DE2227729A1

DE2227729A1 - Optische abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE2227729A1
Application number: DE2227729A
Authority: DE
Inventors: Sten Walles
Original assignee: AGA AB; Bofors AB
Current assignee: AGA AB; Saab Bofors AB
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1972-06-07
Publication date: 1973-01-04
Also published as: DE2227729C3; FR2140512B1; DE2227729B2; BE784467A; CH544951A; NL7207646A; NO129484B; US3765742A; FR2140512A1; GB1400016A; SE353163B; IT956174B

Description

Patentanwalt

Dipl.-Ing. H. Strohschänk

8 München 60 _{7 fi}

MusäusstraßeS 7.6.1972-

190-1012P

AGA AKTIEBOLAG, Lidingö 1 (Schweden) und AKTIEBOLAGET BOFORS, Bofors (Schweden)

Optische Abtasteinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtasteinrichtung zum alternierenden Abtasten einer gemeinsamen Bildebene mit zwei in ihren Transversalrichtungen unter einem vorgebbaren Winkel zueinander bewegbaren Bildern eines Spalts.

Den Ausgangspunkt für die Erfindung bildet ein Spalt, der eine Abtastbewegung in seiner Transversalrichtung ausführen kann und beispielsweise mit Hilfe eines geraden und gleichseitigen, lichtdurchlässigen Polygonzylinders erzeugt werden kann, der hinter einem stationären Spalt angeordnet ist und um seine zur Längsrichtung dieses Spalts parallele Symmetrieachse rotiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtasteinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der das Taktmaß für die abtastenden Spaltbilder nicht durch Schwankungserscheinungen an mechanisch bewegten Teilen der Einrichtung beeinflußt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erstes und ein zweites optisches System, die beide optische Glieder mit bilddrehenden Eigenschaften enthalten, mit einer um eine zu ihrer Oberfläche senkrechte Achse rotierenden und auf Teilstücken ihrer Oberfläche

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mit reflektierenden Schichten versehenen, lichtdurchlässigen Scheibe so kombiniert sind, daß das durch den Spalt einfallende Licht alternierend an einer ersten reflektierenden Schicht reflektiert wird und dann über das erste optische System unter nochmaliger Reflexion an einer anderen reflektierenden Schicht als erstes Spaltbild in die gemeinsame Bildebene gelangt und durch die Scheibe hindurchgeht und dann über das zweite optische System unter nochmaligem Durchgang durch die Scheibe als zweites Spaltbild in die gemeinsame Bildebene gelangt, und daß der abtastende Spalt so orientiert ist und die bilddrehenden optischen Glieder in den optischen Systemen so angeordnet sind, daß sich der gewünschte Jinkel zwischen den beiden abtastenden Spaltbildern ergibt.

Die beiden Abtastbewegungen in einer gemeinsamen Bildebene und unter einem Winkel zueinander in ihren Transversalrichtungen ausführenden Spaltbilder werden in der erfindungsgemäß ausgebildeten Abtasteinrichtung durch zeitlich alternierende Aufteilung des Lichts auf zwei alternierende Lichtwege erzeugt, wobei für diese Lichtaufteilung eine rotierende Glasscheibe mit reflektierenden Oberflächenbereichen verwendet wird und die beiden Lichtwege in ihren optischen Daten so ausgelegt werden, daß das Taktmaß für die abtastenden Spaltbilder durch Taumelerscheinungen in den Lagern für die rotierende Glasscheibe nicht beeinflußt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das erste und das zweite optische System so aufgebaut, daß sie sich bild- wie gegenstandsseitig annähernd teleskopisch verhalten und daß ihre V/inkelvergrößerung annähernd gleich Eins wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen;

Fig. 1 ein Übersichtsschema für eine erfindungsgemäß ausgebildete Abtast-einrichtung und

Fig. 2 eine Einzelheit der Abtasteinrichtung nach Fig. 1.

