DE2719892A1

DE2719892A1 - Vorrichtung zur bildumsetzung

Info

Publication number: DE2719892A1
Application number: DE19772719892
Authority: DE
Inventors: Douglas Edward Stewart; William George Moore Wilson
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1976-05-05
Filing date: 1977-05-04
Publication date: 1977-11-24
Also published as: FR2350749A1; FR2350749B1; SE423958B; GB1583743A; SE7705189L; US4117331A

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel Dipl-Ing. Wolincmg Rüichel

6 Frank'« uri a. M. 1 iKJie 13

8776

THE MARCONI COMPANY LIMITED, Chelmsford, Essex, England

Vorrichtung zur Bildumsetzung

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Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Bildumsetzung, sie bezieht sich insbesondere Jedoch nicht ausschließlich auf derartige Vorrichtungen zum Umsetzen eines Infrarotbildes in ein Sichtbild.

Es stellt bei diesen Vorrichtungen ein Problem dar, eine hochauflösende Vorrichtung zu schaffen, die gleichzeitig bezüglich ihres Gewichts leicht ist und kleine Abmessungen besitzt, so daß sie bequem tragbar ist. Im allgemeinen ist bei derartigen Vorrichtungen ein optisches System erforderlich, das ein Infrarotbild (I.R.) einer Aufnahmeszene auf ein Objektfeld fokussiert. Durch das optische System erfolgt sowohl eine Seiten- als auch eine Vertikalumkehrung des IR-Bildes, und es ist daher erforderlich, eine weitere Umkehrung zu erzeugen, bevor das Sichtbild angezeigt wird. Dies läßt sich in optischer Weise vornehmen, wo Jedoch Gewicht, Abmessung und der Wirkungsgrad hoch im Kurs stehen, sollte die Verwendung einer Linse oder eines Spiegels lediglich zur Bildumkehr vermieden werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur Bildumsetzung angegeben, bei der ein Pfad von einem Objektfeld zu einem Bildfeld einen optoelektrischen Wandler (transducer) enthält, der das Objektfeld mittels einer Abfolge von Seitenflächen oder Facetten eines drehbaren, im wesentlichen regelmäßigen Polygons abtastet, wobei die Seitenflächen oder Facetten bezüglich der Drehachse verschiedene Winkel besitzen, so daß Jede Seitenfläche einen entsprechenden Streifen des Objektfeldes abtastet; der Pfad von einem Objektfeld zu einem Bildfeld enthält einen weiteren elektrooptischen Wandler, der das Bildfeld mittels einer Abfolge von Seitenflächen oder Facetten eines drehbaren, im wesentlichen regelmäßigen Polygons abtastet, wobei dessen Seitenflächen oder Facetten bezüglich der Drehachse unter-

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schiedliche Winkel besitzen, so daß jede Facette einen entsprechenden Streifen des Bildfeldes abtastet, wobei die beiden Wandler elektrisch miteinander gekoppelt sind, und wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die beiden Facetten, die das Objektfeld bzw. das Bildfeld zu irgendeinem Zeitpunkt abtasten, komplementäre Winkel besitzen, so daß zwischen Objektfeld und Bildfeld eine Bildumkehr erfolgt.

Bevorzugt sind die Seitenflächen oder Facetten, die Seitenflächen oder Facetten eines einzigen Polygons, wobei eine vollständige Gruppe von Seitenflächen oder mehrere Paare vollständiger Gruppen aufeinanderfolgend um das Polygon angeordnet sind, wobei eine Gruppe eine vollständige Bildabtastung liefert, und wobei die beiden Wandler optische Achsen besitzen, die den Polygonumfang in den o.g. beiden Facetten oder Seitenflächen schneiden.

Der optische Pfad vom Zentrum des Objektfeldes zum Polygon kann in einer Linie mit dem entsprechenden optischen Pfad vom Polygon zum Zentrum des Bildfeldes seih. Alternativ können diese beiden optischen Pfade parallel gegeneinander versetzt sein.

Sofern zwei oder mehr Gruppen von Seitenflächen oder Facetten vorhanden sind, kann für jede der Gruppen die Größe des Facettenwinkels bezüglich der Drehachse kontinuierlich zwischen einem Maximum und einem Minimum variieren, wobei sich entsprechende Facetten in den aufeinanderfolgenden Gruppen bezüglich der Rotationsachse komplementäre Winkel besitzen. Alternativ kann für jede Facettengruppe der Facettenwinkel kontinuierlich zwischen komplementären Maximalwerten variieren, wobei die Richtung der Variation in aufeinanderfolgenden Gruppen sich ändert.

