DE2009312C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft optische Abtasteinrichtungen, welche einen drehbaren, facettierten Spiegel aufweisen, und insbesondere Abtasteinrichtungen, welche sich zur Infrarotthermographie und zur Infrarotradiometrie eignen; außerdem sind Anwendungsmöglichkeiten derartiger Einrichtungen denkbar, bei welchen Licht mit anderer Wellenlänge, einschließlich ultravioletten Lichtes, verwendet wird.

Thermographische Abtasteinrichtungen werden beispielsweise in der Medizin zur Bestimmung der Verteilung der Hauttemperatur bestimmter Körperpartien eines Patienten mittels der von diesen Körperpartien ausgesandten Infrarotstrahlung verwendet. Die auf diese Weise ermittelte Information wird beispielsweise dazu verwendet, festzustellen, ob sich unter der Haut krebsbefallenes Gewebe befindet. Eine derartige Diagnose ist möglich, da unter der Haut befindliches Krebsgewebe die Temperaturverteilung der darüberliegenden Haut ändert.

Bereits bekannte Abtasteinrichtungen registrieren zusammen mit den ihnen zugeordneten Signalverarbeitungsschaltkreisen Temperaturunterschiede durch verschiedene Grauschattierungen, d. h., weisen die Relativtemperaturen von Hautflächenbereichen qualitativ nach. Ein derartiger Nachweis ist jedoch stark von Interpretationsunterschieden zwischen den jeweiligen

Beobachtern abhängig. Mit Ausgangswerten, weiche auf quantitativen Messungen der Hauttemperatur beruhen, werden derartige Nachteile vermieden. In diesem Falle sind jedoch höhere Ansprüche an die Qualität der Ausgangssignale zu stellen, beispielsweise ist ein höheres Signalrauschverhältnis erforderlich. Das ist aber bei bereits bekannten, derartigen Einrichtungen nur durch eine beträchtliche Verringerung der Abtastgeschwindigkeit erreichbar, damit sich eine Verringerung der erforderlichen Bandbreite der nachgeschalteten Signalverarbeitungsschaltkreise ergibt.

Bei bekannten derartigen Abtasteinrichtungen wird die Fühlerfläche eines Infrarotdetektors über ein optisches System auf dem abzutastenden Gegenstand bzw. auf der abzutastenden Person abgebildet. Das optische System weist gewöhnlich einen bzw. mehrere Planspiegel auf, welche derart bewegt werden, daß sich ein Abtastvorgang ergibt. Gewöhnlich wird dabei zeiSenweise abgetastet, derart, daß beispielsweise ein Ringkörper, welcher einen an seiner Außenfläche mehrfach facettierten Spiegel trägt, in Drehung versetzt wird. Es läßt sich zeigen, daß bei praktischen Ausführungsformen derartiger Abtasteinrichtungen aufgrund ihres speziellen Aufbaues bzw. ihrer speziellen Wirkungsweise ein wirksames Ausnutzen der Zeitspanne jeweils zwischen dem Beginn einer jeden Teilbildabtastung nicht möglich ist. Beispielsweise wäre für einen Abtastwinkel von 30° im Bogenmaß und einer optischen Apertur von 10 cm (beides sind typische Werte), ein Mindestringkörperdurchmesser von 3 m erforderlich, wenn die Vignettierung nicht 25% der Gesamtabtastzeit überschreiten soll. Die Vignettierung, welche zv einer Verminderung der Zeitausnutzung führt, wird durch die Verschiebung der gemeinsamen Kante jeweils einander benachbarter Facetten an der optischen Apertur vorbei hervorgerufen.

Es läßt sich weiterhin zeigen, daß die beiden im folgenden angegebenen Einschränkungen zu den obengenannten Nachteilen führen:

1. Zur Verminderung der Vignettierung auf ein Minimum muß jede Facette viel breiter sein als die Breite der Apertur.

2. Die Winkelversetzung eines reflektierten Lichtstrahles ist doppelt so groß wie die Winkelversetzung des reflektierenden Spiegels, so daß zur Vermeidung eines geringen Wirkungsgrades eine Verdoppelung der Anzahl der Facetten erforderlich ist.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine mit einem facettierten Drehspiegel versehene Abtasteinrichtung derart zu verbessern, daß die obengenannten Einschränkungen bei derartigen Einrichtungen weitgehend vermieden werden und sich eine Abtasteinrichtung mit verbesserter Zeitausnutzung und damit mit Bezug auf eine bestimmte Teilbildfrequenz besserem thermischem Auflösungsvermögen ergibt.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine optische Abtasteinrichtung mit einem drehbaren, facettierten Spiegel, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Facetten dieses Spiegels jeweils unter dem gleichen Winkel mit Bezug auf dessen Drehachse geneigt sind, daß weiter der Spiegel im wesentlichen inittig mit Bezug auf eine Anordnung von Abbildungselementen angeordnet ist und daß seine Facetten jeweils auf diese Anordnung von Abbildungselementen ausgerichtet sind, welch letztere innerhalb eines Ringkörpers angeordnet sind, der einen mit Bezug auf die Abmessungen des Spiegels großen Durchmesser aufweist, daß ferner die Abbildungselemente derart ausgerichtet sind, daß die Reflexion der optischen Achse eines jeden Abbildungselementes jeweils in der entsprechenden Facette in Parallelrichtung zur Drehachse verläuft, und daß schließlich die Anordnung von Abbildungselementen um die Achse des Ringkörpers herum synchron mit der Drehung des Spiegels derart drehbar ist, daß wiederum jedes Abbildungselement jeweils eine Stellung durchläuft, in welcher jeweils die Reflexion seiner optischen Achse in der entsprechenden Facette mit einer gegebenen Achse zusammenfällt.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung ist jedes Abbildungselement zusammen mit der entsprechenden Facette des Spiegels wiederum jeweils auf die Dauer eines Bruchteils einer Umdrehung wirksam, während welcher das Abbildungselement durch die betreffende Stellung hindurchbewegt wird. Weiterhin wird ein Flächenelement einer abzutastenden Fläche durch das Abbildungselement auf der betreffenden Facette bzw. in der Nähe der betreffenden Facette des Spiegels abgebildet und die betreffende Stellung dieses Flächenelementes verschiebt sich wegen der Drehung längs einer Abtastzeile. Bei der Infrarotthermographie bzw. bei ähnlichen Anwendungsfällen wird die von der abgetasteten Fläche ausgesandte Strahlung über das entsprechende Abbildungselement auf der betreffenden Facette empfangen und derart reflektiert, daß sie auf einen geeigneten Detektor fällt. Bei anderen Anwendungsfällen kann der genannte optische Weg auch umgekehrt verlaufen, derart, daß eine von einer geeigneten Lichtquelle ausgesandte und auf die betreffende Facette gerichtete Strahlung zu dem entsprechenden Abbildungselement hin reflektiert wird und das betreffende Flächenelement der abgetasteten Fläche »beleuchtet«.