Die dargestellte Abtasteinrichtung enthält eine Glasscheibe 1, die Kreisform besitzt und um eine zu ihrer Oberfläche senkrechte Achse 2

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rotiert. Außerdem besitzt die Abtasteinrichtung ein erstes und ein zweites optisches System 6, 8, 9 bzw. 6', 8¹, 9', die einen ersten Lichtweg A bzw. einen zweiten Lichtweg B definieren. Beide optische Systeme sind auf der Gegenstandsseite teleskopisch, und sie erhalten das einfallende Licht in Form eines durch eine Einrichtung 15 erzeugten und eine Abtastbewegung in einer Objektebene 3 ausführenden Primärspaltbildes über eine Linse h zugeführt.

Das erste optische System besteht bei dem dargestellten Beispiel aus zwei Linsen 6 und 9 und einem reflektierenden Prisma 8, während das zweite optische System durch zwei Linsen 6¹ und 9' und ein doppelt reflektierendes Dachprisma 8' gebildet wird.

Zur besseren Erläuterung der Punktionsweise der dargestellten Abtasteinrichtung sind in Fig. 1 noch einige Zwischenbildebenen 5, 7, 10, 7¹ und 10' und eine gemeinsame Bildebene 1^ eingetragen, in der die beiden Spaltbilder Abtastbewegungen unter einem Winkel zueinander in ihren Transversalrichtungen ausführen.

Fig. 2 zeigt eine der beiden Oberflächen des Glasscheibe 1. Diese Oberfläche ist in bestimmten Teilstücken 12a, 12b, 13a und 13b mit einem reflektierenden Material belegt. Die in Fig. 2 eingetragene Schnittlinie I bezieht sich auf die Ebene, die in Fig. 1 durch die Lichtwege A und B hindurchgehend gedacht ist.

Die das einfallende Licht aus der Objektebene 3 einführende Linse k erzeugt in der Zwischenbildebene 5 ein Pupillenbild. Der Lichtweg A beginnt für das einfallende Licht mit einer Reflexion an einem reflektierenden Teilstück, beispielsweise dem Teilstück 12a auf der Oberfläche der Glasscheibe 1. Die Linse 6 des ersten optischen Systems bildet die Objektebene J5 in die Swischenbildebene 7 ab. Kach der Spiegelung im reflektierenden -trisma 8 erfolgt eine Abbildung in der Linse 91 so daß sich in der iJwischenbildebene 10 ein Pupillenbild des Pupillenbildes aus der Zwischenbildebene 5 ergibt. Kach Durchlaufen des Lichtweges A tritt das Licht unter Reflexion beispielsweise am reflektierenden Teil-

stück 13a auf der Oberfläche der Glasscheibe 1 an der Stelle 16 aus und erzeugt in der Bildebene 1*f ein erstes abtastendes Spaltbild.

Der Lichtweg B entsteht für das einfallende Licht nach Durchgang durch die Glasscheibe 1, sobald diese so weit verdreht ist, daß das reflektierende Teilstück 12a aus dem Einflußbereich des Lichtbündels durch die Linse k und das reflektierende Teilstück 13a aus dem Einflußbereich des Lichtbündels durch die Linse 9 gelangen. Die Linse 6" im zweiten optischen System bildet die Objektebene 3 3-ⁿ die Zwischenbildebene 7* ab. Nach Spiegelung im doppelt reflektierenden DachpriBma 8* erfolgt eine Abbildung in der Linse 9^f, eo daß sich in der Zwischenbildebene 10¹ ein Pupillenbild des Pupillenbildes aus der Zwischenbildebene ergibt. Nach Durchlaufen des Lichtweges B verläßt das Licht unter nochmaligem Durchgang durch die Glasscheibe 1 die Abtasteinrichtung an der Stelle 16 und erzeugt in der Bildebene Ik ein zweites abtastendes Spaltbild.

