DE2251913A1

DE2251913A1 - Mehrzeilen-abtastvorrichtung mit einem polygonalen drehkoerper

Info

Publication number: DE2251913A1
Application number: DE2251913A
Authority: DE
Inventors: John Richard Yoder
Original assignee: Barnes Engineering Co
Current assignee: Barnes Engineering Co
Priority date: 1971-10-27
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1973-05-03
Also published as: GB1365456A; JPS4852246A; AU4767472A; NL7214025A; CH543101A; CA982376A; SE376664B; IT966763B; FR2157937A1; US3746421A; IL40562A; IL40562A0

Description

Case 12g9

Barnes Engineering Company, Stamford, Conn./USA

Mehrzeilen-Abtastvorrichtung mit einem polygonalen Drehkörper

Bisher wurden zur Abtastung bei schnellen Abtastvorgängen Brechungsprismen verwendet, so z.B. auf dem Gebiet der Fotografie, der Filmaufbereitung oder -redigierung, der Luftaufklärung und vielen anderen Gebieten, λίγο in sehr kurzer Zeit der Wert der elektromagnetischen Strahlung in einem vorgegebenen Blickfeld bestimmt werden soll. Eine derartige Abtastvorrichtung ist in der US-PS 3 253 ^98 mi* ^dera Titel "Abtastmechanismus für elektromagnetische Strahlung" beschrieben. Bei diesem Abtastmechanismus ist ein sich drehendes Brechungsprisma zum Abtasten einer Zeile in einem Blickfeld und zum Anlegen der einfallenden Strahlung an einen hierfür empfindlichen Detektor verwendet. Um ein Mehrzeilenraster oder ein Rechteckabtastmuster zu erhalten, müssen andere Einrichtungen, beispielsweise ein zusätzlicher Taumelspiegel in den optischen Sammeleinrichtungen vorgesehen werden, die zusätzlichen Elemente in Form des Taumelspiegels sowie weitere Elemente zum Antrieb der Spiegelabtastung und zum Synchronisieren der beiden Abtastungen erforderlich machen, um damit ein genaues Raster zu bilden. Bei einem weiteren, in der vorerwähnten Patentschrift angegebenen Verfahren wird die Drehachse des Prismas bei dessen Drehung, schrittweise geneigt; für eine derartige Neigung bzw. Schrägstellung und zur Synchronisierung mit der Drehgeschwindigkeit sind aber wiederum zusätzliche Elemente erforderlich.

Die Erfindung schafft daher eine optische Abtastvorrich-

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tung für eine Mehrzeilen-Abtastung, ohne daß zusätzliche Einrichtungen erforderlich sind. Hierbei kann der Gegenstand so ausgebildet sein, daß bei einer optischen Abtasteinrichtung ein sich drehendes Brechungsprisma nur in einer Richtung bezüglich der optischen Achse des Systems bewegt wird.

Die Erfindung schafft weiterhin ein optisches Abtastsystem für eine Mehrzeilen-Hasterabtastung, bei der die Anzahl der abgetasteten Zeilen von der Anzahl der Flächen des sich drehenden Brechungsprismas und der Anzahl der verwendeten Detektorelemente abhängt.

Hierzu ist bei einer Ausführungsform der Erfindung ein sich drehendes Brechungsprisma in Form eines polygonalen Körpers mit einer gleichen bzw. geraden Zahl einander gegenüberliegender paralleler Flächen geschaffen, wobei jeweils ein Paar einander gegenüberliegender paralleler Flächen des polygonalen Körpera unter einem verschiedenen Winkel bezüglich der Drehachse des Brechungsprismas geneigt ist. Hierbei ist die Anzahl der abgetasteten Zeilen gleich der Anzahl der Flächen auf dem brechenden, polygonalen Drehkörper. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Anzahl der abgetasteten Zeilan dadurch vergrößert, daß die Anzahl der Detektoren vergrößert ist, die die Strahlung durch das sich drehende Brechungsprisma hindurch aufnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.l eine schematische optische Darstellung des Abtastmechanismus gemäß der Erfindung in einer Abtaststellung; und

Fig.2 eine schematische optische Darstellung des in Fig.l

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dargestellten Abtastmechanismus in einer Abtaststellung, die gegenüber der in Fig.l wiedergegebenen Stellung um l80 gedreht ist, sowie eine Anzahl zusätzlicher in dem Abtastsystem verwendeter Detektoren.

