DK156781B - Apparat til optisk afsoegning og/eller opbygning af et billede - Google Patents

Description

DK 156781 B

Opfindelsen angâr et apparat af den i krav l’s indeldning omhandlede art.

Tidligere er optisk afs0gning blevet opnâet pâ mange 5 forskellige mâder, idet der i reglen har været anvendt bevaegelige spejle til at tilvejebringe den vandrette og lodrette afs0gning. I den enkieste form anvendes der to særskilte, osclllerende spejle, hvoraf det ene svinger ora en akse med en sâdan orientering, at det tilvejebringer 10 den vandrette afs0gning, medens det andet svinger om en akse, der er orienteret med henblik pâ tilvejebringelse af en lodret afs0gning. Under spejlenes osclllerende bevægelser drejes spejlet i én retning til afs0gning gennem "freml0bet", hvorpâ det gennem et hurtigt 15 "tilbagel0b" svinges tilbage til udgangsstillingen for den næste afs0gnings begyndelse. I et sâdant arrangement vil den oscillerende bevægelse af det hurtige vandrette afs0gningsspej1 lægge alvorlige begrænsninger pâ den mulige afs0gningshastighed. Denne 10sning er ogsâ behæftet 20 med afs0gnings-forvrængninger af billedet og problemer med elektronisk behandling af signalet.

En almindelig foranstaltning, der anvendes til at afhjælpe de nævnte mangler, er at erstatte det hurtigt oscillerende vandrette afs0gningsspejl med et roterende polygon-25 spejl med mange spejlflader eller facetter. I et sâdant arrangement vil polygon-spejlets facetter successivt af-s0ge billedet og derved tilvejebringe de vandrette afs0g-ninger. Spejlfacetterne kan enten være udformet pâ ydersi-den af en massiv polygon, jf. f.eks. US-patentskrift nr.

30 4.210.810, nr. 4.180.397 og nr. 4.156.142, eller pâ inder- siden af en cylinder, f.eks. f.eks. US-patentskrift nr. 3.604.932. Eftersom bevægelsen af det hurtige vandrette afs0gningsspejl er roterende i stedet for osclllerende, er h0jere afs0gningsfrekvenser mulige. For at sâdanne 2

DK 156781 B

a£s0gningssystemer med polygon-spejle skal kunne arbejde med de til fjernsynsrasterafs0gningen svarende frekvenser, dvs. 15.750 Hz eller 63,5 μ3 pr. Unie, skal polygon-5 spejlets omdrejningshastighed imidlertid normalt ligge i omrâdet fra 40.000 til 80.000 o/m. Sâdanne h0je arbejds-hastigheder medf0rer kritiske problemer ved udformningen af motoren, navnlig hvad angâr behandlingen af de h0j f re-kvente motorstr0raforsyningssignaler, n0j agtig udbalan-10 cering af de roterende dele, og opnâelse af en rimelig levetid for lejerne. 1 sâdanne systemer med h0j hastighed er det normalt n0dvendigt at anbringe det roterende polygon-spej1 med tilbeh0r i et lufttomt kammer for at formindsket luftmodstanden, hvad der medf0rer en betydelig 15 for0gelse af systemets omkostninger og driftsproblemer.

Antallet af facetter i de i disse systemer anvendte polygon-spejle bstemmes i almindelighed af den 0nskede afs0gningstakt og den til râdighed stâende motorhastighed. Spejlfladerne skal være tilstrækkeligt store til at give 20 plads for den optiske pupildiameter ved systemets indgang, hvorfor spejlorganet ikke kan g0res vilkârligt lille.

Spejloverfladen er fortrinsvis tilstrækkelig stor til at undgâ udtalt fortoning, hvorved dele af det indfaldende billede "gâr tabt" for spejlet ved positioner hen mod de 25 vandrette afs0gningsliniers ender. I et System, der er konstrueret med henblik pâ opnâelse af billeder af h0j kvalitet, har det roterende spejlorgan en betydelig st0rrelse, og udg0r derfor en betydelig belastning pâ drivmotorudstyret. 1

Et andet problem, der opstâr i systemer med polygon-spejle, er den lave afs0gningsvirkningsgrad. I et afseg-ningssystem er det 0nskeligt, at sâ meget tid som muligt anvendes til at afs0ge billedet, og at sâ lidt tid som muligt tabes mellem de pâ hinanden f01gende afs0gninger.

3

DK 156781 B

I et System med et polygon-spejl er afs0gningsvirknings-graden forholdsvis lav, f.eks. af st0rrelsesordenen 25% med et polygon-spejl med seks facetter, der afs0ger et 5 synsfelt pà 30°.

Endnu et problem med systemer med polygon-spejle opstâr, nâr dsse anvendes i kombination med teleskoper (kikkerter). Normalt er der mellem teleskoppupillen ved indgangen til systemet og den bllleddannende linses f0rste 10 element en utilstrækkelig afstand til at give plads til de vandrette og lodrette afs0gningsspejle. For at for0ge den plads, der er til râdighed for spejlene, bliver det n0dvendigt at tilf0je systemet "relæ-" eller overgangsop-tik. Sâdant udstyr g0r systemet st0rre, tungere og dyrere.

15 Fra DE-fremlæggelsesskrift nr. 2.009.317 kendes et optisk afs0gningsapparat med et drejeligt, facetteret spejl, hvis facetter til enhver tid danner den samme vinkel med spejlets omdrejningsakse. Spejlet er desuden anbragt i hovedsagen i midten i forhold til en ringformet opstilling 20 af afbildningselementer. Disse afbildningselementer er endvidere sàledes indrettet, at refleksionen af hvert éléments optiske akse i den tilsvarende facet altid forl0ber parallelt med omdrejningsaksen. Opstillingen af afbildningselementer er endeligt indrettet til at drejes 25 om deres akser synkront med spejlets rotation pâ en sâdan mâde, at hvert element altid genneml0ber en stilling, hvori refleksionen af dets optiske akse i den pâgældende facet sammenfaider med en forud bestemt akse. Hensigten med disse forholdsregler er at formindske virkningen af 30 den sâkaldte fortoning. Samtidigt undgâs en uheldig egenskab ved plane spejle, der er anbragt parallelt med drejespejlaksen, nemlig at refleksionsretningen ændrer sig med det dobbelte af vinkelhastigheden. Imidlertid bestâr ved dette kendte afs0gningsapparat stadigvæk polygon- DK 156781 8 4 spejlafs0gningens iboende mangler, hvis virkning ganske vist er blevet formildet, men ikke fuldstændigt for-hindret.