Bei der Abtasteinrichtung nach der Erfindung ist es möglich, die beleuchtete Fläche auf der betreffenden Facette in bezug auf die Breite der Facette klein zu halten, so daß die Auswirkung der Vignettierung vermindert wird. Dadurch, daß Facetten verwendet werden, welche derart geneigt sind, daß der optische Weg zum Detektor bzw. zur Lichtquelle von der betreffenden Facette aus im wesentlichen parallel zur Drehachse verläuft, wird diejenige Einschränkung, welche sich auf die obengenannte Eigenschaft eines Planspiegels bezieht, nämlich daß sich die Reflexionsrichtung mit dem doppelten Wert der Winkelgeschwindigkeit des Spiegels ändert, vermieden.

Mittels einer feststehenden optischen Übertragungseinrichtung wird der Detektor bzw. die Lichtquelle auf der betreffenden Facette abgebildet. Diese Übertragungseinrichtung weist vorzugsweise Linsen bzw. Spiegel auf, und bei Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung auf die Infrarotthermographie wird die Übertragungseinrichtung vorzugsweise von zwei axial versetzten Parabolspiegeln gebildet. Während jeder Zeilenabtastung ist der beleuchtete Fleck jeweils auf diesem Spiegel einer leichten Drehung ausgesetzt und er kann außerdem jeweils leicht verschoben sein. Während der gesamten Abtastung ist eine konstante Apertur erwünscht. Dies wird dadurch erreicht, daß die Abbildungselemente und die Übertragungsspiegel zur Vermeidung der Vignettierung jeweils verschieden große Aperturen aufweisen; die wirksame Apertur der Abtasteinrichtung ist in diesem Falle die kleinere von den beiden. Vorzugsweise weisen die Übertragungsspiegel bzw. eine andere Übertragungseinrichtung die größere Apertur auf, da die Abmessungen der

Abbildungselemente aufgrund anderer Überlegungen festgelegt sind.

Der facettierte Spiegel ist gemäß der Erfindung mit Bezug auf den Ringkörper symmetrisch angeordnet und um die Achse des Ringkörpers drehbar. Vorzugsweise ist jedoch dieser facettierte Spiegel mit Bezug auf den Ringkörper leicht exzentrisch angeordnet, so daß die gegebene Achse mit der Ringkörperachse zusammenfällt. Durch diese Maßnahme wird der im vorhergehenden Abschnitt genannte Verschiebungseffekt auf ein Minimum reduziert. Die Facetten des Spiegels sind vorzugsweise eben und um einen Winkel von 45° gegen die Achse des Ringkörpers bzw. mit Bezug auf die Abbildungselemente geneigt, deren optische Achsen zur Achse des Ringkörpers jeweils senkrecht verlaufen. Diese letztgenannte Art der Anordnung stellt die günstigste bzw. wirtschaftlichste Lösung dar. Bei anderen möglichen geometrischen Anordnungen, bei welchen keine 45°-Facetten verwendet werden, ist die Verwendung von achsversetzten, nichtsphärischen Abbildungselementen erforderlich, was zu einer Kostensteigerung führt.

Als Abbildungselemente werden im allgemeinen Linsen verwendet. Wenn jedoch zum Sammeln ausreichender Strahlung relativ große Aperturen erforderlich sind, wie beispielsweise im Falle der Infrarotthermographie, so werden als Abbildungselemente vorzugsweise Konkavspiegel verwendet, welche jeweils auf die Achse des Ringkörpers ausgerichtet sind. Es können zwar auch sphärische Spiegel verwendet werden, jedoch werden kegelschnittförmige Spiegel bevorzugt, da diese eine bessere räumliche Auflösung gewährleisten; beispielsweise verwendet man Axialparaboloide bzw. Ellipsoide zum Abtasten von Flächen, welche sich in einiger Entfernung bzw. in der Nähe von der Abtasteinrichtung befinden. Zur Erzielung der maximalen Apertur sind die Abbildungselemente vorzugsweise derart bemessen, daß sie im wesentlichen den gesamten Umfang der Trommel besetzen.

Ein reflexierendes System, welches aus einem Planspiegel besteht bzw. welches einen Planspiegel aufweist, ist im Inneren des Ringkörpers angeordnet und leitet das Licht zwischen der abgetasteten Fläche und den drehbaren Abbildungsspiegeln weiter. Dieser Planspiegel ist derart verstellbar, daß sich eine Teilbildabtastung ergibt.