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Gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der lediglich eine Gruppe von Facetten um den Polygonumfang angeordnet sind, enthält jede Facettengruppe zwei Halbgruppen, in deren Abfolge sich entsprechende Facetten in aufeinanderfolgenden Halbgruppen einen komplementären Winkel bezüglich der Drehachse besitzen. In diesem Fall kann jede Halbgruppe Facetten enthalten, die eine Folge von Winkelwerten besitzen, die mit denjenigen der nächsten Halbgruppe abwechseln.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Facetten als die Facetten von zwei identischen Polygonen ausgebildet, die sich im Gleichtakt drehen und das Objektfeld bzw. das Bildfeld abtasten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Polygon hohl, wobei dessen Wände interne und externe Facetten besitzen, die von Natur (inhärent) komplementär sind und so angeordnet, daß sie die beiden Felder jeweils abtasten.

Die Wandler bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können eine Zeile von Wandlerelementen enthalten, deren Länge und Anordnung der Querabmessung jedes der genannten Streifen entsprechen, wobei die Elemente der beiden Wandler elektrisch in Umkehrbeziehung miteinander verbunden sind, so daß sie jeden Streifen des Bildfeldes bezüglich des entsprechenden Streifens im Objektfeld umkehren.

Ein weiteres Problem, das bei derartigen Abtastvorrichtungen auftritt, besteht darin, daß Störungen des abgetasteten Feldes derart möglich sind, daß sich kleine Bereiche überlappen oder schmale Schlitze zwischen den getasteten Streifen des Feldes bilden.

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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält daher eine Vorrichtung zur Bildumsetzung eine lineare Gruppe oder Anordnung optischer Detektoren, ein drehbares und im wesentlichen regelmäßiges Polygon mit mehreren Facetten oder Seitenwänden, die bezüglich der Drehachse verschiedene Winkel besitzen, so daß bei Drehung des Polygons jede Facette die Detektorgruppe einem entsprechenden Streifen des Objektfeldes aussetzt, wobei die Breite des Streifens der Länge der Gruppe oder Anordnung entspricht und die Anzahl und die Winkel der Facetten derart festgelegt sind, daß im wesentlichen der Gesamtbereich des Objektfeldes abgetastet wird, und wobei der optische Pfad zwischen dem Polygon und der Detektorgruppe mit einem Winkel auf die Polygonfacetten einfällt, der für jede Facette unabhängig von der Drehbewegung des Polygons ist, und wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß die abgetasteten Streifen im wesentlichen parallel sind.

Der Durchschnittswert der Neigung der Facetten zur Drehachse des Polygons liegt bevorzugt bei 45°.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines mit Facetten versehenen Polygons, das ein Objektfeld abtastet;

Fig. 3 ein Diagramm, das eine Anzahl verschiedener Facettenwinkel-Folgen für das Polygon zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Bildumsetzung; und

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Fig. 5 ein Diagramm des Objektfeldes, wie es von der Ausführungsform nach Fig. 4 gesehen wird.

Figur 1 zeigt den grundlegenden Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein sichtbares Bild einer Aufnahmeszene erzeugen soll, von der lediglich Infrarotstrahlung emittiert wird. Ein optisches System, das durch eine Linse 1 dargestellt ist, fokussiert ein Bild der Infrarotquelle auf einem Schirm 3, wobei die Infrarotquelle durch den Pfeil 2 dargestellt ist. Dieses Bild ist in Seitenrichtung (wie dargestellt) und in vertikaler Richtung umgedreht und es muß zum schließlichen Betrachten erneut umgekehrt werden.

Die Umwandlung des Infrarotbildes in ein sichtbares Bild wird durch einen infrarotempfindlichen Detektor durchgeführt, der dem IR-BiId ausgesetzt ist und entsprechende elektrische Signale erzeugt. Diese optoelektrische Wandler wird dann elektrisch mit einem elektrooptischen Wandler verbunden, der durch lichtemittierende Dioden aufgebaut ist, die im sichtbaren Lichtbereich arbeiten.

Die IR-Detektorelemente sind extrem klein, und um ein Bild irgendeiner beachtlichen Größe abzudecken, wäre eine derart hohe Anzahl der IR-Detektorelemente erforderlich, daß bei der heutigen Technologie diese Vorrichtung unwirtschaftlich wäre, ganz abgesehen von der Schwierigkeit, Verbindungen mit einer großen Anzahl oder Bank von Detektorelementen durchzuführen, wenn jedes Element lediglich etwa eine Abmessung von etwa 13,9 x 1o~³ cm² (0,002 Quadrat Zoll) besitzt. Diese IR-Detektorelenente müssen darüberhinaus auf sehr niedere Temperaturen gekühlt werden, um einen optimalen Betrieb zu ermöglichen.

