EP2257832A1 - Millimeterwellen- kamera mit verbesserter auflösung durch verwendung des sar-prinzips in kombination mit einer fokussierenden optik - Google Patents

Millimeterwellen- kamera mit verbesserter auflösung durch verwendung des sar-prinzips in kombination mit einer fokussierenden optik

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EP2257832A1
EP2257832A1 EP09714397A EP09714397A EP2257832A1 EP 2257832 A1 EP2257832 A1 EP 2257832A1 EP 09714397 A EP09714397 A EP 09714397A EP 09714397 A EP09714397 A EP 09714397A EP 2257832 A1 EP2257832 A1 EP 2257832A1
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EP
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receivers
imaging
radiation
line
electromagnetic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09714397A
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Torsten LÖFFLER
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Synview GmbH
Original Assignee
Synview GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for imaging an object by means of ultra-high frequency electromagnetic radiation.
  • the terahertz frequency range is one of the last "dark" frequency ranges of the electromagnetic spectrum, ie radiation sources and receivers are so far difficult to obtain for this frequency range, so far the applications of electromagnetic radiation in this frequency range are limited to research-related fields, such as For example, radio astronomy or material sciences, the THz frequency range offers considerable advantages over other frequency ranges of the electromagnetic spectrum:
  • THz radiation is non-ionizing and therefore considered safe in the biomedical field.
  • THz radiation provides essential information about charge carrier dynamics, especially in nanostructures, which play an essential role in future photonic and electronic components.
  • THz radiation shows a low scattering compared to optical frequencies and is therefore particularly suitable for use in industrial environments in which, for example, more dust is generated.
  • the THz frequency range for imaging applications in particular in medical technology and in security technology, for example, for people control, has been trying to make accessible. Frequently, methods of so-called synthetic imaging are used.
  • the principle of synthetic imaging which is often referred to as synthetic aperture imaging, is to take the snapshot of an antenna or large aperture lens through a plurality of temporally successive shots of a moving one - -
  • the best-known synthetic imaging system is the so-called Synthetic Aperture Radar (SAR for short).
  • SAR Synthetic Aperture Radar
  • the transmitting and the receiving antenna of a radar system which is for example mounted on an aircraft, moved past an object. In the course of this movement, the object is illuminated under a variable angle and recorded accordingly.
  • the aperture of a large antenna can be synthesized from the intensity and phase position of the ultra-high frequency signal emitted by the transmitting antenna and reflected by the object back into the receiving antenna, thus achieving high spatial resolution in the direction of movement of the antenna ,
  • a separate synthetic antenna is calculated for each location illuminated by the transmitting antenna in the course of the flyby, whose angular resolution in azimuth is chosen such that the geometric resolution in the direction of flight or movement is the same for all the distances considered ,
  • systems which, instead of a single pair of transmitting and receiving antennas, which are in motion relative to the object, use a plurality of transmitting and receiving antennas, which image the object at different angles and whose signals are evaluated according to the SAR principle.
  • either the transmission antennas themselves or separate reception antennas can be used to receive the waves reflected by or transmitted through an object.
  • the signal radiated by a single transmitting antenna is received by a plurality of receiving antennas.
  • the system known from WO 2006/036454 A2 uses a line-like arrangement of transmitters and receivers, wherein to scan a three-dimensional object it is rotated on a motor-driven platform in front of the transmitter or receiver line. In this way, the surface of a three-dimensional object is completely scanned during the measurement, as happens in a conventional aircraft-mounted SAR system by the flyby of the aircraft over the earth's surface.
  • the transmitter or receiver line is rotated around the object so as to enable fully synthetic detection of the object.
  • Still other systems use two-dimensional arrangements of transmitters and receivers in the manner of an array in order to achieve a fully synthetic imaging of a three-dimensional object.
  • Such systems require a large number of transmitters and receivers in both dimensions to provide sufficient resolution.
  • the present invention has the object to provide an apparatus and a method for imaging an object using electromagnetic ultra-high frequency radiation, which make it possible to achieve the highest possible resolution with the lowest possible number of transmitters and receivers and optionally a rotation of the object to be imaged to avoid.