Bei Verwendung der optischen Abtasteinrichtung nach der Erfindung in Infrarotthermographiegeräten ist es günstig, eine Einrichtung vorzusehen, welche für die zugeordneten Signalverarbeitungsschaltkreise Bezugswerte liefert, so daß das vollständige Gerät in der Lage ist, sich fortwährend selbst zu eichen. Das wird beispielsweise dadurch erreicht, daß an dem facettierten Spiegel ein bzw. mehrere schmale, radiale »Finger« angeordnet sind, welcher bzw. welche jeweils die gemeinsamen Kanten zweier Facetten im Bereich zwischen den betreffenden Facetten und dem Detektor überlappen und welche eine Strahlung von bekannter Temperatur entsprechend viele Male pro Umdrehung in din Detektor entsenden. Beispielsweise Hefen ein zwischen jeweils zwei Facetten angeordneter Finger jeweils einen Bezugswert pro Zeilenabtastung. Bei einer derartigen Anordnung sind die optischen Parameter vorzugsweise derart angeordnet, daß sie das Abbild des Detektors und damit den in dem betreffenden Augenblick abgetasteten Teil der abzutastenden Fläche von statt auf jeder Spiegelfacette tatsächlich in der Ebene des betreffenden Fingers bzw. der betreffenden Finger fokussieren. Die Finger sind derart angeordnet, beispielsweise geneigt, daß sie eine von einer Quelle mit festgelegter Temperatur, beispielsweise einem schwarzen Körper, ausgehende Strahlung reflektieren. Eine derartige Anordnung dient zur Erzeugung eines unteren Temperaturbezugswertes.

Die Verschiebung des fokussierten Abbildes des Detektors von den Facetten in die Ebene der Finger führt zu einer Vergrößerung der Fläche des auf den Facetten jeweils beleuchteten Fleckens, was wiederum zu einem Ansteigen der Vignettierung führt. Zur Vermeidung dieser Erscheinung ist der facettierte Spiegel vorzugsweise jeweils zwischen einander benachbarten Facetten mit schmalen Schlitzen versehen.

Die Quelle mit festgelegter Temperatur ist auf der gegebenen Achse derart angeordnet, daß die von ihr ausgesandte Strahlung jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Zeilenabtastungen den Detektor über einen dieser Schlitze erreicht, während gleichzeitig das Abbild des Detektors auf die Facetten selbst fokussiert bleibt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden nichtreflektierende »schwarze« Finger verwendet, welche eine Strahlung aussenden, deren Temperatur angenähert gleich der Umgebungstemperatur ist. In diesem Fall ist eine Einrichtung vorgesehen, weiche die Fingertemperatur gesondert mißt und welche ein entsprechendes Signal an die Eichschaltung liefert.

Eine weitere Bezugswerteinrichtung, welche einen oberen Temperaturbezugswert liefert, weist eine Quelle mit festgelegter Temperatur auf, beispielsweise einen schwarzen Körper, welcher intermittierend, beispielsweise einmal pro Teilbildabtastung, zwischen den facettierten Spiegel und die Abbildungselemente eingeführt wird.

Die verschiedenen, oben beschriebenen Selbsteichungsanordnungen stellen zwar kein Eigenmerkmal der angegebenen Bezugswerte dar, sie können jedoch jeweils zur Erzielung von oberen, unteren bzw. Zwischenbezugswerten verwendet werden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden auf die als Beispiele dienenden Zeichnungen Bezug genommen, welche im einzelnen zeigen:

F i g. 1 und 2 in perspektivischer Darstellung schematisch eine Ausführungsform der Erfindung, welche zur Erläuterung des optischen Prinzips dient,

Fig.3 zum Teil im Schnitt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV gemäß der Darstellung in F i g. 3 und

F i g. 5 teilweise im Schnitt in perspektivischer Darstellung Einzelheiten einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein oben offener Ringkörper 1 dargestellt, welcher von einem Motor 2 in fortwährende Drehung versetzt wird. Auf der Innenseite des Ringkörpers sind zwölf rechtwinkelige Abbildungsspiegel 3 angebracht, welche jeweils auf die Achse des Ringkörpers 1 ausgerichtet sind. Jedem der Spiegel 3 liegt an der Ringkörperachse jeweils ein Winkel von 30° gegenüber. An dieser Achse ist ein zwölffach facettierter Spiegel 4 derart angebracht, daß er sich mit dem Ringkörper 1 zusammen dreht Jede der Facetten isi eben und liegt jeweils an der den Spiegeln 3 zugeordneten Achse jeweils einem der Spiegel 3

<'* gegenüber. Die Facetten sind jeweils um einen Winkel von 45° gegen die Ringkörperachse derart geneigt, daO von den Abbildungsspiegeln 3 ausgehendes Licht vor dem Spiegel 4 in Parallelrichtung zur Ringkörperachse

auf einen feststehenden Übertragungsspiegel 5 reflektiert wird. Von diesem Übertragungsspiegel 5 aus gelangt das Licht zu einem feststehenden Übertragungsspiegel 6 und von diesem aus zu einem Brennpunkt an einem Fühlelement T eines Infrarotdetektors 7.

Die abzutastende Fläche, beispielsweise ein menschlicher Körperteil, ist gemäß der Darstellung in F i g. 1 durch ein Rechleck 8 dargestellt. Von dieser Rechteckfläche 8 ausgehendes Infrarotlicht erreicht die einzelnen Spiegel 3 wiederum über zwei Planspiegel 9 und 10, welche gemeinsam ein Periskop bilden und welche bewirken, daß das Licht den Innenraum des Ringkörpers 1 erreicht. Die Abschattungswirkung bzw. die Vignettierung ilss Spiegels 4 und seiner Befestigung, welch ietztere in der Bahn des Lichtes iiegen, bewirkt einen Lichtverlust von nur wenigen Prozent. Wenn der Ringkörper 1 rotiert, so nimmt jeder Spiegel 3 einmal die Stellung des Spiegels 3' ein und empfängt damit über die Spiegel 9 und 10 eine von der Fläche 8 ausgehende Strahlung.

