DE2112771B2

DE2112771B2 - Anordnung zur bildaufnahme und/oder bildwiedergabe mit einem zweidimensional abgelenkten lichtstrahl, insbesondere fuer fadargeraete und -anlagen

Info

Publication number: DE2112771B2
Application number: DE19712112771
Authority: DE
Inventors: Maryse J Puteaux Barbet Jean Antony Gazard, (Frankreich)
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1970-03-17
Filing date: 1971-03-17
Publication date: 1972-12-21
Also published as: DE2112771A1; FR2082476A5; US3719780A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bildaufnahme und/oder Bildwiedergabe mit einem zweidimensional abgelenkten Lichtstrahl, ins-L'jsondere für Radargeräte und -anlagen, bei der ein vor- einem optischen Sender (Laser) erzeugter feiner energiereicher Lichtstrahl über eine erste Ablenkeinrichtung (Zeilenablenkung), eine zweite Ablenkeinrichtung (Bildablenkung) und eine nachgeordnete Optik auf eine Bildebene auftrifft, bei der ferner die

beiden Ablenkeinrichtungen durch mechanisch bewegte Planspiegel verwirklicht sind, und bei der zur Erzeugung der für die beiden Ablenkeinrichtungen erforderlichen zeilen- und bildsynchronen Steuergrößen ein Steuersignalgeber vorgesehen ist

ίο Einrichtungen dieser Art sind beispielsweise durch lie deutsche Offenlegungsschrift 1487666 für Projektionszwecke bekannt Für die Zeilenablenkeinrichtung wird dabei ein an einem piezoelektrischen Kristall angeordneter Planspiegel in Verbindung mit einer Lichtfaseroptik verwendet. Eine solche Ablenkeinrichtung ist relativ aufwendig, bringt über die Lichtfaseroptik relativ hohe Verluste mit sich und steht einer kompakten konstruktiven Ausführung der Gesamtanordnung entgegen.

Es sind auch Anordnungen zur Bildaufnahme und/ oder Bildwiedergabe bekannt, bei denen die zweidimensionale Ablenkung des Lichtstrahls rein elektrisch erfolgt und die hohe Strahlablenkgeschwindigkeiten ermöglichen, wie sie für die Aufnahme und Wiedergabe von Fernsehbildern erforderlich ist. Der apparatetechnische Aufwand ist für eine solche Anordnung in jedem Falle dann zu hoch, wenn, wie das bei Radaranlagen der Fall ist, die aufzunehmenden bzw. wiederzugebenden Bilder sich über der Zeit relativ langsam ändern. Der durchschnittliche Änderungsrhythmus entspricht hier etwa der Umlaufzeit einer Radarantenne, die in der Größenordnung einige·· Sekunden liegt. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es bei den hier auftretenden S^f-ahlablenkgeschwindigkeiten anzustreben, die Ablenkeinrichtung mit mechanischen Mitteln zu verwirklichen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, daß die für die Bildaufzeichnung bzw. Bildwiedergabe erforderliche Strahlenergie möglichst klein gehalten wird, da die Kosten bei Verwendung einer mitunter wünschenswerten kohärenten Lichtquelle mit zunehmender geforderter Strahlenergie sehr schnell ansteigen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, für eine solche Anordnung zur Bildaufnahme und/ oder Bildwiedergabe eine weitere Lösung anzugeben, die bei einfacher Gestaltung einen kompakten Aufbau bei geringen Abmessungen zuläßt und darüber hinaus für den abzulenkenden Lichtstrahl minimale Verluste bringt.

Die beispielsweise von einer Radarantenne für eine Bildaufnahme gelieferten Informationen müssen in der Regel für ihre Wiedergabe zunächst gespeichert werden. Solche Speichereinrichtungen sind relativ aufwendig, sofern die Aufzeichnung nicht auf Filmen erfolgt. Herkömmliche Filme haben jedoch den Nachteil, daß sie entwickelt werden müssen und sich auch nur einmal verwenden lassen.

Der Erfindung liegt daher die weitere Aufgabe zugründe, für eine solche Anordnung zur Bildaufnahme und/oder Bildwiedergabe eine einfache Lösung für die löschbare Aufzeichnung von Bildern mit Hilfe eines zweidimensional abgelenkten Lichtstrahls anzugeben.

Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die erste Ablenkeinrichtung ein Schleifenoszillograf und die zweite Ablenkeinrichtung ein drehbarer Planspiegel mit einer zur Dreh-

achse des Schleifenoszillografen senkrechten Achse ist, die von den bildsynchronen Steuergrößen im Rhythmus der Bildfolgefrequenz über eine elektromagnetische Kupplung an einen elektromotorischen Antrieb konstanter Drehzahl an- und abschaltbar ist und eine Rückstilleinrichtung aufweist, und daß die Bildebene von einem fotochromatischen Informationsträger gebildet ist

Der die erste Ablenkeinrichtung darstellende Schleifenoszillograf ergibt bei sehr einfachem Aufbau eine relativ hohe Ablenkgeschwindigkeit bei relativ großem Ablenkwinkel. Dies ermöglicht einen sehr kleinen Abstand des Planspiegels des Schleifenoszillografcn vom Drehspiegel der zweiten Ablenkeinrichtung. Die zweite Ablenkeinrichtung ermöglicht ihrerseits mit Hilfe der elektromagnetischen Kupplung und der Rückstelleinrichtung einen sehr kompakten Aufbau dieser zweiten Ablenkeinrichtung, zumal hier auch die Steuerung sich in einem rechteckförmigem Steuersignal für die elektromagnetische Kupplung erschöpft. Die Verwendung von zwei Planspiegeln einerseits und die kurze Wegstrecke, die der abzulenkende Strahl zwischen den beiden Planspiegeln zurückzulegen hat, gewährleisten neben den kleinen Abmessungen der Gesamtablenkeinrichtung minimale Strahlverluste.

Diesen minimalen Strahlverlusten kommt im Hinblick auf die Verwendung eines fotochromatischen Informationsträgers im Bereich der Bildebene der der zweiten Ablenkeinrichtung nachgeschalteten Optik insofern eine besondere Bedeutung zu, als derartige Materialien als Aufzeichnungsträger relativ unempfindlich sind, also für eine einwandfreie Aufzeichnung eine relativ hohe Energie der auftreffenden Strahlung benötigen.

Fotochrommaterialien, wie Spiropyrane. Anile sowie mit Silberhalogenen dotierte Gläser, sind bekannt. Sie ändern ihre Farbe in noch unbekannter Weise unter der Einwirkung elektromagnetischer Strahlung, derart, daß sie von einem farblosen in einen farbigen Zustand übergehen. Manche Materialien können unter Einwirkung einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 4800 A gefärbt werden. Elektromagnetische Strahlung mit einer solchen Wellenlänge liefert beispielsweise ein Argon-Laser. Die Umkehr vom gefärbten in den ungefärbten Zustand kann bei solchen Fotochrommaterialien durch deren Erwärmung herbeigeführt werden. Manche Fotochrommatcrialien haben auch die Eigenschaft, daß sie einige Minuten nach der Bestrahlung spontan wieder in den Ausgangszustand übergehen.

Die geringen Strahlverluste, die die Gesamtanordnung der Ablenkeinrichtung mit sich bringt, ermöglicht es, trotz der bei Verwendung fotochromatischer Informationsträger erforderlichen relativ hohen Energie des einfallenden Lichtstrahls von einem Laser mit einer relativ geringen Ausgangsstrahlenergie beispielsweise in der Größenordnung von 100 mW auszukommen.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Aufzeichnen eines Videcbilde.s auf einen Film ist im Strahlengang des Lichtstrahls ein elektrooptischer Modulator, vorzugsweise am Ausgang des optischen Senders, angeordnet.
," Zweckmäßig wird in diesem Falle das Videobild arJf Fotochromfilm aufgezeichnet und als optischer Sender ein Argon-Laser vorgesehen. Der elektrooptische Modulator für den Laserstrahl nutzt zweckmäßig den Pockels-Effekt aus.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist ein optoelektronischer Detektor vorgesehen, der das vom Lichtstrahl zeilenweise abgetastete Bild empfängt und ausgangsseitig mit einem Magnetbandspeicher verbunden ist, der außer den Videobildsignalen die Zeilen- und Bildsynchronisiersignale empfängt

ίο Zur Erzielung einer hochlinearen Ablenkung des Lichtstrahls in zwei Richtungen ist es vorteilhaft, wenn das Steuersignal am Steuereingang einerseits der ersten Ablenkeinrichtung ein Sägezahn von bestimmter Steilheit und Zeitdauer und andererseits der

is zweiten Ablenkeinrichtung ein Rechteckimpuls bestimmter Zeitdauer ist.

An Hand von in der Zeichnun- dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindun3 im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 die schematische Darstellung einer Anordnung Zvir Sichtanzeige nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Zeitdiagramm der Steuersignale für die erste Ablenkeinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 3 ein Zeitdiagramm der Steuersignale für die zweite Ablenkeinrichtung,

F i g. 4 die Darstellung der ersten und zweiten Ablenkeinrichtung im Längsschnitt nach der Erfindung, F i g. 5 die Darstellung der ersten und zweiten Ablenkeinrichtung in Draufsicht nach der Erfindung.

