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Diese
Erfindung wurde mit Unterstützung
der Regierung unter dem Vertrag Nr. FO4701-97-C-0028 getätigt, der
durch die Luftwaffe der Vereinigten Staaten gewährt wurde. Die Regierung hat
bestimmte Rechte an dieser Erfindung.
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Diese
Erfindung betrifft ein Abtastsensorsystem und einen Ansatz, die
bei einer Fernerfassung verwendbar sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ein
Abtastsensorsystem erfasst Lichtenergie im ultravioletten, sichtbaren,
und/oder infraroten Bereich und leitet die Energie zu einem Sensor.
Der Sensor wandelt die Lichtenergie für eine nachfolgende Auswertung
in elektrische Signale um. Bei einem ersten Ausgestaltungsansatz
verbleibt der Sensor in seiner räumlichen
Orientierung relativ fixiert. Die Lichtenergie wird durch einen
bewegbaren Abtastmechanismus, wie zum Beispiel ein drehbares Teleskop,
zu dem Sensor geleitet, der in eine interessierende Richtung gerichtet
ist. Lichtenergie, die aus dieser Richtung empfangen wird, wird
durch den optischen Strahlengang des Teleskops, das zumindest einige
bewegbare Elemente aufweist, zu dem Sensor umgeleitet. Der optische
Strahlengang kann ebenfalls ausgestaltet sein, das Bild zu vergrößern oder
in anderer Weise zu verändern.
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Bei
einem Einsatz wird ein Abtastsensorsystem an Bord einer Plattform
(wie zum Beispiel eines Raumflugkörpers) angebracht, die über der
Erde oder anderen Himmelskörpern
wandert. Das Abtastsensorsystem wandert entlang einer Bahn oberhalb der
Oberfläche
des Körpers.
Das Teleskop tastet seitlich (d.h. Querbahn, „cross track") ab, so dass das Sensorsystem
eine Szene entlang eines Streifens der Oberfläche abtasten kann, die auf
der Bahn der Plattform zentriert ist.
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Einige
Ausgestaltungen sind für
den Abtastteil eines solchen Abtastsensorsystems entwickelt worden.
Ein doppelseitiges Schaufelradabtastsystem weist einen doppelseitigen,
flachen Spiegel auf, der um eine Achse senkrecht zu dem einfallenden
Licht gedreht wird. Dieses Schaufelradsystem hat den Nachteil, dass
die Ausleuchtzone des Strahls auf dem Abtastspiegel mit dem Abtastwinkel
variiert, mit dem Ergebnis, dass es schwierig sein kann, ihn zu bündeln, dass
es eine große
Trägheit
aufweist und dass es ein großes
Drehmoment erfordert, das durch den Abtastmotor ausgeübt wird.
Es kann ebenfalls schwierig sein, das Schaufelradsystem gegenüber Streulicht
abzuschirmen, und mit dem Abtastwinkel gibt es Polarisations- und
Gesamtsystemantwortänderungen.
Eine andere Ausgestaltung verwendet einen einseitigen Verbindungswinkel-Kopfspiegel,
der um eine Achse gedreht wird, die senkrecht oder nicht senkrecht
zu dem einfallenden Strahl sein kann. Diese Konfiguration erzeugt
eine Bilddrehung bezüglich eines
Abtastwinkels, was zu Bildregistrierungsproblemen führen kann.
Sie kann ebenfalls eine beträchtliche
inaktive Abtastperiode aufweisen. Ein anderer Abtastansatz ist ein
einseitiges, drehbares Teleskop, das die Nachteile einer langen
inaktiven Abtastperiode und einer Schwierigkeit beim Befestigen und
einer Halterung aufweist.
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Das
U.S. Patent 4,255,765 offenbart einen Theodoliten zur Zielverfolgung
und Zielmessung, der ein einziges Teleskop aufweist. Das einzige
Teleskop weist einen primären
Spiegel auf, der sich um eine Achse dreht, die nicht parallel zu
der Orientierung des empfangenen, einfallenden Lichts ist. Das empfangene,
einfallende Licht wird zu einem Spiegel reflektiert, der sich um
eine Achse dreht, die mit der Drehachse des Teleskops zusammenfällt, wobei
die Drehungen unabhängig
sind. Der Theodolit umfasst ebenfalls eine Strahlstreueinrichtung
vor dem Spiegel, die sich mit dem Teleskop dreht und die das Licht zu
einer Fernsehkamera reflektiert.