Die feststehenden Spiegel 5 bzw. 6, welche jeweils von achsenversetzten Teilen parabolischer Flächen gebildet sind, erzeugen jeweils ein Abbild des Fiihlelementes T auf aufeinanderfolgenden Facetten des Spiegels 4. Dieses Abbild kann als durch die Spiegel 3', 10 und 9 auf die Fläche 8 reflektiert angesehen werden, wobei der Spiegel 3' die Aufgabe hat, ein weiteres Abbild des Elementes T auf der Fläche 8 zu erzeugen. Die optischen Parameter des Systems steuern die relative Größe des Elementes T und seiner Abbilder auf den Facetten 4 und der Fläche 8 gemäß den bekannten Gesetzen der geometrischen Optik. Wenn sich die einzelnen Spiegel 3 auf Grund der Drehung des Ringkörpers 1, was durch einen Pfeil 11 angedeutet ist, jeweils durch das Sichtfeld der Spiegel 9 und 10 an der Stelle 3' hindurchbewegen, so verschiebt sich das Abbild des Fühielementes T über die Fläche 8 hinweg derart, daß eine Zeilenabtastung erzeugt wird, was durch einen Pfeil 12 angedeutet ist. Während dieser Zeilenabtastung jeweils aufeinanderfolgend eingenommene Stellungen des Abbildes auf der Fläche 8 sind durch eine Bezugsziffer 13 angedeutet. Jedem Fachmann ist klar, daß von diesen aufeinanderfolgenden Stellungen ausgehende Infrarotstrahlung jeweils dann von dem Fühlelement 7 empfangen wird, wenn sich der Spiegel 3' um einen Bogen von 30° weiterdreht.

Da zwölf Spiegel 3 und zwölf Facetten auf dem Spiegel 4 vorhanden sind, werden pro Umdrehung des Ringkörpers 1 zwölf Zeilen abgetastet. Eine Teilbildabtastung wird dadurch bewirkt, daß der Spiegel 10 fortschreitend um eine Mittelachse geneigt wird, was durch einen Pfeil 14 angedeutet ist. Auf diese Weise werden aufeinanderfolgende Abtastzeilen über die Fläche 8 hinweg in Richtung eines Pfeiles 15 verschoben. Das Verstellen bzw. Neigen des Spiegels bewirkt ein in F i g. 1 nicht dargestellter Nocken, welcher über ein geeignetes Getriebe von einer den Ringkörper 1 antreibenden Welle angetrieben wird.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die optischen Parameter derart gewählt, daß bei Verwendung eines Detektors 7, welcher ein Fühlelement T mit einer wirksamen Fläche von 0,5 mm' aufweist, dessen Abbild an aufeinanderfolgenden Stellen 13 auf der Fläche 8 jeweils 3 mm² in einer Entfernung von 108 cm vom Spiegel 3' beträgt Jeder 30°-Spiegel 3 ist ein goldplattiertes Kunststoffellipsoid jeweils mit einer Breite von 10 cm und einer Höhe von 11 cm, wodurch sich ein Ringkörperradius von 18 cm ergibt, welch letzterer außerdem angenähert gleich dem rückwärtigen Brennpunktabstand jeweils der Spiegel 3 ist. Die beiden identischen achsenversetzten Parabolspiegel 5 bzw. 6, welche ebenfalls jeweils aus goldplattiertem Kunststoff gebildet sind, weisen angenähert eine Brennweite von 16 cm auf und bewirken ein Vergrößerungsverhältnis von I : 1 zwischen dem Spiegel 4 und dem Fühlelement T.

Die Spiegel 3 könnten zwar jeweils sphärisch sein, es ist jedoch bei den relativ kleinen Brennverhältnissen (etwa f/1.5) der Spiegel 3 mit kegelschnittförmigen Spiegeln ein besseres räumliches Auflösungsvermögen erzielbar. Im Falle von abzutastenden Flächen, welche sich relativ nahe bei der Abtasteinrichtung befinden, wie beispielsweise in F i g.!, sind diese kegelschnittförmigen Spiegel Ellipsoide von geeigneter Exzentrizität, was oben bereits beschrieben ist. Bei anderen Ausführungsformen, welche zur Abtastung relativ entfernt liegender Flächen erforderlich sind, ist die Exzentrizität der Spiegel 3 entsprechend größer; die Spiegel 3 werden schließlich zu Axialparaboloiden, was in der Optik bestens bekannt ist.

Das Übersetzungsgetriebe des Teilbildspiegels 10 bewirkt, daß jeweils während neun Umdrehungen des Ringkörpers 1 jeweils 108 Zeilen abgetastet werden, wobei jedoch zwei Drittel einer Umdrehung (entsprechend acht Zeilen) für die Rücklaufbewegung des Spiegels verwendet werden, so daß 100 Zeilen für den Teilbildraster übrigbleiben. Der prozentuale Teilbild-Zeitausnutzungsgrad beträgt damit 92,6%. Der Ringkörper 1 weist eine Drehzahl von 9 Umdrehungen/s auf, so daß sich eine Teilbildfrequenz von 1 Teilbild/s ergibt. Die Teilbildabtastung, welche durch den Spiegel 10 bewirkt wird, beträgt 20°, so daß sich mit der Zeilenabtastung von 30° Teilbildabmessungen von 45 cm χ 30 cm auf der Fläche 8 ergeben. Wie bereits beschrieben, weist das Abbild des Detektorelementes T auf der Fläche 8 einen Durchmesser von 3 mm auf, so daß pro Zeilenabtastung 150 Stellungen (13) aufgelöst werden können.