5 Selv om de ovenfor omtalte systemer med roterende polygonspejle er de mest almindelige af de hidtil kendte optiske af s0gningssystemer, b0r to yderligere metoder nævnes.

Ved den ene af disse metoder anvendes et stjerneformet 10 spejlhjul, der er udformet soin et tandhjul, hvor afs0g-ningsspe j lene er anbragt pâ sideme af tænderne, jf. f.eks. "IR Handbook" fra ONR Department of Navy, Library of Congress nr. 77-90786, side 10-23. Denne metode nedsætter den krævede omdrej ningshastighed til afs0gning 15 af vandrette spor, og eliminerer nogle af de optiske problemer, men er pà den anden side behæftet med en forringet billeddannelse, der skyldes iboende brændpunkts-forskydninger og vanskeligheder ved at holde forn0dne overfladetolerancer for stjernehjulskonfigurationen.

20 Den anden kendte metode omfatter anvendelsen af et lineært "batteri" af detektorer, der er i stand til at aff01e strâlingsintensiteten i det vandrette spors fulde længde, hvorved det ene afs0gningsspej1 bliver overfl0digt. Disse vandrette detektorbatterier er imidlertid for kostbare for 25 de fleste anvendelser og de medf0rer i reglen en u0nsket udformning af afs0gningsenheden.

Det er pâ denne baggrund opfindelsens formâl at anvise udformningen af et apparat af den indledningsvis nævnte art, som 30 - kan gives en rumligt sammentrængt opbygning, - har en h0j optisk virkningsgrad, og - udmærker sig ved frihed fra forvrængning.

5

DK 156781 B

Dette formât opnâs ved et apparat, der tillige udviser de i krav 1's kendetegnende del angivne træk.

Eftersom afs0gningssysternet if01ge opfindelsen, hvori der 5 anvendes en afs0gningsskive med hulspejle, i princippet adskiller sig væsentligt fra de tidligere kendte afs0gningssystemer med polygon-spejle, er det vanskeligt at udf0re en direkte sammenligning. Det skal imidlertid bemærkes, at den til hurtig vandret afs0gning forn0dne 10 motorhastlghed normalt kan formindskes med en faktor pâ 4, dvs. fra en typisk hastighed pâ 40.000 o/m til en hastighed pâ 10.000 o/m. Apparatet if01ge opfindelsen udviser en optisk virkningsgrad, der er fire gange sâ h0j som ved de kendte polygon-afs0gningsapparater, idet 15 virkningsgraden med hensyn til billedafs0gningen er 100% sammenlignet med 25% ved de sidstnævnte apparater. Desuden andrager vægten af den afs0gningsskive, der anvendes i apparatet if01ge opfindelsen, kun ca. 10% af vægten af en spejlpolygon. Dimensionerne pâ billedfeltspejlet og de 20 forbundne optiske komponenter er betydeligt mindre end i et tilsvarende polygon-apparat. Som allerede nævnt er det ved hurtigt arbejdende polygon-billedafs0gningsapparater normalt n0dvendigt at anbringe polygon-spejlet i vakuum for at forhindre hastighedstab ved luftmodstand, medens 25 der ved apparatet if01ge opfindelsen ikke optræder sâdanne problemer, takket være det lave n0dvendige omdrejningstal sâvel som anvendelsen af en skive.

Afs0gningssystemet if01ge opfindelsen kan anvendes bâde til at wlæse" og til at "skrive” samt yderligere til begge 30 dele samtidigt under anvendelse af det samme billedfelt-spejl og den samme kreds af hulspejle. Systemer med samti-dig "læsning" og "skrivning" er nyttige ved billedfor-stærkning, sâledes som den anvendes i natkikkerter, eller til at opnâ spektralforskydning, sâledes som det kræves

DK 156781 B

e til omdannelse af infrar0de billeder til synlige lysbil-leder.

Opfindelsen skaï i det f01gende forklares nærmere under 5 henvisning til tegningen, hvor fig. 1 i perspektiv viser afs0gningsudstyret med de optiske baner, der anvendes under afs0gningen, fig. 2A og 2B set fra siden henholdsvis ovenfra viser det i fig. 1 viste udstyr, 10 fig. 3 og 4 er tværsnitsbilleder, der viser to forskel-lige udformninger af strimmelspejlet, fig. 5 er et perspektivisk delbillede af en udf0relses-form, der omfatter et krumt strimmelspej1, fig. 5A viser et af flere detektorer bestâende "batteri" 15 til anvendelse i apparatet if01ge opfindelsen, fig. 6A og 6B i tværsnit henholdsvis længdesnit viser et kollineært afs0gningsapparat if01ge opfindelsen, fig. 6C skematisk viser det kollineære afs0gningsapparat 20 forbundet med et teleskop og en detektor, fig. 7 og 8 set i to indbyrdes vinkelrette retninger viser en udf0relsesform, hvor afs0gningsapparatet samtidigt "lasser" og "skriver", fig. 9 i perspektiv viser en udformning af strimmel-25 spejlet, der foretrækkes til brug ved termisk strâling, og fig. 10 og 11 viser anvendelsen af en spejlende optisk overflade som billeddannende "linse".

De grundlæggende principper for opfindelsen er illustreret 30 i fig. 1, 2A og 2B. Et motiv eller objekt 10, der skal af-s0ges i en retvinklet raster, afs0ges i lodret retning af et forholdsvis langsomt oscillerende billedfeltspejl 20 og i vandret retning af hulspejlelementer 32 (fig. 2A) henholdsvis 3 og 35 (fig. 1) pâ en hurtigt roterende linie- 7

DK 156781 B

afs0gningsskive 30. Den afs0gte strèling fra motivet 10 fokuseres pâ en strâlingsdetektor 40, der afgiver et elektrisk signal svarende til den aff01te strâlings in-5 tensitet. Der sker sâledes en rastervis afs0gning af motivet, og der frembringes et elektrisk signal, der er egnet til at styre strâleintensiteten i et fjernsynsud-styr, sâsom et videoudstyr.

Billedfeltspejlet 20 er et plant, poleret spejl, der er 10 svingeligt lejret omkring en akse 22, som vist i fig. 1.

