DE977716C

DE977716C - Device for the time-varying deflection of an optical image

Info

Publication number: DE977716C
Application number: DET31452A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl-Phys Dr Rer Erbe
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-06-26
Filing date: 1966-06-26
Publication date: 1968-08-29

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur zeitlich veränderlichen Ablenkung eines optischen Bildes mit Hilfe einer um eine Achse drehbaren Spiegelanordnung, an der das optische Bild reflektiert wird.The invention relates to a device for the time-varying deflection of an optical Image with the help of a mirror arrangement that can be rotated about an axis, on which the optical image is reflected.

Bei manchen Systemen der Infrarotfotografie stellt sich die Aufgabe, ein optisches Bild über den Eintrittsspalt eines Detektors abzulenken, damit die einzelnen Bildspalten nacheinander abgetastet werden können. Ein ähnliches Problem besteht bei der Hochfrequenz-Kinematografie, bei der das Bild dem kontinuierlich fortbewegten Film nachgeführt wird. Dies wird bekanntermaßen dadurch erreicht, daß das Bild durch rotierende Spiegelpolygone, Prismenpolygone oder Objektivkränze über den Spalt des Detektors bewegt wird. Diese bekannten Verfahren besitzen den Nachteil, daß sie mit erträglichem Aufwand nur bei Vorhandensein größerer Bildwinkel anwendbar sind.In some systems of infrared photography, the task is to create an optical image over the Deflect the entrance slit of a detector so that the individual image columns are scanned one after the other can be. A similar problem exists with high frequency cinematography, in which the image the continuously moving film is tracked. This is known to be achieved by that the image through rotating mirror polygons, prism polygons or lens rings over the Gap of the detector is moved. These known methods have the disadvantage that they are tolerable with Effort can only be used in the presence of larger image angles.

Polygonspiegel beispielsweise, die im telezentri- so sehen Strahlengang liegen, lenken das Bild um den doppelten Betrag ihres eigenen Drehwinkels ab. Entspricht die abgetastete Bildseite einem Winkel a° dann dreht sich das Abtastsystem um den WinkelPolygon mirrors, for example, in the telecentric so see the beam path lying, deflect the image by twice the amount of their own angle of rotation. If the scanned image side corresponds to an angle a ° then the scanning system rotates through the angle

-ψ. Damit die einzelnen Bilder einander ohne wesentliche Dunkelpausen folgen, benötigt der Polygonspiegel -~ einzelne Spiegelfacetten. Dabei muß -ψ . So that the individual images follow one another without significant dark pauses, the polygon mirror needs ~ individual mirror facets. It must

τ
jede einzelne Spiegelfacette größer sein als die Ein-τ
each individual mirror facet must be larger than the

809 613/6809 613/6

trittspupille des Systems. Daraus ergibt sich, daß das Spiegelpolygon bei kleinem <x sehr groß und sehr schwer wird.step pupil of the system. It follows that the mirror polygon becomes very large and very heavy if <x is small.

Liegt das Drehspiegelpolygon im konzentrischen Strahlengang zwischen· Objektiv und Detektor, sind zwar die zuvor geschilderten Nachteile geringer, dafür tritt dann aber bei der Abtastung eine Fokusverschiebung auf, die die Anwendung nur kleiner Aperturen erlaubt.If the rotating mirror polygon lies in the concentric beam path between the lens and the detector, are Although the disadvantages outlined above are less, there is then a focus shift during scanning which allows the use of only small apertures.

ίο Die Anwendung eines Prismenpolygons ist wegen der sphärischen Überkorrektur planparalleler Platten auf kleine Aperturen begrenzt. Objektivkränze bringen großen optischen und mechanischen Aufwand und erlauben nur verhältnismäßig kleine BiIdfrequenzen. ίο The use of a prism polygon is due to the spherical overcorrection of plane-parallel plates is limited to small apertures. Lens rings bring great optical and mechanical effort and only allow relatively small image frequencies.

