DE2755711C1 - Vorrichtung zur opto-mechanischen Abtastung eines Gesichtsfeldes - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Verbesserung der optischen Abtastvorrichtung eines Gesichtsfeldes und der Darstellung des Gesichtsfeldes, wie in dem Hauptpatent 26 04 700 beschrieben.

Das Hauptpatent betrifft eine Vorrichtung zur opto-mechani­ schen Abtastung eines in Bereiche eingeteilten Gesichtsfeldes und zur Sichtbarmachung dieses Feldes, wobei die Abtastung in zwei aufeinander senkrechten Richtungen, nämlich in einer als Zeilen­ abtastung bezeichneten x-Richtung und in einer als Bild- oder Rasterabtastung bezeichneten y-Richtung erfolgt und die Vorrich­ tung diese Abtastungen gemäß den von den einzelnen Bereichen des Gesichtsfeldes ausgehenden Strahlen vornimmt und diese Strahlen auf ein für die in den Strahlen enthaltene Strahlung empfindliches Element konvergieren läßt und in der Reihenfolge des von dem Ge­ sichtsfeld kommenden, einfallenden Medianstrahles im allgemeinen ein infrarotdurchlässiges Objektiv, Einrichtungen für die Raster­ abtastung in der y-Richtung, ein Ablenksystem für die Umlenkung der durch die Öffnung des Objektivs begrenzten Strahlenbündel in Richtung auf die Zeilenabtasteinrichtungen für die Abtastung des Bildfeldes des Objektivs in der x-Richtung und das empfindliche Element (Detektor) enthält und die Zeilenabtasteinrichtungen, das empfindliche Element und gegebenenfalls weitere, mit den vorher­ genannten in Verbindung stehende Teile zur unmittelbaren Sicht­ barmachung des Bildes des analysierten Gesichtsfeldes dienen, wobei

• - die optische Achse des Objektivs in einer die y-Richtung ent­ haltenden, zur x-Richtung senkrechten Ebene P liegt, das Objek­ tiv auswechselbar ist und seine Brennfläche gekrümmt ist und zwar derart, daß ihr Krümmungsmittelpunkt in der Mitte der Austrittspupille des Objektivs liegt,
• - die Rasterabtasteinrichtungen aus einem ebenen Drehspiegel be­ stehen, der sich um eine zur x-Richtung parallele Achse hin und her dreht und im konvergierenden Strahlengang hinter dem Objektiv nahe dem Bildfeld des Objektivs liegt,
• - die Zeilenabtasteinrichtungen einerseits aus einer sich gleich­ förmig um eine feste in der Ebene P liegende Achse YY' drehen­ den Trommel, die eine große Zahl von planen, reflektierenden, regelmäßig über ihren Umfang verteilten Flächen besitzt und andererseits aus einem zur Ebene P symmetrischen Bildtransport­ system bestehen, das ein Bild des empfindlichen Elements in einem festen Punkt A' auf der Drehachse YY' der Trommel erzeugt, und die Trommel im konvergierenden Strahlengang des Bildtrans­ portsystems auf der Bildseite des empfindlichen Elements liegt, wobei der Symmetriepunkt des Punktes A' in bezug auf jede Flächen der Trommel nahe bei dem Bildpunkt D des Brennpunktes F des Objektivs liegt, wenn die Fläche der Trommel senkrecht zur Ebene P steht und der Rasterspiegel sich in seiner Stellung parallel zu YY' befindet,
• - das Ablenksystem aus einem konkaven, Feldspiegel genannten Spiegel unter der Annahme, daß die Ebene P die Symmetrieebene ist, besteht, dessen Scheitelpunkt nahe D auf einer durch D verlaufenden, zu YY' senkrechten Achse ZZ' liegt, wobei dieser Feldspiegel derart ausgelegt ist, daß er den Mittelpunkt O der Austrittspupille des Objektivs zu einem festen Punkt O' auf der Achse YY' konjugiert, der in bezug auf ZZ' der Symmetrie­ punkt des Schnittpunktes der Konjugierten der optischen Achse des Objektivs mit der Achse ZZ' ist, und daß der Feldspiegel in x-Richtung höchstens eine Breite hat, die etwas geringer als die Länge der analysierten Zeile ist, die selbst gleich der Entfernung zwischen den Bildern des Detektors in zwei auf­ einanderfolgenden Flächen der Trommel ist, und der Feldspiegel gegebenenfalls eine Bewegung mit kleiner Amplitude und in Phase mit der Bewegung der Rasterablenkeinrichtungen erteilt erhält, welche Bewegung einerseits eine Translation abwechselnden Vorzeichens längs der Achse ZZ' nahe D und andererseits eine Rotation wechselnden Vorzeichens um eine Achse parallel zur x-Richtung symmetrisch in bezug auf ZZ' umfaßt, und die Ampli­ tude der translatorischen Bewegung so bemessen ist, daß sie die durch die Rasterabtasteinrichtungen hervorgerufene Defokussie­ rung korrigiert und die Amplitude der rotierenden Bewegung so bemessen ist, daß sie die Konjugierung des Mittelpunktes O der Austrittspupille des Objektivs durch den Feldspiegel in den festen Punkt O' trotz der abwechselnden Drehung der Rasterab­ tasteinrichtungen sicherstellt.