  • an apparatus for imaging an object by means of high frequency electromagnetic radiation having at least two receivers for the high frequency radiation, the receivers being arranged to form a row, having a control arranged such that the receivers are operable to produce a synthetic aperture image in a direction parallel to the line, and having imaging optics arranged to provide optical imaging only in planes substantially perpendicular to the line.
  • the device according to the invention represents a hybrid system which effects a conventional optical imaging with the aid of an imaging optic in a first direction or dimension, while in a second direction or dimension perpendicular thereto the advantages of a synthetic aperture imaging are available.
  • ultra-high frequency radiation is electromagnetic radiation in a frequency range from 800 MHz to 10 THz, ie in an extended THz frequency range.
  • the frequencies used for the mapping are in a range of 30 GHz to 1 THz, and more preferably about 100 GHz. At these frequencies, there are large differences in the reflection or transmission behavior of different - -
  • Metal for example the surface of a firing or stabbing weapon
  • biological material for example the skin surface of the weapon carrier
  • the device according to the invention comprises at least a first and a second source of electromagnetic radiation of the highest frequency, which together with the receivers are arranged so as to form a row of radiation sources and receivers.
  • the illumination of the object with the radiation emitted by the radiation sources takes place in one embodiment with the same imaging optics, which serves to image the radiation onto the receivers.
  • the device according to the invention is not limited to two radiation sources or receivers, but in embodiments has more than two transmitters and / or receivers.
  • a line in the sense of the present invention is understood to mean an arrangement of the radiation sources and / or receivers in which the radiation sources and / or receivers are arranged along a straight line. This means that the arrangement of radiation sources and / or receivers has a greater extent in one direction than in the direction perpendicular thereto. However, a line within the meaning of the present invention does not exclude that each column of the row has more than one radiation source or one receiver. That Also, for example, arrangements of 2 x 4 or 4 x 20 radiation sources or receivers are considered as a row, as long as the arrangements in one direction have a greater extent than in the direction perpendicular thereto.
  • the imaging optics are arranged to effect optical imaging only in planes substantially perpendicular to the line, this means that, for example, beams impinging in parallel on the imaging optics only be deflected in planes perpendicular to the line so that they are focused on a line behind the imaging optics.
  • the first radiation source is adapted to radiate a first uniquely identifiable electromagnetic signal
  • the second radiation source is arranged to radiate a second uniquely identifiable electromagnetic signal
  • the two receivers being arranged to substantially each of them simultaneously receiving the first and second signals.
  • the electromagnetic signals radiated from the individual radiation sources are uniquely coded using the frequency of the radiated signals, i. they are distinguished by their frequency. Since in one embodiment there are no two radiation sources of identical frequency of the respective radiated electromagnetic signal, each signal received by a receiver can be unambiguously assigned to a single radiation source.
  • each of the receivers receives the first signal and the second signal simultaneously, a large aperture in the direction of the line of radiation sources and / or receivers can be synthesized from the received signals in a short time, and a cell-shaped image with high resolution can be calculated.
  • the frequency of the electromagnetic signals is understood to mean their carrier frequency and not their modulation frequency.
  • the unambiguous identifiability of the electromagnetic signals emitted by the individual radiation sources can also be achieved by a unique channel coding at the same carrier frequency, as is known from mobile communications and communications technology.
  • the first and the second receiver are coupled in a phase-locked manner, regardless of whether the radiation sources and the receivers are coupled in a phase-locked manner or not.
  • the detection of the electromagnetic signals can be carried out interferometrically using interferometric algorithms which take into account the phase differences of the electromagnetic signals between the individual receivers.
  • the first and second receivers are phase locked to the radiation sources.
  • the device according to the invention is suitable in particular for the emission and the reception of an electromagnetic continuous wave signal (CW signal).
  • CW signal electromagnetic continuous wave signal
  • the frequency of the radiated continuous wave electromagnetic signals may be kept constant over the measurement time.
  • the frequency of the signals may be varied over the measurement time, provided that at any time two signals have the same frequency or the same uniquely identifiable signature to unambiguously associate the individual signals received by the receivers over the entire measurement time to allow for the respective radiation sources.