Eine Verbesserung der zuvor genannten Nachteile ergibt sich dann, wenn man ebene oder gewölbte Spiegel zur Ablenkung benutzt, die um eine Achse parallel zur mittleren Spiegelebene hin- und hergeschwenkt werden können. Um wenigstens annäherungsweise eine sägezahnförmige Bildablenkung zu erzielen, sollte dabei in der einen Schwenkrichtung verhältnismäßig langsam und mit konstanter Winkelgeschwindigkeit geschwenkt werden, während in der anderen Richtung der Schwenkvorgang möglichst schnell ablaufen soll. Bei der Verwendung von derartigen Schwenkspiegeln treten naturgemäß sehr hohe Beschleunigungen und Verzögerungen in den Umkehrpunkten auf. Aus diesem Grund ist die Abtastung mit Hilfe von Schwenkspiegeln auf geringe Bildfrequenzen beschränkt. An improvement of the disadvantages mentioned above results when one is flat or curved Mirror used to deflect the back and forth around an axis parallel to the central mirror plane can be swiveled. To at least approximately a sawtooth-shaped image deflection to achieve, should be relatively slow and constant in one pivoting direction Angular velocity can be pivoted, while in the other direction the pivoting process should run as quickly as possible. When using such swivel mirrors occur naturally very high accelerations and decelerations in the reversal points. the end For this reason, scanning with the aid of swivel mirrors is limited to low image frequencies.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neuartige Spiegelanordnung zur Ablenkung eines optischen Bildes vorzusehen, bei der sich der Spiegel mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht und die eine sägezahnartige Ablenkbewegung des Spiegels bei hoher Bildfrequenz zu erzielen gestattet.The object of the present invention is to provide a novel mirror arrangement for deflection to provide an optical image in which the mirror moves at a constant angular velocity rotates and to achieve a sawtooth-like deflection of the mirror at a high frame rate allowed.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Spiegelanordnung eine im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Drehachse angeordnete, in sich verwundene, ringförmige Spiegelfläche mit einer wesentlichen Unstetigkeitsstelle aufweist.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß sich sehr hohe Bildfrequenzen erzielen lassen, da die Spiegelanordnung verhältnismäßig leicht aufgebaut werden kann und mit hoher Drehzahl betrieben werden kann. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die bei Spiegelpolygonen und Spiegelanordnungen eingangs geschilderten Nachteile weitgehend vermieden werden und daß ein sägezahnförmiger Bewegungsverlauf des Spiegels simuliert werden kann. Eventuelle Bildfehler, die durch die Krümmung des Spiegels bedingt sind, lassen sich durch eine feststehende Korrektionsplatte teilweise beheben.According to the invention it is proposed that the mirror arrangement has a twisted, annular mirror surface with a substantial point of discontinuity, which is arranged essentially rotationally symmetrically to the axis of rotation.
The main advantage of the arrangement according to the invention is that very high image frequencies can be achieved, since the mirror arrangement can be constructed relatively easily and can be operated at high speed. Another advantage of the device described is that the disadvantages described at the beginning with mirror polygons and mirror arrangements are largely avoided and that a sawtooth-shaped movement of the mirror can be simulated. Any image errors caused by the curvature of the mirror can be partially corrected with a fixed correction plate.

An Hand der beiden in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erklärt.With the aid of the two described in FIGS preferred embodiments, the invention is explained in more detail below.

Fig. ι zeigt eine erfindungsgemäße Spiegelanordnung in der Aufsicht undFig. Ι shows a mirror arrangement according to the invention in supervision and

Fig. 2 die gleiche Anordnung im seitlichen Querschnitt. 2 shows the same arrangement in a lateral cross-section.

Die Spiegelfläche 2 besteht aus einer ringförmigen Scheibe, die an der Stelle 1, der Unstetigkeitsstelle, aufgetrennt ist. Die Oberfläche der Scheibe ist ähnlich einer Schraubenfläche verwunden, jedoch ändert sich die Schraubensteigung in jedem konzentrischen Schnitt linear mit dem Abstand von der Achse. An der Schnittstelle 1 wird die Schraubenflache unterbrochen. Wenn daher die Spiegelfläche um ihre Achse 6 rotiert, dann dreht sich die Schnittlinie von Spiegelfläche und fester Meridianebene um einen Punkt. Dieser Drehpunkt liegt bei demjenigen Radius der Ringscheibe, bei dem die Schraubensteigung Null wird, in Bild 2 an der inneren Ringscheibe 4. Durch diese Form wird erreicht, daß ein Lichtbündel, das in der Meridianebene unter einem bestimmten Winkel auf die eine Seite der Spiegelfläche fällt, je nach Lage des Spiegelrades in verschiedene Richtungen reflektiert wird. Dabei wächst der Reflexionswinkel linear mit dem Drehwinkel des Spiegelrades bis zur Schnittstelle 1. An dieser Stelle springt der Reflexionswinkel auf seinen Anfangswert zurück. Für ein Lichtbündel, das in der Meridianebene einfällt, verhält sich die Spiegelfläche annähernd wie der obenerwähnte Schwenkspiegel. The mirror surface 2 consists of an annular disc which is separated at point 1, the point of discontinuity. The surface of the disk is twisted like a helical surface, but the helix pitch in each concentric section changes linearly with the distance from the axis. The screw surface is interrupted at interface 1. Therefore, if the mirror surface rotates about its axis 6 , then the line of intersection of the mirror surface and the fixed meridian plane rotates around a point. This fulcrum is at the radius of the washer at which the screw pitch becomes zero, in Figure 2 on the inner washer 4. This shape ensures that a light beam that falls in the meridian plane at a certain angle on one side of the mirror surface , is reflected in different directions depending on the position of the mirror wheel. The angle of reflection increases linearly with the angle of rotation of the mirror wheel up to interface 1. At this point, the angle of reflection jumps back to its initial value. For a bundle of light that is incident in the meridian plane, the mirror surface behaves approximately like the above-mentioned oscillating mirror.