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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher eine einzige Zeile von IR-Detektoren 4 verwendet, die in Aufsicht in Fig. 1 dargestellt sind. Die Zeile der Detektorelemente 4 ist wesentlich kürzer, selbst mit z.B. 200 Elementen, als die vollständige Höhe des IR-Bildes auf dem Schirm 3· Es ist daher erforderlich, den Schirm 3 abzutasten, d.h. das Objektfeld in einer Anzahl von Streifen oder Bänder abzutasten, um die vollständige Aufnahmeszene zu überstreichen.

Eine Kante- an Kantenbedeckung des Feldes wird durch Zeilenabtastung (sweeping) mit einer Spiegeloberfläche erreicht. Die kontinuierliche Bedeckung des Feldes wird dadurch erzielt, daß Facetten eines Polygons 5 als Spiegeloberflächen verwendet werden, daß das Polygon mit einer konstanten Geschwindigkeit um die Achse 6 durch sein Zentrum rotiert wird. Die Detektorzeile 4 ist darauf beschränkt, IR-Strahlung längs einer optischen Achse 7 durch Fokussiereinrichtungen zu empfangen, die nicht dargestellt sind. Wenn die Facetten um die Achse 6 rotieren, ändert sich der Facettenwinkel bezüglich der Achse 7, und der wirksame Abtaststrahl 8 läuft entsprechend einer Zeilenauslenkung über das Feld 3 mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit der Facette.

Figur 2 zeigt, wie die vertikale Zeilenablenkung oder -abtastung durchgeführt wird. (Die Anzahl der in dieser Figur dargestellten Facetten des Polygons ist gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Anordnung aus Vereinfachungsgründen reduziert). Jede Facette ist bezüglich der Achse 6 leicht geneigt, d.h. sie befindet sich außerhalb einer Ebene, die parallel zur Achse 6 verläuft, so daß der Abtaststrahl entsprechend nach oben und nach unten geneigt wird. In der sehr vereinfachten Grundanordnung nach Fig. 2 variieren die Facettenwinkel sequentiell von einem

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unteren Maximum auf ein oberes Maximum, wie dies im zugehörenden Diagramm der Winkelbeziehungen dargestellt ist. Die nummerierten Facetten tasten dann das Feld in Streifen oder Bändern ab, wie dies durch die Streifennummerierung angezeigt ist.

Gemäß Figur 1 ist die Zeile der Detektoren 4 auf der Basis 1 zu 1 mit einer ähnlich angeordneten Zeile lichtemittierender Dioden 11 gekoppelt, von denen ebenfalls ein fester Lichttransmissionspfad 12 zurück zum Polygon 5 führt. Die Pfade 7 und sind auf einander ähnliche Stellen auf entsprechenden Facetten gerichtet, so daß, wenn eine Facette das Objektfeld 3 abtastet, die andere Facette den Lichtstrahl 13» das vom Bedienungspersonal gesehen wird, zellenförmig ablenkt. Da alle Facetten unter verschiedenen Winkeln bezüglich der Rotationsachse 6 geneigt sind, wird das Bildfeld 14 ebenso durch die aufeinanderfolgenden Facetten in vertikaler Richtung abgetastet.

Bisher wurde der Frage der relativen Stellungen und Orientierung spezieller Streifen des Bildes im Objektfeld und im Bildfeld noch keine Beachtung geschenkt. Es wird jedoch gefordert, daß die Originalszene 2 und das sichtbare Bild dieselbe Orientierung besitzen müssen. Da das optische System 1 im wesentlichen eine Bildumkehr einführt, muß das Abtastsystem eine weitere Bildumkehr bewirken. Jeder Streifen des getasteten Feldes 3 kann dadurch umgekehrt oder invertiert werden, daß die Anschlüsse zwischen den beiden Wandlern 4 und 11 umgetauscht v/erden. Es ist jedoch noch notwendig, die Streifen derart umzukehren, daß z.B. der oberste Streifen des Feldes 3 zum untersten Streifen des Feldes 14 wird.