  • the emission of the first and second signals is substantially simultaneous. Due to the unambiguous identifiability of the electromagnetic signals emitted by the individual radiation sources, despite simultaneous emission of the signals, these signals can be unambiguously assigned to the emitting radiation sources.
  • the calculation of the cellular image in the direction of the cell arrangement of radiation sources and / or receivers is carried out with the aid of algorithms as typically used for synthetic aperture imaging methods or for interferometric radar imaging or interferometric radio astronomy.
  • the signals from a single radiation source received simultaneously by at least two receivers are processed into a first synthetic image of a single virtual antenna having a large synthetic aperture. This generation of a synthetic image is then carried out simultaneously for all signals that are emitted by the other radiation sources.
  • the disclosure of DE 10 2007 045 103 is incorporated herein by reference with its entire disclosure content.
  • the imaging optic has a cylindrical optic.
  • Such cylinder optics are astigmatic in the ideal sense, ie they produce optical images only in planes perpendicular to their cylinder axis. Such cylindrical optics are therefore suitable for use in - -
  • cylindrical optics are understood to be optics whose refractive interfaces or reflective surfaces are formed by the outer surface of a cylinder or the inner surface of a hollow cylinder or of a surface segment thereof.
  • the basic bodies for these cylindrical optics are preferably straight cylinders,
  • the row of radiation sources and / or receivers is arranged in a first focal point of a hollow-cylindrical optic.
  • the hollow-cylindrical optic has an elliptical inner cross-sectional area which defines the course of the reflective inner surface of the body, then the cylinder optic has two focal points. If one arranges the cylindrical line of radiation sources and / or receivers in the first focal point, so
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation sources is focused by the elliptical mirror on a line on the object. While the resolution of this imaging system in the direction perpendicular to the array of the line is achieved by the imaging itself, a synthetic aperture becomes parallel to the line in one direction
  • the imaging optics in embodiments of the invention may also be formed by cylindrical telescopes, for example cylindrical Cassegrain telescopes, Newton telescopes, Schmidt telescopes or hybrids thereof.
  • the cylindrical optics is one to the cylinder axis, i. also to the line of radiation sources and / or receivers, parallel axis pivoted. In this way, an object can be scanned or scanned in a direction perpendicular to the line.
  • the cylindrical optics is pivoted about an axis parallel to the cylinder axis, but also the line of radiation sources and / or - -
  • the pivot axis is preferably located on the axis, which is formed by the row of radiation sources and / or receivers.
  • the focal line of the imaging optics in embodiments of the invention also be carried out by a translational movement of one or more elements of the device.
  • the line of radiation sources and / or receivers, the cylindrical optics, the primary mirror or primary mirror may be translated relative to each other in a direction perpendicular to the direction of the line of radiation sources and / or receivers.
  • the cylindrical optics preferably a cylindrical concave mirror
  • that basic surface is meant which defines the shape of the inner surface of the concave mirror.
  • An embodiment of the invention has an arrangement in which the hollow cylindrical mirror forms a primary mirror of the imaging optics, and the imaging optics additionally has a secondary mirror.
  • the secondary mirror is arranged in one embodiment in the first focal point of the hollow cylindrical optics.
  • the hollow cylindrical primary mirror At the vertex of the hollow cylindrical primary mirror emitted electromagnetic radiation first strikes the secondary mirror, is reflected from there to the hollow cylindrical primary mirror and is subsequently focused by the hollow cylindrical primary mirror in one dimension on the object.
  • the secondary mirror is pivotable about an axis substantially parallel to the cylinder axis of the hollow cylindrical primary mirror, so that the focal line generated by the primary mirror can be moved in a direction perpendicular to the cylinder axis, which it makes it possible to scan an object in this direction and create a complete image of its surface. It points
  • the imaging optics in one embodiment, a plurality of secondary mirrors, which are preferably formed by the lateral surfaces of a prismatic body.
  • a plurality of secondary mirrors can cause a high sampling rate in a direction perpendicular to the cylinder axis upon rotation of the plurality of secondary mirrors about an axis parallel to the cylinder axis.