Die unmittelbare Sichtbarmachung oder Darstellung des Gesichts­ feldes geschieht mit Hilfe einer Elektrolumineszenzdiode, die in Bezug auf einen Spiegel symmetrisch zu dem empfindlichen Ele­ ment angeordnet und durch das von dem empfindlichen Element ab­ gegebene Videosignal angeregt wird. Der Spiegel reflektiert das von der Diode ausgesendete Licht und das Strahlenbündel für die Sichtbarmachung des Gesichtsfeldes, im folgenden teilweise kurz als "Darstellungsstrahlenbündel" bezeichnet, benutzt anschlies­ send entweder optische Elemente, die symmetrisch zu denjenigen liegen, die für die Abtastung verwendet werden, oder auch die gleichen Elemente, jedoch mit in umgekehrter Richtung verlaufen­ den Strahlengang, ausgenommen das Abtast- oder Analyseobjektiv. Das Bild wird schließlich mit dem Auge vorzugsweise durch eine Lupe oder ein Fernrohr betrachtet. Die Vorkehrungen bei der Vor­ richtung gemäß Hauptpatent sorgen dafür, daß bei der Sichtbar­ machung die mittlere Beobachtungsrichtung in Bezug auf die Dreh­ achse der opto-mechanischen Vorrichtung symmetrisch zu derje­ nigen der Bildaufnahme oder Bildgewinnung verläuft.

Eine derartige Ausführung eignet sich nicht für den Fall, daß die Analyse- und Darstellvorrichtung ein Hilfsgerät ist, das die direkte Beobachtung von Objekten in einer vorhinein gegebe­ nen Richtung verbessern soll, ohne auf eine Abtastung zurückgrei­ fen zu müssen. Eine solche Beobachtung geschieht beispielsweise im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes, während das Ziel der opto-mechanischen Abtastung darin besteht, das aus der­ selben Richtung kommende Infrarotbild zu gewinnen, das das sicht bare Bild ergänzt bzw. zusätzliche Informationen hierüber lie­ fert. Es ist folglich wünschenswert, die zwei Bilder zu überla­ gern. Der Umstand, daß die mittleren Richtungen des analysierten Gesichtsfeldes und des direkt gesehenen Gesichtsfeldes nicht zu­ sammenfallen, und daß zusätzlich die erhaltenen Bilder nicht mit derselben Vergrößerung gesehen werden, verhindert ihre Überla­ gerung. Derselbe Nachteil ergibt sich, wenn das opto-mechanische Abtastsystem dazu dienen soll, einen Richt- oder Visiervorgang in die mittlere Richtung des analysierten Feldes durchzuführen. Es ist erforderlich, daß die Visierrichtung und die Richtung des analysierten Gesichtsfeldes zusammenfallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß sie von diesen vorer­ wähnten Nachteilen und Mängeln frei ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben.

Dementsprechend besteht eine erste, erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme darin, der opto-mechanischen Vorrichtung zur Analyse und zur Sichtbarmachung eine Vergrößerung G = +1 zu geben.

Eine zweite Maßnahme besteht darin, daß von dem Darstellungsteil dieser Vorrichtung ausgehende Bündel derart umzulenken, daß es parallel zu der mittleren Richtung des abgetasteten Gesichts­ feldes verläuft.

