DE2656273A1

DE2656273A1 - Strahlungsabtasteinrichtung

Info

Publication number: DE2656273A1
Application number: DE19762656273
Authority: DE
Inventors: Herbert Morrison Runciman
Original assignee: Thales Optronics Ltd
Current assignee: Thales Optronics Ltd
Priority date: 1975-12-13
Filing date: 1976-12-11
Publication date: 1977-06-16
Also published as: US4084092A; DE2656273C2; GB1569879A

Description

DR. RUDOLF BAUER . DIPL-ING. HELMUT HUBBUCH

PATENTANWÄLTE

753 PFORZHEIM, (west-germany) WESTLICHE 31 (AM LEOPOLDPLATZ) TEL.: (07231)10 22 90

10. Dezember 1976 Ill/Wa

Barr & Stroud Limited, Glasgow (Schottland)

" Strahlungsabtasteinrichtung "

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsabtasteinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Mit einer solchen Einrichtung sollen insbesondere parallele Lichtbündel eines optischen Systems abgetastet werden; sie wird daher im englischen Sprachgebrauch gewöhnlich als "object-space" - Abstasteinrichtung bezeichnet.

Bei einer solchen Abtasteinrichtung ist es bekannt, den Strahlungsdetektor ungefähr im Brennpunkt einer Sammellinse anzuordnen, welche die aus einem Gesichtsfeld herkommende Strahlung nach deren Reflexion an einer Spiegeltrommel empfängt. Die Trommel besitzt am Umfang verteilt eine Reihe von ebenen Spiegeln, die etwa parallel zur Drehachse der Trommel angeordnet sind.

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Benachbarte Spiegel sind, am Umfang der Trommel aufeinanderfolgend, wechselseitig um einen sehr kleinen Winkel gegen die Drehachse geneigt, um eine Vielband-Abtastung zu erreichen. Um Unscharfe zu vermeiden, muss die Trommel geneigt werden, damit zwischen der einfallenden und der reflektierten Strahlung ein Winkel vorhanden ist. Dies "beeinträchtigt jedoch das erzeugte Bild. Je nach Orientierung des Winkels, um den die Trommel geneigt ist, können ernsthafte Bildfehler dadurch entstehen, dass die Bänder nicht vorschriftsmässig aneinandergrenzen, oder kann das Bild verzerrt werden. Ferner muss eine verhaltnismassig grosse Trommel gewählt werden, wenn die Reflexion "bei schrägem Einfall der Strahlung nicht zu einem Verlust an Bildhelligkeit führen soll.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Abtasteinrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der einer oder mehrere der vorerwähnten Nachteile, nämlich Unscharfe, Bildverzerrung, falsche Bandlage und mangelnde Bildhelligkeit, behoben oder wenigstens gemildert sind.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Er-

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findungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit bezuggenommen wird.

Die optischen Elemente können am äusseren Umfang einer Trommel oder am inneren Umfang einer ringförmigen Trommel angeordnet sein. Vorzugsweise differiert der Winkel zwischen den Reflexionsflächen um den Trommelumfang fortlaufend von Paar zu Paar um einen sehr kleinen Winkel in einer Weise, dass "benachbarte Bereiche des abgetastetn Gesichtsfeldes zur Erzeugung eines zweidimensionalen Rasterbildes auf den Detektor abgebildet werden.

Die Fokussiereinrichtung kann durch ein Linsen- oder Spiegelsystem gebildet werden, während der Detektor eine Reihe (1-dimensLonal) oder eine Matrix (2-dimensional) von Detektorelementen enthalten kann.

Die Abtasteinrichtung enthält mit Vorteil zwischen dem Abtaster und dem abzutastenden Objekt ein Fernrohr oder ein anderes afokales optisches System.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den bei-

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gefügten Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend erläutert. Es zeigen

F i g . 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der er-

findungsgemässen Abtasteinrichtung,

F i g . 2 die Ansicht eines Details aus Fig. 1,

Fig . 3 die Aufsicht auf den Schnitt 3-3 (Fig. 2),

Fig. 4-A-4D und JSA-5D abgewandelte Ausführungsformen der er-

findungsgemässen Abtasteinrichtung, und

F i g . 6 und 7 zwei verschiedene Ansichten einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Abtasteinrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Strahlungsabtasteinrichtung 10 umfasst einen auf infrarote Strahlung ansprechenden Detektor 11 (ίβ-Detektor), Linsen 12 A und 12 B, die gemeinsam eine Fokussiereinrichtung 12 zum Sammeln der auftreffenden Strahlung bilden, einen ebenen Reflektor 13 und eine Abtasttrommel 14, die durch

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einen Motor 15 um eine Achse 16 drehbar angeordnet ist. Die aus einem Gesichtsfeld kommende Strahlung wird von einer akofalen optischen Anordnung in Gestalt eines Fernrohres 17 mit den Teilen 17A, 17B, 17c und I7D empfangen und folglich fallen parallele Lichtstrahlen aus dem Gesichtsfeld auf die Abtastfcrommel

In den Figuren 2 und 3 ist deutlicher dargestellt, dass die A"btasttrommel 14- aus einer festen Trommel "besteht, um deren äusseren Umfang herum Paare von ebenen Reflexionsflächen 2OA,B .... 29A,B angeordnet sind, wobei jedes Paar ein optisches Element 20....29 bildet. Die aus dem Teil I7D des Fernrohres auf eine der Reflexionsflächen, z.B. auf die Reflexionsfläche 29A, einfallende Strahlung wird von dort auf die Reflexionsfläche 29B und von dieser über die Fokussiereinrichtung 12 und den ebenen Reflektor 13 auf den IR-Detektor 11 reflektiert.

