DE2605837C2 - Optisch-mechanischer Abtaster - Google Patents

Description

oder konkaver Spiegel oder ein Mangin-Spiegel (Spie- niert, da die effektive Pupille beim Krüromungsmittelgellinse) sein kann, dem ein korrigierendes Linsenele- punkt des Hohlspiegels A/3 liegt, so daß kein Koma und ment zugeordnet ist Der Spiegel Af 2 reflektiert die kein Astigmatismus erzeugt werden. Strahlung durch eine mittige Öffnung im Spiegel Af 1. Der Hohlspiegel Af 3 erzeugt zwar eine Bildfeld-

Eine Linse L 2 liegt in dieser Öffnung, um ein im wesent- 5 krümmung, die jedoch durch den Schwenkspiegel A/5 liehen paralleles Bündel zu erzeugen, das auf jede der kompensiert wird. Wie dies geschieht ist schematisch in aufeinanderfolgenden Flächen des sich drehenden Poly- F i g. 5 dargestellt Wie man dort sieht, ist das Objektgons 1 fällt Im reflektierenden System gemäß Fig.2 Bildfeld F(d.h. das Bildfeld am Brennpunkt) der Linse sollten drei der optischen Oberflächen asphärisch sein, L 3 bei sich drehendem Schwenkspiegel A/5 konkav um die erforderliche Aberrationskorrektur zu errei- 10 gekrümmt, wobei der Krümmungsmitteipunkt etwa auf chen. Eine iiorrekturlinse L1 kann als weiteres Aberra- der Drehachse P des Schwenkspiegels Λ/5 liegt Der tionskorrekturelement vorgesehen sein. Grund hierfür liegt darin, daß bei Drehung des

Die optischen Teleskopsysteme nach F i g. 1 und 2 Schwenkspiegels A/5 der Abstand zwischen der Linse verkleinern die Abtastung des Polygons, wobei eine An- L 3 und dem Punkt auf den sie zur Projizierung eines passung der PupiHe des Systems erfolgt, die effektiv bei 15 Bildes auf den Detektor D scharf abbildet konstant der Polygonfläche liegt blefat Der Hohlspiegel Af 3 ist so angeordnet daß das

Das rotierende Polygon 1 (F i g. 1 und 2) bewirkt eine von ihm erzeugte, in der gleichen Richtung wie der Abtastung der einfallenden Strahlung in nur einer Rieh- Hohlspiegel Af 3 gekrümmte Bildfeld im wesentlichen tung, d. h. in der Zeilenabtastrichtung. Um ein Bild auf- mit dem Objekt-Bildfeld Fzusammenfällt. zubauen, ist bei jeder vollständigen Abtastung des De- 20 Eine restliche sphärische Aberration im reflektierentektors oder des Detektorfeldes eine »Bild«-Abtastung den System kann entweder durch eine geeignete Asphäerforderlich, die mit einer geringeren Geschwindigkeit rizität einer Fläche im zugehörigen Teleskop gemäß und quer zu der Richtung der Zeilenabtastung erfolgt F i g. 1 oder F i g. 2 oder durch die Asphärizität der Linse Um diese »Bild«-Abtastung zu bewirken, ist ein ebener L 3 korrigiert werden.

Schwenkspiegel vorgesehen, der Drehschwingungen 25 Die F-Zahl des Detektorsystems ist durch den Konum eine Achse senkrecht zur Drehachse des Polygons 1 vergenzwinkel des Bündels gegeben, das von der Linse ausführt Nach der Reflexion an den aufeinanderfolgen- L 3 auf den Detektor D fällt

den Flächen des rotierenden Polygons wird die Strah- Da die Oberfläche des Polygons von dem Hohlspiegel

lung von einer optischen Übertragungseinrichtung auf A/3 auf den Schwenkspiegel A/5 abgebildet wird, liegt den Schwenkspiegel geworfen, die so aufgebaut ist, daß 30 der Schwenkspiegel Af 5 ebenfalls bei einer effektiven sie keine Aberrationen einführt Eine Ausführungsform Pupille des Systems. Daher tritt keine »Pupillenabtamit einem Schwenkspiegel 115 ist in Fig.3 und 4 ge- stung« am Schwenkspiegel Af5 oder am Detektor D zeigt. Die Übertragungseinrichtung weist einen Hohl- auf.

spiegel Af 3 auf, der so angeordnet ist, daß sein Krüm-

mungsmittelpunkt auf der Mitte der reflektierenden 35 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Fläche des Polygons liegt, wenn dieses sich in der Mitte

einer Zeilenabtastung befindet. Ein ebener Ablenkspiegel M 4, dessen Längsrichtung parallel zu der Drehachse Odes Polygons 1 verläuft, liegt in der Brennebene des
Hohlspiegels A/3, d. h. um die Hälfte des Radius des 40
Hohlspiegels A/3 von der Oberfläche desselben entfernt. Der Ablenkspiegel Af 4 reflektiert die Strahlung
auf den Schwenkspiegel M 5, dessen Drehschwingungen um eine Achse P (F i g. 3) erfolgen. Die von dem
Schwenkspiegel A/5 reflektierte Strahlung wird von ei- 45
ner Linse L 3 gesammelt und auf einen Detektor (oder
ein Detektorfeld) D abgebildet.