Til at begynde med reflekterer billedfeltspejlet 20 lys eller strâling fra den 0verste del af motivet 10, hvorpâ det, medens spejlet 20 roterer, bevæger sig ned ad motivet og reflekterer lys fra mere og mere lavtliggende dele af 15 motivet 10. Nâr afs0gningen er nâet ned til bunden af motivet 10, f0res spejlet 20 tilbage til udgangsstil-lingen ved den 0verste del sâ hurtigt som muligt. Bevæ-gelsen af billedfeltspejlet 20 har karakter af en periodisk, savtandformet lodret afs0gning, dvs. en gradvis 20 bevægelse ovenfra og nedad efterfulgt af et kort tilbagel0bs-interval. Der findes flere forskellige kendte metoder, der kan anvendes til at opnâ den 0nskede oscillerende bevægelse af spejlet, som f.eks. et bevægeorgan af galvanometertypen, hvormed spejlet 20 af 25 elektromagnetiske kræfter bevæges imod kraften fra en tilbagef0ringsfjeder. Taktfrekvensen for spejlets bevægelse svarer til det pâgældende Systems 0nskede lodrette afS0gningsfrekvens. En gentagelsestakt pâ 60 afs0gninger pr. sekund kan anses for typisk for en 30 spring-raster-afs0gning med normale fjernsynsfrekvenser.

Strâlingen fra billedfeltspejlet 20 passerer gennem et billeddannende organ 24, som fokuserer strâlingen pâ et tyndt strimmelspejl 26. Billedorganet 24 er udformet som et telecentrisk linsesystem, dvs. at forskellige strâle- 8

DK 156781 B

bundter, der forlader organet, er i ait væsentligt parailelle uanset beliggenheden. Ydermere skal organet 24 hâve en indgangspupil foran organet ved anbringelsesste-5 det for billedfeltspejlet 20, og det skal fokusere strâlingen pâ strimmelspejlet 26, der er beliggende pâ organets anden side.

Det stationære strimmelspejl 26 er skrâtstillet for at reflektere den modtagne strâling imod hulspejlene 32 1 10 linieafs0gningsskiven 30, jf. fig. 2B. Strimmelspe j let 26 omfatter en spejlende overflade pâ en tynd strimmel, der kan frembringes ved at anvende en poleret spejlende stang eller et stramt bând som vist i fig. 3, eller ved vakuumaflejring af en spejlende metalstrimmel pâ et 15 gennemsigtigt underlag som vist i fig. 4. Bândets bredde (den mindste dimension) bestemmer den lodrette bredde af det omrâde, der afs0ges under et vandret freml0b, dvs. "linieh0jden”, og b0r vælges svarende hertil. En typisk bredde for strimmelspejlet 26 kunne være ca. 0,5 mm.

20 Linieafs0gnxngsskiven 30 er udformet med et antal i en cirkelrund kreds anbragte hulspejle 32, der er udformet som fordybninger i skivens ene side, jf. fig. 2B. Hulspejlene 32 er anbragt med samme radiale afstand fra centrum af skiven 30 og pâ Unie med strimmelspejlet 26, 25 som vist i fig. 2A. Strâlingen reflekteres opad fra strimmelspejlet 26 pâ det ene af de viste hulspe j le 32, f.eks. i den i fig. 1 viste position 35, og derpâ nedad forbi strimmelspejlet 26 i et kollimeret lysbundt. Hulspejlene 32 dannes fortrinsvis ved anvendelse af en 30 drejemetode med en enkelt diamantspids, der kendes i den optiske fabrikationsindustri, men i billige anlæg kan skiven 30 med hulspejlene 32 dannes ved presning, formning eller st0bning.

9

DK 156781 B

Hulspejlene 32 er sâledes dimensioneret, at deres brænd-vidde svarer til afstanden mellem linieafs0gningsskiven 30 og strimmelspejlet 26. Den idelle konkave form er 5 parabolsk, men under visse betingelser kan en sfærisk udformning foretrækkes.

Det kollimerede lysbundt, der reflekteres fra hulspejlene 32, passerer gennem et optisk System, f.eks. en samlelinse 38, der fokuserer bundtet pâ en strâlingsdetektor 40 10 gennem en feltblænde 39.

Samlelinsen 38 skal hâve en tilstrækkelig stor apertur til at kunne optage strâlingsbundterne fra linieafs0gnings-skiven 30 ved aile de positioner af hulspejlene, hvori disse reflekterer strâling. Samlelinsen 38 er sâledes 15 udformet, at den fokuserer aile sâdanne strâlingsbundter gennem feltblænden 39 pè strèlingsdetektoren 40. Samlelinsen 38 b0r i ait væsentligt være aberrationsfri.

Den type strâlingsdetektor 40, der anvendes, afhænger af arten af den strâling, der aff01es, og detektoren kan 20 f.eks. være en fotoelektrisk sâdan, dersom systemet arbejder i det synlige spektrum, eller en infrar0d detektor, dersom systemet arbejder i det termiske strâlingsspektrum. Dersom systemet arbejder i det infrar0de omrâde, holdes detektoren fortrinsvis afk01et 25 ved hjælp af en Dewar-flaske for at formindske termisk st0j fra omgivelseme. Ultraviolet-detektorer kan ogsâ anvendes. Ydermere kan systemet udformes "multispektralt", idet detektorer af forskelige typer kan anvendes til samtidig aff01ing af forskellige strâlingsarter. 1

Fig. 1 viser strâlingsvejen for to forskellige positioner 34 og 35 for hulspejlene 32. Billedfeltspejlet 20 er vist i en position svarende til afs0gning af den i lodret ret- 10

DK 156781 B

ning régnét midterste del af motivet 10, idet rotationen af linieafs0gningsskiven 30 bevirker en vandret afs0gning tværs over den midterste del af motivet 10. Nâr et hul-5 spejl 32 befinder sig i positionen 34 til venstre, vil strâling fra den venstre side af motivet 10 blive reflek-teret fra billedfeltspejlet 20 gennem billedlinsen 24 til den venstre ende af strimmelspejlet 26, som vist i fig. 1.

Derpâ reflekteres strâlingen opad af strimmelspejlet 26 10 til hulspejlet 32 i positionen 34 og derfra nedad i et kollimeret lysbundt forbi strimmelspejlet 26 og gennem samlelinsen 39 til detektoren 40.