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Es
gibt ein Bedürfnis
nach einem verbesserten Abtastsensorsystem, und insbesondere nach
einem, das eine relativ kurze inaktive Periode aufweist und das
leicht mechanisch implementiert wird. Die vorliegende Erfindung
erfüllt
dieses Bedürfnis
und ermöglicht
im Weiteren zugehörige
Vorteile.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Abtastsensorsystem bereit, das
aufweist: einen Lichtsensor; ein Abtastteleskop, das zumindest zwei
primäre Teleskopspiegel,
die um eine Primärspiegeldrehachse
gehalten sind, wobei jeder der zumindest zwei primären Teleskopspiegel
orientiert ist, um einfallendes Licht entlang einem Einstrahlweg
zu empfangen, der nicht parallel zu der Primärspiegeldrehachse ist, und um
das einfallende Licht entlang eines optischen Weges zu leiten, und
zumindest einen zusätzlichen
Teleskopspiegel aufweist, der angeordnet ist, um abwechselnd einen
ersten reflektierten Lichtstrahl von einem ersten primären Teleskopsiegel
der primären Teleskopspiegel
und danach einen zweiten reflektierten Lichtstrahl von einem zweiten
primären
Teleskopspiegel der primären
Teleskopspiegel zu empfangen, und um den reflektierten Lichtstrahl
entlang des optischen Weges zu leiten; einen primären Spiegelantrieb,
der betrieblich ist, um die zumindest zwei primären Spiegel um die Primärspiegeldrehachse
mit einer momentanen Primärspiegelwinkeldrehrate
zu drehen; einen Halbwinkel-Entdrehspiegel, der angeordnet ist,
um den reflektierten Lichtstrahl in den optischen Weg zu reflektieren,
wobei die Kombination des Abtastteleskops und des Entdrehspiegels
den Lichtstrahl entlang des optischen Wegs in Richtung des Sensors
leitet; und einen Entdrehspiegelantrieb, der betrieblich ist, um
den Entdrehspiegel um eine Entdrehspiegelachse, die parallel zu
der Primärspiegeldrehachse
orientiert ist, mit einer Entdrehwinkeldrehrate zu drehen, die halb
so groß wie
die momentane Primärspiegelwinkeldrehrate
ist.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung des Systems ist gut ausgeglichen und symmetrisch
bezüglich
der größten sich
bewegenden Komponenten. Die primären
Teleskopspiegel sind relativ nahe zu einer Drehachse angeordnet,
wodurch sich die Trägheit
der Abtastteleskopanordnung verringert. Andere Vorteile bezüglich verfügbarer Abtastteleskope
umfassen verringerte Polarisationsvariationen und eine Antwort als
Funktion eines Abtastens, ein Fehlen einer Bilddrehung, eine inhärente Band-zu-Band-Registrierung,
eine verbesserte Streulichtunterdrückung, ein begrenztes Szenen-Ausleuchtzonenwachstum
als Funktion eines Abtastwinkels, und die Möglichkeit eines verbesserten
Bündelns.
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Bei
einem bevorzugten Ansatz sind exakt zwei primäre Teleskopspiegel vorgesehen,
die um 180 Grad zueinander um die Primärspiegeldrehachse gehalten
werden, und die zwei primären
Spiegel liegen sich in diametral gegenüberliegenden Richtungen gegenüber. Der
Einfallstrahlweg ist senkrecht zu der Primärspiegeldrehachse orientiert.
Es können zumindest
zwei zusätzliche
Teleskopspiegel vorgesehen sein, von denen sich einer mit dem primären Teleskopspiegel
dreht und von denen einer stationär ist. Das Abtastteleskop kann
eine anastigmatische Spiegelgruppe aufweisen. Die Entdrehspiegelachse fällt vorzugsweise
mit der Primärspiegeldrehachse zusammen.
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Die
zur Zeit am meisten bevorzugte Ausgestaltung weist ein Paar von
identischen außeraxialen Abtastteleskopen
auf, die Rücken-an-Rücken in
einem doppelseitigen, drehbaren Abtastmechanismus orientiert sind.