  • the secondary mirror in embodiments of the present invention need not have a flat surface, but this may also be curved. - -
  • a movement of the imaging optics is dispensed with and instead an object moves past the measuring system.
  • the object can be moved linearly by means of a conveyor belt or rotated by means of a turntable.
  • the person to be checked moves independently past the measuring system or turns independently in front of the measuring system, whereby actively moving elements of the measuring system can be dispensed with.
  • the device according to the invention has a device for changing the focal length of the imaging optics.
  • a device for changing the focal length of the imaging optics makes it possible to achieve sharp images of a three-dimensional object even with an imaging optics with a shallow depth of field.
  • the means for changing the focal length of the imaging optic 15 includes elements that effect a change in at least one distance between the elements of the device.
  • Such an element is, for example, a linear adjuster, which makes it possible to move one component of the device driven by a motor relative to another.
  • the distance between the row of radiation sources and / or receivers and the secondary mirror or the primary mirror or the distance between the primary mirror and the -0 secondary mirror can be changed to achieve a change in the focal length.
  • the means for changing the focal length of the imaging optics is formed by a plurality of secondary mirrors which are rotatable about a rotation axis and which are set up such that the distances of the secondary mirrors from the axis of rotation are different.
  • the focal length of the imaging optics can be scanned in discrete steps and a sharp image of the object over a depth substantially equal to the difference between the distances of the secondary mirror closest to the axis of rotation and the farthest from the axis of rotation secondary mirror
  • the secondary mirrors have different radii of curvature, so that they have a different focal length, which affects the total focal length of the imaging optics.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional view of a first embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 2 schematically shows the structure and the wiring of radiation sources and receivers according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional view of an alternative embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention with a line-shaped arrangement 1 of a plurality of radiation sources 1 10 and receivers 111 and a
  • the reflecting inner surface of the concave mirror 2 is defined by an ellipse which lies in a plane which is perpendicular to the direction of the line 1.
  • the line-shaped arrangement 1 has radiation sources 110 and receiver 111 arranged next to one another in an irregular sequence. In the illustrated embodiment, the row has five radiation sources 110 and one receiver 11 each. This results in a large number of intervals between
  • the vertical, line-shaped array of radiation sources 110 and receivers 11 1 is arranged in a first focal point of the elliptical hollow cylindrical mirror 2. In vertical,
  • the mirror 2 is not curved, so that only a astigmatic image in a plane perpendicular to the line 1 is effected as in a cylindrical lens.
  • the hollow cylindrical mirror 2 could be replaced by a cylindrical lens. Whereby the object would be to be arranged 35 behind the lens as seen from the line 1.
  • the object to be imaged is arranged approximately in the second focal point of the concave mirror.
  • the position of the object is indicated in Figure 1 by the object plane 4. All objects located in object level 4 - ⁇
  • the arrangement of the line 1 and the concave mirror 2 about an axis of rotation 3 is pivotable. In this way, by pivoting the arrangement of line 1 and concave mirror 2, the focal line in the object plane 4 in the horizontal direction 5 can be given away. Thus, the entire object arranged in the object plane 4 can be scanned. .5
  • Line 1 has five transmitters or radiation sources 110 and receiver 11 1 each. Only four radiation sources 110 and receiver 111 are explicitly shown in the schematic representation, while the analogous continuation of the system with another 30 radiation sources and receivers is indicated by black dots.
  • an object 108 is disposed between the radiation sources 110 and receivers 111 so that depending on the position of the object 108 with respect to the radiation sources 110 and receiver 111 from the receivers 11 1 transmitted through the object 108 or from the Object 108 reflected radiation is detected.
  • the system has a computer 109. - -
  • Each radiation source 110 has a signal generator 102 for generating a transmitter intermediate frequency signal 112 as well as a mixer 103 and a transmitting antenna 104. Moreover, each radiation source 110 is connected to a signal generator 101 for generating a radio frequency signal 113 at a frequency of 30 GHz. The mixers 103 of each radiation source 110 serve to mix the radio frequency signal 113 with a corresponding transmitter intermediate frequency signal 112. The mixed signal generated thereby is radiated by means of the transmitting antenna 104 from the radiation source 1 10.