Eine dritte Maßnahme besteht darin, die Vorrichtung mit einer Lupe oder einem Fernrohr zu versehen, die im sichtbaren Spektrum arbeiten, deren Achse parallel zur mittleren Abtastrichtung ist und die ein direktes Bild des analysierten Gesichtsfeldes im sichtbaren Wellenlängenbereich und ein Bild desselben Feldes über die opto-mechanische Abtastvorrichtung liefern, welche Bilder in demselben Fernrohr überlagert werden.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung nach der Erfindung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform im Schnitt in ihrer Symmetrieebene schematisch vereinfacht dargestellt.

In der Figur ist die gesamte mechanische Abtastvorrichtung in einer der Ausführungsformen gemäß Hauptpatent und erstem Zusatz nochmals dargestellt. Das Eingangs- oder Abtast- oder Analyse­ objektiv 11 arbeitet im Infraroten. Seine optische Achse ist mit XX' bezeichnet. Diesem Objektiv ist ein dichroitischer Plan­ spiegel 12 zugeordnet, der im Infraroten reflektiert und im Sichtbaren durchlässig ist. Dieser beispielsweise um 45° im Bezug auf XX' geneigte Planspiegel schickt das zu analysierende Strahlenbündel auf den Rasterspiegel 14, der um eine zur Ebene der Figur senkrecht stehende Achse beweglich ist, die hier so dargestellt ist, daß sie die Achse YY' (Dreh- oder Symmetrie­ achse der Vorrichtung) im Punkt G schneidet. Wie im Hauptpatent angegeben, handelt es sich dabei jedoch nicht etwa um die einzig mögliche sondern lediglich um die bevorzugte Lage der Achse des Rasterspiegels 14. In der Figur sind weiterhin die Zeilenabtast­ trommel 13 und der Antriebsmotor 13' für das um YY' drehbare System sowie der Feldspiegel 16 wiedergegeben. Die Vorrichtungen zur Abbildung des Bildes des außerhalb der Achse YY' bei A lie­ genden Detektors 19 auf der Achse YY' bei A' sind in dem ersten Zusatz beschrieben. Sie bestehen einerseits aus zwei Spiegeln 18 und 18', deren reflektierende Oberflächen Teile von zu YY' rotationssymmetrischen Paraboloiden sind, die sich gegenüber­ stehen und andererseits aus einem dichroitischen Spiegel 12', der im Infraroten reflektiert und im Sichtbaren durchlässig ist und parallel zu YY' derart angeordnet ist, daß der Detektor 19 und die beispielsweise auf YY' angeordnete Elektrolumineszenz­ diode 20 symmetrisch in Bezug auf diesen Spiegel liegen. Das Bild A' liegt symmetrisch zum Punkt D, der seinerseits das Bild des Brennpunktes des Objektivs 11 in dem Spiegel 12 bei zu YY' paralleler Lage des Rasterspiegels 14 ist. Der Strahlengang 21 bezieht sich auf den Haupt- oder Mittelstrahl des abgetasteten Gesichtsfeldes, der mit der optischen Achse des im Infraroten arbeitenden Objektivs zusammenfällt. Zur Sichtbarmachung oder Darstellung wird dieser Strahlengang in umgekehrter Richtung von der Diode 20 aus durchlaufen, die von dem von dem Infrarotdetek­ tor 19 abgegebenen Videosignal angeregt wird. Nach Reflexion an dem Rasterspiegel 14 und nach Durchlaufen des dichroitischen Spiegels 12 gelangt der Strahl in ein Objektiv 22, das im Sicht­ baren arbeitet, dieselbe Brennweite wie das Infrarotobjektiv 11 besitzt und dessen Achse und Brennpunkt in Bezug auf den Spiegel 12 symmetrisch zur Achse und zum Brennpunkt des Infrarotobjek­ tivs 11 liegen. Die optische Achse des Objektivs 22 fällt folg­ lich mit der mittleren Richtung 21 des in umgekehrter Richtung verlaufenden Strahles zusammen, ebenso ist der opto-mechanischen Darstellungsvorrichtung eine Vergrößerung G mit dem Absolutwert 1 verliehen. Nach dem Austritt aus dem Objektiv 22 wird der Strahl in ein Fernrohr 23 gelenkt, dessen Achse X₁X'₁ parallel zu XX' verläuft (einfacher: in Richtung des Auges verläuft). Hierzu wird der Strahl nacheinander mittels eines Spiegels 24, eines Dachkant-Umkehrprismas 25 mit der Kante 26 und einer halb­ durchlässigen oder dichroitischen Platte 27 umgelenkt, wobei die beiden letzteren Teile derart ausgerichtet sind, daß die Kante 26 senkrecht zu der Platte 27 verläuft. Vorzugsweise sind die Teile 26 und 27 miteinander fest verbunden. Sie bilden ein Trieder mit drei rechten Winkeln, dessen Stellung keinen Ein­ fluß auf die Richtung des Strahles beim Austritt aus der opto- mechanischen Betrachtungsvorrichtung hat. Dieser Strahl tritt in einer Richtung parallel zu XX' aus, die mit der Richtung X₁X₁' des Fernrohres 23 zusammenfällt. Desweiteren ist im Gefolge der verschiedenen Reflexionen das Bild aufgerichtet und die Vor­ richtung besitzt die Vergrößerung G = +1.