Die Medianbreite der 45°-Facetten des Spiegels 4 beträgt 8,28 mm und der Mittelpunkt der einzelnen Spiegelfacetten ist jeweils 16 mm von der Ringkörperachse entfernt. Bei einem 0,5 mm²-Auflösungsvermögen und einem auf die Facettenoberfläche fokussierten Abbild sind nur 6% der Zeilenabtastung durch die Facettenkanten vignettiert, woraus sich ein maximal unvignettierter Abtastwirkungsgrad von 94% ergibt.

Der gesamte prozentuale Teilbild-Zeitausnutzungsgrad beträgt bei der oben beschriebenen Geometrie der Anordnung deshalb nur 87%. Dieser Wert wird durch eine im folgenden noch ausführlicher beschriebene Selbsteichungseinrichtung etwas vermindert

SS Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung im Infrarotbereich ist es günstig, wegen der hohen Kosten von Infrarotbrechungselementen (Linsen) und wegen der in diesen bei Infrarotwellenlängen auftretenden Verluste ausschließlich reflektierende optische Elemente, wie beschrieben, zu verwenden. Bei Verwendung reflektierender metallischer Oberflächen (beispielsweise Gold) sind die Verluste äußerst gering. Bei der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung werden zwar goldplattierte Kunststoff spiegel

<>5 verwendet, welche durch entsprechende Vervielfältigungsverfahren hergestellt werden, es können jedoch auch andere Arten von Spiegeln verwendet werden. Bei Anwendungsfällen im Bereich sichtbaren Lichtes

eignen sich jedoch optische Brechungselemente. Zu diesem Zweck wird jeder Spiegel 3 durch eine Linse von geeigneter Brennweite ersetzt und die Periskopspiegel 9 und 10 sind nicht mehr erforderlich, da die »Wandung« des Ringkörpers in diesem Falle lichtdurchlässig ist. Normalerweise wird jedoch ein in der Bahn des Lichtes angeordneter, neigbarer Spiegel zur Erzeugung der Teilbildabtastung verwendet. Die abgetastete Fläche ist dabei selbstverständlich gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Richtung um 180° versetzt angeordnet. Die Übertragungsspiegel 5 und 6 können dabei ebenfalls durch ein Linsensystem ersetzt sein.

Für die Selbsteichung der Signalverarbeitungsschaltkreise wird dem Detektor 7 zweckmäßigerweise eine Strahlung von bekannter Temperatur intermittierend zugeführt. Gemäß der Darstellung in F i g. 2 ist deshalb der Spiegel 4 an seinem schmaleren Ende mit einem Fingerteil 16 versehen. Jeder »Finger« überlappt jeweils die gemeinsame Kante von jeweils zwei Spiegelfacetten. Die Finger sind jeweils 1 mm breit und weisen jeweils eine reflektierende Oberfläche auf, von welcher aus eine von einer Quelle 18 ausgehende und von einer Germaniumlinse 17 fokussierte Strahlung, welche eine festgelegte, bekannte Temperatur aufweist, zu dem Detektor 7 hin reflektiert wird. Zu diesem Zweck sind die Finger gegenüber der optischen Achse entsprechend geneigt, gemäß der Darstellung in F i g. 2 abwärts. Der Brennpunkt des Abbildes auf dem Spiegel 4 fällt nicht exakt mit der Facettenoberfläche zusammen, sondern befindet sich in einer dem Fingerteil 16 benachbarten Ebene, welche in Fig.2 durch eine Bezugsziffer 19 angedeutet ist. Die Proportion der Facette, welche von einem von dem Spiegel 3 ausgehenden Strahl beleuchtet ist, wird dadurch zwar etwas vergrößert, jedoch wird die Vignettierung dadurch nicht beträchtlich größer. Der Zeilenabtastung-Zeitausnutzungsgrad vermindert sich von 94% unvignettiert auf 88% vignettiert bzw. 82% unvignettiert, so daß sich ein Teilbild-Gesamtzeitausnutzungsgrad (unvignettiert) von 76% ergibt. Das mit Fingern versehene Teil und die Quelle 18 erzeugen demgemäß einmal pro Abtastzeile eine untere Bezugstemperatur. Eine obere Bezugstemperatur wird durch eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Solenoideinrichtung erzeugt, mittels welcher einmal pro Teilbild während der achtzeiligen Rücklaufperiode eine Quelle mit festgelegter Temperatur in den optischen Weg zwischen dem Spiegel 3' und dem Spiegel 4 in der Nähe des letztgenannten eingeführt und damit das von der Fläche 8 ausgehende Signal abgeblockt wird. Demzufolge empfängt der Detektor 7 während der Rücklaufperiode ein Signal, welches sich zwischen den oberen und unteren bekannten Temperaturgrenzen ändert und welches von den Signalverarbeitungsschaltkreisen in bekannter Weise zur Selbsteichung ihrer Empfindlichkeit verwendet wird. Ebenso wie die Spiegel 5, 6, 9 und 10, der Detektor 7 und die Quelle 18 dreht sich die durch die Solenoideinrichtung eingeführte Bezugswertquelle nicht mit dem Ringkörper 1. Die oberen bzw. unteren Temperaturgrenzen, welche bei Anwendung in der Medizin von Interesse sind, betragen 37°C bzw. 27°C.

