DE2358966B1

DE2358966B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abtasten von Bildfeldern mit Hilfe eines Schwingspiegels

Info

Publication number: DE2358966B1
Application number: DE19732358966
Authority: DE
Inventors: Oeystein Dipl.-Ing. 6901 Waldhilsbach Larsen
Original assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg GmbH
Current assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg GmbH
Priority date: 1973-11-27
Filing date: 1973-11-27
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2358966C2; GB1454427A; BE821329A; NL7415492A; IT1032545B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtasten von Bildfeldern in horizontaler und/oder vertikaler Richtung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei dem ein elektromagnetisch angetriebener Schwingespiegel über eine Torsionsfeder gelagert ist und der Spiegel an wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Stellen mit Permanentmagneten bestückt ist, denen ebensoviele mit einem Verstärker eine Oszillatorschleife bildende feststehende Spulen gegenüberliegen, so daß der Spiegel im Falle seiner Resonanzfrequenz bei kleiner Speisespannung als Sinusoszillator schwingt.

Bekannt ist die Verwendung von Schwingspielen der eingangs näher bezeichneten Gattung vor allem in der Wärmebildtechnik. Ein solcher Spiegel bildet mit der Torsionsfeder ein mechanisches Resonanzsystem hoher Gütezahl, das für gewöhnlich in geschlossener Schleife als Oszillator angetrieben wird. Die hohe Güte bewirkt, daß das Einschwingen des Systems — insbesondere bei niedrigen Resonanzfrequenzen von etwa 20 bis 100 Hz — eine gewisse Zeit benötigt. Außerdem ist das System gegen äußere Schpckeinwirkungen bzw. Erschütterungen sehr empfindlich, so daß beispielsweise eine Verwendung in militärischen Geräten kaum in Frage kommt. Eine Abhilfe durch elektronische Amplitudenstabilisierung mit genügend kleiner Zeitkonstante ist sehr schwierig und aufwendig; hinzu kommt eine relativ große Leistungsaufnahme. Ein weiterer Nachteil ist die sinusförmige Schwingfunktion, die in der Praxis für gewöhnlich keine optimale Abtastbewegung darstellt. Bekannt ist ferner das Messen der zeitlichen Winkelfunktion bei einem Schwingspiegel mit Hilfe eines Resolvers oder eines optischen Winkelkodierers. Solche Winkelaufnehmer sind jedoch wegen ihrer geometrischen Abmessungen, ihrer Lagerreibung und ihrem Trägheitsmoment insbesondere für leichte Schwingspiegel nicht geeignet.

Die Aufgabe der Erfindung wird unter Umgehung der aufgezeigten Nachteile vor allem in der Entwicklung eines Verfahrens sowie einer entsprechenden Vorrichtung gesehen, die eine optimale Bildwiedergabe gewährleisten. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Speisespannung des Oszillators zunächst bis zum Anschlagen des Schwingspiegels an mechanischen Begrenzungen und anschließend darüber hinaus so lange erhöht wird, bis die Schwingfunktion bei konstanter Amplitude Dreieckform annimmt. Auf diese Weise erhält man eine für viele Verwendungsbereiche vorteilhafte lineare Abtastbewegung. Bezüglich der mechanischen Begrenzungen ist es zweckmäßig, wenn dieselben aus Silikongummipuffern bestehen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Schwingspiegel zum berührungslosen Messen des zeitlichen Verlaufs des Winkels und zum Ansteuern der Ablenkkoordinaten mit einem dynamischen kapazitiven Winkelsensor ausgerüstet ist. Durch diese Maßnahme wird ein synchrones Ansteuern der Ablenkkoordinaten bei Bildröhren gewährleistet. Was die Ausgestaltung des Winkelsensors anbetrifft, so sehen weitere Merkmale der Erfindung vor, daß der Winkelsensor im wesentlichen aus einem am Schwingspiegel befestigten variablen Kondensator mit einer eine lineare Funktion des zu messenden Winkels darstellenden Kapazität, einem hierzu parallelgeschalteten feststehenden Kondensator konstanter Kapazität und einem gegengekoppelten Verstärker besteht. Die Verwendung elektronischer Bauelemente ermöglicht eine in Preis und Gewicht vorteilhafte Ausbildung des Sensors.

Im folgenden wird an Hand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:

Der Schwingspiegel 1 eines ansonsten nicht näher dargestellten Wärmebildgerätes ist in seinem Mittelbereich über eine Torsionsfeder 3 gelagert. An dem Spiegel ist in Blickrichtung oben und unten je ein Permanentmagnet 2 befestigt. Außerhalb des Spiegels, den Magneten gegenüberliegend, ist je eine Spule 5 vorgesehen. Die Spulen und Magnete sind paarweise Antrieb- bzw. Aufnahme-Einheit und bilden zusammen mit dem Verstärker 6 eine Oszillator-

schleife, so daß der Spiegel 1 bei seiner Resonanzfrequenz in Richtung des Doppelpfeils schwingt.

