DE2212545A1

DE2212545A1 - Zeilenabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2212545A1
Application number: DE19722212545
Authority: DE
Inventors: Sundstroem Erik Wilhelm
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1971-03-15
Filing date: 1972-03-15
Publication date: 1972-09-28
Also published as: GB1327172A; SE357865B; FR2130228A1

Description

DR₁-ING₁RICHARDGLAWe · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DlPL-PHYS. DR. WALTER MOLL

MÜNCHEN HAMBURG MÜNCHEN

8MDNCHEN 26 rOSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (0811)22 6548 ■

2 HAMBURG 52 WAITZSTR. 12 TEL (0411) 89 22 55 TELEX 212921 spez

IHR ZEICHEN	IHRE NACHRICHT VOM₁	UNSER	ZEICHEN
		A	65
BETRIFFTi

MÜNCHEN

AKTIEBOLAGET BOI¹OES Bofors / Schweden

Zeilenabtastvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine mit einer Ablenkeinheit versehene mechanisch-optische Zeilenabtastvorrichtung, insbesondere für eine im optischen und/oder infraroten Wellenlängenbereich arbeitende Abbildungsvorrichtung.

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POSTSCHECK= HAMBURG 1470 07 . BANKi COMMERZBANK, HAMBURG, 53/22904· TELEGR.ι SPECHTZIES HAMBURQ bzw. SPECHTZIES MÖNCHEN

Bei verschiedenen Anwendungszwecken von thermographischen Kameras (sogenannten Infrarot-Kameras) ist es erforderlich, die Strahlungsintensität von einem Abschnitt oder einer Linie in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das in einem Strahlungsdetektor erzeugt wird, der über eine Ablenkvorrichtung, wie z.B. einen Reflektor, und andere Teile der Zeiienabtastvorrichtung ein ihm dargebotenes Gesichtsfeld mit raschen, sich wiederholenden Zeilenläufen in einer Richtung abtastet. Diese Zeilenläufe sind kombiniert mit einer langsamen Bewegung in einer zur erstgenannten Richtung senkrechten Richtung, um eine flächenmäßige Abtastung zu bewirken. Auf diese Weise erhält man eine Abtastung ähnlich derjenigen, die' in Fernsehsystemen verwendet wird.

Um den Anforderungen, wie sie von optimal arbeitenden Geräten für praktische Anwendungszwecke auf dem vorliegenden Gebiet gestellt werden, z.B. bei Infrarot-Kameras, zu genügen, muß die Abtastvorrichtung einer Anzahl von Bedingungen genügen, wie z.B. großer öffnungswinkel, großes Gesichtsfeld sowie ein leichtes Gewicht und eine äußere Gestaltung, die hohe Drehzahlen der Ablenkungseinheit zuläßt. Pur eine hohe Empfindlichkeit der Abtastvorrichtung ist es ferner erwünscht, daß die Ablenkeinheit ausschließlich reflektierende (spiegelnde) Oberflächen für den optischen Strahlengang benutzt, anstatt die optischen Strahlen in Prismen zu brechen,

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wodurch die Empfindlichkeit der Einrichtung stark herabgesetzt würde, in manchen lallen so weit, daß die maximal mögliche Empfindlichkeit begrenzt wird. Auch kann die Dispersion in den Prismen die Vorrichtung unbrauchbar machen für große Wellenlängen, die beispielsweise bei Infrarot-Kameras verwendet werden.

Besonders zwingend ist die Notwendigkeit für einen großen Bildwinkel, da der zulässige Abstand zwischen der Abtastvorrichtung und den abzutastenden Gegenständen und damit auch die Empfindlichkeit der Vorrichtung sehr stark vom Bildwinkel abhängen. Wichtig für die Rotationsgeschwindigkeit des Ablenkkörpers sind eine günstige Formgebung und ein geringes Gewicht. Durch Erfüllung dieser Voraussetzungen kann die Bildgeschwindigkeit, mit der die Abtastvorrichtung arbeiten kann, gesteigert werden, und ferner wird weniger Antriebsleistung benötigt und störende Geräusche werden herabgesetzt. Der zeitliche Wirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis zwischen der Zeit, in der das Blickfeld in der einen Richtung abgetastet wird, und dem Zeitintervall zwischen dem Beginn einer Zeilenabtastung bis zum Beginn der nächstfolgenden.