Dies wird dadurch erreicht, daß die "IR-Facette" den komplementären Winkel zu demjenigen der "sichtbaren Facette" besitzt,

/ΙΙΙ-was die Verwendung einer geradzahligen Anzahl von Facetten auf dem Polygon zur Folge hat. Dies läßt sich auf verschiedenen Wegen erreichen, einige dieser Wege sind in Figur 3 anhand der Facettenwinkel-Folgen dargestellt. Bei diesen dargestellten Anordnungen wird angenommen, daß acht Streifen ausreichen, um das Feld zu bedecken, d.h. daß acht verschiedene Facettenwinkel bei einem Polygon mit 16 Facetten vorgesehen sind.

Die Nullinie in den verschiedenen Winkelfolgen stellt eine Null-"Neigung" dar, d.h. eine Facette, die parallel zur Rotationsachse verläuft. Die Facettenwinkel sind in Schritten von z.B. 1° abgestuft, wobei sich eine totale Variation von 7° ergibt. Die Folge "A" zeigt die einfachste Anordnung, die der der Fig. 2 entspricht, in der die Facettenwinkel kontinuierlich von einem Extrem zum anderen sich ändern. Bei dieser Folge ist jedoch kein fester Abstand zwischen zwei Facetten vorhanden, bei denen die Facettenwinkel in ihrer Größe gleich sind und in der Richtung entgegengesetzt, d.h. komplementär sind, während das Polygon sich dreht. Es ist daher keine feste Stellung der Pfade 7 und 12 in Fig. 1 vorhanden, die die Streifenposition ständig umkehren. Die Folge A ist daher unausführbar.

Die Folgen B und E zeigen eine Anordnung, bei der die Gruppe von Facettenwinkel identisch um den Umfang wiederholt wird, wobei jedoch in diesen Fällen erkennbar ist, daß ein 90°- Abstand der Arbeitsfacetten, d.h. zwischen den Facetten 1 und oder 2 und 6 etc. die Arbeitsfacetten komplementär macht. Wenn eine einzelne Gruppe von Facetten die gesamte Peripherie bedeckt, dann treten die komplementären Facetten in einem Abstand von 180° auf. Diese alternativen Anordnungen sind in Fig. 1 dargestellt.

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Ας

Die Folgen C und D liefern einen komplementären Facettenwinkel bei einem Facettenabstand von 180°, obwohl in diesen beiden Fällen die beiden Facettengruppen um das Polygon herum nicht identisch sind. In der Folge C ändert sich die Größe des Facettenwinkels kontinuierlich zwischen einem Maximum zu Beginn und einem Minimum am Ende, wobei die Facettengruppen vollständig untereinander umgekehrt oder invertiert sind.

In der Folge D ändert sich der Facettenwinkel kontinuierlich zwischen komplementären Maximalwerten, d.h. zwischen minus 3,5° und plus 3,5°. Die Folge E zeigt eine optimale Anordnung, bei der eine komplementäre Facette bei 90° (oder bei nur einer Gruppe pro Umdrehung bei 180°) auftritt, wobei ein maximaler Schrittwinkel zwischen benachbarten Facetten von zwei Schritten irgendeiner Anzahl von Facetten auf dem Polygon vorhanden ist. Es läßt sich erkennen, daß diese Folge als aus Halbgruppen bestehend betrachtet werden kann, wobei jede Halbgruppe mit einem extremen Winkelwert beginnt und in einer Folge alternierender Winkelwerte zum anderen Extremwert verläuft.

Abgesehen von der Folge A, die keine kontinuierliche Beziehung komplementärer Facetten liefert, besitzen die restlichen Folgen unterschiedliche Vorteile. Die Folgen B und E, die zwei identische Gruppen von Facetten enthalten, können in ein Polygon mit 8 Facetten eingebracht werden, das sich mit der doppelten Geschwindigkeit des 16-seitigen Polygons dreht. Die Folgen C und D erfordern Polygone mit 16 Facetten.

Die Größe des größten Facettenwinkelschritts zwischen benachbarten Facetten ist in Verbindung mit der Vermeidung von Wechselwirkungen zwischen den Facetten von Wichtigkeit. Von diesem Gesichtspunkt her ist die Folge D am besten, da die

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Ab

Schritte oder Stufen gleichförmig den minimalen Wert besitzen. Die Folge C ist die schlechteste, da die Schrittweite zwischen den Facetten 1 und 2 maximal, d.h. 7 ist, während die Folge B einen Wert besitzt, der der halben Anzahl der in einer Gruppe befindlichen Facetten äquivalent ist (4°). Die Folge E besitzt einen maximalen Schrittwert, der unabhängig von der Anzahl der Facetten in einer Gruppe zweifacettenäquivalent ist, d.h. 2° beträgt. Während die Folge B zufriedenstellende Eigenschaften besitzt, wenn die Zahl der Facetten in jeder Gruppe klein ist, kann die Folge E in allen Fällen optimal benutzt werden.