F i g. 6 eine weitere schematische Darstellung einer Anordnung nach der Erfindung.

In der in F i g. 1 dargestellten Anordnung zur Aufzeichnung und Sichtanzeige wird das Videobild auf einen fotoempfindlichen Film 8 aufgezeichnet. Das aufgezeichnete Bild wird anschließend mit Hilfe einer Projektion auf dem Schirm 16 sichtbar gemacht. Für manche Anwendungsfälle ist es sinnvoll, einen durchsichtigen Fotochromfüm anitatt eines fotografischen Films zu verwenden, weil der Fotochromnlm nicht entwickelt zu werden braucht und darüber hinaus eine höhere Brillanz als der fotografische Film aufweist. Darüber hinaus läßt sich der Fotochromfilm unmittelbar nach der Aufzeichnung zur Projektion auf den Schirm 16 benutzen und ist nach wenigen Minuten für eine weitere Aufzeichnung verwendbar. Das zur Darstellung zu bringende Bildsignal SF kann beispielsweise den Informationsinhalt eines beweglichen Bildes haben, das über einen Radai -chirm während einer Antennenumdrehung ermittelt wird. Die Verwendung von Fotochiomfilmmaterial hat den Vorteil, daß das zur Darstellung zu bringende Bild viel länger gespeichert werden kann als dies n.lt einer entsprechenden Elektronenröhre möglich ist. Die Ablenkung des Lichtstrahls muß in diesem Falle synchron mit der Antennendrehung und die Zeilenablenkung synchron mit der Radar-Wiederholungsperiode vorgenommen werden.

Der optische Sender 1, z. B. ein Laser, liefert einen feinen Lichtstrahl 2 hoher Intensität. Der Planspiegel 3 eines Schleifenoszillografen stellt das Ablenkorgan der ersten Ablenkeinrichtung dar. Ein gebräuchlicher elektrooptischer Modulator 4, beispielsweise ein den Pockels-Effekt ausnutzender Modulator, ist im Strahlengang zwischen dem optischen Sender 1 und der ersten Ablenkeinrichtung angeordnet. Der am Planspiegel 3 reflektierte Lichtstrahl 5 wird gegen

5 6

den reflektierenden Planspiegel 6 abgelenkt, der das einiger Entfernung angebrachten Schirm 16 proji-Ablenkorgan der zweiten Ablenkeinrichtung ist. ziert. Der in F i g. 1 angegebene Block 14 symboli-Nach Reflexion am Planspiegel 6 trifft der Licht- siert die Gesamtheit der Stromkreise, die das Bildsistrahl durch das Objektiv 7 auf den Film 8 auf. Das gnalSKund die ihm entsprechenden Zeilen-und Bild-Objektiv? fokussiert den Lichtstrahl! auf die Ebene 5 ablenksignale SL und Sl liefern. Der Block 14 Hedes Films 8. Die Planspiegel 3 und 6 werden von au- fert auch die geregelte Steuerspannung für das An-Dcren elektrischen Signalen gesteuert, die ihre Dre- triebsorgan 11.

hung in um zueinander senkrecht ausgerichtete Dreh- Die F i g. 4 und 5 stellen ein Ausführungsbeispiel

achsen bewirken. Der Planspiegel 3 der ersten Ab- einer aus einer ersten und einer zweiten Ablcnkein-

lenkeinrichtung ist für die lineare optische Zeilenab- io richtung bestehenden optischen Ablenkeinheit nach

lenkung, und der Planspiegel 6 der zweiten Ablenk- der Erfindung dar. Der Längsschnitt nach Fig.4

einrichtung für die lineare, zur Zeilenablenkung zeigt die elektromagnetische Kupplung, die die feste

senkrechte Bildablenkung zuständig. Die Zeilen- Spule 20 aufweist und deren Endanschlüsse den

ablenksignale SL und die Bildablenksignale 5/werden Steuereingang für das Bildablenksignal SI sind. Die

vom Bildsignal SV abgeleitet, in dem sie enthalten 15 Kupplung weist ferner eine feste Platte 21 und eine

sind. Mitnahmeplalte 22 auf. Die Mitnahmeplatte 22 ver-

Im Zeitdiagramm der F i g. 2 bedeuten A das Zei- schiebt sich längs der Achse 23, wenn die Spule 20

^synchronisiersignal und B das Zeilenablenksignal stromführend ist, und kommt in Kontakt mit der fe-