Die vorstehende Beschreibung betrifft lediglich eine Ausführung form der Erfindung. Hiervon ausgehend kann der Fachmann ohne weiteres zu anderen Ausführungsformen gelangen. Insbesondere können die dichroitischen Spiegel infrarotes Licht durchlassen und sichtbares Licht reflektieren; es müssen dann lediglich die Anbringungsorte des Elementes 19 und der Diode 20 vertauscht werden. Ebenso kann die Aufeinanderfolge der Elemente zur Um­ lenkung des Darstellungstrahlenbündels und zur Bildaufrichtung geändert werden. Ferner können auch andere optische Elemente benutzt werden und die Achse X₁X₁' kann aus der Ebene der Figur verschoben sein.

Die beschriebene Verbesserung ist für alle Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent und dessen erstem Zusatz verwendbar.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur opto-mechanischen Abtastung eines in Berei­ che eingeteilten Gesichtsfeldes und zur Sichtbarmachung die­ ses Feldes, wobei die Abtastung in zwei aufeinander senk­ rechten Richtungen, nämlich in einer als Zeilenabtastung be­ zeichneten x-Richtung und in einer als Bild- oder Raster­ abtastung bezeichneten y-Richtung erfolgt und die Vorrich­ tung diese Abtastungen gemäß den von den einzelnen Berei­ chen des Gesichtsfeldes ausgehenden Strahlen vornimmt und diese Strahlen auf ein für die in den Strahlen enthaltene Strahlung empfindliches Element konvergieren läßt und in der Reihenfolge des von dem Gesichtsfeld kommenden, einfallenden Medianstrahles im allgemeinen ein infrarotdurchlässiges Objek­ tiv, Einrichtungen für die Rasterabtastung in der y-Richtung, ein Ablenksystem für die Umlenkung der durch die Öffnung des Objektivs begrenzten Strahlenbündel in Richtung auf die Zei­ lenabtasteinrichtungen für die Abtastung des Bildfeldes des Objektivs in der x-Richtung und das empfindliche Element (Detektor) enthält und die Zeilenabtasteinrichtungen, das empfindliche Element und gegebenenfalls weitere, mit den vor­ hergenannten in Verbindung stehende Teile zur unmittelbaren Sichtbarmachung des Bildes des analysierten Gesichtsfeldes dienen, wobei