Da die doppelseitige Abtastteleskopanordnung um die Primärspiegeldrehachse
gedreht wird, sammelt jedes Abtastteleskop abwechselnd Energie von
verschiedenen Teilen der Szene und leitet sie auf einen einzelnen,
drehbaren Halbwinkelspiegel. Der Halbwinkelspiegel wird gedreht
und unabhängig
von der Drehung der primären
Teleskopspiegel bewegt. Während
aktiver Abtastzeiten wird der Halbwinkelspiegel mit einer halb so
großen
Winkelrate wie die momentane Winkelrate der primären Spiegel gedreht, was es
der Szenenenergie ermöglicht,
ungeachtet eines Abtastwinkels, zu einem einfach befestigten Ort
geleitet zu werden. Diese Konfiguration erfordert, dass die reflektierende
Oberfläche des
Halbwinkelspiegels parallel zu der Primärspiegeldrehachse der primä ren Teleskopspiegel
liegt. Nach einer Reflexion an dem Halbwinkelspiegel wird der Strahl
in den verbleibenden Teil des optischen Abbildungssystems und entlang
des optischen Wegs zu dem Sensor geleitet.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden, detaillierteren Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich werden,
die anhand eines Beispiels die Grundzüge der Erfindung veranschaulichen.
Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf dieses bevorzugte
Ausführungsbeispiel
begrenzt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
eine Enddraufansicht auf ein Abtastsensorsystem dar;
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2 stellt
eine schematische Schnittansicht des Abtastsensorsystems in 1 entlang
der Linie 2-2 und den Strahlweg durch das Abtastsensorsystem dar;
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3A–3B zeigen
einen Vergleich des aktiven Abtastfeldes für den Ansatz der Erfindung (3A)
und für
ein doppelseitiges Schaufelradabtastsystem (3B) für einen
beispielhaften Fall einer 90-Grad-Szene; und
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4 stellt
eine schematische Enddraufansicht auf das Abtastsensorsystem, wie
in 1, mit einem Gehäuse und mit einer Angabe von
Eichansichts- und Szenenansichtsfeldern dar.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 und 2 veranschaulichen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Abtastsensorsystems 20, das einen Lichtsensor 22 und
ein Abtastteleskop 24 aufweist. Der Sensor 22 wandelt
einfallende Lichtenergie in ein elektrisches Signal um und kann
abbildender Art oder nicht-abbildender Art sein. Betriebliche Sensoren 22 für ultraviolettes,
sichtbares und infrarotes Licht sind im Stand der Technik bekannt.
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Jedes
Abtastteleskop 24 leitet Licht von einer Szene in den Sensor 22.
Es sind zumindest zwei Abtastteleskope 24 vorgesehen, von
denen jedes einen primären
Teleskopspiegel 32 aufweist, der symmetrisch gehalten und
um eine Primärspiegeldrehachse 30 gedreht
wird. Die Drehbewegung der primären
Teleskopspiegel kann eine kontinuierliche Drehung, die zu einer
gleichmäßigen Bewegung
und einem gradlinigen Antriebssystem führt, ein Abtasten mit einer
variablen Rate, ein stufenstarres Abtasten, oder eine Kombination
von diesen und/oder anderen Bewegungen sein. In dem bevorzugten
Fall sind exakt zwei Teleskope 24 und zwei primäre Teleskopspiegel 32a und 32b vorgesehen,
die um 180 Grad um die Primärspiegeldrehachse 30 gedreht
zueinander gehalten werden. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
blicken die zwei primären
Spiegel 32a und 32b in sich diametral gegenüberliegende
Richtungen. Die primären
Spiegel 32a und 32b kommen in einen aktiven Winkelansichtsbereich
und arbeiten abwechselnd. In dem veranschaulichten Fall ist der
primäre Spiegel 32a in
einer aktiven Abtastperiode, und sein optischer Strahlweg 34 ist
veranschaulicht. Zu diesem Zeitpunkt ist der primäre Spiegel 32b in
einer inaktiven Abtastperiode, so dass keine optischen Strahlen
auf den primären
Spiegel 32b einfallen. Bei einer Drehung um 180 Grad wird
der primäre
Spiegel 32b. aktiv und arbeitet, um die Szene zu sehen
(und der primäre
Spiegel 32a wird inaktiv). Jeder der zumindest zwei primären Teleskopspiegel
ist orientiert, um einfallendes Licht entlang eines Einfallstrahlweges 36 zu
empfangen, der nicht parallel zu der Primärspiegeldrehachse 30 orientiert
ist und der in dem veranschaulichten Fall senkrecht zu der Primärspiegeldrehachse 30 ist.