  • the mixers 103 are so-called single sideband mixers which generate a signal containing only the sum frequency of the frequency of the radio frequency signal 113 and the transmitter intermediate frequency signal 112.
  • Each of the intermediate signals 112a, 112b, 112c, 112d, ... generated by the signal generators 102 of the radiation sources 110 has a frequency different from the other intermediate frequencies.
  • the first intermediate frequency 112a is 2 MHz
  • the second intermediate frequency 112b is 4 MHz
  • 112c is 6 MHz
  • the fourth intermediate frequency 112d is 8 MHz, etc. Since the mixers 103 of the radiation sources 110 generate only the sum signal from the radio frequency signal 113 and the transmitter intermediate frequency signals 112 , the electromagnetic signals radiated by the antennas 104, which illuminate the object 108, also have the same frequency spacings
  • the single-sideband mixers 103 each generate only the difference signal between the radio frequency signal 113 and the corresponding transmitter intermediate frequency signals 1 12. It is only important that the mixers 103 do not generate two .5 identical or overlapping frequencies and a unique assignment of the radiation sources 1 10 emitted electromagnetic signals to the individual radiation sources 110 remains guaranteed.
  • two adjacent mixers 30, 103 are supplied with the signal of a single intermediate frequency generator 102, the first mixer 103 being a sideband mixer which generates only the difference frequency from the radio frequency signal 13 and the transmitter intermediate frequency signal, while the second mixer 103 is a single sideband mixer which generates only the sum frequency from the radio frequency signal and the transmitter intermediate frequency signal.
  • the antenna 103 of a first radiation source 110 could be directly fed with the radio frequency signal 113, while all other radiated signals are generated by mixing processes, as in this case as well, a unique assignability of the signals to the radiation sources 110 over the frequency of radiated electromagnetic signals is possible.
  • the intermediate frequency signals 1 12 generated by the signal generators 102 are detected by the computer 109, in order subsequently to enable an association of the individual received signals to the sources 1 10 during the detection.
  • the signal outputs of the generators 102 5 are connected to the computer 109.
  • the receivers 1 11 likewise shown in FIG. 2 have a construction similar to the radiation sources 110.
  • Each of the receivers 11 1 consists of a receiving antenna 105 and a mixer 106.
  • the mixers 106 of the receivers 11 1 are respectively connected to the corresponding receiving antennas 105 and to the signal generator 101.
  • the mixers 106 of the receivers 11 1 are single-sideband mixers which form intermediate frequency signals having the difference frequency between the radio frequency signal 1 13 and the signals received by the receiving antennas 105.
  • Each of the receivers 11 1 has a detection bandwidth which corresponds to the maximum frequency spacing of two transmitter intermediate frequency signals of the generators 102. Since each of the receiving antennas 105 receives all the signals radiated from the radiation sources 110 and these signals are mixed by the mixers 106 with the radio frequency signal 113, the receiver intermediate frequency signals 107a, 107b, 107c, 107d, ... of all the receivers 11 contain 1 signal components
  • Each signal output 107a, 107b, 107c, 107d, ... thus contains a set of intermediate frequency signals which can be uniquely assigned to one of the radiation sources 110.
  • the receiver intermediate frequency signals 107a, 107b, 107c, 107d,... are connected to the computer 109. This has for each receiver 1 11 a corresponding demultiplexer, which makes it possible to decompose and evaluate each set of receiver intermediate signals, as generated by the respective receiver 111, in its spectral frequency components.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment to the arrangement from FIG. 1.
  • the arrangement from FIG. 3 has an elliptical hollow cylindrical mirror 2 ', which together with a plurality of mirrors T forms an arrangement of primary mirror 2' and secondary mirror T.
  • the line 1 'of radiation sources and receivers is at the apex of the hollow cylindrical mirror 2', i. at the point of greatest distance from the first focus of the elliptical mirror.
  • the axis of the line V is aligned parallel to the cylinder axis of the mirror 2 '.