Während der Spiegel bei kleiner Speisespannung t/_s in an sich bekannter Weise als Sinusoszillator schwingt, erhöht sich die Amplitude bei steigender Speisespannung U_s so lange, bis der Spiegel 1 mit seinen beiden Enden abwechselnd gegen Silikongummipuffer 4 schlägt. Durch letztere wird zunächst einmal die Schwingbewegung begrenzt. Bei weiterem Erhöhen der Speisespannung U_s erhöht sich die Schwingfrequenz, so daß jetzt die Schwingfunktion bei konstanter Amplitude zumindest annähernd Dreieckfonn besitzt.

Die gestrichelt gezeichnete Linie symbolisiert einen Winkelsensor 7, der zur berührungslosen Aufnahme des zeitlichen Verlaufs des Spiegelwinkels vorgesehen ist und hierzu das Prinzip der konstanten Ladung zweier parallelgeschalteter Kondensatoren 8 und 9 ausnutzt. Der am Winkelsensor 7 befestigte variable Kondensator 8 besitzt in der Regel nur wenige Picofarad; seine Kapazität ist eine lineare Funktion des Winkels. Der zweite, mit dem Kondensator 8 parallelgeschaltete Kondensator 9 dagegen besitzt konstante Kapazität. Ferner gehört zum Winkelsensor 7 noch ein gegengekoppelter Verstärker 10. Wenn man für den Momentanwert des variablen Kondensators 8 das Symbolic, den konstanten Kondensator 9 das Symbol C, den Vorwiderstand 11 das Symbol R und die Kondensatorspannung das Symbol U wählt, so ergibt sich zunächst als Zeitkonstante der Ausdruck R (C+Δ C). Hierbei ist der Ausgangswiderstand des Verstärkers vernachlässigbar, weil er durch die Gegenkopplung sehr hoch ist. Ist nun diese Zeitkonstante viel größer als die Schwingperiode des Spiegels 1, so bleibt die Ladung Q der Kapazitätskombination konstant. In diesem Fall gilt folgende Beziehung:

Q = (C + AC)U

Der Momentanwert der Kondensatorspannung beträgt daher:

Q ₌ Q_ j i_

C+AC Cl AC

Wenn -^- <4 1, so ergibt sich durch Reihenentwicklung :

β r ac (Acy (Acy

^τΐ¹—T ⁺ [T) -1~fJ ⁺-

Die erforderliche Linearität des Winkelsensors 7 wird durch entsprechende Wahl von (-pr-j erreicht,

wenn das dritte Glied (-^-) der vorstehenden Reihe vernachlässigbar klein ist.

Durch den Kondensator 12 am Ausgang des Verstärkers 10 werden Wechselspannungssignale übertragen, nicht dagegen die in diesem Punkt gleichfalls vorhandenen Gleichspannungsanteile. Die zur Ansteuerung der Ablenkkoordinaten einer Wiedergaberöhre erforderliche Wechselspannung, der sogenannte dynamische Anteill der Ausgangsspannung u_D, beträgt sodann:

u_D =

Q_ C

AC

Der Erfindungsgegenstand ist jedoch keineswegs auf die Wärmebildtechnik beschränkt, sondern kann beispielsweise auch in der Elektrooptik Verwendung finden. Targetpointer, Suchköpfe, Tracker usw. sind weitere Anwendungsmöglichkeiten des in Rede stehenden Erfindungsgegenstandes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abtasten von Bildfeldern in horizontaler und/oder vertikaler Richtung, bei dem ein elektromagnetisch angetriebener Schwingspiegel über eme Torsionsfeder gelagert ist und der Spiegel an wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Stellen mit Permanentmagneten bestückt ist, denen ebensoviele, mit einem Verstärker eine Oszillatorschleife bildende, feststehende Spulen gegenüberliegen, so daß der Spiegel im Falle seiner Resonanzfrequenz bei kleiner Speisespannung als Sinusoszillator schwingt, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung zunächst bis zum Anschlagen des Schwingspiegels (1) an mechanischen Begrenzungen (4) und anschließend darüber hinaus so lange erhöht wird, bis die Schwingfunktion bei konstanter Amplitude Dreieckform annimmt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Begrenzungen (4) aus Silikongummipuffern bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingspiegel (1) zum berührungslosen Messen des zeitlichen Verlaufs des Winkels und zum Ansteuern der Ablenkkoordinaten mit einem dynamischen kapazitiven Winkelsensor (7) ausgerüstet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelsensor (7) im wesentlichen aus einem am Schwingspiegel (1) befestigten variablen Kondensator (8) mit einer eine lineare Funktion des zu messenden Winkels darstellenden Kapazität, einem hierzu parallelgeschalteten feststehenden Kondensator (9) konstanter Kapazität, einem gegengekuppelten Verstärker (10) sowie einem Eingangswiderstand (11) desselben besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Kondensator (8) am Schwingspiegel (1) befestigt ist.