Dieses Abtastsensorsystem ist optisch wirksam, wobei es pro vollständiger Drehung zwei
vollständige
Szenen- und Eichansichten erlaubt.
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Es
können
zusätzliche
primäre
Spiegel 32 vorgesehen sein, wobei alle primären Spiegel 32 symmetrisch
um die Primärspiegeldrehachse 30 angeordnet
sind. Es dürfen
jedoch nicht weniger als zwei primäre Spiegel 32 vorgesehen
sein.
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Die
zwei oder mehreren Teleskope 24 können im Wesentlichen identisch
sein, so dass der Sensor 22 bei jeder 360-Grad-Drehung
der Spiegel 32 die Szene durch identische Optiken für zwei aktive Perioden
sieht. Die Teleskope 24 können stattdessen hinsichtlich
einiger ausgewählter
optischer Eigenschaften verschieden sein. Beispielsweise können die
zwei primären
Spiegel 32a und 32b verschiedene Ansichtsfelder
(Vergrößerungen)
aufweisen, so dass der Sensor 22 während eines ersten aktiven
Abschnitts des Abtastens eine Weitwinkelansicht und während eines
zweiten aktiven Abschnitts des Abtastens eine vergrößerte Engwinkelansicht
sieht. In einem anderen Beispiel können die zwei primären Spiegel 32a und 32b für verschiedene
Wellenlängen der
Lichtenergie in den Einfallstrahlweg 36 optimiert werden,
die von der Szene ankommt.
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Die
primären
Spiegel 32a und 32b sind innerhalb eines Gehäuses 38 befestigt,
das entsprechende Öffnungen 40,
hier Öffnungen 40a und 40b, aufweist,
um durch diese einen Eintritt von Licht, das entlang des Einfallstrahlwegs 36 läuft, zu
ermöglichen.
Ein primärer
Spiegelantrieb 42 ist betrieblich, um kontinuierlich die
zumindest zwei primären
Spiegel 32a und 32b um die Primärspiegeldrehachse 30 mit
einer momentanen Primärspiegelwinkeldrehrate zu
drehen. (Der Ausdruck „momentan" bezieht sich auf
die Drehrate zu jedem Zeitpunkt während einer aktiven Abtastperiode,
da sich die Drehrate ändern kann.)
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
ist der primäre
Spiegelantrieb 42 ein Elektromotor, der an dem Gehäuse 38 angebracht
ist und das Gehäuse 38 um
die Drehachse 30 dreht, wobei seine primären Spiegel 32 und
andere Strukturen darin befestigt sind.
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Die
primären
Spiegel 32 reflektieren den Strahlweg 34 zu entsprechenden
sekundären
Spiegeln 44, die angetriebene Spiegel oder nicht angetriebene
Spiegel sein können.
Die sekundären
Spiegel 44 sind innerhalb des Gehäuses 38 befestigt
und drehen sich mit ihm. Es ist ein sekundärer Spiegel 44 für jeden
der primären
Spiegel 32 vorgesehen. In dem veranschaulichten Fall ist
ein sekundärer
Spiegel 44a vorgesehen, der den reflektierten Lichtstrahlweg 34 von
dem primären
Spiegel 32a empfängt, wenn
er sich in seiner aktiven Abtastperiode befindet, und es ist ein
sekundärer Spiegel 44b vorgesehen, der
seinen reflektierten Lichtstrahlweg von dem primären Spiegel 32b empfängt, wenn
er sich in seiner aktiven Abtastperiode befindet.
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Das
Abtastteleskop 24 umfasst des Weiteren einen zusätzlichen
Teleskopspiegel, in diesem Fall einen tertiären Spiegel 46, der
angeordnet ist, um abwechselnd einen ersten reflektierten Lichtstrahl
entlang des Strahlweges 34, der von einem ersten primären Teleskopspiegel
der primären
Teleskopspiegel 32, in dem veranschaulichten Fall dem ersten
primären
Spiegel 32a, reflektiert wird, und danach einen zweiten
reflektierten Lichtstrahl (nicht gezeigt) zu empfangen, der von
einem zweiten primären
Teleskopspiegel der primären
Teleskopspiegel 32, in dem veranschaulichten Fall dem zweiten
primären
Spiegel 32b, reflektiert wird. In dem bevorzugten Fall
sind der primäre
Spiegel 32, der sekundäre
Spiegel 44 und der tertiäre Spiegel 46 angeordnet
und gekrümmt,
um eine anastigmatische Spiegelgruppe 50 zu bilden. Das
heißt,
der primäre
Spiegel 32a, der sekundäre
Spiegel 44a und der einzelne tertiäre Spiegel 46 bilden
eine anastigmatische Spiegelgruppe, wenn der primäre Spiegel 32a aktiv
ist und den Lichtstrahl entlang des optischen Strahlweges 34 reflektiert.