  • the secondary mirrors T form the side surfaces of a prismatic body.
  • This prismatic body is arranged rotatably about a rotation axis 3 ', wherein the rotation of the plurality of secondary mirrors T in FIG. 3 replaces the pivotal movement of the entire arrangement of line 1 and mirror 2 of FIG.
  • the rotational movement of the plurality of secondary mirrors 7 'about the axis of rotation 3' causes a pivoting of the focal line in the object plane
  • the scanning speed with which the focal line scans the body located in the object plane 4 ' can be increased.
  • FIGS. 4a) to f) show different arrangements with a row 1, 1 'of radiation sources and receivers, hollow mirrors 2, 2' and in the embodiments of FIGS. 4c) to f) additional secondary mirrors.
  • FIGS. 4a) to f) differ from each other and partly also from the arrangements of FIGS. 1 and 3, the elements are denoted by identical reference numerals.
  • FIG. 4a shows a plan view from above of the arrangement shown in FIG. 1 in a three-dimensional view. It can clearly be seen how a rotation of the line 1 and of the elliptical cylinder mirror 2 about the rotation axis 3 effects a displacement of the focal line in a direction 5.
  • Figure 4b shows an alternative embodiment in which the pivoting of the array of mirror 2 and line 1 is accomplished by a lateral, i. to the direction of line 1 vertical shift of line 1 is replaced.
  • a displacement also causes a lateral displacement of the focal line in the object plane and thus enables a rasterization of the object in one direction.
  • Figures 4c) to 4f) show arrangements in which the imaging optics forms a telescope with a primary mirror 2 'and a secondary mirror T. Both the primary mirror 2 'and the - -
  • Secondary mirrors T are cylindrical optics, each with curved surfaces in one direction.
  • the line 1 'of radiation sources and receivers is arranged in each case near the focal point of the telescope.
  • the line 1 'of radiation sources and receivers is reciprocated in a translational movement parallel to the direction 5', in order to bring about a lateral displacement of the focal line in the object plane.
  • the secondary mirror 7 ' is displaced in the direction 5' so as to bring about a lateral movement of the focal line via the object in the direction 5 '.
  • Figure 4f shows one of the embodiment shown in Figure 3 similar arrangement in which a plurality of secondary mirrors 7 'are rotated about a rotation axis 3', so that the object can be scanned at a high frequency.
  • Figure 4f shows one of the embodiment shown in Figure 3 similar arrangement in which a plurality of secondary mirrors 7 'are rotated about a rotation axis 3', so that the object can be scanned at a high frequency.
  • the secondary mirror T in the arrangement of Figure 4f) curved surfaces.
  • the individual secondary mirrors T have mutually different distances from the axis of rotation 3 '. In this way, the focal length of the telescope from the primary mirror 2 'and the secondary mirrors 7' changes during a revolution of the prismatic body about the axis of rotation 3 'in discrete steps, so that an artificial enlargement of the depth of focus is achieved because the

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbilden eines Objekts mit Hilfe von elektromagnetischer Höchstfrequenzstrahlung. Aus dem Stand der Technik sind Systeme und Verfahren zur Bildgebung mit synthetischer Apertur bekannt, welche die von einzelnen Sendeantennen abgestrahlten Signale nach ihrer Reflexion von einem Objekt beim Empfang auf einer Mehrzahl von Empfängern voneinander unterscheiden. Dabei sind Systeme bekannt, welche dazu eine zeilenartige Anordnung von Sendern und Empfängern verwenden, wobei eine Objekt auf einer motorgetriebenen Plattform vor der Sender- bzw. Empfängerzeile gedreht wird. Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbilden eines Objekts bereitzustellen, welche es ermöglichen, mit einer möglichst geringen Anzahl von Sendern und Empfängern eine möglichst hohe Auflösung zu erzielen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Abbilden eines Objekts mit Hilfe von elektromagnetischer Höchstfrequenzstrahlung vorgeschlagen mit mindestens zwei Empfängern für die Höchstfrequenzstrahlung, wobei die Empfänger zellenförmig angeordnet sind, mit einer Steuerung welche die Empfänger so betreibt, daß sie in einer Richtung parallel zu der Zeile eine Abbildung mit synthetischer Apertur erzeugen, und mit einer abbildenden Optik, welche so eingerichtet ist, daß sie nur in zu der Zeile im wesentlichen senkrechten Ebenen eine optische Abbildung bewirkt.