Eine solche Spiegelanordnung kann beispielsweise folgendermaßen aufgebaut sein:Such a mirror arrangement can be constructed as follows, for example:

Die Spiegelfläche 2 besteht aus einer ringförmigen Scheibe, die an der Stelle 1, der Unstetigkeitsstelle, radial aufgetrennt ist. Der Spiegel kann beispielsweise aus einem an der Oberfläche verspiegelten Metallblech bestehen. Ein Träger 5, der die Form einer rotationssymmetrischen, um die Achse6 drehbaren Scheibe besitzt, weist zwei konzentrisch zueinander angeordnete Ringschneiden auf, und zwar die innere Ringschneide 4 und die äußere Ringschneide 3'. Der Abstand der beiden Ringschneiden voneinander entspricht in etwa der gewünschten Breite des Ringspiegels 2. Um nun die gewünschte Verwindung des Spiegels zu erzielen, ist eine der beiden Ringschneiden bezüglich- ihrer Höhe als Schraubenlinie ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies die äußere Ringschneide 3. Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, ändert sich die Höhe dieser Ringschneide 3 stetig, so daß an der Unstetigkeitsstelle 1 die beiden Enden der Ringschneide mit einer Höhendifferenz b aneinanderstoßen. Die Schneidenkante dieser Ringschneide beschreibt also einen Gang einer Schraubenlinie. Demgegenüber besitzt die innere Ringschneide 4 über den gesamten Umfang eine gleiche Höhe und keine Unstetigkeitsstelle. Befestigt man nun den ringscheibenförmigen Spiegel 2 derart auf diesen beiden Ringschneiden, daß die radiale Auftrennung ι genau auf der Unstetigkeitsstelle 1 der iao äußeren Ringschneide zu liegen kommt, so erhält man eine im wesentlichen zur Drehachse 6 rotationssymmetrisch angeordnete ringförmige Spiegelfläche mit der besagten Unstetigkeitsstelle 1. Gleichzeitig wird der Spiegel in sich kontinuierlich verwunden, so daß der Ablenkwinkel sich mit der ÄnderungThe mirror surface 2 consists of an annular disc which is separated radially at point 1, the point of discontinuity. The mirror can for example consist of a metal sheet mirrored on the surface. A carrier 5, which has the shape of a rotationally symmetrical disk rotatable about axis 6, has two annular cutting edges arranged concentrically with respect to one another, namely the inner annular cutting edge 4 and the outer annular cutting edge 3 '. The distance between the two cutting rings corresponds approximately to the desired width of the ring mirror 2. In order to now achieve the desired twisting of the mirror, one of the two cutting rings is designed as a helical line with regard to its height. In the illustrated embodiment, this is the outer cutting edge 3. As can be seen from FIG. 2, the height of this cutting edge 3 changes steadily, so that at the point of discontinuity 1 the two ends of the cutting edge abut with a height difference b. The cutting edge of this ring cutting edge thus describes a thread of a helix. In contrast, the inner cup point 4 has the same height over the entire circumference and no point of discontinuity. If the annular disk-shaped mirror 2 is now attached to these two annular cutting edges in such a way that the radial separation ι comes to lie exactly on the discontinuity point 1 of the generally outer annular cutting edge, an annular mirror surface is obtained that is essentially rotationally symmetrical to the axis of rotation 6 and has the said discontinuity point 1. At the same time, the mirror is continuously twisted in itself, so that the deflection angle changes with the change

des Drehwinkels des Spiegels kontinuierlich ändert.the angle of rotation of the mirror changes continuously.

