DE3211046A1 - Optische abtastanordnung - Google Patents

Description

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Patentanwälte Dr, rer. net. Thomas Berendt

Dp.-Ing. Hens Leyh Innere Wiener Sir. £0 - D 8000 Mönchen 3

Unser Zeichen: A 14 554. Lh/fi

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Bridge House, Park Road, Gatley, Cheadie, Cheshire, England

Optische Abtastanordnung

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastanordnung und insbesondere eine Anordnung mit einem Detektor zur Abtastung eines Bildfeldes oder Blickfeldes.

Es sind Abtastsysteme bekannt, bei denen eine rotierende Trommel eine Mehrzahl von Spiegeln trägt, wobei jeder Spiegel optische Strahlen, die er von dem Bildfeld empfängt, auf einen empfindlichen Detektor richtet. Eine solche Anordnung tastet das Bildfeld in einer Richtung ab, und es können andere Einrichtungen vorgesehen werden, um das Bildfeld in einer anderen, gewöhnlich zur ersteren rechtwinkligen Richtung abtasten. Ein solches optisches System ist in dem Britischen Patent 1 292 876 beschrieben. Ferner ist es beispielsweise möglich, ein Paar von Spiegeln zu benutzen, von denen jeder in einer unterschiedlichen Richtung abtastet. Der Zweck dieser Anlagen besteht darin, ein vollständiges Blickfeld oder Bildfeld so abzutasten, daß ein Bild des Blickfeldes erzeugt werden kann.

Wenn ein Fernrohr benutzt wird, um die Strahlung aus dem Blickfeld aufzufangen, so sind die Winkelabmessungen dieses Feldes sehr viel kleiner als durch die Wirkung der rotierenden Trommel angepaßt werden kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein optisches Abtastsystem der eingangs genannten Art zu verbessern, indem ein größerer Teil des verfügbaren Blickfeldes ausgenutzt wird.

Nach der Erfindung wird dies erreicht durch ein optisches Abtastsystem mit einer Abtasteinrichtung zur Abtastung eines Objektfeldes, einen

Detektor, der auf optische Strahlung anspricht, die von der Abtasteinrichtung auf ihn gerichtet wird, Einrichtungen zum Auffangen der Strahlung von wenigstens zwei Blickfeldern zur Darstellung auf dem Objektfeld der Abtasteinrichtung, eine optische Shalteinrichtung, um die Strahlung auf den Detektor von jedem der Blickfelder nacheinander gerichtet wird, derart, daß der Detektor zeitanteilig zwischen den einzelnen Blickfeldern betätigt wird.

Vorzugsweise umfaßt die Abtasteinrichtung eine drehbare Trommel, die eine Mehrzahl von Paaren von Spiegeln trägt, wobei die beiden Spiegel eines Paares im wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind und die Schnittlinie der Ebenen, die die beiden Spiegel enthalten,im wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Trommel liegen.

Vorteilhafterweise hat die optische Schalteinrichtung eine drehbare optische Blende.

Unter der Bezeichnung "optische Strahlung" ist elektromagnetische Strahlung im sichtbaren, ultravioletten und im infraroten Wellenbereich zu verstehen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 eine Ansicht einer optischen Abtasteinrichtung mit einer rotierenden Trommel zeigt.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Einrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt zwei Stirnansichten der Einrichtung nach Fig. 1 zur Darstellung der Betriebsweise.

Das optische System nach den Fig. 1 und 2 umfaßt eine Trommel 10, die um eine Achse 11 drehbar ist und ein sieben-seitiges Polygon aufweist,

bei dem jede Seite aus zwei Flächen 12 und 13 besteht, die rechtwinklig zueinander geneigt sind, wie Fig. 2 zeigt. Die Schnittlinie der Ebenen, die die beiden Flächen enthalten, liegen für jedes Paar von Flächen senkrecht zur Drehachse der Trommel. Die Flächen sind optisch reflektierende Oberflächen.

An einer Stirnfläche der Trommel 10 ist eine Blende 14 angebracht. Diese hat einen größeren Durchmesser als die Trommel und enthält für jede Fläche der Trommel einen Abschnitt 15, der Strahlung reflektiert und einen Abschnitt 16, der für die Strahlung durchlässig ist. Wie Fig. 1 zeigt, kann dies erreicht werden, indem die reflektierenden Abschnitte einen größeren Radius erhalten als die anderen Abschnitte.

Das in der Zeichnung dargestellte System nimmt Strahlung von zwei Blickfeldern auf. Die Strahlung von einem Blickfeld A wird durch ein Fernrohr 17 aufgefangen und gesammelt und sie wird auf den unteren eines Spiegelpaares, wie in Fig. 2 gezeigt, gerichtet, in einer Richtung, die im allgemeinen senkrecht zur Drehachse 11 liegt. Von dem Spiegel 13 wird die Strahlung auf den oberen Spiegel 12 des Spiegelpaares geworfen und dann von der Trommel weg. Ein Spiegel reflektiert die Strahlung durch eine Linse 19 auf einen weiteren Spiegel 20, durch welchen sie auf einen strahlungsempfindlichen Detektor 21 gerichtet wird.