Description

MILLIMETERWELLEN- KAMERA MIT VERBESSERTER AUFLÖSUNG
DURCH VERWENDUNG DES SAR-PRINZIPS IN KOMBINATION MIT
EINER FOKUSSIERENDEN OPTIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbilden eines Objekts mit Hilfe von elektromagnetischer Höchstfrequenzstrahlung.
5 Der Terahertz-Frequenzbereich (THz) ist einer der letzten „dunklen" Frequenzbereiche des elektromagnetischen Spektrums, d.h. Strahlungsquellen und Empfänger sind für diesen Frequenzbereich bisher nur schwer erhältlich. Daher beschränken sich die Anwendungen elektromagnetischer Strahlung in diesem Frequenzbereich bisher auf forschungsnahe Gebiet, wie zum Beispiel die Radioastronomie oder die Materialwissenschaften. Dabei bietet der THz-Frequenzbereich gegenüber ande- I O ren Frequenzbereichen des elektromagnetischen Spektrums erhebliche Vorteile:
• Viele optisch undurchsichtige Materialien sind im THz-Frequenzbereich transparent.
• THz-Strahlung ist nicht ionisierend und wird daher im biomedizinischen Bereich als sicher betrachtet.
• Bestimmte rotatorische, translatorische oder vibronische Molekülanregungen weisen eine 15 Resonanzfrequenz im THz-Frequenzbereich auf.
• THz-Strahlung liefert wesentliche Informationen über Ladungsträgerdynamiken, insbesondere in Nanostrukturen, die eine essentielle Rolle in zukünftigen photonischen und elektronischen Komponenten spielen.
• THz-Strahlung zeigt eine geringe Streuung, verglichen mit optischen Frequenzen und ist da- .0 her insbesondere zur Verwendung in industriellen Umgebungen, in denen es beispielsweise vermehrt zur Staubbildung kommt, geeignet.
• Betrachtet man Kommunikationssysteme, so ermöglichen höhere Frequenzen größere Übertragungsbandbreiten.
.5 Seit einiger Zeit wird versucht, den THz-Frequenzbereich für bildgebende Anwendungen, insbesondere in der Medizintechnik sowie in der Sicherheitstechnik, beispielsweise zur Personenkontrolle, zugänglich zu machen. Dabei werden häufig Verfahren der sogenannten synthetischen Bildgebung verwendet.
30 Das Prinzip der synthetischen Bildgebung, welche häufig auch als Bildgebung mit synthetischer A- pertur bezeichnet wird, besteht darin, die Momentaufnahme einer Antenne oder eines Objektivs mit großer Apertur durch eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Aufnahmen einer bewegten - -
Antenne oder eines bewegten Objektivs mit kleiner Apertur oder auch durch eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Aufnahmen einer Mehrzahl ortsfester Antennen oder ortsfester Objektive mit kleiner Apertur zu ersetzen.
Das bekannteste System zur synthetischen Bildgebung ist das sogenannte Synthetic Aperture Radar (kurz: SAR). Dabei werden die Sende- und die Empfangsantenne eines Radarsystems, welches beispielsweise auf einem Flugzeug montiert ist, an einem Objekt vorbeibewegt. Im Verlauf dieser Bewegung wird das Objekt unter veränderlichem Blickwinkel angestrahlt und entsprechend aufgenommen. Sofern der Weg der Sende- und Empfangsantenne nicht hinreichend bekannt ist, kann aus Intensität und Phasenlage des von der Sendeantenne abgestrahlten und von dem Objekt zurück in die Empfangsantenne reflektierten Höchstfrequenzsignals die Apertur einer großen Antenne synthetisiert und somit eine hohe Ortsauflösung in Bewegungsrichtung der Antenne erzielt werden. Mit Hilfe der aufgezeichneten Daten des reflektierten Radarsignals wird für jeden von der Sendeantenne im Verlauf des Vorbeifluges angestrahlten Ort eine eigene synthetische Antenne berechnet, deren Winkelauflösung in Azimut so gewählt wird, daß für alle betrachteten Entfernungen die geometrische Auflösung in Flug- bzw. Bewegungsrichtung gleich ist.