Um eine sekundäre Abtastung zu erzielen, differiert der Winkel zwischen den Reflexionsflächen 2OA, 2OB, usw. in jedem der optischen Elemente 20...29- Dies bewirkt, dass die in Fig. 3 dargestellten Reflexionsflächen 2OA.·.29A (im Grundriss gesehen) eine geringfügig voneinander abweichende individuelle Gestalt

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habenj der Bereich, in dem sich die Orientierungen der einzelnen Reflexionsflächen "bewegen, ist schentatisch in Fig. 2 in Beziehung zur einfallenden Strahlung dargestellt. Vorzugsweise schliessendie die optischen Elemente 20...29 bildenden Paare von Reflexionsflächen 2OA, 20B...29A,29B im wesentlichen einen rechten Winkel zwischen sich ein, und ferner sind die Reflexionsflächen 20A...29A und 2QB...29B so angeordnet, dass sich die Ebenen, in denen die Paare 20A_t 20B...29A,29B von Reflexionsflächen liegen, jeweils in einer Geraden 18 schneiden, die im rechten Winkel zur Achse 16 verläuft.

Auf diese Weise werden Fehler infolge von Verzerrungen und falscher Bandlage klein gehalten und die von der Abtasttrommel 14- auf den IR-Detektor 11 reflektierte Strahlung ist parallel und verläuft in derselben Ebene wie die einfallende Strahlung. Dies bedeutet, dass im Zentrum des abgetasteten Feldes die einfallenden parallelen Strahlen nach ihrer Reflexion in ihrer ursprünglichen Richtung zurücklaufen, dabei jedoch wegen der doppelten Reflexion an der Abtasttrommel 14- um einen zur Trennung vo» einfallenden Strahlenbündel ausreichenden Abstand versetzt sind.

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Tim - wie oben "beschrieben - die sekundäre Abtastung zu erhalten, müssen die paarweise gegeneinander geneigten Reflexionsflächen 20A,B...29A,B aus der 9O°-Iiage herausgekippt und in der neuen Lage fixiert werden. Wenn man das Fernrohr 17 fortlässt, dann können die Achsen, um welche die Reflexionsflächen gekippt werden, nach Belieben gewählt werden, aber wenn das Fernrohr 17 vorgesehen ist, dann müssen, um das Fernrohr 17 optimal nutzen zu können, die Kippachsen so gelegt werden, dass die abgetasteten Strahlen durch die Austrittspupille 19, die der physikalischen, durch die Linse 17A des Fernrohrs 17 definierten Pupille entspricht, laufen.

Wenn sich die Pupille 19 in einer Ebene befindet, die von der Achse 16 den gleichen Abstand aufweist wie jede der Geraden 18, in denen sich die Paare von Reflexionsflächen 20A,B...29A,B schneiden, dann treffen die abgetasteten Strahlenbündel unter einem konstanten Winkel auf den IR-Detektor 11 auf. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass die Kippachsen aller Paare von Reflexionsflächen 2OA, 20B...29A,29B den gleichen Abstand von der Achse 16 aufweisen und jede der Reflexionsflächen innerhalb eines Paares 20A,B...29A,B um den gleichen Betrag, aber in entgegengesetzter Richtung gekippt wird. Wenn andererseits die Kipp achsen mit der Geraden 18 zusammenfallen, muss nur eine der Reflexionsflächen 2OA oder B,...29A oder B eines Paares gekippt werden.

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Falls die Siznhlenbündel auf den IR-Detektor nicht unter einem konstanten Winkel auftreffen müssen, kann die Lage der Kippachsen so gewählt werden, dass sie unterschiedliche Kriterien erfüllt, ohne dass dadurch die Eigenschaften der Erfindung hinsichtlich geringer Verzerrung und einwandfreier Bandlage 'beeinträchtigt würden.

In den Figuren 4A "bis 4-D ist der Einfluss verschiedener Lagen der sekundären Kippachsen auf die Grosse der Sammellinse 12 bei minimaler Grosse der Abtasttrommel 14 dargestellt. Man erkennt, dass die auf den IR-Detektor 11 auftreffenden Strahlenbündel mit der Drehung der Abtasttrommel 14 verschwenken. In Figur 4A sieht man die Abtasttrommel 14 in Draufsicht; in Fig. 4B ist die Auswirkung dargestellt, die das Kippen der Reflexionsfläche 2OA um eine Achse 30 hat, welche in gener Ebene liegt, in der auch die Pupille 19 liegt; in Figur 4C ist die Auswirkung dargestellt , die das Kippen der Reflexionsfläche 2OA um eine Achse 31 hat, welche die Drehachse 16 schneidet, während die Reflexionsfläche 2OB um die Gerade 18 (Fig. 2) gekippt wird; Figur 4D schliesslich zeigt die Auswirkung, die das Kippen der Reflexionsfläche 2OB um einen Punkt 32 an der äusseren Peripherie

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der Abtasttrommel 14 hat, während die Reflexionsfläche 2OA um ihren Mittelpunkt 33 gekippt ist.

