DE2017848B2 - optische Anordnung zum mechanischen Abtasten eines von einem Objektiv erzeugten Bildes - Google Patents
optische Anordnung zum mechanischen Abtasten eines von einem Objektiv erzeugten BildesInfo
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Description
50
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zum mechanischen Abtasten eines von einem Objektiv
erzeugten Bildes durch Drehen eines Spiegels und eines reflektierenden polyederförmigen Elements um
eine zur Drehachse des Spiegels senkrechte Achse mit einer Spiegelanordnung zum Empfang eines
Strahlenbündels von einem Objektiv und zum Reflektieren dieses Strahlenbündels. Bei bekannten optischen
Anordnungen dieser Art reflektiert das rotierende polyederförmige Element das von eim;m Objekt
kommende fokussierte Strahlenbündel, so daß die Ebenflächigkeit des reflektierten Bildes beeinträchtigt
wird. Ferner muß bei der bekannten optischen Anordnung das rotierende polyederförmige
Element unerwünscht groß sein, wenn das Bild in einem relativ großen Bereich abgetastet werden soll.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Anordnung zum mechanischen Abtasten eines von
einem Objektiv erzeugten Bildes durch Drehen eines reflektierenden Polyeders zu schaffen, die ohne Beeinträchtigung
der Ebenflächigkeit des Bildes eine Erhöhung der Drehzahl des rotierenden Polyeders
und eine Vergrößerung der Abtastzeilenfrequenz oder der Bildfrequenz ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer optischen Anordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise ein erstes Objektiv zum Umwandeln des von der
Spiegelanordnung reflektierten Strahlenbündels in ein Parallelstrahlenbündel, in dessen Strahlengang das
drehbare polyederförmige Element mit mehreren reflektierenden Flächen angeordnet ist, und ein zweites
Objektiv zum Erzeugen eines scharfen Bildes mit Hilfe des von mindestens einer der reflektierenden
Flächen des polyederförmigen Elements reflektierten Strahlenbündel vorgesehen sind, daß das Verhältnis
zwischen der Brennweite des ersten Spiegels und des ersten Objektivs groß und zwischen dem Objektiv
und dem pclyederförmigen Element mit reflektierenden Flächen eine Austrittspupille angeordnet ist. Da
in der erfindungsgemäßen optischen Anordnung durch das drehbare polyederförmige Element ein
Parallelstrahlenbündel reflektiert wird, ist die Ebenflächigkeit des durch das zweite Objektiv erzeugten
Bildes wesentlich verbessert. Durch das erfindungsgemäße Verhältnis der Brennweite wird der Durchmesser
des parallelen Strahlenbündel verminuert, so daß zur Erhöhung der Drehzahl des rotierenden
Polyeders ein kleineres rotierendes Element eingesetzt werden kann.
Aus der DT-PS 6 56 475 ist eine optische Anordnung zur Bildzusammensetzung oder Bildzerlegung
für Fernsehzwecke bekannt, bei der ein erstes Objektiv zum Umwandeln des von der Spiegelanordnung
reflektierten Strahlenbündel in ein Parallelstrahlenbündel, in dessen Strahlengang das polyederförmige
Element mit mehreren reflektierenden Flächen angeordnet ist, und ein zweites Objektiv zum
Erzeugen eines scharfen Bildes mit Hilfe des von mindestens einer der reflektierenden Flächen des
polyederförmigen Elements reflektierten Strahlenbündels vorgesehen sind. Diese bekannte Anordnung,
die vermeiden soll, daß die von den einzelnen Spiegeln gezogenen Zeilen sich entweder überdecken
oder aber Lücken zwischen ihnen verbleiben, so daß helle oder dunkle Streifen zwischen den Zeilen entstehen,
vermag insbesondere das erfindungsgemäße Verhältnis der Brennweiten in der erfindungsgemäßen
Merkmalskombination nicht nahezulegen.