Ein weiterer Faktor bei der Betrachtung der Vorteile der verschiedenen Folgen von Facettenwinkel stellt die Regelmäßigkeit dar, mit der irgendein spezieller Streifen des Feldes abgetastet wird. Bei konstanter Drehzahl des Polygons ist die Zyklusfrequenz natürlich konstant, innerhalb eines Zyklus¹ braucht die Abtastrate jedoch nicht konstant zu sein. Da bei den Folgen B und E die beiden Gruppen innerhalb eines Zyklus¹ identisch sind, ist die Abtastrate für jeden Facettenwinkel konstant (und damit für jeden abgetasten Streifen). Bei der Folge D variiert jedoch die Abtastrate oder Abtastfrequenz sehr stark. Die Facetten 8 und 9 treten zweimal in unmittelbarer Aufeinanderfolge auf, und sie treten anschließend über 15 Facetten nicht mehr auf. Bei dieser Abtastrate ist daher eine Variation von 15 : 1 vorhanden, die tatsächlich die Rate von 2 mal pro Umdrehung auf einmal pro Umdrehung reduziert. Die Drehgeschwindigkeit des Polygons muß daher einen größeren Minimalwert besitzen, um ein Flimmern des Bildes zu vermeiden.

Es sei bemerkt, daß bei diesem speziellen Fall der Folge D die Variation der Abtastrate mit der Größe der Facettenwinkel zunimmt.

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Die Folge C besitzt eine konstante Variation oder Schwankung der Abtastrate für alle Nummern der Facetten, die einen kleinen Wert von 9 : 7 besitzt.

Den dritten Faktor bei der Abwägung der Vorteile der verschiedenen Folgen stellt die Möglichkeit dar, daß die sichtbare Sichtinittellinie 13 in der Flucht mit oder mindestens parallel zu der Sichtmittellinie 8 des Objektfeldes ist. Dies stellt einen wichtigen Faktor bei einer tragbaren Vorrichtung dar, die als eine Zielvorrichtung für Fotografie- oder Waffenziele dient. Wie sich aus Fig. 1 entnehmen läßt, kann jeder Abstand des Arbeitspaares der Facetten benutzt werden, um parallele Strahlen 8 und 13 zu verwirklichen, wobei angenommen wird, daß die Detektoren 4 und die LED's (lichtemittierende Dioden) 11 jede beliebige Position annehmen können, die nicht in ihren betreffenden Feldern liegt. Dies läßt sich bequemer erreichen, wenn der Winkel zwischen den komplementären Facetten entweder 90° oder 180° beträgt, wodurch es möglich ist, 90° zwischen den Strahlen 7 und 8 und ebenso zwischen den Strahlen 12 und 13 zu verwenden. Die Verwendung paralleler, aber versetzter Sichtlinien 8 und 13, wie dies in gebrochenen Linien dargestellt ist, ermöglicht es, daß die komplementären Facetten bei 180 angeordnet sind.

Sofern eine Störung des Endbildes vermieden werden soll, ist es notwendig, daß der Winkel zwischen den Strahlen 8 und 7 und der Winkel zwischen den Strahlen 13 und 12 gleich ist. Wenn die Arbeitsfacetten um 90° beabstandet sind, wie in voll ausgezogenen Linien in Fig. 1 dargestellt ist, so müssen diese Winkel beide 90° betragen, wenn die Eingangs- und Ausgangspfade in einer Flucht bleiben sollen. Wenn die Sichtlinien 8 und 13 auf diese Weise vollständig fluchten, so müssen die beiden infragestehenden Winkel im allgemeinen tatsächlich (180 - 0) betragen, wobei θ die Winkelversetzung zwischen

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den Arbeitsfacetten darstellt. Wenn θ 180° ist, so wird dadurch der gestrichelt dargestellte Spezialfall ermöglicht, bei dem der Winkel zwischen den Strahlen 7 und 8 und zwischen den Strahlen 12 und 13 jeden beliebigen Winkel (die dennoch gleich sein müssen) annehmen kann.

Es folgt daher, daß alle in Fig. 3 gezeigten Folgen bis auf die Folge A sich für die eine oder andere der in Fig. 1 gezeigten Anordnungen eignet. Die Folgen C und D eignen sich nur für die 180°-Stellung, während die Folgen B und E für beide Anordnungen geeignet sind. Die Folgen C und D können natürlich für eine 90°-Stellung geeignet gemacht werden, wenn vier Gruppen von Facetten verwendet werden, dies ist Jedoch mit dem Nachteil eines großen Polygons verbunden, in ähnlicher Weise können alle Werte von θ verwirklicht werden, sofern die geeignete Zahl von Gruppen für eine gegebene Folge praktikabel ist.

