ ztigt schematisch den zum Zeitpunkt t_Q ausgesandten,den Boden beleuchtenden Laserstrahl· Der Pfeil F₂ zeigt einen Störeohostrahl,der beispielsweise von einer Wolke diffundiert wird, die jedoch einen Teil des einfallenden Strahls F* durchläßt und der zu einem Zeitpunkt t^ an dem beweglichen Körper anlangt;

Der Teil des Strahls P₁, der die Wolke durchquert hat, wird duroh&en betrachteten Gegenstand auf dem Boden diffundiert und bildet ein Echo (Pfeil F-), das zum Zeitpunkt t₂ an dem beweglichen Körper anlangt.

Es wird vorausgesetzt, daß die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls so groß ist, daß der Einfluß der Bewegung des beweglichen Körpers vernachlässigbar ist· Das aus einer bestimmten Richtung kommende Störecho (aus der Richtung von Punkt C) gelangt zu dem Aufnehmer zu einem Zeitpunkt t. , der vor dem Zeitpunkt t« der Ankunft des aus derselben Richtung kommenden Bildechos liegt· Das Zeitintervall zwischen t. und t_g ist gleicht _A 2 (H - h_e) 2 H 2 h_e

/ \ t =» - ————— 3 ———

cos β · C oos O · C C · cos O In dieser Formel 1st

θ der die Richtung des Strahls bestimmende Winkel,

C die Lichtgeschwindigkeit,

h die Höhe des die Störeohos erzeugenden Gegenstandes und

H die Höhe des beweglichen Körpers, auf dem sich die Aufnahmevorrichtung befindet.

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Zur BeieltIgung des Störbildes muß der bewegliche Aufnehmer χ naoh Ankunft des Störechoe, Jedoch vor Ankunft des Echos des Bildes C, an der Faser X_n anlangen und muli auf dieser Faser X_n bleiben» bis das Bild C bei X_n anlangt.

Erfindungsgemäß 1st der bewegliche Aufnehmer χ zu jedem Zeltpunkt gegenüber der Faser X_n um einen gewissen' Abstand versetzt, so daß er an dieser erst nach dem ZeItpunkt t. anlangt·

Andererseite muß dieser Aufnehmer eine gewisse Breite Ax haben, die mindestens &x ■ ^t · ν_χ 1st, wobei V_x die Geschwindigkeit des beweglichen Aufnehmers 1st, so daß sich mindestens ein Teil des Aufnehmers zum Zeltpunkt der Ankunft des Echos des Gegenstandes C noch auf der Faser X_n befindet.

Die Trennung zwischen den Störbildern und den korrekten Bildern kann ferner nur erreicht werden, wenn die Abtastgeschwindigkeit des beleuchtenden Strahls so groß 1st,daß der Gegenstand während eines Zeltraums, der deutlich klel ner als die Zelt ^\t 1st, beleuchtet wird«

Das erflndungsgemäße Verfahren zur Ausschaltung der Störeohos kann auch zur Durchführung einer selektiven Abtastung verwendet werden, Indem beispielsweise nur die In gewissen Höhenbereichen ausgesandten Echosignale berücksichtigt werden.

Die Erfindung 1st nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern läßt Änderungen von Einzelheiten und gewissen Anordnungen sowie den Ersatz mancher Einrichtungen durch gleichwertige Einrichtungen zu,

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'WSPECTED

Claims (1)

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Pttintaniprucht

Vorrichtung but Durchführung τοη Fernsehaufnahmen urch Bellenweise Abtastung _a gekennzeioh net duroh ·1η· Unriohtung (lo), dureh welch· tin laserstrahl das aufzunehmende Bild punktweise In einer Linie abtastet, «ine optische Vorrichtung (O)₉ die das ▼on den Punkten (C) der von des Laserstrahl beleuchteten Linie (AB) diffundierte Licht in einer zu dieser Linie parallelen Brennlinie (A¹B') konzentriert, ein Bündel optisoher fasern (2·, 2«), deren Eintrittβflächen (2) I in der Brennlinie (A*B*) angeordnet sind unddssn Austrlttsflitehen (3) in eines Kreisbogen gebündelt sind, eine lichtempfindliche Zelle (*t)· die gegenüber einer Austrlttsflache eines Liohtlelters (7) angeordnet ist, der um eine duroh den Mittelpunkt seiner Austrittsfläohe laufende Achse (8) rotiert, so daS seine Eintrittefläche nacheinander alle Austeittsflachen (3) der optischen Fasern (2*, 2") abtastet, und eine KoppelTorriohtung (11) zur Synchronisierung der Abtastbewegung des Laserstrahls und der Drehbewegung des Lichtleiters (7).

2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- *

kennzeichnet, dafi die Lunge der Strecke "

(A¹BM, in welcher die Blntrittsfläohen (2) der optischen Pasern (2*, 2") angeordnet sind, durch die Anordnung von Spiegeln (5, 6), welche die äußersten Lichtstrahlen in die Mitte dieser Strecke führen, verringert 1st·

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die optlsohen Fasern (2*, 2") so ausgerichtet sind, daß die Lichtstrahlen zu den Eintrittsflächen (21) im wesentlichen senkrecht stehen·

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TI-*» ITT ">

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^, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η nzelchnet, dafi die Spiegel (5* 6) «ο angeordnet sindt dafl sie eur Taetebene des Laserstrahls senkrecht und rar optisohen Achse (OF) der Vorrichtung parallel sind·

5· Vorrichtung nach Anspruoh 2, dadurch g e k e η η zeichnet, dafi die Spiegel (5t 6) zur optischen Achse (OF) der Vorrichtung parallel und gegenüber der Senkrechten auf die Tastebene des Laserstrahls geneigt sind, und dafl eine zweite Schicht (B₁Q A₁) optischer Fasern (2o) vorgesehen ist, die so ausgerichtet 1st» daß die von den Spiegeln (5, 6) reflektierten Strahlen auf die Eintrittsflächen der Fasern (2o) te wesentlichen senkrecht auftreffen·

6· Vorrichtung nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, dafl sich der optische Leiter (7) dreht, indem er bezttglioh der Abtastung ständig versetzt ist·

7· Vorrichtung nach Anspruoh 1, dadurch g «kenn-ζ ei chnet, daS die Querabmessung der Eintrittsf lache des biegsamen Lichtleiters (7) mindestens gleich 2 ^_e/C^#V_x ist, wobei hg die maximale Höhe der zu beobachtenden Gegenstände, C die Lichtgeschwindigkeit und ν_χ die Geschwindigkeit ist, mit der sich die Eintrittsflach· des Lichtleiters (7) bewegt«

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl die Abtastung durch den Laserstrahl so schnell vor sich geht, dafl die Zeit, in der der Strahl , über einen bestimmten Punkt streicht, wesentlich größer als 2 h«/C ist.

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