SL, das hierbei eine Sägezahnspannung ist. Die An- sten Platte 21, der sie die gleichmäßige Drehbewe-

sliegszeit T1 des Sägezahns entspricht der linearen ao gung, in der sie sich befindet, mitteilt. Die Mitnah-

Abtastung einer Zeile und die Abfallzeil /1 dem Zei- meplatte 22 wird von einem Motor über ein Unter-

lcnrücklauf. Das Zeilenablenksignal SL wird der Setzungsgetriebe, die beide im Block 24 in F i g. 4

Spule 9 des Schleifenoszillografen zugeführt und be- angedeutet sind, angetrieben. Diese Bewegung wird

wirkt eine gleichförmige Drehung des Planspiegels 3 ihrers«. ils auf die Achse 25 und den an ihr mittels der

um die Achse 3' in der Drehrichtung X mit dem ma- 35 Endhalterungen 26 und 27 angebrachten Planspie-

ximalen Drehwinkel (-). Im Zeitdiagramm nach F i g. 3 gel 6 übertragen. Die Achse 25 ist in den im Gehäuse

bedeuten C das Bildsynchronisiersignal und D das 28 verankerten Kugellagern 29 und 30 drehbar gela-

Bildahlenktignai Sl. Die Abtastdauer eines Bildes ist gert.

mit T 2 und die Rückholzeit mit 12 bezeichnet. Die Die in F i g. 4 dargestellte Draufsicht auf die opti-Anzahl der Zeilen kann entsprechend einem Fern- 30 sehe Ablenkeinheit zeigt den Strahlengang zwischen sehbild mehrere Hundert pro Bild betragen. Das Bild- dem Planspiegel 6 und dem Planspiegel 3 des ablenksignal SI ist dem SteuereingHng der elektro- Schleifenoszillografen 31. Der Schleifenoszillograf 31 magnetischen Kupplung 10 nach F i g. 1 zugeführt, und mit ihm sein Planspiegel 3 sind winkelmäßig die sinnvollerweise eine Kupplung mit einer festste- durch Drehen und Fixieren in der Halterung 32 festhendcn Spule ist. Ein Teil der Kupplung ist mit dem 35 gelegt. Die hierfür zur Anwendung gelangenden Antriebsorgan 11 fest zusammengebaut, das einen Blockierungsmittel sind in den Fig. 4 und 5 nicht Antrieb mit gleichmäßiger Drehung darstellt und dargestellt. Ferner weist die optische Ablenkeinheit zweckmäßig aus einem geregelten Gleichstrommotor zur Fokussierung des Lichtstrahls das auf der Haltebesteht, der mit einem Geschwindigkeitsregler gekop- rung 34 befestigte Objektiv 33 auf. Die Rückstelleinpelt ist. Die Regelung kann in bekannter Weise unter 40 richtung für den Planspiegel 6 in dessen Ausgangs-Verwendung eines Tachometergenerators vorgenom- lage besteht aus der Feder 35 und einem mechanimen werden, der am Achsende des Gleichstrommo- sehen Anschlag, dessen Elemente mit 36 und 37 betors angebracht ist, und dessen Spannung in Gegen- zeichnet sind. Der Anschlag ist durch Verschieben kopplung in den Speisekreis eingeführt wird. Der an- der Schraube 37 nach Lösen der Gegenmutter 38 dere Teil der Kupplung 10 ist mit der mechanischen 45 verstellbar ausgeführt.