Es läßt sich erkennen, daß die geschilderte Vorrichtung ein Verfahren zur erneuten Umkehr des Bildes ohne irgendwelche zusätzlichen Elemente, sondern nur durch die Anordnung und den Aufbau liefert, die für andere Zwecke erforderlich sind. Im Abtastsystem wird daher sowohl eine Seitenumkehr als auch eine vertikale Umkehr durchgeführt, wobei die erste lediglich dadurch erfolgt, daß die Drehbewegung des Polygons von entgegengesetzten Seiten betrachtet wird, und wobei die zweite dadurch erfolgt, daß die Polygonfacetten klug abgewinkelt sind. Der Vorteil eines einzigen Polygons zur Abtastung des Objektfeldes und des Bildfeldes bleibt dabei gleichzeitig erhalten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung oder Anordnung ist das Polygonpol, und die Facettenwände besitzen doppelseitige Spiegeloberflächen. Dieselbe Facette kann dann zum Abtasten beider Felder verwendet werden,

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wobei ein Feld extern und das andere intern abgetastet werden, und wobei die Oberflächen von Natur aus komplementär sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zwei identische Polygone verwendet, die auf derselben Welle angeordnet sind und übereinstimmend und gemeinsam angetrieben werden. Sie sind jedoch "außer Phase" mit irgendeinem geeigneten Wert, um der Anforderung einer "geradlinig verlaufenden" Sichtlinie und den gewünschten Positionen der Detektoren und der lichtemittierenden Dioden (LED) zu genügen.

Eine gegenüber der geschilderten Ausführungsform der Vorrichtung zur Bildumsetzung abgewandelte Ausführungsform wird nun erläutert, wobei zusätzlich auf die Fig. 4 und 5 Bezug genommen wird.

Die Verschachtelung der abgetasteten Streifen des Feldes ist bei der geschilderten Ausführungsform von Natur aus nicht perfekt. Es läßt sich zeigen, daß der Abtastpfad eines Jeden Streifens im Feld immer weniger parallel zur Horizontalebene ist, wenn der Facettenwinkel, d.h. der Höhenwinkel, von Null abweicht. Da der Bereich der einfallenden Strahlen 8 nicht symmetrisch um den festen reflektierten Strahl 7 herum ist, besitzt das resultierende Feld, wenn es auf die Innenfläche einer Kugel projiziert wird, die ihren Mittelpunkt auf der reflektierenden Facette besitzt, die Form eines Keiles, der in seiner Höhe von der Seite zur Seite schwankt. Wenn die Breite und die Stellung der verschiedenen Streifentastungen für eine spezielle Orientierung aufeinanderfolgender Facetten richtig gesetzt ist, so folgt daraus, daß sich entweder Spalte oder Überlappungen zwischen den Streifen an verschiedenen Stellungen längs der Streifen ergeben.

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Der Mangel an Parallelität zwischen den Streifen des Feldes kann durch die in Fig. 4 dargestellte abgewandelte Ausführungsform beseitigt werden.

In dieser Ausführungsform (es ist wiederum aus Vereinfachungsgründen ein Polygon mit acht Facetten dargestellt), verlaufen die Facetten im Grunde unter einem Winkel von 45° zur Drehachse und werden von dieser Stellung nach vorn oder zurückgeneigt in Übereinstimmung mit den optimalen Bedingungen, die aus der Betrachtung der in Fig. 3 dargestellten Folgen abgeleitet werden. Die Detektorgruppe 4 ist in diesem Fall außerhalb der Ebene des Polygons in einer solchen Stellung angeordnet, daß sie einen parallelen Strahl im Pfad 7 empfängt, der parallel zur Rotationsachse 6 verläuft. Der optische Pfad 7 fällt mit einem Winkel auf die Polygonfacette ein, der innerhalb des Betriebsbereichs Jeder Facette unabhängig von der Umdrehung des Polygons ist. Die Detektorgruppe liegt auf einem Radius von der Rotationsachse derart entfernt, daß der Strahl 8 das Feld in breitseitiger Ausrichtung abtastet, während das Polygon rotiert.

