DE3924602A1 - Optisch-mechanisches abtastsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisch-mechanisches Abtastsystem zur quasi simultanen Abtastung zweier Sehfelder unterschiedlicher Vergrößerung, mit einem um eine Drehachse rotierenden Abtastele­ ment, das paarweise einen rechten Winkel zwischen sich ein­ schließende, reflektierende planare Flächen aufweist, die in Umfangsrichtung des Abtastelementes aufeinanderfolgende Dachkant-Reflektoren bilden, zwei optischen Kanälen für die unterschiedlichen Sehfelder und einer Detektoranordnung. Ein derartiges Abtastsystem ist aus der DE-OS 32 11 046 bekannt.

Zur Beobachtung einer Szene werden heutzutage häufig Wärmebild­ geräte verwendet. Dabei ist es manchmal erwünscht, sowohl die gesamte Szene überblicken als auch bestimmte Details innerhalb der Gesamtszene erkennen zu können. Es ist daher zweckmäßig, die Beobachtung mit zwei verschieden abbildenden optischen Systemen durchzuführen. Hierzu sind optisch mechanische Abtast­ systeme bekannt geworden, denen das Prinzip zugrundeliegt, durch optisch-mechanische Umschaltung wechselweise das eine oder das andere optische System wirksam werden zu lassen. Ein derartiges System für die praktisch gleichzeitige Abtastung zweier bezüg­ lich des Abbildungsmaßstabes unterschiedlicher Sehfelder ist durch die DE-PS 33 07 484 bekannt. Hierbei erfolgt die Umschal­ tung von einem Sehfeld auf das andere entweder durch ein in be­ stimmter Weise mit Kegelmantelsegmenten ausgebildetes Spiegelrad oder eine in den Strahlengang vor oder nach dem Abtastelement eingeschaltete, rotierende Scheibe mit abwechselnd transparenten und reflektierenden Segmenten. Das Prinzip der optisch-mechani­ schen Umschaltung erfordert jedoch entsprechende Umschaltmittel und damit außer den üblichen Abtastelementen mindestens ein zu­ sätzliches Element und somit zusätzlichen Aufwand. Auf dem glei­ chen Prinzip beruht das aus der DE-OS 32 11 046 bekannte optisch­ mechanische Abtastsystem. Dort wird als Abtastelement ein Poly­ gon verwendet, bei dem jede Seite aus zwei rechtwinklig zuein­ ander geneigten reflektierenden Flächen besteht, so daß in Um­ fangsrichtung des Polygons aufeinanderfolgende Dachkant- Reflektoren gebildet werden, deren Dachkanten senkrecht zur Drehachse des Polygons liegen. Als optisch mechanisches Umschaltelement ist hier eine synchron mit dem Polygon rotierende optische Blende vorgesehen, die für jede Polygonseite einen reflektierenden und einen transparenten Abschnitt aufweist.

Schließlich ist durch die DE-OS 29 24 120 ein weiteres optisch­ mechanisches Abtastsystem bekannt, bei dem die Beobachtung unter­ schiedlicher Sehfelder ebenfalls über eine optisch-mechanische Umschaltung ermöglicht wird. Hierzu weist das bekannte System ein gemeinsames Eingangsobjektivsystem und zwei Strahlungswege mit unterschiedlich abbildenden Zwischenobjektiven auf. Als Abtastelemente sind ein flacher, oszillierender Spiegel für die Abtastung in einer ersten Richtung sowie für die beiden Strahlungswege zwei als unterschiedliche, rotierende Sternräder ausgebildete zweite Abtastelemente zur Abtastung in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung vorgesehen. Diese Sternräder weisen paarweise einen rechten Winkel zwischen sich einschließende, reflektierende planare Flächen auf, die in Umfangsrichtung des Sternrades aufeinanderfolgende Dachkant- Reflektoren bilden, wobei deren Dachkanten parallel zur Dreh­ achse des Sternrades gerichtet sind und jede Dachkante mit der Drehachse jeweils eine Ebene festlegt. Die Umschaltung von dem einen Strahlungsweg auf den anderen Strahlungsweg erfolgt bei diesem bekannten System entweder durch Drehen des oszillieren­ den Spiegels um 90° oder 180°, so daß dieser Spiegel die einfallende Strahlung einmal in den ersten und das andere Mal in den zweiten Strahlungsweg einkoppelt, oder - ohne Veränderung der Position des oszillierenden Spiegels - mit Hilfe zweier synchron in den Strahlengang einschiebbarer weiterer Spiegel, welche die vom oszillierenden Spiegel kommende Strahlung in den ersten oder den zweiten Strahlungsweg leiten. Dieses bekannte System erfordert neben zwei Strahlungswegen ebenfalls zusätz­ liche optisch-mechanische Umschaltmittel und insgesamt gesehen einen relativ hohen Aufwand. Außerdem werden hier zwei Bilder zeitlich nacheinander erzeugt, d.h. in dem ersten Strahlungsweg wird nur das Bild im großen Sehfeld und danach wird nach Umschalten in den zweiten Strahlungsweg nur das Bild im kleinen Sehfeld erzeugt, so daß das bekannte System nicht zur praktisch gleichzeitigen Abtastung zweier unterschiedlicher Sehfelder geeignet ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein optisch-mecha­ nisches Abtastsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die quasi simultane Abtastung zweier Sehfelder unterschied­ licher Vergrößerung ohne optisch-mechanische Umschaltung mit einem einfacheren Aufbau ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem optisch-mechanischen Abtastsystem der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Dachkant-Reflektoren des rotierenden Abtastelementes so angeordnet sind, daß jede Dachkante mit der Drehachse des Ab­ tastelementes jeweils eine Ebene festlegt und daß die Dachkanten von in Umfangsrichtung des Abtastelementes aufeinanderfolgenden Dachkant-Reflektoren abwechselnd positiv und negativ gegen die Drehachse des Abtastelementes geneigt sind.