Achse 12, die die Drehrichtung Y hat und den Plan- Die Benutzung des Planspiegels eines Schleifen-Spiegel 6 trägt, fest zusammengebaut. Mit Beginn des oszillografen ermöglicht eine schnelle Zeilenablen-Impulses der Zeitdauer T2 nach Fig.3 treten beide kung um einen beträchtlichen Winkelwert. Die in Kupplungsteil miteinander in Eingriff, und das An- den F i g. 4 und 5 dargestellte optische Ablenkeinheit triebsorgan bewegt den Planspiegel 6 in gleichmäßi- 50 ermöglicht in 10 Sekunden 600 Zeilen einzuspeiger Drehung in Drehrichtung Y um die Achse 12. ehern, und zwar bei einem Zeilenablenkwinkel von Die Motorgeschwindigkeit des Antriebsorgans wird 2 0 = 20° und bei einem Bildablenkwinkel von dabei so geregelt, daß sich der Planspiegel 6 während 2 φ = 30° sowie einer Rückholzeit bei der Bildablender Zeitdauer Γ 2 um den Winkel φ dreht. Am Ende kung von weniger als 10 msec, der Zeitdauer 72 und damit am Ende eines Bildes 55 Die Ablenkeinrichtung nach der Erfindung kann wird die Kupplung ausgerückt und mittels der Rück- auch zum Einspeichern einer wiederzugebenden stelleinrichtung 13 eine rasche Rückkehr des Plan- Bildaufnahme auf einen Magnetbandspeicher, wie spiegeis 6 in die Ausgangsstellung herbeigeführt. Die das in F i g. 6 schematisch dargestellt ist, vorgesehen Rückstelleinrichtung 13 kann aus einer Feder und sein. Der unmodnlierte Lichtstrahl 2 des optischen einem mechanischen Anschlag bestehen. Am Ende 60 Senders 1 wird Zeile für Zeile über die durchsichtig« der Rückholzeit ti kann ein neuer Zyklus für das Aufnahme 40 abgelenkt. Ein hinter der Aufnahme folgende Bild beginnen. Eine in Fig. 1 nicht näher 40 angeordneter optoelektrischer Detektor 41, z.B. dargestellte Anordnung gestattet die Mitnahme und ein aus einer Fotozelle bestehender Detektor, überdas Festhalten des Filmes8 während der Zeiten ti trägt das auf diese Weise empfangene Bildsignal SV und Tl. Ein auf dem Fotochromfilm auf gezeichne- 65 auf das Bandaufnahmegerät 42. Die erforderlichen tes Bild gelangt im Rhythmus des Filmtransports Zeilen- und BUdsynchromsiersignale werden vom zum Objektiv eines zugehörigen Projektionsgerätes Generator 43 erzeugt und den Schaltungen 44 und 15, das das aufgezeichnete Bild vergrößert auf den in 45 zugeführt, die hieraus das Zeilenablenksignal SL

und das Bildablenksignal 5/ erzeugen. Gleichzeitig werden die Zeilen- und Bildsynchronisiersignale an entsprechende Eingänge des Bandaufnahmegeräts 42 angelegt, das beispielsweise ein Stereogerät ist. Der Block 46 stellt die geregelte Stromversorgung für das

Antriebsorgan 11 dar. Das Bandaufnahmegerät 42 kann entsprechend der Anordnung nach F i g. 1 wiederum dazu benutzt werden, einen Fotochromfilm zu belichten, um eine Sichtanzeige durch Projektion zu ermöglichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

209552/437

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Bildaufnahme und/oder Bildwiedergabe mit einem zweidimensional abgelenkten Lichtstrahl, insbesondere für Radargeräte und -anlagen, bei der ein von einem optischen Sender (Laser) erzeugter feiner energiereicher Lichtstrahl über eine erste Ablenkeinrichtung (Zeilenablenkung), eine zweite Ablenkeinrichtung (Bildablenkung) und eine nachgeordnete Optik auf eine Bildebene auftrifft, bei der ferner die beiden Ablenkeinrichtungen durch mechanisch bewegt ? Planspiegel verwirklicht sind, und bei der zur Erzeugung der für die beiden Ablenkeinrichtungen erforderlichen zeilen- und bildsynchronen Steuergrößen ein Steuersignalgeber vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ablenkeinrichtung ein Schleifenoszillograf und die zweite Ablenkeinrichtung ein drehbarer Planspiegel (6) mit einer zur Drehachse (3') des Schleifenoszillografen senkrechten Achse (12) ist, die von den bildsynchronen Steuergrößen im Rhythmus der Bildfolgefrequenz über eine elektromagnetische Kupplung an einen elektromotorischen Antrieb konstanter Drehzahl an- i>nd abschaltbar ist und eine Rückstelleinrichtung aufv iist, und daß die Bildebene von einem fotochromatischen Informationsträger (8) gebildet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des Lichtstrahls (2) ein elektrooptischer Modulator (4) vorzugsweise am Ausgang des optischen Senders

(1) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß ein optoelektronischer Detektor (41) vorgesehen ist, der das vom Lichtstrahl

(2) zeilenweise abgetastete Bild empfängt und ausgangsseitig mit einem Bandspeichergerät (42) verbanden ist, der außer den Videobildsignalen die Zeilen- und Bildsynchronisiersignale empfängt.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sender (1) ein Argon-Laser ist und daß der elektrooptische Modulator (4) den Pockels-Effekt ausnutzt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal am Steuereingang einerseits der ersten Ablenkeinrichtung ein Sägezahn (ß) von bestimmter Steilheit und Zeitdauer und andererseits der zweiten Ablenkeinrichtung ein Rechteckimpuls (D) bestimmter Zeitdauer ist.