Wie bereits erwähnt ist die Glasscheibe 1 an bestimmten Teilen ihrer Oberfläche mit reflektierenden Schichten belegt. Diese Schichten sind so angeordnet, daß die durch die Linse k hindurch auf die Glasscheibe 1 treffenden Lichtstrahlen im Verlaufe der Rotation der Glasscheibe 1 beispielsweise zuerst auf deren reflektierendes Teilstück 12a fallen. Zwischen den reflektierenden Teilstücken ist die Glasscheibe 1 lichtdurchlässig, so daß nach dem Herausdrehen des reflektierenden Teilstücks 12a aus dem Wege des einfallenden Lichts dieses Licht während der weiteren Kotation der Glasscheibe 1 durch diese hindurchgeht, bis ihr reflektierendes Teilstück 12b in den Lichtstrahlenweg hineingedreht wird. Wenn sich ein reflektierendes Teilstück 12a oder 12b im Wege des einfallenden Lichts befindet, liegt gleichzeitig ein zweites reflektierendes Teilstück 13a bzw.· 13b so, daß die Lichtstrahlen nach dem Durchgang durch das erste optische System darauffallen. Die reflektierenden Teilstücke 12a, 12b, 13a und 13b liegen außerdem so, daß einfallendes Licht, das einmal durch die Glasscheibe 1 hindurchgegangen ist, nach dem Passieren des zweiten Lichtweges B durch das zweite optische System ein zweites !••al durch die Glasscheibe 1 hindurchtreten kann_t

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'.•l±e bereits erwähnt bilden die Lichtwege A und B eine Ebene, welche die Drehachse 2 für die Glasscheibe 1 enthalten oder wie in Fig. 1 außerhalb davon liegen und sie schneiden kann.

.ienn die Sichtung der in die Objektebene 3 fallenden Spaltbilder so gewählt wird, daß sie mit der durch die Lichtwege A und B definierten Ebene im wesentlichen einen Winkel von V? bilden, und wenn die Drehachse 2 angenähert parallel zu dieser selben Ebene verläuft, dann können die trismen 8 und 8¹ so gewählt werden, daß die aus den Lichtwegen A und B stammenden Spaltbilder in der Bildebene 14- etwa rechtwinklig zueinander liegen und einen Winkel von angenähert ^5 mit der durch die beiden Lichtwege A und B definierten Ebene bilden. Wird die Sichtung des in die Objektebene 3 fallenden Spaltbildes geändert, so ändert sich auch der Winkel zwischen den Spaltbildern in der Bildebene 14.

Die auf den Lichtwegen A bzw. B abgeleiteten Spaltbilder in der Bildebene 1*f folgen einander zeitlich regelmäßig je nach dem, ob die Drehung der Glasscheibe 1 den Lichtweg A oder den Lichtweg B wirksam werden läßt, unter der Annahme, daß die Rotation der Glasscheibe 1 mit der Abtastbewegung des leuchtenden Primärspaltbildes in der Objektebene 3 synchronisiert ist. Je nach dem gewünschten zeitlichen Altarnieren zwischen dem Lichtweg A und dem Lichtweg B im Verhältnis zur Einsatzzeit für jeden der beiden Lichtwege A und B können die reflektierenden Teilstücke auf der Glasscheibe 1 aus Halbringen oder wie in Fig. 2 die Teilstücke 12a, 12b, 13a und 13b jeweils aus einem Paar von Viertelringen bestehen, die durch gleich große lichtdurchlässige Abschnitte voneinander getrennt sind, wobei die Drehzahl für die Rotation der Glasscheibe 1 so eingestellt wird, daß die gewünschte Synchronisation mit der Abtastbewegung des Primärspaltbildes in der Objektebene 3 gegeben ist.

Die relative Alternationszeit wird durch den Quotienten aus dem Strahldurchmesser in der Zwischenbildebene 5 ^u&d der Bogenlänge der reflektierenden Teilstücke 12a oder 12b oder durch den Quotienten aus dem Strahldurchmesser an der Stelle 16 und der Bogenlänge der reflektierenden Teilstücke 13a oder 13b bestimmt. Wenn daher besonders kurze relative Alter-

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nationszeiten gewünscht werden, werden Halbringe als reflektierende Teilstücke für die Glasscheibe 1 verwendet.