Bei einem derartigen optisch-mechanischen Abtastsystem ist es durch die Ausbildung des rotierenden Abtastelementes mit abwech­ selnd gegen die Drehachse geneigten Dachkant-Reflektoren möglich, die quasi simultane Abtastung zweier Sehfelder unterschiedlicher Vergrößerung mit einer Detektoranordnung sowie mit einem Scanner ohne optisch-mechanische Umschaltung durchzuführen, so daß sich gegenüber Abtastsystemen mit optisch-mechanischer Umschal­ tung ein wesentlich einfacherer Aufbau des Abtastsystems ergibt. Ein mit abwechselnd gegen die Drehachse geneigten Dachkant- Reflektoren ausgebildetes Abtastelement läßt sich einfach her­ stellen und ermöglicht die Verwendung relativ großer Detektor­ arrays bei gleichem Scanwirkungsgrad, was im wesentlichen da­ durch bedingt ist, daß die Übergangskanten zwischen den einzel­ nen Dachkant-Reflektoren in einem sehr stumpfen Winkel von fast 90° zur Scanrichtung, d.h. nahezu parallel zur linearen Array- Anordnung verlaufen. Damit sind die aktiven Scanwege für alle Einzelelemente eines Detektorarrays praktisch etwa gleich, so daß sich größere Detektorarrays realisieren lassen.

Bei einem erfindungsgemäßen optisch-mechanischen Abtastsystem ist der Neigungswinkel der Dachkanten zweckmäßigerweise etwa gleich dem halben Öffnungswinkel des auf das rotierende Abtast­ element einfallenden Strahlenbündels.

Eine besonders einfach herzustellende Ausführungsform eines der­ artigen optisch-mechanischen Abtastsystems erhält man durch eine nach außen offene Anordnung der Dachkant-Reflektoren, indem das rotierende Abtastelement aus einem Sternrad besteht.

Anstelle der offenen Anordnung der Dachkant-Reflektoren ist es auch möglich, daß die Dachkant-Reflektoren von Dachkant-Prismen gebildet sind. Durch die gegenüber der offenen Anordnung höhere Brechkraft der aus geeigneten optischen Materialien bestehenden Prismen lassen sich bessere Öffnungsverhältnisse erzielen.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optisch-mechani­ schen Abtastsystems ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Anordnung das Abtastsystem mit rotieren­ dem Abtastelement, dazugehörigem Strahlengang und Detek­ toranordnung,

Fig. 2 das Abtastsystem nach Fig. 1 aus seitlicher Sicht und Fig. 3 eine Abwicklung des rotierenden Abtastelementes.

Das erfindungsgemäße optisch-mechanische Abtastsystem ist zur quasi simultanen Abtastung zweier Sehfelder unterschiedlicher Vergrößerung vorgesehen. Das dargestellte Abtastsystem weist hierzu im wesentlichen als Scanner zur Abtastung in einer ersten Richtung ein um eine Drehachse 1 rotierendes Abtastele­ ment 2 sowie eine Detektoranordnung 3 und außerdem noch eine die Strahlung auf die Detektoranordnung 3 fokussierende Optik 4 sowie Umlenkelemente 5, 6 auf. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß ein solches Abtastsystem darüber hinaus noch ein zweites Abtastelement, z.B. einen flachen Kippspiegel zur Abtastung in einer zweiten Richtung quer zur ersten Richtung sowie zwei optische Kanäle mit unterschiedlich abbildenden opti­ schen Systemen für die unterschiedlichen Sehfelder aufweist.

Das zweite Abtastelement ist hier aus Gründen der Übersichtlich­ keit ebenso wie die beiden optischen Kanäle nicht dargestellt. Da der grundsätzliche Aufbau von Abtastsystemen mit einem rotie­ renden Abtastelement und einem Kippspiegel sowie Abtastsysteme mit zwei optischen Kanälen für unterschiedliche Sehfelder an sich bekannt sind, braucht die eigentliche Funktion solcher Ab­ tastsysteme hier nicht näher beschrieben zu werden.