Der primäre
Spiegel 32b, der sekundäre
Spiegel 44b und der einzelne tertiäre Spiegel 46 bilden
eine zweite anastigmatische Spiegelgruppe, wenn der primäre Spiegel 32b aktiv
ist und den Lichtstrahl entlang des optischen Strahlweges 34 reflektiert.
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Es
ist nur ein tertiärer
Spiegel 46 veranschaulicht, aber es können zusätzliche Spiegel, wie zum Beispiel
ein Umlenkspiegel 48, vorgesehen sein, der zusammen in
Kombination mit den anderen Spiegeln des Teleskops 24 den
reflektierten Lichtstrahl in den Lichtsensor 22 entlang
des optischen Strahlweges 34 leitet. Der Lichtsensor kann
angeordnet sein, um den Lichtstrahl, parallel zu der Primärspiegeldrehachse 30,
entlang des optischen Strahlweges 34 an diesem Punkt oder
bei jeder anderen ausgewählten
Position zu empfangen.
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Das
Abtastteleskop 24 umfasst des Weiteren einen Halbwinkel-Entdrehspiegel 52,
der angeordnet ist, um den Lichtstrahl an einem Ort in dem optischen Strahlweg 34 zwischen
dem primären
Spiegel 32 und dem tertiären Spiegel 46 zu
reflektieren. Der Entdrehspiegel 52 ist ein flacher Spiegel,
der nur auf einer Seite oder auf beiden Seiten reflektierend sein
kann. Ein Entdrehspiegelantrieb 54 ist betrieblich, um
den Entdrehspiegel 52 um eine Entdrehspiegelachse 56 zu
drehen. Die Entdrehspiegelachse 56 ist vorzugsweise parallel
zu der Primärspiegeldrehachse 30 der primären Spiegel 32 orientiert.
Vorzugsweise, und wie gezeigt, fällt
die Entdrehspiegelachse 56 mit der Primärspiegeldrehachse 30 zusammen.
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Wenn
die Entdrehspiegelachse 56 nicht parallel zu der Primärspiegeldrehachse 30 orientiert
ist, dreht sich das Bild, das bei dem Sensor 22 empfangen
wird, da sich der primäre
Spiegel 32 wendet. Diese Bedingung wird für die meisten
Abbildungsanwendungen nicht bevorzugt, aber sie kann in anderen
Abbildungsanwendungen akzeptabel sein, und sie liegt innerhalb des
Umfangs der Erfindung. Falls die Entdrehspiegelachse 56 parallel
zu der Primärspiegeldrehachse 30 ist,
aber nicht mit ihr zusammenfällt, dreht
sich das Bild nicht, das an dem Sensor 22 empfangen wird.
Falls die Entdrehspiegelachse 56 mit der Primärspiegeldrehachse 30 zusammenfällt (ein spezieller
Fall von parallelen Achsen 56 und 30), dreht sich
das Bild nicht, das an dem Sensor 22 empfangen wird, und
das System kann ein bisschen besser ausgeglichen sein als in dem
parallel-aber-nicht-zusammenfallenden Fall. Die letztere Konfiguration
wird am meisten bevorzugt.
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Der
Entdrehspiegelantrieb 54 ist vorzugsweise ein Elektromotor.
In 2 ist der Entdrehspiegelantrieb 54 als
ein von dem primären
Spiegelantrieb 42 verschiedener Motor abgebildet, jedoch
kann der gleiche Motor mit geeignetem Getriebe verwendet werden,
um sowohl die primären
Spiegel 32 als auch den Entdrehspiegel 52 anzutreiben.