Es sind bereits Abtasteinrichtungen mit einem hohen zeitlichen Wirkungsgrad bekannt. Die mit diesen Einrichtungen

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erhältlichen Bildwinkel sind jedoch zu klein. In einem bekannten Fall besteht die Vorrichtung auß einem Spiegelprisma mit sternförmigem Querschnitt j hierbei ergibt sich ein komplizierter Strahlengang, wobei sich die Strahlen gegenseitig tiberlagern und behindern, wodurch sich eine geringe Empfindlichkeit der Vorrichtung ergibt. Der sternförmige Querschnitt bedingt auch ein lautes und schwer zu beseitigendes Störgeräusch und erfordert eine verhältnismäßig große Antriebsleistung auf Grund der !Tatsache, daß der Ablenkkörper .eine starke Ventilatorwirkung aufweist. Mit einer derartigen Einrichtung können deshalb die Anforderungen an eine hohe Bildfrequenz, wie sie beispielsweise bei einem Fernseh-Bandaufzeichnungsgerät auftreten, nicht erfüllt werden, da hierbei eine Frequenz von ca. 25 Bildern pro Sekunde erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Zeilenabtastvorrichtung mit einem Ablenkkörper zu schaffen, die diese Nachteile der bisher bekannten Vorrichtungen nicht aufweist und die oben genannten Bedingungen in möglichst hohem Maße erfüllt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es beispielsweise bei IR-Kameras möglich, die mit einer derartigen Kamera aufgenommene Information auf ein Bandspielgerät zu übertragen, das für Fernsehanwendungen geeignet ist, wodurch die Notwendigkeit für ein spezielles Bildaufzeichnungsgerät entfällt.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei koaxial zueinander angeordneten und um ihre gemeinsame Achse gemeinsam drehbaren Trommeln, von denen die erste !Trommel größeren Durchmessers eine Anzahl von der Achse zugewendeten reflektierenden Oberflächen in radialsymmetrischer Anordnung und die zweite Trommel kleineren Durchmessers die gleiche Anzahl von von der Achse abgewendeten reflektierenden Oberflächen in radial-symmetrischer Anordnung trägt, wobei je eine nach außen gewendete reflektierende Oberfläche der zweiten Trommel mit je einer nach innen gewendeten reflektierenden Oberfläche der ersten Trommel optisch zusammenwirkt.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Zeilenabt as t vorrichtung mit einer Ablenkeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine zweite Ausführungsform des Ablenkkörpers.

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine dritte Ausführungsform des Ablenkkörpers.

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Die in Pig. 1 gezeigte Zeilenabtastvorrichtung enthält eine Ablenkeinheit mit einer ersten Trommel 1 mit an der⁴ Innenseite reflektierenden Flächen 1a in radial-symmetrischer Anordnung und eine zweite Trommel 2 mit an der Außenseite reflektierenden Oberflächen 2a in radial-symmetrischer Anordnung. Die Trommeln 1 und 2 sind synchron miteinander um eine gemeinsame Mittelachse drehbar und zu diesem Zweck duroh Speichen 9 miteinander verbunden. Sie sind gelagert auf einer Welle 3> die angetrieben wird durch einen Elektromotor 4 mit elektrischen Versorgungsleitungen 5 und 6. Die Welle 3 ist in lagerkonsolen 7 und 8 gelagert.

Jede der Trommeln 1 und 2 ist so geformt, daß ihr zur Rotationsachse senkrechter Querschnitt ein regelmäßiges Sechseck ist. Selbstverständlich können die Trommeln auch andere Formen haben, beispielsweise kann der Querschnitt ein regelmäßiges Polygon mit weniger oder vorzugsweise mehr als sechs Seiten sein. Die reflektierenden Oberflächen 1a und 2a der Trommeln in der dargestellten radial-symmetrischen Anordnung sind so angeordnet, daß ein zur Achse senkrechter Querschnitt durch die eine oder andere Gruppe von reflektierenden Oberflächen 1a und 2a ein regelmäßiges Sechseck ist, wobei der Umkreis des Sechsecks der Flächen 2a einen kleineren Durchmesser hat als der dem Sechseck der Flächen 1a !unbeschriebene Kreis. Wiederum kann der Querschnitt durch

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die reflektierenden Oberflächen irgendeine andere radialsymmetrische Figur sein, wie z.B. ein regelmäßiges Vieleck mit einer anderen Seitenzahl als sechs, Je nach den Abmessungen der !Trommel. Die Trommeln 1 und 2 sind derart koaxial ausgerichtet, daß entsprechende reflektierende Oberflächen 1a und 2a einander gegenüberliegen und optisch zusammenarbeiten. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die beiden frömmeln 1 und 2 so weit axial gegeneinander versetzt, daß die Trommel 2 vollständig außerhalb der Trommel 1 liegt. Es ist jedoch auch möglich, die !Trommel 2 teilweise oder ganz innerhalb der Trommel 1 anzuordnen, wobei der letztere Fall besonders vorteilhaft ist, da eine kreisrunde Ausbildung der ersten Trommel eine hohe Rotationsgesohwindigkeit der Ablenkeinheit (ohne hohen Antriebsleistungsbedarf und große Störgeräusche) gestattet, wodurch sich die gewünschte hohe Bildfrequenz ergibt.