Das resultierende Feld ist in Fig. 5 dargestellt. Da das Feld auf die Innenfläche einer Kugel projiziert ist (um den offensichtlichen Störungen zu begegnen, die von verschiedenen Pfadlängen zu einem ebenen Feld herrühren), kann das Feld als äquivalent mit einem Bereich einer Kugeloberfläche zwischen zwei Breitenlinien 20 und 21, die gleichermaßen oberhalb und unterhalb des Äquators 24 liegen, und zwei Linien (geografischer) Länge 22 und 23 angesehen werden, die gleichermaßen an beiden Seiten der Mittelebene 25 beabstandet sind. Die Streifen des Felds sind dann parallel zueinander, und es treten keine Spalte oder Überlappungen aufgrund dieser Ursache auf.

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Es ist jedoch nicht möglich, eine zweite Fehlerursache ohne unangemessene Komplexität zu beseitigen, und das Feld besitzt daher Spalte 26 zwischen den Enden benachbarter Streifen. Der Abtaststrahl 8 ist im Schnitt in aufeinanderfolgenden Stellungen gezeigt, und es läßt sich erkennen, daß er zu den Enden jedes Streifens hin mit einem zunehmenden Maß gedreht wird. Die Streifenbreite wird daher an den Enden tatsächlich reduziert.

Es sei bemerkt, daß dieser Aspekt der Erfindung nicht mit der Umkehr des Bildes befaßt ist und daher nicht auf durch LED's erzeugte Sichtbilder, vgl. Fig. 4, beschränkt ist. Die Detektoren 4 können an eine Anzeigeeinrichtung der Fernsehbauart anstatt an die LED-Gruppe 11 angeschlossen werden, wobei in diesem Fall es nicht erforderlich ist, eine spezielle Streifenorientierung vorzunehmen oder die Richtungen der Sichtlinien auszufluchten.

Wenn durch LED-Vorrichtungen, wie bei der Anordnung nach Fig. ein Sichtbild erzeugt wird, ist es wünschenswert, daß die LED-Gruppe diametral entgegengesetzt der Detektorgruppe angeordnet ist, wie dargestellt, um ebenfalls einen Strahl auf dem Pfad 12 parallel zur Rotationsachse zu liefern. Die beiden Sichtlinien oder Sehlinien vom Objektfeld und vom Bildfeld fluchten dann unmittelbar, und das in Fig. 5 dargestellte Feld ist dann symmetrisch um die Achse 25» wie dargestellt. Die komplementären Facetten sind daher gegeneinander um 180 versetzt angeordnet, gleichgültig, ob sie nun in derselben oder in aufeinanderfolgenden Facettengruppen auftreten.

Die optische Detektorengruppe 4 wurde als eine einzige Elementenzeile beschrieben. Um die Größe des von dem Wandler abgeleiteten Bildes zu erhöhen, läßt sich eine rechteckige Elementengruppe verwenden, so daß jede Spalte der Gruppe dasselbe

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Signal, aber leicht verzögert, erhält, während das Polygon das IR-FeId abtastet. Es sind dann Verzögerungselemente in die Ausgangsanschlüsse verschiedener Spalten gelegt, deren Größe von der ersten zur letzten Spalte abnimmt, so daß die verzögerten Ausgangssignale koinzident sind und direkt addiert werden können. Die Signalstärke wird daher durch die Anzahl der Spalten in der Gruppe wirksam erhöht.

ReRb/Pi.

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Claims

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1. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pfad von einem Objektfeld (3) zu einem Bildfeld (14) einen optoelektrischen Wandler (A) enthält, der das Objektfeld (3) mittels einer Abfolge von Facetten auf einem drehbaren, im wesentlichen regelmäßigen Polygon (5) abtastet, daß die Facetten bezüglich der Drehachse (6) verschiedene Winkel besitzen, so daß jede Facette einen entsprechenden Streifen des Objektfeldes (3) abtastet, daß ein elektrooptischer Wandler (11) vorgesehen ist, der das Bildfeld (14) mittels einer Abfolge von Facetten auf einem drehbaren und im wesentlichen regelmäßigen Polygon (5) abtastet, wobei die Facetten bezüglich der Drehachse (6) unterschiedliche Winkel besitzen, so daß jede Facette einen entsprechenden Streifen des Bildfeldes (14) abtastet, daß die beiden Wandler (4, 11) elektrisch miteinander verkoppelt sind, und daß die beiden Facetten, die jeweils das Objektfeld (3) und das Bildfeld (14) zu irgendeinem Zeitpunkt abtasten, komplementäre Winkel derart besitzen, daß eine Bildumkehr zwischen dem Objektfeld (3) und dem Bildfeld (14) erfolgt.

2. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Facetten die Facetten eines einzigen Polygons (5) darstellen.