Under skiven 30’s rotation mod urviserne som vist ved hjælp af pilen i fig. 1, bevæges hulspejlet 32 mod h0jre 15 og modtager strâling fra steder pâ strimmelspejlet 26, der ligger længere og længere mod h0j re. Til sidst bringer rotationen af skiven 30 hulspejlet 32 til positionen 35, der svarer til den h0jre side af motivet 10 og den h0j re ende af strimmelspejlet 26. Pâ denne mâde opnâs en linie-20 vis vandret afs0gning af motivet 10 fra venstre mod h0jre under bevægelse af et af hulspejlene 32 fra positionen 34 til positionen 35. Gentagne vandrette afs0gninger, der opnâs ved bevægelsen af hulspejlene 32 i kombination med bevægelsen af billedfeltspejlet 20, udg0r en retvinklet 25 rester-afs0gning af det samlede motiv 10.

Antallet af hulspejle 32, diameteren af afs0gningsskiven 30 og dennes omdrejningshastighed er paramétré, der væl-ges i overensstemmelse med den 0nskede vandrette afs0g-ningshastighed. En vandret afs0gning i normal fjernsyns-30 takt, baseret pâ to sammenflettede delbilleder for hvert billedfelt og to rækker detektorer, kan opnâs ved at an-vende fireogtyve hulspejle 32 pâ en cirkel med en diame-ter pâ 72 mm og med en omdrejningshastighed pâ 19.700 o/m.

DK 156781 B

n

Ved anvendelse af de i fig. 3 og 4 viste, flade strimmelspej le 26 vil i reglen en vis msngde "vild" strâling blive opfanget af hulspejlene 32, nâr de nærmer sig 5 positionen ved anden af strimmelspejlet, eller nâr de forlader dette. I et system baseret pâ varmestrâling kan dette problem elimineres ved at anvende et strimmelspej1 af den i fig. 9 viste udformning. Et bærelegeme 150 er udformet med en skrâplansflade 152, der udg0r 10 strimmelspejlet. Uden for strimmelspejlet 152 er der udformet konkave krumme spejl- flader 154 og 156. De krumme spejlflader 154 og 156 er sâledes udformet, at nâr hulspejlene 32 befinder sig i positioner pâ den ene eller den anden side af strimmel- spejlet 152, vil detektoren 15 "se" en del af detektorop- stillingens afk01ede

Dewar-flaske i stedet for afs0gnings- udstyrets indre. Den afk01ede overflade, der normalt har en temperatur pâ 77° Kelvin, udstrâler meget lidt varme, hvorfor der sker en meget lille opfangning af "vild" strâling. Strimmelspejlet 20 152 og de krumme spejlflader 154 og 156 pâ spejlbærelegemet 150 er poleret eller forsynet med en spejlende belægning.

Eftersom hulspejlene 32 under skiven 30’s rotation bevæger sig i en bueformet bane under afs0gningen af det retli-25 niede strimmelspej1 26, vil der opstâ en vis forvrængning af afs0gningen, eftersom hulspejlene ikke kan fokuseres pâ det præcise midtpunkt af strimmelspejlet fra ende til en-de. Dersom hulspejlene er justeret til korrekt fokusering ved midten af strimmelspej let, vil de udvise en vis eks-30 centrisk fokusering ved sprimmelspejlets ender, hvad der medf0rer en forvrængning af afs0gningen, der skyldes krumningen i denne. Normalt vil forvrængning fra denne kilde være af st0rrelsesordenen 5% eller mindre og kan tolereres uden korrektion. I systemer, der anvendes til 35 genkendelse af genstande eller til sigtning, vil virknin-gerne af afsogningsforvrængningen næppe kunne bemærkes.

12

DK 156781 B

I systenter til præcisionsafs0gning, hvor forvrængningen skal være sâ lille som muligt, kan afs0gningsforvrængningen elimineres ved at anvende et krumt strimmelspej1 50, 5 som vist i fig. 5. Ved denne udf0relsesform danner det optiske billedorgan 24 sit billede pâ en kuglefladeformet overflade, hvis radius er lig med linieafs0gningsskive-radien Rp if01ge fig. 10. Billedorganet 24's udgangspupil-afstand er lig med denne linieafs0gningsskiveradius Rjj og 10 er beliggende pâ linsens side af billedplanet. Det krumme strimmelspej1 50 udg0r et stykke af en kegleoverflade sâledes, at spejlet 50 bar en krumningsradius, der ogsâ er lig med linieafs0gningsradien Rp, idet spejlets spejlende overflade er anbragt skrât, typisk ved 45°. Med 15 dette arrangement vil de strâler, der passerer gennem billedlinsen 24, blive reflekteret opad til hulspejlene 32 pâ linieafs0gningsskiven 30, og hulspejlene 32 vil ligge centreret i forhold til det krumme strimmelspej1 50 under hele genneml0bet.

20 Forvrængningen i afs0gningen kan ogsâ kompenseres under den elektroniske behandling af afs0gningsudstyrets ud-gangssignal. Eftersom afs0gningsforvrængningen er en funktion af den vandrette afs0gningsstrâles beliggenhed, kan kompensationen tilvejebringes ved hjælp af dertil 25 egnede digitale eller analoge kredsl0b, der er synkro-r niseret med det vandrette afs0gningsinterval.

Det billeddannende organ 24 kan være af den katadioptriske type, dvs. det kan omfatte bâde linser og spejle med konvekse eller konkave overflader. Ydermere kan det som 30 vist i fig. 10 og 11 helt enkelt bestà af et hulspejl, dersom de billeddannende komponenters F/tal er stort nok til at muligg0re en tilfredsstillende billedkvalitet.

13

DK 156781 B

En sâdan udf0relsesform kan bedst ses i fig. 11, hvor den indkomne strâling reflekteres fra et billedfeltspejl 160, gennem en menlskuslinse 162, og forbi et strimmelspejl 166 5 til et billeddannende hulspejl 164. Strâlingen fokuseres derfra pâ strimmelspejlet 166 og reflekteres Imod hulspej-lene 170 i den roterende linieafs0gningsskive 168, og forlader demie i form af et kolllmeret strâlebundt. Dette kollimerede bundt passerer forbi strimmelspejlet 166 og 10 fokuseres pâ detektoren i en detektor-Dewar-flaske-enhed 174 ved hjælp af et samle-hulspej1 172. Strimmelspejlet 166 er stort set af den ovenfor under henvisning til fig.