Synchronisierende Impulse für die Signalverarbeitungs- und Signalwiedergabeschaltkreise werden von zwölf polierten, in Fig.2 nicht dargestellten Facetten geliefert, welche an den Spiegeln 3 befestigt sind und welche das von einer Lichtquelle ausgesandte Licht auf eine Fotodiode reflektieren. Es können dafür jedoch auch andere Anordnungen verwendet werden, beispielsweise jeweils einem der Spiegel 3 zugeordnete Zapfen bzw. Plättchen, welche einen Lichtstrahl unterbrechen.

Die Signalverarbeitungs- und Signalwiedergabeschaltkreise weisen einen Analog-Digitalumsetzer auf, welcher in bekannter Weise das von dem Detektor 7 gelieferte analoge Signal abtastet, logische Schaltkreise, eine Gruppe von Schaltkreisen, welche die Digitalwerte in Zeichen umwandeln, und schließlich eine Fernsehröhre, welcher eine Zeitbasis entsprechend der Teilbildbzw. Zeilenabtastung zugeführt wird und welche jedes Zeichen in derjenigen Stellung auf dem Bildschirm wiedergibt, welche der dem Zeichen entsprechenden Stellung auf der Fläche 8 entspricht. Bei einer Ausführungsform der Erfindung versinnbildlichen die auf dem Bildschirm wiedergegebenen Zeichen in Schritten von jeweils 0,2⁰C Temperaturen zwischen 27°Cund37°C.

In den Fig. 3 und 4 ist die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern mehr ins einzelne gehend dargestellt. Die Spiegel 5, 6, 9 und 10 sind jeweils an einem Rahmen 20 angebracht, welcher an Bolzen 21 auf einer festen Grundplatte 22 befestigt ist, durch welch letztere von einem Motor 2 aus eine Welle 23 hindurchragt. Der Rahmen 20 ist derart mit einer Öffnung 24 versehen, daß eine von den Spiegeln 3 ausgehende Strahlung den Spiegel 10 erreicht. Ein undurchsichtiges Gehäuse 25, welches auf der Grundplatte 22 befestigt ist, ist mit einem abnehmbaren Deckel ausgestattet und derart mit einer öffnung 26 versehen, daß eine von der abgetasteten Fläche ausgehende Strahlung den Spiegel 9 erreicht.

An dem Rahmen 20 ist ein Nocken 27 angeordnet, welcher von der Welle 23 über ein Rädergetriebe 28 angetrieben wird und welcher mit einer Rolle am Spiegel 10 derart zusammenwirkt, daß letzterer zur Erzielung der Teilbildabtastung um eine Anlenkstelle 30 geneigt wird.

Der Detektor 7 ist zwar in F i g. 3 nicht sichtbar, er ist jedoch hinter einem Teil 31 in einer durch gestrichelte Linien angedeuteten Stellung einstellbar an dem Rahmen 20 befestigt. Die Fühlfläche des Detektors 7 ist dabei um 1,5 cm gegenüber dem Durchmesser des Ringkörpers 1 in der Zeichenebene in Richtung auf den Beobachter zu versetzt.

Die Spiegelfacetten, mittels welchen die Zeilensynchronisierimpulse erzeugt werden, sind an Stellen 32 in Fig.3 dargestellt. Die diesen Spiegelfacetten zugeord-

nete Lichtquelle und die Fotodiode sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Eine polierte Facette 33, welcher eine Lichtquelle 34 und eine Fotodiode 35 zugeordnet sind, ist derart an dem Nocken 27 befestigt, daß Teilbildsynchronisierimpulse erzeugt werden. Die Facetten 31 können durch an geeigneter Stelle angebrachte Zapfen bzw. Plättchen ersetzt sein, welche einen Lichtstrahl unterbrechen. Zum Abnehmen synchronisierender Signale von einer rotierenden Welle bzw. von einem rotierenden Körper können jedoch auch andere bekannte Anordnungen verwendet werden.

Derartige alternative Anordnungen können außerdem die Facette 33, die Lichtquelle 34 und die Fotodiode 35 ersetzen.

Gemäß der Darstellung in den F i g. 3 und 4 weist ein Fingerteil 16' nichtgeneigte schwarze Finger auf, welche jeweils mit von der Umgebung abhängiger Temperatur strahlen und welchen in den Zeichnungen nicht dargestellte thermometrische Einrichtungen zugeord-

net sind, welche ihrer jeweiligen Temperatur entsprechende Signale liefern. In bezug auf Fig. 2 ist bereits gesagt worden, daß als weitere Ausführungsform jeweils geneigte reflektierende Facetten verwendet werden können, welchen eine Quelle mit festgelegter Temperatur zugeordnet ist.

Eine weitere Alternativanordnung wird bei der in Fig. 5 dargestellten Abtasteinrichtung nach der Erfindung verwendet, bei welcher zur Bezeichnung jeweils mit Bezug auf die F i g. I bis 4 gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. In diesem Fall ist die Achse des Ringkörpers 1 horizontal angeordnet. Durch diese Anordnung ergibt sich eine Vereinfachung des optischen Systems, da der Spiegel 9 entfällt. Eine Drehung des Ringkörpers 1 um seine Achse ruft wiederum eine horizontale Zeilenabtastung hervor. Der Spiegel 10 ist ebenfalls um eine horizontale Achse derart neigbar, daß sich wie vorher eine Teilbildabtastung ergibt. Der facettierte Spiegel 4' ist in diesem Fall mit Bezug auf den Ringkörper 1 nicht koaxial angeordnet, sondern an einer horizontalen Welle 36 befestigt, deren Achse zwar parallel zur Achse 37 des Ringkörpers 1 verläuft, jedoch gegenüber dieser ein wenig vertikal aufwärts versetzt ist. Ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes, zwischen der Welle 36 und dem Ringkörper 1 angeordnetes Zwischengetriebe bewirkt, daß sich die Welle 36 synchron mit dem Ringkörper 1 dreht. Die obengenannte Achsenversetzung des Spiegels 4' ist derart bemessen, daß dann, wenn sich die einzelnen Abbildungsspiegel 3 jeweils durch ihre unterste Stellung 3' hindurchbewegen, die entsprechende Facette des Spiegels 4' jeweils die Achse 37 »schneidet.« Wenn sich demgemäß die einzelnen Spiegel 3 jeweils nacheinander durch die Stellung 3' hindurchbewegen, sind sie jeweils mit der entsprechenden Facette des Spiegels 4' wirkungsmäßig derart verbunden, daß sich eine Zeilenabtastung ergibt. Bei dieser Art der Anordnung werden die einzelnen Spiegel 3 während der Zeilenabtastung an sämtlichen Punkten axial eingesetzt, so daß die Restdegradation des räumlichen Auflösungsvermögens jeweils an den Enden der Zeilenabtastung verhindert wird, weiche bei den oben beschriebenen Anordnungen auftritt, bei welchen der facettierte Spiegel 4 jeweils exakt koaxial mit Bezug auf den Ringkörper 1 angeordnet ist.