Zweckmäßigerweise teilen die reflektierenden Flächen des polyederförmigen Elements das Parallelstrahlenbündel
in zwei Teilstrahlcnbündel, wobei Spiegel zum getrennten Reflektieren und Wiedervereinigen
der Teilstrahlcnbündel zu einem Parallelstrahlenbündel und zu dessen Richten auf das zweite
Objektiv vorgesehen sind. Die Aufteilung eines Parallelstrahlenbündels
in zwei Teilstrahlenbündel und deren anschließende Zusammenfassung zu einem Parallelstrahlenbündel ist aus der DT-PS 5 85 700
an sich bekannt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Spiegelanordnung aus einem Hohlspiegel mit zentraler
Blendenöffnung und einem schwenkbaren ebenen, die von dem Hohlspiegel reflektierten Strahlen
durch die Blendenöffnung auf das erste Objektiv werfenden Spiegel.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend
an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 in einer Seitenansicht schematisch ein übliches System und
Fig. 2 das System nach Fig. 1 in einer Draufsicht;
Fig. 3 und 4 zeigen in größerem Maßstab in Draufsicht einen Teil des Systems nach F i g. 1 und 2
zur Erläuterung seiner Wirkungsweise;
Fig. 5 erläutert in einer schematischen Darstellung das Prinzip eines erfindungsgemäß verwendeten
afokalen Systems;
Fig. 6 zeigt schematisch in Draufsicht ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 7 ebenfalls schernatisch in Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 8 in Draufsicht ein drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
Fig. 1 und 2 zeigen ein bekanntes reflektierendes
optisches System, doch kann dasselbe Prinzip auch auf ein lichtbrechendes optisches System angewendet
werden. Das in Fig. 1 und 2 dargestellte optische-System
besitzt einen Hohlspiegel 1 α und einen ersten Spiegel 1 mit einer Blendenöffnung 4. Das von dem
ersten Spiegel 1 fokussierte Strahlenbündel R wird von einem ebenen zweiten Spiegel 2 reflektiert und
tritt durch die Blendenöffnung 4 des ersten Spiegels 1. In dem Strahlengang des durch die Blendenöffnung 4
getretenen Strahlenbündels ist ein polyederförmices Element 5 angeordnet, das von mehreren ebenen reflektierenden
Flächen 6 umgeben ist. Das von einer der reflektierenden Flächen 6 reflektierte Strahlenbündel
erzeugt in einer geeignet bemessenen öffnung? ein Bild, das von einem Bildempfänger 8 empfangen
wird. Der zweite Spiegel 2 schwingt um eine horizontale Achse 3, die durch den Schnittpunkt der
optischen Achse mit der reflektierenden Fläche dieses Spiegels 2 geht und zu der optischen Achse rechtwinklig
ist. Das polyederförmige Element 5 dreht sich in der Richtung des Pfeils um eine vertikale
Achse 5a. Man erkennt daher, daß das von dem Gegenstand kommende Strahlenbündel in der vertikalen
und horizontalen Richtung abgetastet wird.
Wenn in einem derartigen optischen System der optische Abstand zwischen der Blendenöffnung 4 in
dem ersten Spiegel 1 und der Öffnung 7, in welcher das Bild erzeugt wird, zu groß wird, muß der zweite
Spiegle 2 sehr groß oder der Abstand zwischen dem ersten Spiegel 1 und dem zweiten Spiegel 2 klein sein,
wenn das System eine hohe Lichtstärke hat bzw. die zentral in dem gewölbten Spiegel 1 angeordnete
Blendenöffnung relativ groß ist. Daher müssen die Blendenöffneung 4 des ersten Spiegels 1 und die Öffnung
7 in einem relativ kurzen Abstand voneinander angeordnet werden und müssen die reflektierende
Fläche 6 des rotierenden Elements 5 und die öffnung 7 in einem noch kleineren Abstand voneinander
angeordnet werden. Bei einem so kleinen Abstand zwischen der reflektierenden Fläche 6 des rotierenden
Elements 5 und der öffnung 7 treten folgende Nachteile auf:
Aus der F i g. 3 geht hervor, daß das optische Bild 9 eines Objekts vor seiner Reflexion auf der reflektierenden
Fläche 6 des rotierenden Elements 5 die erforderliche Ausdehnung hat und der reflektierte
mittlere Strahl 10 dieses optischen Bildes 9 in der öffnung 7 ein Bild erzeugt, wenn die reflektierende
Fläche 6 unter einem Winkel von 45° zu der optischen Achse geneigt ist. Zum Reflektieren des an
dem horizontalen Rand des optischen Bildes 9 vorhandenen Randstrahls 11 derart, daß dieser zum Erzeugen
eines scharfen Bildes in der öffnung 7 verwendet wird, wie dies in F i g. A gezeigt ist, muß die
reflektierende Fläche 6 um einen Winkel Θ gedreht werden. Dieser Verdrehungswinkel Θ muß natürlich
bei zunehmendem Bildwinkel bzw. bei zunehmendem Abstand zwischen dem mittleren Strahl 10 und
dem Randstrahl 11 und bei abnehmendem Abstand α zwischen der Reflexionsstelle auf üer reflektierenden
Fläche 6 und der Öffnung 7 kleiner werden. Wenn die reflektierende Fläche 6 um einen Winkel
Θ gedreht worden ist, liegt der der öffnung 7 zugeordnete
Punkt nicht am Ort des Randstrahls I1., sondern gemäß Fig. 4 an dem Ort 12. In einem Koordinatensystem,
dessen Nullpunkt auf dem mittleren Strahl 10 liegt, wird die Lage dieses Punktes 12 mit
Hilfe der Koordinaten x, y wie folgt angegeben:
.ν= —2a sin2 Θ
y = 2 a sin Θ cos Θ
Infolgedessen wird der Punkt 12 in der öffnung 7 scharf abgebildet, während der Randstrahl 11 in der
Öffnung 7 nur ein unscharfes Bild erzeugt. Wenn der Winkel Θ groß ist, wie vorstehend angegeben wurde,
wird der Wert A' beträchtlich groß und überschreitet
er die die praktisch zulässige Grenze.
Zusätzlich zu dem vorstehend angegebenen Problem tritt noch ein weiteres auf. Damit der Randstrahl
11 verlustfrei reflektiert wird, muß die reflektierende Fläche 6 so groß sein, daß sie das ganze
optische Bild 9 aufnehmen kann, wie dies aus der F i g. 4 deutlich hervorgeht.
Das Problem der Ebenflächigkeit des Bildes kann dadurch gelöst werden, daß die reflektierende Fläche
nicht an einer Stelle, an der die Lichtstrahlen konvergieren, sondern an einer Stelle, an der die Lichtstrahlen
parallel sind, gedreht oder hin- und herbewegt wird. An einer Stelle, an der die Lichtstrahlen
parallel sind, ist nämlich kein Bild vorhanden und wird der Abstand eines außerhalb der optischen
Achse angeordneten Gegenstandspunktes von der optischen Achse nur durch den Neigungswinkel des
von dem außerhalb der optischen Achse liegenden Gegenstandspunkt ausgesendeten Strahls gegenüber
der optischen Achse bestimmt.
F i g. 5 zeigt ein afokales optisches System, in dem
ein Parallelstrahlenbündel verwendet wird.
Gemäß F i g. 5 wird von einem auf der optischen Achse liegenden Punkt eines entfernten Gegenstandes
ein Strahlenbündel 13 ausgesendet, das durch das afokale optische System hindurchgeht und als
Parallelstrahlenbündel 13' projiziert wird. Ein von einem außerhalb der optischen Achse liegenden
Punkt ausgesendetes Strahlenbündel 14 wird als Parallelstrahlenbündel
14' projiziert. Wenn daher das vorstehend genannte rotierende Polyeder vor odei
hinter dem afokalen optischen System angeordnet ist, erfolgt die Abtastung eines Gegenstandes mit einer
bestimmten Ausdehnung nur durch die Veränderung der Winkelstellung der reflektierenden Fläche, so
daß die Ebenflächigkeit des Bildes verbessert werden kann. Eine Anordnung der reflektierenden Fläche
vor dem Objektiv hat jedoch im allgemeinen den Nachteil, daß die reflektierende Fläche relativ groß
sein muß, wodurch cine schnelle Abtastung erschwert und bei einem relativ nahe bei dem System angeordneten
Gegenstand die Parallelität der Strahlen beeinträchtigt wird.