In beiden Fällen wird
der Entdrehspiegelantrieb 54 ausgewählt, den Entdrehspiegel 52 während aktiver
Abtastperioden mit einer Winkelrate zu drehen, die exakt halb so groß wie die
momentane Drehrate der primären
Spiegel 32 ist, die durch den primären Spiegelantrieb 42 erzeugt
wird. (Während
inaktiver Abtastperioden kann eine schnellere Antriebsrate für den Entdrehspiegel 52 verwendet
werden, wenn er für
die nächste
aktive Abtastperiode in seine Ausgangsposition zurückgesetzt
wird.) Der Lichtstrahl, der entlang des optischen Strahlwegs 34 verläuft, erreicht
den Entdrehspiegel 52 durch eine Öffnung 58 in der Grundfläche des
Gehäuses 38.
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Beim
Betrieb des Abtastteleskops 24 wird der primäre Spiegel 32 durch
die Drehung des primären
Spiegels 32 um die Primärspiegeldrehachse 30 über die
Szene abgetastet. Die Halbwinkeldrehung des Entdrehspiegels 52 in
dem optischen Strahlweg 34 dreht die Drehung des optischen
Strahlwegs 34 zurück
(hebt sie auf), die durch die Drehung des primären Spiegels 32 um
die Primärspiegeldrehachse 30 erzeugt
wird. Der tertiäre
Spiegel 46, der Umlenkspiegel 48 und der Sensor 22 können daher
bezüglich
einer Drehung um die Primärspiegeldrehachse 30 stationär bleiben,
ein beträchtlicher
Vorteil, der die Drehmasse und -trägheit des drehbaren Teils des
Abtastsensorsystems 20 verringert. In einem ersten aktiven
Abtastabschnitt der Drehung des primären Spiegels 32 um
die Primärspiegeldrehachse 30 dreht sich
der Entdrehspiegel 42 aus einer Ausgangsposition in die
gleiche Richtung wie die Drehung des primären Spiegels 32a,
aber mit einer Drehrate, die halb so groß wie die momentane Drehrate
ist. Während
einer ersten inaktiven Periode, bei der kein primärer Spiegel 32 angeordnet
ist, um die Szene zu sehen, wird der Entdrehspiegel 52 gedreht,
um ihn in die Ausgangsposition zurückzusetzen. Diese Drehung in die
Ausgangsposition wird aufgrund der kleinen Größe und des leichten Gewichts
des Entdrehspiegels 52 leicht erreicht. Danach dreht sich
der Entdrehspiegel 52 während
einer zweiten aktiven Abtastperiode in die gleiche Drehrichtung
wie der primäre
Spiegel 32b, aber mit einer Drehrate, die halb so groß wie seine
momentane Drehrate ist.
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1 und 2 veranschaulichen
eine Ausgestaltung des Abtastteleskops 24. Andere Arten von
außeraxialen
Abtastteleskopausgestaltungen können
ebenso verwendet werden und liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung.
Beispielsweise kann das Abtastteleskop ein Zweispiegelteleskop verwenden,
wobei der Halbwinkel-Entdrehspiegel
in seinen Ausgangsstrahl eingesetzt wird. Der Halbwinkel-Entdrehspiegel kann
stattdessen in den optischen Weg zwischen dem primären Spiegel
und dem sekundären
Spiegel eines Dreispiegelteleskops eingesetzt werden. Das Abtastteleskop
kann zusätzliche
Spiegel umfassen. Der Ansatz der 1 und 2 wird
bevorzugt, da der drehbare Teil des Abtastteleskops 24 symmetrisch
und ausgeglichen ist, so dass er nicht dazu neigt, das Abtastteleskop
bei seiner Drehung schwanken zu lassen.