Die zusammenwirkenden reflektierenden Oberflächen 1a und 2a der beiden Trommeln 1 und 2 sind paarweise parallel und ferner parallel zur Drehachse. Die Fläche jeder Oberfläche 1a ist größer als die jeder Oberfläche 2a. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Breite, d.h. die senkrecht zur Drehachse gemessene Erstreckung, jeder Oberfläche 1a das 1,5- bis 5-fache der Breite der jeweils anderen Oberfläche 2a beträgt. In Fig. 1 sind die beiden Trommeln mit-

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einander durch Speichen 9 und mit der Welle 3 durch eine Habe für die zweite Trommel verbunden. Die Habe kann durch beliebige andere Verbindungsmittel für die eine oder andere Trommel ersetzt werden.

Die beschriebene Ablenkeinheit ist mit anderen Teilen der Zeilenabtastvorrichtung kombiniert, zu denen ein Detektor mit Zuleitungen 11, 12 und zwei fokussierende Elemente 13 und 14, die als konkave Spiegel dargestellt sind, gehören.

Der Detektor 10 und der Hohlspiegel 14 sind mit der Ablenkeinheit derart kombiniert, daß der Detektor 10 über den Spiegel 14 eine Fläche 15 an oder nahe der Oberfläche abtastet, die von den Kanten der reflektierenden Flächen 2a bei der Drehung der Trommel 2 umschrieben wird und die somit von dem Umkreis der zweiten Trommel 2 begrenzt wird. Das fokussierende Element 14 sollte so angeordnet sein, daß der Mittelstrahl des von der Fläche 15 ausgehenden Strahlenbündele 16 in gedachter Verlängerung die Rotationsachse 3 schneidet. Die Anordnung der Trommeln 1 und 2 zueinander und zum Detektor 10 sollte ferner derart sein, daß die Fläche 15 durch die reflektierenden Oberflächen der Trommeln 1 und 2 auf eine virtuelle Fläche 17 projiziert wird, die sich auf Grund der Drehung der reflektierenden Oberflächen 1a und 2a längs einer gekrümmten Linie 18 senkrecht zur Drehachse der

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Welle 3 bewegt.

Mit dem zweiten fokussierenden Element 13, das aus einem Hohlspiegel, "beispielsweise einem Parabolspiegel, bestehen kann, der um eine Welle 19, deren Aohse parallel zur Ebene der Kurve 18 liegt, drehbar ist, wird ein interessierender Bereich der Umgebung abgetastet, wobei die einzelnen Teile der Abtastvorrichtung und ihre gegenseitige Anordnung so gewählt sind, daß die Kurve 18 in der Bildebene des Spiegels liegt. Auf diese Weise wird Strahlung, die in einem bestimmten Augenblick aus einer bestimmten Sichtung einfällt, durch die Spiegel 13 und 14 auf den Detektor 10 fokussiert. Auf Grund der Drehung der Trommeln 1 und 2 wird die von dem Detektor abgetastete Richtung sich ständig zwischen einer Anfangslage und einer Endlage ändern, wonach beim Durchlaufen einer der Kanten der Trommel 2 durch die Fläche 15, die auf den Detektor abgebildet wird, die Richtung in die Ausgangsrichtung zurückspringt. Diese Zeilenabtastung, die durch die Ablenkeinheit für den Detektor 10 bewirkt wird, kann auch in Form einer Bewegung der virtuellen Bildfläche 17 in der Bildebene des Spiegels 13 beschrieben werden. Die Fläche 17 bewegt sich von einer ersten Seite der Bildebene zur anderen Seite durch die Bewegung der reflektierenden Fläche 1a und kehrt anschließend plötzlich zur ersten Seite zurück, wenn die folgende reflektierende Oberfläche 1a die Rolle der vorher-

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gehenden Fläche 1a übernimmt, d.h. zur gleichen Zeit, in der eine Kante der Trommel 2 durch die Fläche 15 läuft. Die horizontale Zeilenabtastung ist mit der entsprechenden vertikalen Abtastung kombiniert. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt dies durch Drehen des fokussierenden Elementes um die Welle 19, wodurch Strahlung aus Eichtungen in anderen Höhenebenen als die bisher betrachtete auf den Detektor 10 fokussiert wird. Das gleiche Ergebnis erhält man beispielsweise, wenn das fokussierende Element 13 stationär gehalten wird und ein Planspiegel im Strahlengang vor dem Spiegel 13 angebracht und um eine zur Achse 3 senkrechte Achse geschwenkt wird.-

Fig. 2 und 3 zeigen bevorzugte Ausführungsformen für in der Praxis besonders geeignete gegenseitige Anordnungen der Trommeln 1 und 2.