In derselben Weise wird Strahlung vom Feld B durch ein zweites Fernrohr 22 aufgefangen und auf den unteren Spiegel 13 eines anderen Paares gerichtet. Vom Spiegel 13 geht die Strahlung zum oberen Spiegel und dann von der Trommel weg in Richtung zu einem Spiegel 23. Von diesem Spiegel aus läuft die Strahlung zu einem optischen Rotationssystem aus einem Prisma 24 und einem Spiegel 25, dessen Zweck noch erläutert wird. Die Strahlung vom Prisma 24 läuft dann durch eine Linse 26 zu einem Spiegel 27, der sie auf den Detektor 21 richtet.

Der Mechanismus, mit dem ein rotierendes Prisma ein Blickfeld abtastet, ist bekannt und braucht hier nicht beschrieben zu werden. Die Arbeitsweise des Systems nach den Fig. 1 und 2 wird nun anhand von Fig. 3 beschrieben.

Die Fernrohre 17 und 22 und das Objektfeld der Abtasttrommel werden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen, wobei angenommen wird, daß der Beobachter die Position des Fernrohres einnimmt. Nach Fig. 3a trifft nun Strahlung vom Fernrohr 17 nacheinander auf die Spiegel 13 und 12 und sie wird dann durch die Spiegel 18 und 20 auf die reflektierende Oberfläche 15 der Blende 14 gerichtet. Diese Oberfläche reflektiert die Strahlung auf den Detektor 21 und die Linse 19 fokussiert die Strahlung auf den empfindlichen Bereich des Detektors. Da die Trommel 10 und die Blende 14 rotieren, tastet der Detektor effektiv über das Blickfeld hinweg. Wenn die Drehung derart ist, daß die reflektierende Fläche 15 nicht länger in der Bahn der Strahlung liegt, so wird diese Strahlung vom Blickfeld A nicht mehr auf den Detektor geworfen. Statt dessen wird Strahlung vom anderen Blickfeld B auf den Detektor geworfen, wie Fig. 3b zeigt. Wie bereits beschrieben, läuft diese Strahlung durch das Fernrohr 22, dann zur Trommel und danach über den Spiegel 23, das Prisma 24, den Spiegel 25, die Linse 26 und den Spiegel 27 zum Detektor.

Nach einer, weiteren Drehung der Trommel 10 und der Blende 14 schneidet ein reflektierender Abschnitt -15 die Strahlung vom Blickfeld B .ab und richtet Strahlung vom Blickfeld A erneut auf den Detektor. Jede Fläche der Trommel ist damit aufgeteilt auf die beiden Blickfelder.

Eine elektrische oder elektronische Schaltung, die der Abtasteinrichtung zugeordnet ist, ist hier nicht beschrieben, da es bekannt ist, den Detektorausgang in irgendeiner Weise darzustellen. Es ist eine einfache Sache, eine Signalschalteinrichtung vorzusehen, die synchron mit der optischen Schalteinrichtung arbeitet, so daß die

empfangene Strahlung von jeder Quelle separat dargestellt werden kann.

In der Zeichnung sind die beiden Blickfelder auf gegenüberliegenden Seiten der Trommel dargestellt. Dies ist eine Möglichkeit der Anordnung, andere sind jedoch ebenfalls geeignet, obwohl die Strahlung von jedem Blickfeld jeweils auf ein anderes Spiegelpaar 12, 13 gerichtet werden muß. Die beiden Blickfelder können getrennt sein, oder sie können sich überlappen. Es ist beispielsweise möglich, zwei Fernrohre unterschiedlicher Vergrößerung zu verwenden, so daß ein Blickfeld ein vergrößertes Bild eines Teils des anderen Feldes ist. Auch kann dasselbe Feld unter Verwendung verschiedener optischer Charakteristiken betrachtet werden, z.B. verschiedener optischer Filter in jeder optischen Bahn.

In der vorgeschriebenen Ausführungsform ist die Blende 14 an der Trommel 10 befestigt. Da ein synchroner Lauf zwischen der Blende und der Trommel erforderlich ist, ist dies die einfachste Weise, dies zu erreichen. Die beiden Teile können jedoch auch getrennt angeordnet sein und sie können mit derselben Geschwindigkeit separat angetrieben werden. Ebenso können die beiden Sätze von Spiegeln 12 und 13 separat angeordnet sein und mit derselben Drehzahl um die Achse 11 angetrieben werden.