Fig. 3 stellt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Die Spiegelfläche 31 besitzt angenähert die Form eines Kegelstumpfmantels, der rotationssymmetrisch zu der Drehachse 35 angeordnet ist. Der Aufbau einer solchen Spiegelanordnung kann zweckmäßig in der Weise vorgenommen werden, daß man zwei Scheiben 33 und 32 unterschiedlichen Durchmessers vorsieht, die an ihrem Umfang mit einem entsprechend gebogenen, spiegelnden Mantel verbunden werden.Fig. 3 illustrates another preferred embodiment of the invention. The mirror surface 31 has approximately the shape of a truncated cone jacket, which is arranged rotationally symmetrical to the axis of rotation 35. The construction of such a The mirror arrangement can expediently be carried out in such a way that two disks 33 and provides 32 different diameters, which on their circumference with a correspondingly curved, reflective coat can be connected.

Die obere Scheibe 33 ist dabei absolut kreisrund und konzentrisch zur Drehachse 35 angeordnet, während die äußere Begrenzungskante der Scheibe 32 eine Spirale, insbesondere eine archimedische Spirale, darstellt, und zwar in der Weise, daß sich der Radius der unteren Scheibe 32 über eine 360° Umdrehung um eine gewünschte Strecke α ver-The upper disk 33 is absolutely circular and concentric to the axis of rotation 35, while the outer boundary edge of the disk 32 is a spiral, in particular an Archimedean spiral, in such a way that the radius of the lower disk 32 extends over 360 ° Rotation by a desired distance α

ao größert. Es tritt an der Stoßstelle der beiden unterschiedlichen Radien die Unstetigkeitsstelle 34 auf. Nachdem man die beiden, in Abstand voneinander angeordneten Scheiben 32 und 33 am Umfang mit einer an der äußeren Fläche spiegelnden Ummantelung versehen hat, erhält man auch hier eine Spiegelanordnung, die bei konzentrischer Drehung um die Achse 35 einen sägezahnförmigen Bewegungsablauf des Ablenkwinkels zu erzielen gestattet. Die Spiegelfläche ist wiederum in sich kontinuierlich, bis auf die Unstetigkeitsstelle, verwunden.ao bigger. It occurs at the junction of the two different ones The point of discontinuity 34 radii. After seeing the two, at a distance from each other arranged discs 32 and 33 on the circumference with a reflective coating on the outer surface has provided, you also get a mirror arrangement here, which with concentric rotation around the axis 35 allows a sawtooth-shaped movement of the deflection angle to be achieved. the The mirror surface is in turn continuously twisted, except for the point of discontinuity.

Die aus einem Stück bestehende, kontinuierlich verwundene Spiegelfläche, wie sie an Hand der Figuren beschrieben ist, stellt den erstrebenswerten Idealfall dar. Da diese Spiegelfläche jedoch nicht abwickelbar ist, können sich bei der Herstellung Schwierigkeiten insofern ergeben, als Wölbungen auftreten.The one-piece, continuously twisted mirror surface, as shown in the Figures is described, represents the desirable ideal case. However, since this mirror surface is not Can be developed, difficulties can arise in the production, as bulges appear.

Es kann deshalb zweckmäßig und vorteilhaft für die Erfindung sein, die beschriebene Spiegelfläche aus einer Vielzahl von einzelnen planen, dicht aneinandergefügten Spiegelsektoren zusammenzusetzen. It can therefore be expedient and advantageous for the invention to use the mirror surface described to assemble from a multitude of individual planar, closely joined mirror sectors.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Device for the temporally variable deflection of an optical image with the aid a mirror arrangement which is rotatable about an axis and on which the optical image is reflected, characterized in that the mirror arrangement is essentially rotationally symmetrical arranged to the axis of rotation, twisted, annular mirror surface with a substantial Has point of discontinuity.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the mirror surface is in a rough approximation a flat ring surface with an inner and an outer ring edge, wherein at least one ring edge with respect to the axis of rotation and a helical course has a significant point of discontinuity.

3. Device according to claim 1, characterized in that that the mirror surface is roughly a truncated cone surface with an inner and an outer ring edge, wherein at least one ring edge with respect to the axis of rotation spiral course and one has a significant point of discontinuity.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by the application for optical image compensation when recording and playing back films.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by the application in high frequency cinematography.

1 sheet of drawings

1 809 613/6 8.681 809 613/6 8.68