In bevorzugten Ausfülmingsformcn der Erfindung
wird daher ein afokalcs Objektiv verwendet, auf dessen Austrittsseite ein rotierendes Polyeder angeordnet
ist, das zum Abtasten dient.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das optische System nach Fig. 6 besitzt ähnlich wie das System nach F i g. 1 und 2 einen ersten
Spiegel 1 mit einer konkaven reflektierenden Fläche Ι« und einer Blendenöffnung 4. Das Strahlenbündel
R wird von der reflektierenden Fläche la des ersten Spiegels 1 auf einen zweiten Spiegel 2 reflektiert,
der eine ebene reflektierende Fläche besitzt, und zum Erzeugen eines Bildes 15 am Brennpunkt verwendet.
Von dem Bild 15 tritt das Strahlenbündel durch die Blendenöffnung 4 in dem ersten Spiegel 1
und wird von einem der Blendenöffnung 4 benachbarten Objektiv 16 in ein Parallelstrahlenbündel umgewandelt.
In dem Strahlengang des von dem Objektiv 16 abgegebenen Parallelstrahlenbündels ist ein
rotierendes polyederförmiges Element 17 angeordnet, das mehrere reflektierende Flächen 10 hat. Das
Parallelstrahlenbündel wird von einer der reflektierenden Flächen 10 reflektiert und tritt durch ein Abbildungsobjektiv
19, das in der Öffnung 7 ein Bild erzeugt, das von einem Bildempfänger 8 empfangen
wird.
Wenn das auf der Austrittsseite eines afokalen optischen Systems angeordnete Objektiv aus einer
konvexen Linse besteht, sieht man hinter dieser Linse eine Austrittspupille vor, durch die das ganze Strahlenbündel
tritt. Man kann den Durchmesser der Austrittspupille verkleinern, wenn das Verhältnis zwischen
der Brennweite des Eintrittsobjektivs und der Brennweite des Objektivs auf der Austrittsseite des
Systems groß ist. Diese Austrittspupille ist in F i g. 5 mit 20 bezeichnet. In der Anordnung nach F i g. 6 ist
die reflektierende Fläche 18 eines rotierenden polyederförmigen
Elements 17 an dem Ort der Austrittspupille eines afokalen Systems angeordnet, das aus
einem ersten Spiegel 1, einem zweiten Spiegel 2 und einem Objektiv 16 besteht, und ist das Verhältnis
zwischen der Brennweite des ersten Spiegels 1 und des Objektivs 16 groß, so daß das rotierende polyederfc
irrige Element 17 relativ klein sein kann.
Das afokale System hat außerdem folgende Vorteile: Selbst wenn das Strahlenbündel an der Austrittspupille
in zwei oder mehrere kleinere Teilstrahlenbündel geteilt wird, können alle diese kleineren
Teilstrahlenbündel an einem Punkt scharf abgebildet wurden, wenn sie gleichzeitig und unter demselbei
Einfallswinkel in das Objektiv eintreten. Diese Maß nähme ermöglicht die Durchführung eines Verfall
rens, in dem das Strahlenbündel durch gleichzeitig« Verwendung von zwei oder mehreren reflektierender
Flächen des rotierenden polycdcrförmigcn Element: anstatt nur einer reflektierenden Fläche in zwei ode
mehrere kleinere Teilstralilenbiindel geteilt werden
die dann wieder vereinigt werden. Bei gleichzeitige ίο Verwendung von zwei oder mehreren reflektierender
Flächen für ein Strahlenbündel festgelegter Größi kann die einzelne reflektierende Fläche natürlicl
kleiner sein, so daß das rotierende polyederförmige Element beträchtlich kleiner ausgeführt werden kann
Dadurch wird die räumliche Auslegung des ganzer optischen Systems erleichtert und wird es ermöglicht,
das rotierende polyederförmige Element mi Hilfe eines nur schwachen Motors mit einer so hoher
Drehzahl zu drehen, wie sie bei einem großen rotierenden Element nicht erzielt werden konnte. Da
durch wird die Abtastgeschwindigkeit erhöht. Mar kann daher den Vorteil erzielen, daß die Abtast-Zeilenfrequenz
oder die Bildfrequenz erhöht werdei kann.