Wenn der Detektor 21 ein Punktdetektor (point detector) ist, so überdeckt eine Abtastung, wie oben beschrieben, nur eine Linie jedes Blickfeldes. Um das gesamte Feld abzutasten, ist es dann erforderlich, eines von zwei Dingen vorzusehen. Der Detektor 21 kann einen langgestreckten empfindlichen Bereich haben, der aus einer linearen Gruppe von separaten Bereichen besteht, derart, daß das gesamte Feld in einer Abtastung beobachtet wird. Alternativ kann das Feld optisch in einer Richtung senkrecht zu der Abtastung abgetastet werden, die durch die Drehung der Trommel erfolgt. Dies kann erfolgen, indem in jede optische Bahn des Fernrohres 17 oder 22 ein Abtastspiegel eingebaut wird, der um

eine Achse drehbar und über den erforderlichen Winkel schwenkbar ist. Alternativ können sukzessive Spiegelpaare auf der Trommel 16 relativ zueinander um einen kleinen Winkel geneigt werden. Diese Abtasttechniken sind jedoch bekannt, wie auch die, die Anordnungen von Spiegeln ohne rotierende polygonale Trommel verwenden.

Der optische Rotor, der aus dem Prisma 24 und dem Spiegel 25 besteht, ist nicht erforderlich, wenn der Detektor 21 ein Punktdetektor ist. Es ist jedoch zweckmäßiger, eine Gruppe von Detektoren zu verwenden, die entweder der Reihe nach oder parallel abgetastet werden, wobei es in einem solchen Fall möglich ist, daß die Strahlung von den beiden Feldern, die in der Zeichnung dargestellt sind, etwas unterschiedlichen Wegen über die Gruppe von Detektoren folgt.

Der optische Kompensator ist erforderlich, um zu gewährleisten, daß zu allen Zeiten Bilder, die von den beiden Feldern erzeugt werden·, in einer Richtung parallel zu Gruppe der Detektoren abgetastet werden, wenn sie eine in Reihe angeordnete Gruppe bilden, oder senkrecht zur Gruppe, wenn sie eine parallele Gruppe bilden.

Die beschriebene Ausführungsform betrifft die zeitanteilige Abtastung von zwei Blickfeldern. Die Ausführungsform kann erweitert werden, obwohl die optische Schaltungsanordnung dann mehr komplex wird. Die beschriebene einzelne Blende kann jedoch ersetzt werden durch mehrere synchronisierte Blenden, von denen jede einem anderen Blickfeld zugeordnet ist. In diesem Fall können die Blenden alternierende transparente und undurchsichtige Bereiche aufweisen. Wie oben erwähnt, ist die Grenze gesetzt durch den Winkel jedes Blickfeldes relativ zum Gesamt-Betrachtungswinkel jedes Paares von Spiegeln auf der Trommel. Die Blende 14 kann aus einer Scheibe geformt sein, die abwechselnd reflektierende undurchlässige Bereiche hat. Eine solche Anordnung hat eine geringere Luftreibung, Wenn sie mit hoher Drehzahl rotiert, als die obenbeschriebene verzahnte oder zahnförmige Ausbildung.

Wenn eine Abtasttrommel verwendet wird, so kann diese jede geeignete Anzahl von Flächen aufweisen. Die Trommel kann aus zwei Teilen aufgebaut sein, wobei ein Spiegel jedes Paares auf einem Teil und der andere Spiegel am anderen Teil angeordnet ist.

Claims (10)

A 14 554 Ferranti pic Patentansprüche

1. Optische Abtastanordnung mit einer Abtasteinrichtung zum Abtasten eines Objektfeldes, sowie einem Detektor, der auf optische Strahlung anspricht, die durch die Abtasteinrichtung auf ihn gerichtet wird, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Auffangen von Strahlung von wenigstens zwei Blickfeldern zur Darstellung am Objektfeld der Abtasteinrichtung, ferner durch optische Schalteinrichtungen, durch welche Strahlung von jedem der Blickfelder nacheinander auf den Detektor richtbar ist, derart, daß dieser zeitanteilig zwischen den einzelnen Blickfeldern betätigt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auffangen der Strahlung von jedem Blickfeld ein optisches Fernrohr aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Schalteinrichtung eine drehbare optische Blende aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende abwechselnd reflektierende und transparente Bereiche aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Schalteinrichtung eine drehbare optische Blende aufweist, die synchron mit der drehbaren Trommel rotiert.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende an der Trommel befestigt und mit dieser drehbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Blende abwechselnd reflektierende und transparente Bereiche aufweist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine Gruppe von strahlungsempfindlichen Bereichen aufweist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor auf Infrarot-Strahlung anspricht.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Schaltung vorgesehen ist, die Signalumschalteinrichtungen aufweist, die synchron mit der optischen Schalteinrichtung betätigbar sind, um Signale, die eine Strahlung darstellen, die von jedem der separaten Blickfelder empfangen worden ist, an getrennte Anzeigeeinrichtungen zu legen.