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3A und 3B veranschaulichen
als Beispiel für
eine 90-Grad-Szenenansicht
die Abtasteffizienzvorteile des vorliegenden Ansatzes gegenüber einem
doppelseitigen Schaufelradsensor-Abtastsystem. Der vorliegende Abtastansatz
eines drehbaren Teleskops deckt 1 Grad einer Szenenansicht für jedes
eine Grad einer Winkeldrehung ab. Gemäß dem vorliegenden Ansatz,
wie in 3A gezeigt, findet eine erste
aktive Abtastperiode 60 bei einer Drehung von 0 Grad bis
90 Grad statt, eine erste inaktive Periode 62 findet bei
einer Drehung von 90 Grad bis 180 Grad statt, eine zweite aktive
Abtastperiode 64 findet bei einer Drehung von 180 Grad
bis 270 Grad statt, und eine zweite inaktive Periode 66 findet
bei einer Drehung von 270 Grad bis 360 Grad statt. D.h., ein aktives
Abtasten ist während
der Hälfte
der gesamten Drehperiode von 360 Grad erlaubt. Im Vergleich schreibt
das Reflexionsgesetz bei dem doppelseitigen Schaufelradsensor-Abtastsystem
vor, dass 2 Grad der Szenenansicht für jedes eine Grad der Winkeldrehung
abgedeckt werden. Die resultierenden Abtastperioden sind in 3B gezeigt,
wo eine erste aktive Abtastperiode 70 bei einer Drehung
von 0 Grad bis 45 Grad stattfindet, eine erste inaktive Periode 72 bei
einer Drehung von 45 Grad bis 180 Grad stattfindet, eine zweite
aktive Abtastperiode 74 bei einer Drehung von 180 Grad
bis 225 Grad stattfindet, und eine zweite inaktive Periode 76 bei
einer Drehung von 225 Grad bis 360 Grad stattfindet. D.h., ein aktives
Abtasten ist nur während
eines Viertels der gesamten Drehperiode erlaubt. Der vorliegende
Ansatz erreicht für
jede ausgewählte
Drehrate eine zweimal so lange aktive Abtastverweilperiode der Szene
wie der doppelseitige Schaufelradansatz. Die erhöhte Abtastverweilperiode des
vorliegenden Ansatzes überträgt sich
ebenso direkt auf eine erhöhte Lichterfassungsfähigkeit
des vorliegenden Ansatzes, und dementsprechend in ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis.
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4 veranschaulicht
ein Beispiel eines möglichen
Ansatzes der vorliegenden Erfindung hinsichtlich einer Eichung des
Sensors 22. Dieses Beispiel veranschaulicht die Vorteile
der vorliegenden Erfindung, aber andere Eichmethoden und -anordnungen
sind möglich
und liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung. Bei dem veranschaulichten
Ansatz von 4 kann jeder der zwei primären Teleskopspiegel 32 über einen
180-Grad-Bogen betrachtet werden. Bei den meisten Abtastsensorsystemen 20 ist
es wünschenswert,
den Sensor 22 unter Verwendung von bordei genen Eichquellen 80a und 80b und
ebenso unter Verwendung von externen Eichquellen 82 eichen
zu können.
Die bordeigenen Eichquellen 80a und 80b sind an
den Körper 84 des Raumflugkörpers befestigt
oder an einer anderen Struktur, die das Abtastsensorsystem 20 hält, während die
externen Quellen 82 durch ein Fenster 86 gesehen
werden. Da der primäre
Spiegel in 4 im Uhrzeigersinn abgetastet
wird, sieht er zuerst die Eichquelle 80a und dann die Eichquelle 80b.
Die Szene wird über
den Winkel, der als „Szenenansicht" angegeben ist, gesehen.
Der primäre
Spiegel sieht dann die externe Quelle 82. Der primäre Spiegel 32 ist
daher mit einem Eich- oder
Szenensehen für
den größten Teil
des angegebenen 180-Grad-Bogens beschäftigt. Während des Rests des 180-Grad-Ansichtsbereichs,
der durch den Winkel R angegeben ist, ist der primäre Spiegel 32 inaktiv,
da er weder eine Eichquelle noch die Szene sieht, so dass der Entdrehspiegel 52 zurück in seine
Ausgangsposition gesetzt werden kann. Der andere primäre Spiegel folgt
dem gleichen Schema, da er in den aktiven Sichtbereich gedreht wird.
Daher empfängt
der Sensor 22 fast immer ein Signal – entweder ein Eichsignal oder
ein Szenensignal – außer für die zwei
kurzen Bögen
R, wenn der Entdrehspiegel auf das Ende jedes 180-Grad-Sichtbereichs
zurückgesetzt
wird.
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Obwohl
zu Veranschaulichungszwecken ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung im Detail beschrieben worden ist, können verschiedene Modifizierungen
und Erweiterungen gemacht werden, ohne den Umfang der Erfindung
zu verlassen. Dementsprechend ist die Erfindung außer durch
die abhängigen
Ansprüche
nicht begrenzt.