In Fig. 2 ist die Trommel 2 fest mit der Y/elle 20 verbunden, während die Trommel 1 mit der Trommel 2 über sechs Speichen 9 fest verbunden ist. In Fig. 3 ist im Gegensatz zu Fig. 1 und 2 die Trommel 2 vollständig innerhalb der Trommel 1 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind die erwähnten ersten reflektierenden Flächen 1a nicht parallel zu den entsprechenden zweiten reflektierenden Oberflächen 2a; vielmehr bilden gedachte Verlängerungen der ersten Flächen 1a mit

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gedachten Verlängerungen der Flächen 2a einen spitzen Winkel, der in Pig. 3 bei 21 angegeben ist. In Pig. 3 ist auch der Strahlengang zu einem bei der Ablenkeinheit angeordneten Detektor 10 schematisch angedeutet.

Die Erfindung ist nicht auf Einzelheiten der dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Abänderungen und Ausgestaltungen liegen im Rahmen der Erfindung. Beispielsweise müssen die reflektierenden Oberflächen keine ebenen Flächen sein, sondern können auch konkav ausgebildet sein.

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Claims

Patentansprüche

Mechanisch-optische Zeilenabtastvorrichtung mit rotierender Ablenkeinheit, insbesondere für im optischen oder infraroten Wellenlängenbereich arbeitende Abbildungsvorrichtungen, gekennzeichne t durch zwei koaxial zueinander angeordnete und um ihre gemeinsame Achse gemeinsam drehbare Trommeln, von denen die erste Trommel (1) größeren Durchmessers eine Anzahl von der Achse zugewendeten reflektierenden Oberflächen (1a) in radial-symmetrischer Anordnung und die zweite Trommel (2) kleineren Durchmessers die gleiche Anzahl von von der Achse abgewendeten reflektierenden Oberflächen (2a) in radial-symmetrischer Anordnung trägt, wobei je eine nach außen gewendete reflektierende Oberfläche (2a) der zweiten Trommel mit je einer nach innen gewendeten reflektierenden Oberfläche (1a) der ersten Trommel optisch zusammenwirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichne t , daß die reflektierenden Oberflächen (1a, 2a) der beiden Trommeln (1, 2) paarweise parallel angeordnet sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Oberflächen (1a, 2a) der beiden Trommeln (1, 2) in Axialrichtung gegeneinader versetzt sind und parallel zur Achse verlaufen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e'k e η η zeichnet, daß die paarweise zusammenwirkenden reflektierenden Oberflächen (1a, 2a) der beiden Trommeln (1, 2) im Winkel gegeneinander geneigt sind (Fig. 3).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennze ichnet , daß die zweite Trommel (2) teilweise oder ganz innerhalb der ersten Trommel (1) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der reflektierenden flächen jeder Trommel (1, 2) mindestens sechs beträgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein zur Rotationsachse senkrechter Schnitt durch jede Trommel (1, 2) die Form eines regelmäßigen Polygons hat.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 7, dadurch gekennze ichnet , daß ^ede reflektierende Oberfläche (la) der ersten Trommel (1) eine größere Fläche besitzt als jede reflektierende Oberfläche (2a) der zweiten Trommel (2).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die axiale Höhe und/oder insbesondere die quer zur Achse gemessene Breite der reflektierenden Oberflächen (1a) der ersten Trommel (1) das 1,5- bis 5-fache der entsprechenden Abmessungen der reflektierenden Oberflächen (2a) der zweiten Trommel (2) beträgt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß die reflektierenden Oberflächen mindestens einer Trommel (1, 2) konkav ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennze ichne t , daß die Trommeln mit einer koaxial zu ihnen angeordneten Welle (3, 20) verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η -zeichnet , daß die Trommeln mit der Welle durch eine Nabe verbunden sind.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennze lehnet , daß die Trommeln mit der Welle und/oder miteinander durch Speichen verbunden sind.

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