Die Figuren 5A bis 5D geben verschiedene Lagen der sekundären Kippachsen wieder und die davon abhängende Grosse der Abtasttrommel 14, die diese besitzen muss, damit die Linse 12 so klein wie möglich gemacht werden kann. Es ist zu erkennen, dass die Abtasttrommel 14 in Fig. 5A wesertlich grosser ist als in Fig. 4A.

Die Figuren 6 und 7 veranschaulichen eine geschickte Anordnung der Komponenten in einer erfindungsgemässen Abstasteinrichtung, ■^ie Linse 17A des Fernrohrs ist oberhalb der Abtasttrommel 14 angebracht, und zwischen der Linse 17B und dem Linsensystem 17C liegen ebene Spiegel 40 und 41, damit die einfallende Strahlung auf die oberen Reflexionsflächen der Abtasttrommel 14 gerichtet werden kann. Fach der Reflexion an den unteren Reflexionsflächen der Abtasttrommel 14 läuft die austretende Strahlung durch die Sammellinse 12 und wird vom ebenen Reflektor 13 auf den IR-Detektor 11 reflektiert.Der Motor 15 ist unter der Abtasttrommel 14 angebracht·

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Die hier "beschriebene Abtasteinrichtung dient zwar zur Verwendung im infraroten Spektralbereich, jedoch kann die Erfindung "bei entsprechender Materialwahl auch für Liefet im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich verwendet werden.

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Leerseite

Claims

DR. RUDOLF BAUER . DEFL.-ING. HELMUT HUBBUCH PATENTANWÄLTE 753 PFORZHEIM, (WEST-GERMANY) WESTLICHE 31 (AM LEOPOLDPLATZ) TEL.: (O723I) 10 22 90 10. Dezember 1976 III/V Patentansprüche

1. Strahlungsabtasteinrichtung mit einem Strahlungsdetektor (11),

mit einer lOkussiereinriohtung (12) zum Sammeln der Strahlung und mit einem Abtaster (14), die derart angeordnet sind, dass die von unterschiedlichen Stellen eines Gesichtsfeldes kommenden, im wesentlichen parallelen Strahlenbündel aufeinanderfolgend von einer Reflektierstation (neben dem Teil 17D) durch den Abtaster (14) auf den Strahlungsdetektor (11) geworfen und auf diesen (11) durch die Fokussiereinrichtung (12) fokussiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtaster (14) eine Reihe von optischen Elementen (21,^*.,29) enthält, die um eine Achse (16) derart drehbar angeordnet sind, dass sie nacheinander die Reflektierstation (neben dem Teil 17D) durchlaufen, wobei jedes optische Element (20,...,29) zwei ebene Reflexionsflächen (2OA, 2OB;...;29A, 29B) enthält, die paarweise einen im wesentlichen rechten Winkel zwischen sich einschliessen, während die Geraden (18), in denen sich die Ebenen, die die Paare von Reflexionsflächen (2OA, 20B-,...; 29A, 29B) enthalten, schneiden, rechte Winkel mit der Drehachse (16) bilden; dabei ist die Anord-

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- Φ

-J S

nung der Elemente der Strahlungsabtasteinrichtung (10) so gewählt, dass die Strahlung auf den Strahlungsdetektor (11) auftrifft, nachdem sie aufeinanderfolgend an den "beiden Reflexions flächen (2OA, 2OB; ;29A,29B) in der Reflektierstation (neben

dem Teil 17D) reflektiert worden sind.

2. Strahlungsabtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die genauen Winkel zwischen der Achse (16) und den Reflexionsflächen (2OA, 2OB;...; 29A, 29B) um die Achse (16) herum fortlaufend um einen sehr kleinen Winkel in der Weise voneinander abweichen, dass benachbarte Bereiche des abgetasteten Gesichtsfeldes zur Erzeugung eines zweidimensionalen Rasterbildes auf den Strahlungsdetektor (11) abgebildet werden.

3. Strahlungsabtasteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtaster (14) die Strahlung von

einer afokalen optischen Anordnung (17) empfängt, deren Austrittspupille (19) im wesentlichen in der gleichen Ebene liegt wie jede der Geraden (18), in denen sich die Paare von Reflexionsflächen (2OA, 20B;....;29A,29B) schneiden.

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4. Strahlungsabtasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis

3■: dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (20;....;29) um die äussere Peripherie einer Trommel (14) herum angeordnet und an dieser angebracht sind.

5- Strahlungsa"btasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente um die innere Peripherie einer ringförmigen Trommel angeordnet und an dieser angebracht sind.

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