Ein Schlagen oder eine Taumelbewegung in den Lagern für die Glasscheibe 1 ist schädlich, da damit im allgemeinen eine Störwirkunjj· für die Taktgebung für die abtastenden Spaltbilder verbunden ist. n'enn die abtastenden Spaltbilder, die durch die Pupillenbilder in den Zwischenbildebenen 5 und 10 betrachtet werden, in kurzem Abstand von diesen Pupillenbildern liegen, könnte der Einfluß des radialen Taumeins oder des axialen Taumeins in den -Lagern für die Glasscheibe 1 durch eine passende Wahl für das trisma 8 ausgeschaltet werden. Es ist jedoch grundsätzlich nicht möglich, in diesem Falle gleichzeitig den Einfluß des radialen und des axialen Taumeins zu eliminieren, d. h. für beide Störungen dieselbe wahl für das Prisma 8 zu treffen. Erfindungsgemäii sollen daher die abtastenden Spaltbilder, die von den Pupillenbildern in den Zwischenbildebenen 5 und 10 her betrachtet werden, in sehr großem Abstand zu diesen Pupillenbildern liegen, und je höher die Anforderungen an die Genauigkeit in der Taktgebung für das auf dem Lichtwege A erzeugte Spaltbild werden, umso größer soll bei einem gegebenen Ausmaß der Taumelbewegung in den Lagern der Glasscheibe 1 dieser Abstand werden. V/enn diese Forderungen für den Abstand erfüllt sind, was sich mit Hilfe der Linse k und der Linsen 6 und 9 erreichen läßt, ist nur die radiale Taumelbewegung in den Lagern der Glasscheibe 1 von Einfluß, wobei die Richtung des abtastenden Spaltbildes betroffen ist, das von dem Pupillenbild in der Zwischenbildebene 10 her betrachtet wird. Erfindungsgemäß wird der Einfluß der radialen Taumelbewegung auf diese Richtung durch eine passende Wahl für das Prisma 8 in unten beschriebener Weise und durch Einstellung der Linsen 6 und 9 in der Weise ausgeschaltet, daß diese die Vergrößerung Eins ergeben, das Pupillenbild in der äwischenbildebene 10 also genauso groß wird wie das in der Zwischenbildebene 5· Im Ergebnis bleibt die Richtung des auf dem Lichtwege A erzeugten abtastenden Spaltbildes durch die Taumelbewegung in den Lagern der Glasscheibe 1 unbeeinflußt. Die Forderung nach Unempfindlichkeit gegen Taumelbewegungen in den Lagern der Glasscheibe 1 wird für den Lichtweg ü in der gleichen »/eise wie für den Lichtweg A durch eine analoge Forderung bezüglich des Abstandes erfüllt. Diese Forderung ist auch unter dem

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Gesichtspunkt angemessen, daß das abtastende Spaltbild, das von dem Pupillenbild in der Zwischenbildebene 10 aus betrachtet wird, in sehr großem Abstand von dem Pupillenbild in der Zwischenbildebene 10· liegen sollte, so daß die beiden Lichtwege A und B durch ein der erfindungsgemäß ausgebildeten Abtasteinrichtung möglicherweise nachgeschaltetes weiteres optisches System in gleicher Weise gesehen werden können. Aus dem gleichen Grunde muß das Pupillenbild in der Zwischenbildebene 10* genauso groß gemacht werden wie das Pupillenbild in der Zwischenbildebene 5» indem die Linsen 6' und 9' so justiert werden, daß sie die Vergrößerung Eins liefern.

Das Prisma 8 im ersten optischen System wird auf der Grundlage folgender Überlegung ausgewählt. Die radiale Taumelbewegung in den Lagern der Glasscheibe 1 läßt eine Kotation der reflektierenden Oberfläche der Glasscheibe 1 aus ihrer ursprünglichen Ebene entstehen. Bei Reflexion an den reflektierenden Teilstücken 12a oder 12b wird dann die in Fig. 1 durch !'feile markierte Hauptrichtung auf dem Lichtwege A in eine von der ursprünglichen Richtung abweichende Sichtung gedreht. Diese Richtungsabweichung pflanzt sich durch den Lichtweg A hindurch fort, und die Einfallsrichtung beim Auftreffen auf die reflektierenden Teilstücke 13a oder 13b wird durch die Konstruktion des Prismas 8 beeinflußt. Die Reflexion an den reflektierenden Teilstücken 13a oder 13b erzeugt für dieselbe Hauptrichtung eine Eichtungsabweichung, die durch die gleiche radiale Taumelbewegung bestimmt wird und die sich algebraisch zu der vor der Reflexion vorhandenen Richtungeabweichung hinzuaddiert. Das Prisma 8 wird daher nach bekannten Methoden so ausgewählt, daß die algebraische Summe der Richtungsabweichungen, wie immer diese sein mögen, zu Null wird. Auf diese Weise wird der Einfluß der. radialen Taumelbewegung auf den Lichtweg A eliminiert.