5 omtalte art, dvs. det udg0r et udsnit af en kegleover-flade. I dette tilfælde udg0res det krumme strimmelspej1 15 166 af yderfladen pâ en kegle med hældningsvinkel pâ 45°, hvis akse er koaksial med skiven 168's omdrejningsakse, som antydet ved de punkterede linier 176. Ved denne ud-formning vil det koniske strimmelspejl 166 ikke alene eliminere afs0gningsforvrængning, men bevirker ogsâ, at de 20 lysbundter, der kommer fra det billeddannende hulspejl 164, bliver rettet n0jagtigt mod skiven 168’s hulspejl 170. Det billeddannende hulspejl 164 har en kugleflade-formet overflade med en radius, der er lig med afstanden fra billedfeltspejlet 160’s toppunkt. Denne konfiguration 25 bevirker, at de lysbundter, der ligger pâ aksen og uden for denne, reflekteres fra billedfeltspejlet og danner billeder pâ den samme mâde.

Det reflekterede billede af hulspejlet 164 ligger pâ en sfærisk overflade, der skæres af det krumme strimmelspejl 30 166. Billedets krumningsradius er det halve af det bil leddannende spejl 164' s krumningsradius og er lig med afs0gningsradien Ru, jf. fig. 10.

Fordelen med denne konfiguration bestâr i, at ex-aksiale og kromatiske aberrationer praktisk taget ikke optræder.

DK 156781B

14

Der findes kun sfæriske aberrationer af en aksial type, der er ensartet og identisk til stede ved aile ex-aksiale feltpunkter. Ingen korrektion for disse aberrationer be-5 h0ves, forudsat af F/tallet for det billeddannende strâ-lebundt er tilstrækkeligt stort, eller dersom strâlings-b01gelængden er tllstrækkelig lang, eller dersom der ikke stilles ait for store krav til opl0sningsevnen.

Nâr der kræves korrektion, kan denne let opnâs ved at 10 anvende en meniskuslinse 162 af koncentrisk udformning med krumningscentre ved indgangspupillen (billedfeltspejlet 160's toppunkt). Linsesystemer af denne art kendes som Bouwera-Maksutov-systemer og beskrives af Kingslake i "Lens Design Fundamentals", Academie Press, 1978, side 15 311-313. Linsen 162 kan enten ligge bag indgangspupillen, som vist i fig. 11, eller foran denne. En fordel ved at hâve linsen foran indgangspupillen er, at den i sâ fald ogsâ kan tjene som et beskyttende vindue ved indgangen.

I det foregâende er strâlingsdetektoren 40, jf. fig. 1 og 20 2A, omtalt som en enkeltpunktdetektor. I nogle tilfælde kan imidlertid et "batteri" af flere detektorer, sâledes som det er vist i fig. 5A, frembyde adskillige fordele. Et lineært detektorbatteri 52 bestâende af detektor-elemen-ter, der er anbragt i raekker 54 i den vandrette afs0g-25 ningsretning, vil opfatte billedelementerne serievis.

Dersom der indf0res passende tidsforsinkelser, kan de særskilte strâlingsmâlinger kombineres, hvorved der kan opnâs en betydelig forbedring af signal/st0j-forholdet.

Den forbedring i signal/st0j-forholdet, der kan opnâs ved 30 en sâdan tidsforsinkelse og kombination, er proportional med kvadratroden af antallet af detektorelementer i det lineære batteri.

Ved at anvende flere detektorer i særskilte rækker 54 er 15

DK 156781 B

det muligt at opnà parailel afs0gning af fier© forskellige vandrette spor pâ samme tld under èn og samme bevægelse af et hulspejl hen over strimmelspejlet. To sèdanne detekto-5 rer kan anvendes til pâ en bekvem mâde at afs0ge to sam-menflettede delbilledfelter i et rasterafs0gningsbilled-felt.

Nâr der anvendes en enkelt detektor, arbejder samtllge optiske dele 1 afs0gningsudstyret "pâ aksen" i samtlige 10 afs0gningspositioner. Et batteri bestâende af flere detektorer kan ikke kun arbejde "pâ aksen", hvorfor de pâvlrkes mere af aberrationer i linserne. Det har imid-lertid vist sig, at antallet af detektorelementer i et vandret batteri kan være af st0rrelsesordenen otte, og at 15 antallet af elementrækker ligeledes kan være af st0rrel-sesordenen otte, uden at der sker en alvorlig forringelse af billedydelsen.

En fordel med systemet ±f01ge opfindelsen bestâr i, at stràlingen mellem hulspejlene og samlelinsen eller 20 -spejlet umiddelbart foran detektoren foreligger i form af et kollimeret stràlebundt, hvorfor de optiske dele i denne afdeling af systemet kan "foldes” uden nogen forringelse af betydning af den optiske kvalitet. Ved en sâdan "foldning" af de optiske dele kan afs0gningsudstyret g0res 25 mere sammentrængt og kan udformes med henblik pâ opnâelse af de 0nskede samlede konfigurationer.

En foretrukken udf0relsesform for apparatet if01ge opfindelsen er vist i flg. 6a til 6C, der viser et kollineært afs0gningsapparat 62, der er opstillet i aksial flugtning 30 med et teleskop 60 og en infrar0d detektor-Dewar-flaske-enhed 64.

DK 156781B

16

Afs0gningsapparatet, som kan ses bedst i fig. 6Ά og 6B, passer ind i et cylindrisk hus 70, der pâ den ene side har en gevlndskâren teleskopmonteringsflange 71. Et germanium-5 vindue 76 udg0r en âbning gennem midten af flangen 71, der er egnet til optisk kobling af teleskopet 60 til af-s0gnlngsapparatet 62. En med udvendigt gevind udformet endebund 72 passer ind i den âbne side af huset 70 og om-fatter et indad ragende fremspring 74 med en midterâb-10 ning, der er egnet til at koble afs0gningsoptikken til detektorenheden 64. Detektorenheden monteres ved hjælp af en dertil egnet flange 73. Flangeme 71 og 73 og de gennem dem forl0bende âbninger er sâledes udformet, at teleskopet 60, afs0gningsapparatet 62 og detektoren 64 aile flugter 15 aksialt med hinanden.