Die Grundelemente der in Fig.l dargestellten, optischen Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung sind eine optische Einrichtung 10, ein sich drehendes, ,'zur Abtastung vorgesehenes Brechungsprisma 12 und eiie Detektor einrichtung Die optische Einrichtung 10 ist als Objektivlinse dargestellt, die ein Blickfeld über das Brechungsprisma 12 auf den Detektor 25 abbildet. Die optische Einrichtung 10 zur Aufnahme der Strahlung aus dem Blickfeld kann ein totalreflektierendes System, "ein katoptrisch.es System ebenso wie das dargestellte dioptrische System sein. Das sich drehende Brechungsprisma 12 hat die Form eines Polygons mit einer gleichen bzw. geraden Anzahl von einandergegenüberliegenden pnrallelen Flächen» In den Figuren ist ein vierflächiges Polygon mit ebenen, parallel verlaufenden, einander gegenüberliegenden Flächenpaaren 1*1 und 16 bzw. 15 und 17 dargestellt. Das Prisma 12 wird auf einer von einem Motor 20 angetriebenen Welle 18 gedreht. Das Material des Prismas muß die elektromagnetische Strahlung durchlassen können, die mittels der Detektoreinrichtung 25 gemessen werden soll. Beispielsweise kann für infrarote Strahlung. SiLizium oder Germanium verwendet werden. Ebenso muß die Detektoreinrichtung 25 auf die Intensität der elektromagnetischen Strahlung ansprechen, die gemessen werden soll; weiterhin muß die Zeitkonstante hinrei-

/auf

chend kurz sein, um die entsprechend der Drehzahl bzw. -geschwindigkeit des Brechungsprismas 12 zugeführte Strahlung anzusprechen.

Ein rechtwinkliges bzw. ein Rechteckraster oder ein -abtastmuster ist mittels des Brechungsprismas 12 dadurch geschaffen, daß die ebenen, parallel verlaufenden, ein-

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ander gegenüberliegenden Flächenpaare Ik und l6 bzw. 15 und 17 so geneigt werden, daß sie zueinander parallel

bleiben, aber einen kleinen Winkel mit der Drehachse des Brechungsprismas 12 bilden. Die Drehachse des Prismas verläuft senkrecht zu der optischen Achse 11 des optischen Systems. Die Schräglage bzw. Neigung oder der Winkel der Flächen des Prismas 12 erzeugen eine seitliche Versetzung der abgetasteten Zeile gegenüber dem Blickfeld. In Fig.l erzeugen die Flächen Ik und 16 des Prismas 12 eine Abtastzeile. Wenn der polygonale Körper oder das Brechungsprisma 12 um l80 , wie in Fig.2 dargestellt ist, gedreht sind, wird eine Abtastlinie mit der gleichen seitlichen Versetzung in der entgegengesetzten Richtung erzeugt. Infolgedessen schafft jedes ebene, parallel verlaufende Flächenpaar des Abtastprismas ein Paar abgetasteter Zeilen, die gleichmäßig gegenüber einer nicht abgelenkten, durch die optische Achse 11 dargestellten, abgetasteten Zeile versetzt sind. Wenn verschiedene Flächenpaare des polygonalen Körpers oder Prismas 12 um unterschiedliche Winkel gegenüber der Drehachse geneigt sind, wird eine Gruppe seitlich versetzter Zeilen erzeugt. Beispielsweise wird mit dem vierseitigen, in Fig.l dargestellten Abtastpolygon 12, bei dem ein Flächenpaar lk und 16 um eine Einheit und das andere Flächenpaar 15 und 17 um drei Einheiten geneigt ist, ein Raster von vier in gleichmäßigen Abständen angeordneten Zeilen erzeugt. Die vertikale Lage der Zeilen würde dann der Reihe nach + 3 ι + 1» -3» -1 Einheiten gegenüber der Mitte der Rasterabtastung betragen. Hierbei ist die Anzahl der abgetasteten Zeilen, gleich der Anzahl der Flächen auf dem Brechungsprisma oder dem polygonalen Körper 12.Dased.be würde auch für 6, 8 oder mehrflächige polygonale Körper gelten, wobei nur eine gerade Anzahl einander gegenüberliegender, parallel verlaufender Flächen vorgesehen sein muß und der Neigungswinkel bezüglich der Anzahl der verwendeten Flächenpaare in gleichem Abstand angeordnet sein muß. Durch den gleichmäßigen Zeilenabstand ist eine bessere Auflösung des Blickfeldes als

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bei einem ungleichmäßigen Zeilenabstand geschaffen. Es sollte auch beachtet werden, daß das rechtwinklige bzw. Rechteckabtastmuster oder -raster abgesehen von dem sich drehenden Brechungsprisma 12 ohne irgendeinen zusätzlichen Mechanismus bzw. eine zusätzliche Einrichtung hergestellt oder erhalten ist.