Zur Erzeugung einer unteren Bezugstemperatur jeweils einmal pro Zeile sind in dem facettierten Spiegel 4' schmale Radialschlitze 38 gebildet, welche jeweils zwischen zwei einander benachbarten Facetten angeordnet sind. Eine geeignete Strahlungsquelle 39 ist auf der Achse 37 derart angeordnet, daß jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Zeilenabtastungen die von der Quelle 39 ausgesandte Strahlung durch einen der Schlitze 38 längs der Achse 37 in der gleichen Richtung wie die von dem Spiegel 3' ausgehende Strahlung hindurchgelangt, welch letztere während einer Zeilenabtastung durch die betreffende Facette des Spiegels 4' reflektiert ist. Diese Strahlung wiederum wird mittels der Übertragungsspiegel 5 und 6 auf den Detektor 7 gerichtet Die beschriebene Bezugswertanordnung ist derart ausgebildet daß das Fühlelement des Detektors 7 jeweils exakt auf die Facetten des Spiegels 4' abgebildet wird, so daß sich minimale Vignettierungseffekte ergeben. Bei dieser beschriebenen Anordnung sind die beleuchteten Flecken jeweils auf den Übertragungsspiegeln 5 und 6 während einer Zeilenabtastung nicht nennenswert verschoben. Sie sind jedoch einer leichten Drehung ausgesetzt und die Betrachtungen, welche oben mit Bezug auf die Relativgrößen der Aperturen der Spiegel 3 sowie der Spiegel 5 und 6 angestellt worden sind, gelten auch hier.

Zur Erzeugung einer oberen Bezugstemperatur weist die Abtasteinrichtung nach der Erfindung eine weitere Strahlungsquelle 40 auf, welche an einer Platte 41 befestigt ist, die mittels einer in Fig. 5 nicht dargestellten Solenoideinrichtung parallel zur Achse des Ringkörpers 1 verschiebbar ist. Die Quelle 40 wird

ίο während jeder Teilbildrücklaufperiode in eine Stellung unmittelbar unterhalb des Spiegels 4^; verschoben und während jeder Teilbildabtastung zurückgezogen. Es sei hier festgestellt, daß diese Art der Anordnung die gleiche ist wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung, welche jedoch in den F i g. 1 bis 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt worden ist.

Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die optische Übertragungseinrichtung weggelassen und der Detektor bzw. die Lichtquelle in der Nähe des facettierten Spiegels angebracht sein; das Abbild der abgetasteten Fläche wird dabei auf den Lichtdetektor bzw. auf die Lichtquelle fokussiert. Das hat jedoch einen Leistungsverlust zur Folge. Bei einer derartigen Anordnung stellt sich heraus, daß die wirksame Apertur durch die Abschattungswirkung des Detektors bzw. der Lichtquelle vermindert und die Vignettierung deshalb vergrößert wird, weil das Abbild nicht auf den Facetten selbst erzeugt wird (vgl. die Verwendung von »Fingern« 17, welche oben beschrieben sind). Wenn zur Verminderung der Abschattung der Detektor bzw die Lichtquelle weiter entfernt von dem facettierten Spiegel angeordnet ist, so ergibt sich damit eine entsprechende Vergrößerung der beleuchteten Flecken auf den einzelnen Facetten und damit ein weiteres Ansteigen der Vignettierung. Eine derartige Anordnung wird deshalb dann nicht gewählt, wenn ein maximales thermisches Auflösungsvermögen erforderlich ist.

Mit Bezug auf die Anordnung des Detektors bzw. der Lichtquelle ergeben sich weitere Abwandlungsmöglichkeiten. Demgemäß sei vorausgesetzt, daß die optische Achse desjenigen Lichtes, welches den facettierten Spiegel zum Detektor hin verläßt bzw. welches sich dem facettierten Spiegel von der Lichtquelle her nähert, parallel zur Achse des die Abbildungselemente tragenden Ringkörpers verläuft. Die übrige Lichtbahn zwischen dem facettierten Spiegel und dem Detektor bzw. der Lichtquelle kann in irgendeiner beliebigen Weise und Richtung ausgerichtet sein, d. h. die Bahn desjenigen Lichtes, welches sich dem Detektor nähert bzw. welches die Lichtquelle verläßt, muß nicht achsparallel verlaufen. Bei Verwendung eines lndiumantimonid-lnfrarotdetektors bzw. eines Detektors mit dotiertem Germanium ergibt sich eine Beschränkung der Anordnung bzw. der Ausrichtung des Detektors daraus, daß flüssiger Stickstoff zugeführt werden muß, welcher bei derartigen Detektoren normalerweise als Kühlmittel verwendet wird. Bei anderen bekannten Arten von Infrarotdetektoren ist ein derartiges

Kühlmittel nicht erforderlich.