Afs0gningssklven 80 omfatter en cirkelrund kreds af hul-spejle 81 og er udformet i ét stykke med en hul cylin-drisk aksel 82. Akselen 82 er drejeligt lejret omkring fremspringet 74 ved hjælp af et "duplex-par" kuglelejer 20 86. Afs0gningsskiven 80 drives af en hysterese-synkron*- motor, der er indbygget i huset 70. Motoren omfatter en stator 84 med viklinger 85 og en permanentmagnetisk rotor 83, der omgiver den cylindriske drivaksel 82. Motoren kan hâve en trefaset statorvikling, der str0mforsynes fra et 25 ydre styreudstyr gennem et forbindelseskabel 88. Hastig-hedsa£f01ingssignaler til styring af motorens hastighed f0res ogsâ ud gennem forbindelseskablet 88, og kan enten afledes fra Hall-detektorer i motoren eller fra fotoelek-triske f0lere, der samvirker med afs0gningsskiven 80. Der 30 kan anvendes et hvilket som helst egnet hastighedsregule-ringssystem, sâsom en faselâst sl0jfe, der sammenligner hastighedsaff01ingssignalerne med et reference-klok-signal. Signaler, der kræves til synkronisering af ydre videosystemer, kan ogsâ afledes fra afs0gningsskiven 80 35 ved hjælp af fotoelektriske detektorer, og disse signaler

DK 156781B

17 ville i sâ fald ogsâ blive f0rt ud gennem forbindelses-kablet 88.

Billedfeltspejlet 90 er anbragt ved teleskopet 60's 5 udgangspupil. Billedfeltspejlet 90 drives af et drivorgan 89 af galvanometertypen, jf. fig, 6A, som drejer spejlet 90 gennem ca. 11° under bevægelsen fra den 0verste til den nederste del af det motiv, der afs0ges. Billedfeltspejlet 90 bevæges i overensstemmelse med en savtandb01geform i en 10 takt pâ 60 Hz og med en tilbagel0bstid pâ mindre en 0,115 sekunder for at kunne opfylde betingelserne for videofor-matet EIA RS-170. Spejlet bestàr fortrinsvis af béryllium eller andet let, stærkt materiale. Passende dimensioner pâ spejlet er 25,4 mm x 13,5 mm med en tykkelse pâ 1,3 mm.

15 Den billeddannende linseenhed 91 er telecentrisk og er anbragt i kortest mulig afstand fra billedfeltspejlet 90 og strimmelspejlet 92. Indgangspupillen for billedlinsen 91 er anbragt i centrum af billedfeltspejlet 90, medens udgangspupil1en i ait væsentligt befinder sig uendeligt 20 fjernt med henblik pâ at opfylde betingelserne for telecentricitet. Der anvendes en to-elementers linse af germanium med to asfæriske flader. Strimmelspejlet 92 har den i fig. 9 vis te udformning med en i modten anbragt spejlende del, der er skrâtstillet for at reflektere 25 strâling hen imod afs0gningsskiven 80. De nominelle dimensioner pâ strimmelspejlets plane spejlflade er 0,5 x 6,4 mm.

Afs0gningsskiven 80 har fireogtyve hulspejle 81, hvert med en diameter pâ 6,4 mm. Hulspejlene 81 har en paraboloide-30 formet overflade og en numerisk apertur pâ ca. F/1,0. Om-drejningshastigheden afhænger af det anvendte detektorsy-stem, og især af antallet af samtidigt afs0gte vandrette spor. Med to detektorrækker er motorhastigheden ca. 20.000 18

DK 156781 B

o/m, medens med otte detektorrækker er motorhastigheden formindsket til ca. 5.000 o/m. Centerafstanden mellem hulspejlene 81 er 7,4 mm, idet der er en afstand pà 1 mm 5 mellem hulspejlene med henblik pâ tilvejebringelse af et vandret slukkeinterval og at tilvejebringe "behagelige" bearbej dningstolerancer.

I fig. 6B er strâlingsvejen vist ved hjælp af pile, der f0rer fra teleskopet 60 til strâlingsdetektorenheden 64.

10 Strâling, der kommer fra teleskopet 60, reflekteres fra billedfeltspejlet 90, passerer gennem den billeddannende linse 91, hvorpâ den reflekteres fra strimmelspejlet 92 hen mod kredsen af hulspejle 81. Nâr strâlingen forlader hulspejlene 81, er den i form af et kollimeret bundt, der 15 er "foldet” pâ en sâdan mâde, at strâlen f0res tilbage langs den oprindelige akse for teleskopet 60, sâledes at det kan passera ud gennem midten af motoren 83,84 gennem en samlelinse 99. Spejle 93-95 er passende anbragt pâ huset 70, som vist, for at opnâ den 0nskede bane. Samle-20 linsen 99 omfatter to germaniumelementer, og samtlige overflader er sfæriske.

For at g0re afs0gningsapparatets optiske overf0ringsevne sâ h0j som mulig er samtlige germaniumelementer fortrins-vis forsynet med en dielektrisk antirefleksionsbelægning 25 med h0j virkningsgrad, og samtlige reflekterende overflader er belagt med en belægning af guld eller flere lag dielektrikum, der giver en refleksionsevne pâ 99% eller mere i det spektralomrâde, som afs0gningsapparatet er konstrueret for. 1

De optiske systemkonstruktionsparametre for den i fig. 6A til 6C viste, foretrukne udf0relsesform er som f0lger: 19

DK 156781 B

System-data

Synsfelt 28,0° Ækvivalent brændvidde 25,4 mm 5 Indgangspupildiameter 12,7 mm F/tal 2,0

Overf0ringsevne 70%

Afs0gningsforvrængning 3,5%

Billedlinse-data 10 Synsfelt 28,0° Ækvivalent brændvidde 12,7 mm

Indgangspupildiameter 12,7 mm F/tal 1,0

Billedst0rrelse 6,4 x 4,8 mm 15 Data for afs0gningsskivens hulspejle

Synsfelt 2,5°

Indgangspupildiameter 6,4 mm

Krumningsradius 12,7 mm

Brændvidde 6,4 mm 20 Apertur 6,4 mm F/tal 1,0

Billedst0rrelse 0,25 x 0,25 mm

Samlelinse-data

Synsfelt 2,5° 25 Indgangspupildiameter 6,4 mm

Apertur 12,7 x 6,4 mm

Brændvidde 12,7 mm F/tal 2,0

Billedst0rrelse 0,5 x 0,5 mm 1

Fig. 7 og 8 viser en yderligere udf0relsesform for appara-tet if01ge opfindelsen, der omfatter bède "læsning" og "skrivning". I dette System afs0ges et infrar0dt motiv 20

DK 156781 B

under anvendelse af en infrar0d detektor. Det fremkorane elektriske signal forstærkes og anvendes derpâ til styring af en kilde for synligt lys, sâsom en lysemitterende diode 5 (LED). Det synlige lys bringes derpâ til at passere gennem afs0gningssystemet til dannelse af et tilsvarende synligt videobillede. Det samrne billedfeltspej1 og den samme kreds af hulspejle anvendes bâde ved "læsning" og ved "skriv-ning" for at g0re komponentantallet i systemet sâ lille 10 som muligt og for at opretholde en n0 j agtig synkronicitet mellem de to driftsmâder, dvs. billed-afs0gning og billed-opbygning.