Die Schwingucigsfrequenz des Schwenkspiegels A/5
steht in einem solchen Verhältnis zu der Drehzahl des
Polygons 1, daß aufgrund der Kombination der Schwin- 50
gung des Schwenkspiegels 5 und der Drehung des Polygons 1 der Detektor aufeinanderfolgende Bereiche der
abgetasteten Szene in einer Folge von Zeilenabtastungen »sieht«, die jeweils ein Teilbild einnehmen, so daß
ein Bild durch die aufeinanderfolgenden Teilbilder ge- 55
bildet wird. Die Geschwindigkeit der Bildabtastung
wird durch die Schwingungsfrequenz des Schwenkspiegels 5 bestimmt, und die Geschwindigkeit der Zeilenabtastung durch die Drehzahl des Polygons 1.

Die Anordnung ist so getroffen, daß die optische eo
Weglär.ge zwischen dem Hohlspiegel M 3 und dem
schwingenden Schwenkspiegel M 5 im wesentlichen
gleich groß wie die optische Weglänge zwischen dem
Hohlspiegel M3 und der reflektierenden Fläche des Polygons 1 ist. Mit anderen Worten ist der Abstand vom 65
Ablenkspiegel A/4 zum Schwenkspiegel Af 5 gleich der
Hälfte des Radius des Hohlspiegels Af 3. Auf diese Weise werden optische Aberrationen erster Ordnung elimi-

Claims (2)

1 2 dem bekannten Abtaster in Übereinstimmung mit der Patentansprüche: Erfindung vorgesehene afokale System können bei an deren Systemen auftretende Bildfeidwölbungen vermie-

1. Optisch-mechanischer Abtaster, insbesondere den werden. Bei Verwendung von zwei bewegten Abfür Infrarotstrahlung, mit einem fernrohrartigen afo- 5 lenkelementen enthält der bekannte Abtaster aber zwikalen System, das nach Erzeugung eines ersten Zwi- sehen ihnen ein Linsensystem, das einen Bildfeldwölschenbildes ein paralleles Strahlenbündel auf ein bungsfehler hervorruft, der durch den vom zweiten Ab-Spiegelpolygon wirft, wobei die nachgeschaltete lenkelement verursachten Bildfeldwölbungsfehler noch Linse dieses afokalen Systems die von der Eintritts- verstärkt wird

linse gebildete Eintrittspupille auf die wirksame Re- io Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen opflexionsfläche des Polygons als Austrittspupille ab- tisch-mechanischen Abtaster der genannten Art zu bildet, und wobei die Abtastung in der anderen Rieh- schaffen, bei dem der nachteilige Einfluß von Bildfeldtung mittels eines Schwenkspiegels erfolgt, auf den Wölbungsfehlern möglichst vermieden wird, die wirksame Fläche des Spiegelpolygons nach Art Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkeiner nochmaligen Austrittspupille mittels eines op- is mal des Anspruchs 1 gelöst

tischen Elementes abgebildet wird, dadurchge- Da die pupillenmäßige Abbildung des ersten Ablenk-

kennzeichnet, daß das dem Polygon (1) nach- elements auf das zweite Ablenkelement mittels eines

geschaltete optische Element ein Hohlspiegel (M3) Hohlspiegels erfolgt, bringt dieser wegen seines umge-

ist kehrten Bildfeldwölbungsfehlers die Möglichkeit mit

2. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 sich, den vom zweiten Ablenkelement hervorgerufenen zeichnet, daß der Hohlspiegel (M3) vom Spiegelpo- Bildfeldwölbungsfehler zu kompensieren.

lygon (1) und gleichermaßen vom Schwenkspiegel An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungs-