Ein Ausführungsbeispiel mit diesen vorteilhafter Merkmalen ist in F i g. 7 gezeigt. Hier wird das vor
dem Objektiv 16 abgegebene, parallele Strahlenbün del von den reflektierenden Flächen 21 und 22 eine;
kleinen rotierenden polyederförmigen Elements 17 in zwei reflektierte Strahlenbündel geteilt, die vor
den ortsfesten Spiegeln 23, 24 und 25 reflektier und wieder zu einem einzigen Strahlenbündel vereinigt
werden, das von dem Abbildungsobjektiv 1? zum Erzeugen eines Bildes in der öffnung 7 verwen
det wird.
In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. (
und 7 haben die rotierenden polyederförmigen EIe mente die Form von Tetraedern, doch versteht ec
sich, daß das vorstehend angegebene Merkmal aucl in Systemen angewendet werden kann, in denen da;
polyederförmige Element eine andere Form, ζ. Β gemäß F i g. 8 die Form eines Hexaeders, hat.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor daß beim mechanischen Abtasten eines optischen BiI
des die Ebenflächigkeit des Bildes verbessert und eir etwas kleineres rotierendes polyederförmiges Elemen
verwendet werden kann, wenn man ein afokale: optisches System verwendet. Ferner versteht es sich
daß die Größe des rotierenden polyederförmiger Elements beträchtlich herabgesetzt und seine Dreh
zahl erhöht werden kann, wenn man zwei oder meh rere reflektierende Flächen dieses Elements gleich
zeitig zur Teilung des Strahlenbündels verwendet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Optische Anordnung zum mechanischen Abtasten eines von einem Objektiv erzeugten Bildes
durch Drehen eines Spiegels und eines, reflektierenden polyederförmigen Elements um eine zur
Drehachse des Spiegels senkrechte Achse mit einer Spiegelanordnung zum Empfang eines Strahlenbündels
von einem Objektiv und zum Reflektieren dieses Strahlenbündels, dadurch gekennzeichnet,
daß in an sich bekannter Weise ein erstes Objektiv (16) zum Umwandeln
des von der Spiegelanordnung (1, 2) reflektierten Strahlenbündels in ein Patallelstrahlenbündel,
in dessen Strahlengang das drehbare polyederförmige Element (17, 17') mit mehreien reflektierenden
Flächen (21) angeordnet ist, und ein zweites Objektiv (19) zum Erzeugen eines scharfen
Bildes mit Hilfe des von mindestens einer der reflektierenden Flächen des polyederförmigen
Elements (17, 17') reflektierten Strahlenbündels vorgesehen sind, daß das Verhältnis zwischen der
Brennweite des ersten Spiegels (1) und des ersten Objektivs (16) groß und zwischen dem Objektiv
(16) und dem polyederförmigen Element (17, 17') mit reflektierenden Flächen (21) eine Austrittspupille
angeordnet ist.
2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden
Flächen (21) des polyederförmigen Elements (17') das Parallelstrahlenbündel in zwei Teilstrahlenbündel
teilen und daß Spiegel (23, 24,25) zum getrennten Reflektieren und Wiedervereinigen
der Teilstrahlenbündel zu einem Parallelstrahlenbündel und zu dessen Richten auf das
zweite Objektiv (19) vorgesehen sind.
3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung
(1) aus einem Hohlspiegel (la) mit zentraler Blendenöffnung (4) und einem schwenkbaren,
ebenen, die von dem Hohlspiegel (1 a) reflektierten Strahlen durch die Blendenöffnung (4)
auf das erste Objektiv (16) werfenden Spiegel (2) besteht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702017848 DE2017848C3 (de) | 1970-04-14 | optische Anordnung zum mechanischen Abtasten eines von einem Objektiv erzeugten Bildes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702017848 DE2017848C3 (de) | 1970-04-14 | optische Anordnung zum mechanischen Abtasten eines von einem Objektiv erzeugten Bildes |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2017848A1 DE2017848A1 (de) | 1971-10-28 |
DE2017848B2 true DE2017848B2 (de) | 1975-10-30 |
DE2017848C3 DE2017848C3 (de) | 1976-10-28 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2017848A1 (de) | 1971-10-28 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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