• - die optische Achse des Objektivs in einer die y-Richtung enthaltenden, zur x-Richtung senkrechten Ebene P liegt, das Objektiv auswechselbar ist und seine Brennfläche ge­ krümmt ist, und zwar derart, daß ihr Krümmungsmittelpunkt in der Mitte der Austrittspupille des Objektivs liegt,
• - die Rasterabtasteinrichtungen aus einem planen Drehspiegel bestehen, der sich um eine zur x-Richtung parallele Achse hin und her dreht und im konvergierenden Strahlengang hinter dem Objektiv nahe dem Bildfeld des Objektivs liegt,
• - die Zeilenabtasteinrichtungen einerseits aus einer sich gleichförmig um eine feste in der Ebene P liegende Achse YY' drehenden Trommel, die eine große Zahl von planen, reflektierenden, regelmäßig über ihren Umfang verteilten Flächen besitzt und andererseits aus einem zur Ebene P symmetrischen Bildtransportsystem bestehen, das ein Bild des empfindlichen Elementes in einem festen Punkt A' auf der Drehachse YY' der Trommel erzeugt, und die Trommel im konvergierenden Strahlengang des Bildtransportsystems auf der Bildseite des empfindlichen Elementes liegt, wo­ bei der Symmetriepunkt des Punktes A' in bezug auf jede Fläche der Trommel nahe bei dem Bildpunkt D des Brennpunk­ tes des Objektivs liegt, wenn die Fläche der Trommel senk­ recht zur Ebene P steht und der Rasterspiegel sich in sei­ ner Stellung parallel zu YY' befindet und das Objektiv die Abtastung über einen ersten dichroitischen Spiegel vor­ nimmt,
• - das Ablenksystem aus einem konkaven, Feldspiegel genann­ ten Spiegel unter der Annahme, daß die Ebene P die Symme­ trieebene ist, besteht, dessen Scheitelpunkt nahe D auf einer durch D verlaufenden, zu YY' senkrechten Achse ZZ' liegt, wobei dieser Feldspiegel derart ausgelegt ist, daß er den Mittelpunkt O der Austrittspupille des Objektivs zu einem festen Punkt O' auf der Achse YY' konjugiert, der in Bezug auf ZZ' der Symmetriepunkt des Schnittpunktes der durch den ersten dichroitischen Spiegel konjugierten op­ tischen Achse des Objektivs ist, und der Feldspiegel in x-Richtung höchstens eine Breite hat, die etwas geringer als die Länge der analysierten Zeile ist, die selbst gleich der Entfernung zwischen den Bildern des Detektors in zwei aufeinanderfolgenden Flächen der Trommel ist, und der Feldspiegel gegebenenfalls eine Bewegung mit klei­ ner Amplitude und im Phase mit der Bewegung der Raster­ ablenkeinrichtungen erteilt erhält, welche Bewegung einer­ seits eine Translation abwechselnden Vorzeichens längs der Achse ZZ' nahe D und andererseits eine Rotation wech­ selnden Vorzeichens um eine Achse parallel zur x-Richtung symmetrisch in bezug auf ZZ' umfaßt, und die Amplitude der translatorischen Bewegung so bemessen ist, daß sie die durch die Rasterabtasteinrichtungen hervorgerufene De­ fokussierung korrigiert und die Amplitude der rotierenden Bewegung so bemessen ist, daß sie die Konjugierung des Mittelpunktes O der Austrittspupille des Objektivs durch den Feldspiegel in den festen Punkt O' trotz der abwechseln­ den Drehung der Rasterabtasteinrichtungen sicherstellt, nach Hauptpatent 26 04 700, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optischen Elemente für die Bildabtastung und diejenigen für die Sichtbarmachung des Bildes zumin­ dest teilweise die gleichen sind und insbesondere einen ersten, dichroitischen, infrarote Strahlung reflektieren­ den, für sichtbare Strahlung durchlässigen Spiegel (12), der im Strahlengang vor den Zeilen- und Rasterabtastein­ richtungen (13, 14) liegt, und einen zweiten, dichroiti­ schen, infrarote Strahlung reflektierenden, für sichtbare Strahlung durchlässigen Spiegel (12') umfassen, wobei letz­ terer derart angeordnet ist, daß das infrarotempfindliche Element (19) in Bezug auf den zweiten Spiegel (12') sym­ metrisch zu einer Elektrolumineszenzdiode (20) angeordnet ist und der zweite dichroitische Spiegel (12') zusammen mit weiteren Spiegeln (18, 18'), die Teile von Paraboloi­ den bilden, von denen wenigstens eines rotationssymmetrisch zur Drehachse ist, Teil einer Einrichtung zur Übertragung des Bildes des empfindlichen Elementes (19) auf diese Achse (YY') sind und daß ein im sichtbaren Bereich mit derselben Brennweite wie das Abtastobjektiv (11) arbei­ tendes, weiteres Objektiv (22), dessen Achse und dessen Brennpunkt in Bezug auf den ersten dichroitischen Spiegel (12) symmetrisch zur optischen Achse (X, X') und zum Brennpunkt des Abtastobjektivs (11) liegen, vorgesehen ist und daß Elemente (24, 26) zur Umlenkung des Strahlen­ bündels sichtbaren Lichtes in Richtung der optischen Achse (X, X') des Abtastobjektivs (11) und zur Aufrichtung des Bildes dienen und daß als letztes Element im Strahlengang eine halbdurchlässige oder dichroitische Platte (27) im Betrachtungssystem (23) mit zur optischen Achse des Ab­ tastobjektivs paralleler Achse (X₁, X₁') nur Betrachtung durch die halbdurchlässige Platte (27) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Umlenkung des Strahlenbündels und zur Bildauf­ richtung wenigstens einen rechtwinkligen Dieder umfassen, der zur Bildung eines rechtwinkligen Trieders mit der halb­ durchlässigen Platte (27) verbunden ist.