In demjenigen Fall jedoch, in welchem ein derartiges Kühlmittel erforderlich ist, kann die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung derart abgeändert werden, daß beispielsweise an der Stelle, welche in F i g. 1 von dem Fühlelement T eingenommen wird, ein Spiegel angebracht ist, welcher das Licht zu einem Detektor hin reflektiert welcher an einer anderen Stelle horizontal angeordnet ist. Alternativ kann der Spiegel 5

und/oder 6 derart ausgerichtet sein, daß die Bahn des Lichtes zwischen dem Spiegel 6 und dem Fühlelement T irgendeine beliebige, günstige Ausrichtung aufweist.

Die oben beschriebene Abtasteinrichtung nach der Erfindung ist mit einer Bereichssucheinrichtung (in de« Figuren nicht dargestellt) versehen, welche die Genauigkeit der Fokussierung gewährleistet Eine derartige Bereichssucheinrichtung kann beispielsweise zwei

Strahlen sichtbaren Lichtes aufweisen, welche im Mittelpunkt der Gegenstandsebene 8 zusammentreffen. Die Signalverarbeitungs- und Signalwiedergabeschaltkreise können beispielsweise derart ausgelegt sein, daß die Wiedergabe digitaler Temperaturwerte nur für einen bestimmten Teil der Fläche 8 und nicht für die gesamte Fläche erfolgt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Optische Abtasteinrichtung mit einem drehbaren, facettierten Spiegel, dadurch gekennzeichnet, daß die Facetten dieses Spiegels (4) jeweils unter dem gleichen Winkel mit Bezug auf dessen Drehachse geneigt sind, daß weiter der Spiegel im wesentlichen mittig mit Bezug auf eine Anordnung von Abbildungselementen (3) angeordnet ist und daß seine Facetten jeweils auf diese Anordnung von Abbildungselementen ausgerichtet sind, welch letztere innerhalb eines Ringkörpers (1) angeordnet sind, der einen mit Bezug auf die Abmessungen des Spiegels großen Durchmesser aufweist, daß ferner die Abbildungselemente derart ausgerichtet sind, daß die Reflexion der optischen Achse eines jeden Abbildungselementes jeweils in der entsprechenden Facette in Parallelrichtung zur Drehachse verläuft, und daß schließlich die Anordnung von Abbi/dungselemenien um die Achse des Ringkörpers herum synchron mit der Drehung des Spiegels derart drehbar ist, daß wiederum jedes Abbildungselement jeweils eine Stellung durchläuft, in welcher jeweils die Reflexion seiner optischen Achse in der entsprechenden Facette mit einer gegebenen Achse zusammenfällt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Facetten eben und außerdem um einen Winkel von 45° gegen die Achse des Ringkörpers (1) geneigt sind und daß jeweils die optischen Achsen der Abbildungselemente (3) zur Achse des Ringkörpers senkrecht verlaufen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungselemente (3) Konkavspiegel sind, welche jeweils auf die Achse des Ringkörpers ausgerichtet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konkavspiegel (3) kegelschnittförmig sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Planspiegel (10) innerhalb des Ringkörpers derart angeordnet ist, daß er Licht zwischen einer abgetasteten Fläche (8) und den Konkavspiegeln (3) überträgt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Planspiegel (10) um eine zur Achse des Ringkörpers (1) senkrechte Achse derart neigbar ist, daß sich eine Teilbildabtastung ergibt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Detektor (7), welcher auf Infrarotstrahlung anspricht und welcher derart angeordnet ist, daß er eine von den Abbildungselementen (3) auf den facettierten Spiegel (4) gerichtete und durch den facettierten Spiegel längs der gegebenen Achse reflektierte Strahlung empfängt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine optische Übertragungseinrichtung (5, 6), welche zwischen dem facettierten Spiegel (4) und dem Detektor (7) derart angeordnet ist, daß sie ein Fühlelement (7') des Detektors auf den Facetten oder in der Nähe der Facetten abbildet.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Übertragungseinrichtung (5, 6) eine größere Apertur als die einzelnen Abbildungselemente (3) aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (5, 6) von zwei achsenversetzten Parabolspiegeln gebildet ist

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Bezugswerteinrichtung

(16, 17, 18), mittels welcher eine Strahlung von bekannter Temperatur intermittierend auf den Detektor (7) gerichtet wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugswerteinrichtung (16,

ίο 17, 18) eine Quelle, welche eine Strahlung mit festgelegter Temperatur aussendet und eine Einrichtung aufweist, mittels welcher diese Quelle in eine bestimmte Stellung bzw. aus einer bestimmten Stellung zwischen dem facettierten Spiegel (4) und den Abbildungselementen (3) derart hinein bzw. heraus verschiebbar ist, daß die Strahlung der Quelle längs der gegebenen Achse durch den facettierten Spiegel reflektiert wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugswerteinrichtung (16, 17, 18) noch eine weitere Quelle aufweist, welche eine Strahlung von festgelegter Temperatur aussendet und welche auf der gegebenen Achse angeordnet ist, und daß der facettierte Spiegel (4) mit schmalen Schlitzen jeweils zwischen einander benachbarten Facetten versehen ist, so daß die Strahlung aus dieser Quelle den Detektor (7) über diese Schlitze erreicht.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der facettierte Spiegel

(4) mit Bezug auf den Ringkörper (1) symmetrisch angeordnet und um die Achse des Ringkörpers drehbar ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der facettierte Spiegel

(4) mit Bezug auf den Ringkörper (1) derart exzentrisch angeordnet ist, daß die gegebene Achse mit der Ringkörperachse zusammenfällt.