(M5) optisch im wesentlichen um den Krümmungs- beispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

radius entfernt ist Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Aus-

3. Abtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- 25 führungsform des fernrohrartigen afokalen Systems mit kennzeichnet, daß zwischen Schwenkspiegel (M5) einem Spiegelpolygon;

und Hohlspiegel (M 3) in der Brennebene des letzte- F i g. 2 eine andere Ausführungsform des afokalen Sy-

ren ein ebener ortsfester Ablenkspiegel (M4) ange- stems;

ordnet ist. F i g. 3 den Teil des Abtasters, der bei dem betrachte-

4. Abtaster nach Anspruch 1, bei dem das afokale 30 ten Beispiel die wirksame Fläche des Spiegelpolygons System ein Fernrohr enthält, das eine Frontlinse auf einem Schwenkspiegel abbildet;

(L 1) und eine hintere Linse (L 2) aufweist, dadurch F i g. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung

gekennzeichnet, daß die hintere Linse (L 2) die effek- nach F i g. 3 in einer anderen Blickrichtung, wobei das

tive öffnung der Frontlinse (L 1) auf den Flächen des Polygon weggelassen ist; und

rotierenden Polygons(1)abbildet. 35 Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips

5. Abtaster nach Anspruch 4, dadurch gekenn- der Erfindung.

zeichnet, daß beide Linsen (L 1, L 2) des Fernrohrs Der Abtaster gemäß F i g. 1 enthält ein Spiegelpoly-

asphärisch und entweder hinsichtlich ebenem Bild- gon 1, z. B. ein Sechseck, das bei Drehung um seine

feld oder Astigmatismus korrigiert sind. Längsachse O eine Zeilenabtastung einer Szene be-

6. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 40 wirkt, deren Infrarotstrahlung von einem (nicht dargezeichnet daß das afokale System ein Spiegeltele- stellten) Detektor aufgenommen wevden soll. Die Strahskop enthält, das hinsichtlich Bildfeldkrümmung und lung von der Szene wird durch ein afokales Teleskopsy-Astigmatismus korrigiert ist und einen Hohlspiegel stern auf eine Fläche des Polygons 1 geworfen. Bei der in (Ml) aufweist, der die einfallende Strahlung auf ei- Fig. 1 dargestellten Ausführungsform hat das TeIenen zweiten Spiegel (M2) kleinerer öffnung wirft, 45 skopsystem eine Frontlinse L1 und eine hintere Linse der seinerseits die Strahlung durch eine Mittelöff- L 2. Die hintere Linse L 2 bildet den Durchmesser der nung in dem Hohlspiegel (M 1) auf das rotierende Frontlinse L 1 auf die Polygonfläche ab so daß das ProPolygon (1) reflektiert. blem einer »Pupillenabtastung«, d. h. die Bewegung ei-

7. Abtaster nach Anspruch 6, dadurch gekenn- nes Leuchtpunktes, auf der Polygonfläche in entgegenzeichnet, daß dem zweiten Spiegel (M 2) des TeIe- 50 gesetzter Richtung zu der Drehrichtung des Polygons skopseine Korrekturlinse (L 1) zugeordnet ist. vermieden wird. Beide Linsen L 1 und L 2 sind asphä-

8. Abtaster nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge- risch und so optimiert, daß entweder ein ebenes Bildfeld kennzeichnet, daß eine in der Mittelöffnung des auf der Polygonfläche oder ein verschwindender Astig-Hohlspiegels (Ml) des Teleskops liegende Linse matismus erreicht wird. In der Praxis wird ein im we-(L 2) die von dem zweiten Spiegel (M 2) reflektierte 55 sentlichen ebenes Bildfeld auf der Polygonfläche erStrahlung in einem im wesentlichen parallelen Strahl zeugt, da sich daraus ein Minimum an Bildfehlern ergibt, auf das Polygon (1) wirft. In Fig. 1 ist die innere Brennebene des Linsensystems durch eine strichpunktierte Linie F angedeutet,

und der Strahlengang von einem außerhalb der Achse

60 liegenden Objektpunkt ist in unterbrochenen Linien

dargestellt.

Die Erfindung betrifft einen optisch-mechanischen Um sowohl die Bildfeldwölbung als auch den Asti-

Abtaster gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. gamtismus zu korrigieren, sollte ein reflektierendes

Ein Abtaster dieser Art für Infrarotstrahlung, der Lichtsammeisystem verwendet werden, wie es in F i g. 2

auch als Wärmebildkamera bezeichnet wird und die 65 gezeigt ist. Die einfallende Strahlung wird von einem

Strahlung von einer mit extrem hoher Geschwindigkeit ersten konkaven Spiegel M1 mit einer weiten öffnung

in Zeilen- und Bildrichtung abgetasteten Szene auf eine gesammelt, der die Strahlung auf einen zweiten Spiegel

Detektoranordnung lenkt, ist bekannt. Durch das bei M 2 mit engerer öffnung wirft, der ein flacher, konvexer