Das Taktmaß für das auf dem Lichtwege B gebildete abtastende Spaltbild wird durch die radiale Taumelbewegung nicht beeinflußt, wohl aber und stattdessen durch eine mögliche Keilform der Glasscheibe 1, wobei der Keilwinkel einen durch die verlangte Genauigkeit für die Taktung des entsprechenden Spaltbildes in der Bildebene 1*f bestimmten Viert nicht

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überschreiten darf. Daher wird das Dachprisma 8· im Lichtwege B mit einem Blick auf den gewünschten Winkel für das auf dem Lichtwege B erzeugte abtastende Spaltbild relativ zu dem auf dem Lichtwege A erzeugten ßpaltbild gewählt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die erfindungsgemäß gestaltete Abtasteinrichtung mit der oben beschriebenen Funktionsweise eine rotierende Glasscheibe mit reflektierenden Zonen in Form von Iireisringabschnitten aufweisen und so gebaut sein muß, daß die abtastenden Spaltbilder von den reflektierenden Zonen her gesehen in sehr großem Abstand liegen und daß die V«inkelvergrößerung bei der Abtastung zwischen den Endpunkten der Lichtwege, d. h. zwischen den Reflexions- bzw. Durchgangspunkten an der Glasscheibe, im wesentlichen gleich Eins ist. All dies geschieht mit dem Ziel einer Verkleinerung oder Ausschaltung des Einflusses einer Taumelbewegung in den Lagern der Glasscheibe auf die 'faktung der abtastenden Spaltbilder.

Bei der oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Abmessungen der Glasscheibe so gewählt, daß der Winkel zwischen den Radien zu gleichzeitig wirksamen Reflexionspunkten ein stumpfer t/inkel ist. Dies ist aus räumlichen Gesichtspunkten vorteilhaft, jedoch besteht grundsätzlich kein Hindernis, die Glasscheibe so groß zu machen, daß die fieflexionspunkte in Relation zum Scheibendurchmesser relativ nahe beieinander liegen, d. h. der oben erwähnte Winkel ein spitzer Winkel wird.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

/κ) Optische Abtasteinrichtung zum alternierenden Abtasten einer gemeinsamen Bildebene mit zwei in ihren iransversalrichtungen unter einem vorgebbaren tfinkel zueinander bewegbaren Bildern eines abtastenden Spalts, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und ein zweites optisches System (6, 8, 9 bzw. 6^f, 8·, 9'), die beide optische Glieder mit bilddrehenden Eigenschaften enthalten, mit einer um eine zu ihrer Oberfläche senkrechte Achse (2) rotierenden und auf Teilstücken (12a, 12b, 13a, 13b) ihrer Oberfläche mit reflektierenden Schichten versehenen, lichtdurchlässigen Scheibe (1) so kombiniert sind, daß das durch den Spalt einfallende Licht alternierend an einer ersten reflektierenden Schicht (12a) reflektiert wird und dann über das erste optische System unter nochmaliger fieflexion an einer anderen reflektierenden Schicht dpa) als erstes Spaltbild in die gemeinsame Bildebene (14) gelangt und durch die Scheibe hindurchgeht und dann über das zweite optische System unter nochmaligem Durchgang durch die Scheibe als zweites Spaltbild in die gemeinsame Bildebene gelangt, und daß der abtastende Spalt so orientiert ist und die bilddrehenden optischen Glieder in den optischen Systemen so angeordnet sind, daß sich der gewünschte Winkel zwischen den beiden abtastenden Spaltbildern ergibt.
2. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite optische System (6, 8, 9 bzw. 6¹, 8¹, 9') so aufgebaut sind, daß sie sich bild- wie gegenstandsseitig annähernd teleskopisch verhalten und daß ihre Winkelvergrb'ßerung annähernd gleich Eins wird.

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