Eine weitere Möglichkeit, eine größere Anzahl Zeilen mit dem sich drehenden polygonalen Abtastkörper zu erzeugen, besteht darin, eine Anordnung mit einer Ansahl Detektoren zu verwaiden. In Fig.2 ist eine derartige Anordnung mit einer zusätzlichen Detektoreinrichtung 26 dargestellt. Wie durch die gestrichelten, von dem Blickfeld ausgehenden Linien, die auf dem Detektor 26 mittels der optischen Einrichtung 10 und über das Brechungsprisma 12 abgebildet werden, dargestellt ist, ist mit dem Detektor 26 eine andere Zeilein dem Blickfeld zu sehen als mit dem Detektor 25· Mit Hilfe einer linearen Detektoranordnung und dem vielflächigen, polygonalen Körper 12 wird ein Raster erzreugt, bei dem die Anzahl der abgetasteten Zeilen gleich der Anzahl der Detektorelemente mal der Anzahl der Seiten auf dem polygonalen Körper ist. Durch diese zusätzliche Abtastung ergibt sich eine bessere Auflösung·»·

Der Ausgang der Detektoreinrichtung, die ein einzelner Detektor 25 oder eine Anordnung einer Anzahl Detektoren sein kann, wie durch die Detektoren 25 und 26 dargestellt ist, kann verarbeitet werden und an eine Kathodenstrahlröhre zur Darstellung eines sichtbaren Bildes des ^abgetasteten Blickfeldes angelegt werden. Die Aufzeichnung bzw. Wiedergabe des Rastermusters auf der Kathodenstrahlröhre kann dadurch gesteuert werden, daß die Abtastung der Kathodenstrahlröhre mit der Drehung des Prismas mittels eines an dem sich drehenden Prisma vorgesehenen Synchronisiergebers bzw. -abtasters synchronisiert ist, von dem horizontale und vertikale Synchronxsierimpulse erhalten und den Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden. Bei

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einer Anordnung mit einem einzigen Detektor wird das Abtastmuster der Reihe nach von einer Fläche des polygonalen Körpers zur nächsten erhalten. Bei einer Anordnung mit einer Anzahl Detektoren kann das Abtastmuster ineinander verflochten sein, indem beispielsweise alle Zeilen von einem Detektor, dann alle Zeilan von dem nächsten Detektor, usw. oder eine Zeile von einem Detektor, eine weitere Zeile von dem nächsten Detektor usw. aufgezeichnet werden. Obwohl eine Darstellung mittels einer Kathodenstrahlröhre beschrieben ist, können auch andere Darstellungs- oder Speicherformen verwendet werden.

Da bei der Erfindung keine zusätzliche Einrichtung oder weitere Einrichtungen erforderlich sind, um ein Mehr* oder Vielzeilen-Abtastmuster zu erhalten, ist das System für eine Anzahl Anwendungsmöglichkeiten geeignet, beispielsweise um ein Such- oder Erfassungsabtastmuster bzw. -raster oder ein Zielflug- oder Zielverfolgungs- bzw. Folgeabtastmuster oder -raster zu erzeugen. Ebenso kann ein thermisches bzw. Wärmebild eines Blickfeldes mit einer ziemlich groben Auflös^.ong geschaffen werden, während in Verbindung mit einer Detektoranordnung mit einer geringen Anzahl von Elementen ein thermisches oder Wärmebild eines Blickfeldes mit einer ziemlich guten Auflösung geschaffen und abgetastet werden kann. _;

Da weitere Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, um die Anordnung an besondere Betriebs* und Umgebung sbedingungen anzupassen,ist die Erfindung ,selbstverständlich nicht auf die zum Zwecke der Erläuterung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern Mmfaßt alle Änderungen und Abwandlungen, die vom Gegenstand der Erfindung mit umfaßt werden.

Patentansprüche

- 7 303813/1Q45

Claims

Patentansprüche

1,/Optische Abtastvorrichtung für eine Mehrzeilen-Abtastung ohne zusätzliche Einrichtungen, mit einem sich drehenden Brechungsprisina in Form eines polygonalen Körpers mit einer geraden Anzahl einander gegenüberliegender, parallel verlaufender Flächen, mit optischen Einrichtungen zum Zuführen der Strahlung eines Blickfeldes an das Brechungsprisma, mit Detektoreinrichtungen" zur Aufnahme der von dem Brechungsprisma durchgelassenen Strahlung und zur Ausbildung eines Signals entsprechend der Intensität der Strahlung, und mit Einrichtungen zum Drehen des Brechungsprisiiias um eine zu der optischen Achse der optischen Einrichtung senkrechten Drehachse, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß jedes Paar der einander gegenüberliegenden, parallel verlaufenden Flächen (14, 16; 15, 17) des polygonalen Körpers unter einem verschiedenen Winkel zu der Drehachse des Brechungsprismas (12) geneigt ist, um dadurch eine Abtastung des Blickfeldes in Form einer Anzahl seitlich versetzter Zeilen zu erhalten, deren Anzahl der Flächenzahl auf dem polygonalen Körper (12) entspricht.
2. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekc η η zeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Anzahl zu einer Gruppe angeordneter Detektoren (25i 26) aufweist, wodurch eine größere Anzahl Zeilen abgetastet wird, die im Maximum der Flächenzahl des polygonalen Körpers (12) mal der Anzahl der Detektoren (25» 26) in der Anordnung entspricht.

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