Indfaldende infrar0d strâling 100 reflekteres fra billedfeltspej let 102 og passerer igennem billedlinsesystemet 15 104 til dannelse af et lineært spor pâ strimmelspe j let 106. Strimmelspejlet 106 reflekterer den infrar0de strâling raod hulspej lene 108 pâ afs0gningsskiven 110. Strâ-lingen forlader hulspejlene 108 i form af et kollimeret bundt, der passerer forbi strimmelspejlet 106 til et ex-20 aksialt, parabolsk samlehulspejl 114, der fokuserer det kollimerede strâlebundt pâ en infrar0d detektor-Dewar-flaskeenhed 116.

Billedfeltspejlet 102 drives af et galvanometrisk driv-organ 11, jf. fig. 8, der tilve j ebringer den lodrette 25 afs0gning, og afs0gningsskiven 110 drives af en motor 112 med henblik pâ at tilvejebringe den vandrette afs0gning. I den hidtil beskrevne udstrækning arbejder systemet i ait væsentligt pâ samme mâde som det, der i det foregâende er omtalt under henvisning til fig. 1-4. 1

Signalet fra infrar0d-detektorenheden 116 forstærkes ved hjælp af en ikke vist forstærker, hvorpâ det anvendes til at styre intensiteten af en kilde for synligt lys, sâsom en lysdiode 120. Det synlige lys passerer gennem afs0g- 21

DK 156781 B

ningsapparatet i' den modsatte retning for at tegne aller '‘skrive" det sanune motiv i synligt lys. Lyset fra lys-dioden 120 passerer gennem et nâle0je til et samle-hul-5 spejl 122, der danner et kollimeret lysbundt rettet imod den cirkelrunde kreds af hulspejle 108 pâ afs0gningsski-ven 10. Som det fremgâr af tegningen, er strâlebundtet rettet mod en anden del af afs0gningsskiven end den, der anvendes til den infrar0de afs0gning, f.eks. en del, der 10 ligger i en vinkelafstand pâ 90° derfra.

Lysbundtet fokuseres pâ et strimmelspej1 124, jf. fig. 8, som igen reflekterer lyset imod en kollimeringslinse 126.

Det kollimerede lysbundt reflekteres successivt fra spejle 128-132 til den modsatte side af billedfeltsspejlet 102.

15 Derpâ reflekteres lyset fra den modsatte side af billed-spejlet 102 og passerer gennem en objektivlinse 136, jf. fig. 7, og danner et synligt lysbillede pâ en billedskærm 138, der fortrinsvis er udformet med billedforstærkning, hvis der som lyskilde anvendes en lysdiode med lav energi.

20 Alternativt kunne lyskilden 120 udg0res af en h0j-inten-sitetslaser, og i sâ fald ville billedforstærkning nor-malt ikke være n0dvendig. Billedet kan betragtes gennem et okular 140. De optiske dele er fortrinsvis sâledes udformet og arrangeret, at de under dannelsen af billedet 25 vender dette op/ned, sâledes at det fremtræder med den samme orientering som i det oprindelige motiv. Med dette arrangement avendes afs0gningssystemet if01ge opfindelsen til at afs0ge et infrar0dt motiv og genskabe dette motiv i form af en synligt lysbillede, sâledes at der bâde opnâs 30 billedforstærkning og spektralforskydning fra infrar0dt til synligt lys.

Claims (23)

1. Apparat til optisk afs0gning og/eller opbygning af et billede eller et motiv (10) i lodret henholdsvis 5 vandret retning med lineær, linieformet afs0gning i en af det linievist opdelte bllledes eller motivs (10) to retninger med henblik pâ frembringelse af et retvinklet rasterbillede, hvllket apparat er af den art, der omfatter a) en rotor (30) med et antal i en kreds anbragte rotor- 10 spejle (32), b) et i brændvidde-afstand fra rotorspejlene (32) an-bragt, stationært spejl (26), som linievis videreleder den i sin spejlflade fokuserede afbildning af bille-det eller motivet, og 15 c) en strâlingsdetektor (40), der er indrettet til at af-give et signal svarende til intensiteten af den fra det stationære spejl (26) kommende strâling, kendetegnet ved, d) at rotoren er udformet som en roterende skive (3), i 20 hvis plane overflade rotorspejlene er udformet i form af et antal hulspejle (32), hvis optiske akser stâr vinkelret pà skivens plan, og e) at det stationære spejl er indrettet til at reflektere afbildningen hen imod den med rotor-hulspejlene (32) 25 udstyrede eller udformede skive (30), fra hvilken afbildningen reflekteres hen imod strèlingsdetektoren (40).

2. Apparat if01ge krav 1, kendetegnet ved et om en akse (22) drejeligt lejret billedfeltspejl (20), samt et 30 telecentrisk afbildningsorgan (24), der er indrettet til at danne et fokuseret billede i det stationære spejls (26) plan. DK 156781 B

3. Apparat if01ge krav 1, kendetegnet ved, at det stationære spejl (26) udg0res af et udspændt bând (fig. 3) eller en pâ en bærer pâf0rt belægning (fig. 4).

4. Apparat if01ge krav 1, kendetegnet ved a) at rotor-hulspejlene (32) er sâledes udformet, at den af dem reflekterede strâling forlader dem i form af et kollimeret strâlebundt, og b) at apparatet omfatter yderligere optiske organer 10 (38, fig. 1), der er indrettet til at fokusere det kollimerede strâlebundt pâ det sted, hvor strâlings-detektoren (40) befinder sig.