Das wesentliche Element des erfindungsgemäßen optisch-mechani­ schen Abtastsystems ist das um die Drehachse 1 rotierende Ab­ tastelement 2. Dieses weist paarweise einen rechten Winkel zwischen sich einschließende, reflektierende planare Flächen 7 auf, die in Umfangsrichtung des Abtastelementes aufeinanderfol­ gende Dachkant-Reflektoren 8 bilden, die hier so angeordnet sind, daß jede Dachkante 9 bzw. 9′ mit der Drehachse 1 jeweils eine Ebene festlegt. Das Abtastelement 2 besteht hier aus einem nach außen offenen Sternrad, dessen eigentliche Scanfunktion an sich bekannt ist. Hier ist das Abtastelement im Gegensatz zu üblichen Sternrädern jedoch so ausgebildet, daß die Dachkanten 9 bzw. 9′ von in Umfangsrichtung des Abtastelementes aufeinanderfolgenden Dachkant-Reflektoren 8 abwechselnd positiv und negativ, also ab­ wechselnd entgegengesetzt, gegen die Drehachse 1 geneigt sind. Der Neigungswinkel α der Dachkanten 9, 9′ ist dabei etwa gleich dem halben Öffnungswinkel des auf das rotierende Abtastelement einfallenden bzw. des von ihm reflektierten Strahlenbündels. Durch die abwechselnd geneigt angeordneten Dachkant-Reflektoren 8 wird die "Blickrichtung" der Detektoranordnung 3 somit abwechselnd nach beiden Seiten der symmetrischen Rotationsebene 10 abgelenkt. Durch geeignete Anordnung weiterer Umlenkelemente auf beiden Seiten der Rotationsebene können die so entstandenen zwei optischen Kanäle in die gewünschte Richtung, vorzugsweise parallel zueinander, gebracht werden.

Der Vorteil eines derartigen, z.B. bei einer Zwei-Kanal-Wärme­ bildkamera verwendbaren optisch-mechanischen Abtastsystems liegt vor allem darin, daß die quasi simultane Abtastung von zwei Seh­ feldern mit einer Detektoranordnung und einem Scanner ohne optisch-mechanische Umschaltung durchgeführt werden kann. Der besondere Vorteil des hierbei verwendeten "Dachkant-Scanners" läßt sich aus Fig. 3 erkennen. Aus der dort dargestellten Abwicklung des "Dachkant-Scanners" ist entnehmbar, daß die Übergangskanten 11 zwischen den einzelnen Dachkant-Reflekto­ ren 8 in einem sehr stumpfen Winkel von fast 90° zu der mit einem Pfeil 12 angedeuteten Scanrichtung stehen. Dies bedeutet, daß die aktiven Scanwege für die Einzelelemente eines Detektor­ arrays, dessen Abbildung 13 in Fig. 3 enthalten ist, nur ganz ge­ ringe Unterschiede aufweisen, also praktisch gleich sind. Es lassen sich daher in einem relativ breiten Bereich mehr Detek­ tor-Einzelelemente unterbringen, die alle einen gemeinsamen nutzbaren Scanweg s haben, als dies bei einem spitzwinkligeren Verlauf der Übergangskanten 11 zur Scanrichtung der Fall wäre.

Claims (4)

1. Optisch-mechanisches Abtastsystem zur quasi simultanen Ab­ tastung zweier Sehfelder unterschiedlicher Vergrößerung, mit einem um eine Drehachse rotierenden Abtastelement, das paarweise einen rechten Winkel zwischen sich einschließende, reflektieren­ de planare Flächen aufweist, die in Umfangsrichtung des Abtast­ elementes aufeinanderfolgende Dachkant-Reflektoren bilden, zwei optischen Kanälen für die unterschiedlichen Sehfelder und einer Detektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachkant-Reflektoren (8) des rotierenden Abtastelementes (2) so angeordnet sind, daß jede Dachkante (9, 9′) mit der Dreh­ achse (1) des Abtastelementes (2) jeweils eine Ebene festlegt und daß die Dachkanten (9, 9′) von in Umfangsrichtung des Ab­ tastelementes (2) aufeinanderfolgenden Dachkant-Reflektoren (8) abwechselnd positiv und negativ gegen die Drehachse (1) des Ab­ tastelementes (2) geneigt sind.

2. Optisch-mechanisches Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) der Dachkanten (9, 9′) etwa gleich dem halben Öffnungswinkel des auf das rotierende Abtastelement (2) einfallenden Strahlenbündels ist.

3. Optisch-mechanisches Abtastsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Abtastelement (2) aus einem Sternrad besteht.

4. Optisch-mechanisches Abtastsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachkant-Reflektoren von Dachkant-Prismen gebildet sind.