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ORIGINAL INSPECTED

3· Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Paar komplementärer Gruppen der Facetten in einer Abfolge um das Polygon (5) vorgesehen sind, daß jede der Gruppen eine vollständige Feldabtastung ermöglicht, und daß die beiden Wandler (4, 11) optische Achsen (7, 12) besitzen, die auf die Polygonperipherie an den beiden genannten Facetten einfallen.

4. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der optische Pfad (8) vom Zentrum des Objektfelds (3) zum Polygon (5) mit dem entsprechenden optischen Pfad (13) vom Polygon (5) zum Zentrum des Bildfeldes (14) fluchtet.

5. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 3. oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Facettengruppen die Größe des Facettenwinkels (oO bezüglich der Drehachse (6) kontinuierlich zwischen einem Maximum und einem Minimum variiert, und daß sich entsprechende Facetten in aufeinanderfolgenden Gruppen bezüglich der Drehachse einen komplementären Winkel besitzen (C, Fig. 3).

6. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Facettengruppen der Winkel ( cl ) der Facetten kontinuierlich zwischen komplementären Maximalwerten variiert, und daß die Richtung der Variation in aufeinanderfolgenden Gruppen sich ändert (D, Fig. 3).

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7. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß jede der Facettengruppen zwei aufeinanderfolgende Halbgruppen besitzt, in denen sich entsprechende Facetten in aufeinanderfolgenden Halbgruppen komplementäre Winkel bezüglich der Drehachse (6) besitzen (B, E, Fig. 3).

8. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halbgruppe aus Facetten besteht, die eine Folge von Winkelwerten besitzen, die mit denjenigen Winkelwerten der nächsten Halbgruppe alternieren-(E, Fig. 3).

9. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Facetten die Facetten zweier identischer Polygone sind, die übereinstimmend rotieren und das Objektfeld (3) bzw. das Bildfeld (14) abtasten.

10. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polygon hohl ausgebildet ist und Wände besitzt, die innere und äußere Facetten tragen, die von Natur komplementär sind und so angeordnet sind, daß sie je ein Feld abtasten.

11. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektrische Wandler (4) auf Infrarotstrahlung anspricht.

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12. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (4, 11) je eine Zeile von Wandlerelementen enthalten, deren Länge und Anordnung der Querabmessung der Streifen entspricht, daß die Elemente der beiden Wandler (4, 11) elektrisch in einer umkehrenden Verknüpfung miteinander verkoppelt sind und jeden Streifen des Bildfeldes (14) bezüglich des entsprechenden Streifens des Objektfeldes (3) umdreht oder invertiert.

13. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern, dadurch gekennzeichnet,, daß eine lineare Gruppe (4) optischer Detektoren und ein drehbares und im wesentliches regelmäßiges Polygon (15) vorgesehen ist, das mehrere Facetten enthält, die bezüglich der Drehachse (6) einen unterschiedlichen Winkel besitzen, so daß bei der Rotation des Polygons (15) jede Facette die Detektorgruppe (4) einem entsprechenden Streifen des Objektfeldes (3) aussetzt, daß die Breite des Streifens der Länge der Detektorgruppe entspricht, und daß die Zahl und die Winkel der Facetten derart gewählt ist, daß im wesentlichen das gesamte Objektfeld (3) abgetastet wird, und daß der optische Pfad (7) zwischen dem Polygon (15) und der Detektorgruppe (4) mit einem Winkel auf die Polygonfacetten einfällt, der für alle Facetten unabhängig von der Drehung des Polygons (15) ist, und daß die Anordnung derart getroffen ist, daß die abgetasteten Streifen im wesentlichen parallel sind (Fig. 5)·

14. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 13# dadurch ge k e nnzeichnet , daß der Durchschnittswert der Neigung der Facetten bezüglich der Rotationsachse (6) des Polygons 45°

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beträgt (Fig. 5).

15. Vorrichtung zur Umsetzung von Bildern nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrooptischer Wandler (11) ein Bildfeld (14) mittels einer Abfolge von Facetten des Polygons (15) abtastet, daß jede Facette einen entsprechenden Streifen des Bildfeldes (14) abtastet, daß die Gruppe der optischen Detektoren (4) mit dem elektro-optischen Wandler (11) verbunden ist und bezüglich der Achse (6) des Polygons diametral entgegengesetzt zum Wandler (11) angeordnet ist, so daß der optische Pfad (8, 13) vom Objektfeld (3) und vom Bildfeld (14) zur Gruppe der optischen Detektoren (4) und zum Wandler (11) direkt fluchten.

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