5. Apparat if01ge krav 4, kendetegnet ved, at foku-seringsindretningen (38) udg0res af en samlelinse eller en 15 parabolsk reflektor.

6. Apparat if01ge krav 1, kendetegnet ved, at rotor-hulspe j lene (32) er parabolske eller sfæriske.

7. Apparat if01ge krav 1, kendetegnet ved, at strâ-lingsdetektoren (40) omfatter et antal del-detektorer (52, 20 fig. 5A), der er sâledes anbragt, at de efter hinanden modtager strâling fra det samme punkt i det billede, der skal afs0ges.

8. Apparat if01ge krav 1, kendetegnet ved, at strâ-lingsdetektoren (40) har et antal detektorer, der er 25 anbragt i et antal, f.eks. to, rækker (54a), og samtidigt modtager strâling fra forskellige linier i det billede, der skal afs0ges.

9. Apparat if01ge krav 1, kendetegnet ved, at strâ-lingsdetektoren (40) er f01som for eller indeholder 30 elementer, der er f01somme for synligt lys, infrar0dt lys eller ultraviolet strâling. DK 156781 B

10. Apparat if0lge krav 1, kendetegnet ved, at strâ- lingsdetektoren (40,54) indeholder del-detektorer, der er f01somme for forskellige spektralomrâder.

11. Apparat if01ge krav 1 til opbygning af et ret- vinklet video-rasterbillede med lineært linieraster i den ene eller begge rasterretninger, kendetegnet ved, at appa-ratet omfatter a) en intensitets-modulerbar strâlingskilde (120, fig. 7), 10 b) en afs0gningsskive (110, fig. 7), der er udstyret eller udformet med et antal i en kreds anbragte rotor-hul-spejle (108, fig. 7), hvortil den modulerede strâling, eventuelt efter genneml0b af et optisk kollimerings-organ (122, fig. 7), tilf0res, og 15 c) et i brændvidde-afstand fra rotor-hulspejlene (108) anbragt stationært spejl, sâsom et strimmelformet bândspejl (124, fig. 7 og 8), hvorfra den reflekte-rede strâling efter genneml0b i optiske organer til kollimering og fokusering eller videref0ring (126-20 132, fig. 8) tilf0res et billedfeltspejl (102, fig. 7), for at opbygge rasterbilledet ved hjælp af et objektiv (136, fig. 7) og en billedskærm (138, fig. 7).

12. Apparat if01ge krav 11 til eventuel samtidig afs0gning af et billede og opbygning af et billede, 25 kendetegnet ved en sâdan indretning, at den strâling, der fremkommer ved billedafs0gningen, og den strâling, der udgâr fra den modulerbar strâlingskilde, omledes eller reflekteres i forskellige omrâder pâ afs0gningsskiven (110). 1

13. Apparat if01ge krav 12, kendetegnet ved en sâdan indretning, at billedfeltspej let (1.02) pâ begge sider ranimes af den ved billedafs0gningen fremkomne strâling og strâlingen fra den modulerbare strâlingskilde. DK 156781 B

14. Apparat if01ge krav 1 til anvendelse soin raster-billedapparat til retvinklet a£s0gning af et motiv, kendetegnet ved f01gende bestanddele a-d inklusive: 5 a) et billedfeltspejl (20) til lodret afs0gning af motivet eller billedet med lav hastighed, b) en roterende afs0gningsskive (30), hvis plane over-flade er forsynet med et antal i kreds anbragte rotor-hulspejle (32), 10 c) et som bând eller strimmel udformet stationært spejl (26), som leder den fra billedfeltspejlet (20) kom-mende strâling til med rotor-hulspejlene (32) forsy-nede afs0gningsskive (30), og hvis afstand fra rotor-hulspejlene svarer til brændvidden, og .15 d) en strâlingsdetektor (40), der er sâledes anbragt og indrettet, at den modtager den fra rotor-hulspejlene (32) reflekterede strâling.

15. Apparat if01ge krav 14, kendetegnet ved et mellem billedfeltspejlet (20) og det stationære bândspejl (26) 20 anbragt, telecentrisk afbildningsorgan (24).

16. Apparat if0lge krav 15, kendetegnet ved, at det telecentriske afbildningsorgan (24) udg0res af en linse, et linsesystem eller et hulspejl.

17. Apparat if01ge krav 16, kendetegnet ved, at der 25 foran afbildningsindretningens hulspejl (164, fig. 11) er anbragt en meniskuslinse (162).

18. Apparat if01ge krav 16 eller 17, kendetegnet ved, at det stationære spejl (50, fig. 5) udg0r et udsnit af en kegle-overflade. DK 156781 B

19. Apparat if01ge krav 14, kendetegnet ved a) en sâdan indretning, at strâlingen forlader rotor-hulspejlene (32) som kollimerede strâlebundter, og 5 b) et optisk strâlesamleorgan (38), der er indrettet til at fokusere det kollimerede strèlebundt pâ strâlingsdetektoren (40).

20. Apparat if01ge krav 19, kendetegnet ved, at strâ-lesamleorganet udg0res af en linse eller et parabolsk hul- 10 spejl.

21. Apparat if01ge krav 19, kendetegnet ved, at der mellem den med rotor-hulspejle (32) forsynede afs0gnings-skive (30) og det optiske strâlesamleorgan (38) er anbragt mindst en reflekterende overflade til foldning af den op- 15 tiske vej.

22. Apparat if0lge krav 21, kendetegnet ved en sâdan indretning, at den optiske vej til billedfeltspejlet flugter med den optiske vej til detektoren.

23. Apparat if01ge krav 21, kendetegnet ved, at 20 strimmelspejlet udg0r en del af en kegle-overflade eller bestâr af et bând af reflekterende materiale eller en reflekterende strimmel pâ et gennemsigtigt underlag. 1 Apparat if01ge krav 14, kendetegnet ved, a) at strâlingsdetektoren (174, fig. 11) er monteret 25 pâ en afk01et overflade, og b) at den afk01ede overflade i nærheden af strimmel-spejlet (152, fig. 9) har krumme overflader (154, 156, fig. 9), der er sâledes udformet og anbragt, at strâlingsf01eren kun modtager strâling fra strim-30 melspejlet (152) henholdsvis de afk01ede overflader (154,156).