Für stationäre Anwendungen, beispielsweise zur Überwachung von Personen mit Hilfe von Höchst- frequenzstrahlung im MHz- und GHz-Frequenzbereich, sind Systeme bekannt, die statt eines einzi- gen Paares von Sende- und Empfangsantennen, die sich relativ zu dem Objekt in Bewegung befinden, eine Vielzahl von Sende- und Empfangsantennen verwenden, welche das Objekt unter unterschiedlichen Winkeln abbilden und deren Signale nach dem SAR-Prinzip ausgewertet werden. Dabei können zum Empfang der von einem Objekt reflektierten oder durch dieses transmittierten Wellen entweder die Sendeantennen selbst oder getrennte Empfangsantennen verwendet werden. Um eine möglichst gute räumliche Auflösung zu erhalten, wird das von einer einzigen Sendeantenne abgestrahlte Signal mit einer Vielzahl von Empfangsantennen empfangen.
Dazu sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der WO 2006/036454 A2, Systeme und Verfahren zur Bildgebung mit synthetischer Apertur bekannt, welche die von den einzelnen Sendean- tennen abgestrahlten Signale nach ihrer Reflexion von einem Objekt oder ihrer Transmission durch ein Objekt beim Empfang auf einer Mehrzahl von Empfängern voneinander unterscheiden. Dabei strahlen die einzelnen Sendeantennen ihre Signale, welche alle die gleiche Frequenz aufweisen, zeitlich nacheinander ab, d.h. die Signalabstrahlung von den einzelnen Sendern erfolgt seriell. Bei diesen Verfahren kann zu jedem Zeitpunkt das an jedem Empfänger empfangene Signal eindeutig einem Sender zugeordnet werden, wobei jedoch die serielle Aktivierung der Sender eine vergleichsweise lange Meßzeit mit sich bringt. - -
Das aus der WO 2006/036454 A2 bekannte System verwendet eine zeilenartige Anordnung von Sendern und Empfängern, wobei zur Abtastung eines dreidimensionalen Objekts dieses auf einer motorgetriebenen Plattform vor der Sender- bzw. Empfängerzeile gedreht wird. Auf diese Weise wird die Oberfläche eines dreidimensionalen Objekts während der Messung vollständig abgescannt, so wie dies bei einem herkömmlich flugzeuggetragenen SAR-System durch den Vorbeiflug des Flugzeugs über die Erdoberfläche geschieht. In alternativen Systemen wird statt des zu erfassenden Objekts die Sender- bzw. Empfängerzeile um das Objekt herum gedreht, um auf diese Weise ein vollsynthetische Erfassung des Objekts zu ermöglichen.
Wieder andere Systeme verwenden zweidimensionale Anordnungen von Sendern und Empfängern nach Art eines Arrays, um damit eine vollsynthetische Abbildung eines dreidimensionalen Objekts zu erzielen. Derartige Systeme erfordern jedoch eine hohe Anzahl von Sendern und Empfängern in beiden Dimensionen, um eine ausreichende Auflösung bereitzustellen.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbilden eines Objekts mit Hilfe elektromagnetischer Höchstfrequenzstrahlung bereitzustellen, welche es ermöglichen, mit einer möglichst geringen Anzahl von Sendern und Empfängern eine möglichst hohe Auflösung zu erzielen und gegebenenfalls eine Drehung des abzubildenden Objekts zu vermeiden.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird durch eine Vorrichtung zum Abbilden eines Objekts mit Hilfe von elektromagnetischer Höchstfrequenzstrahlung gelöst mit mindestens zwei Empfängern für die Höchstfrequenzstrahlung, wobei die Empfänger so angeordnet sind, daß sie eine Zeile bilden, mit einer Steuerung welche so eingerichtet ist, daß die Empfänger so betreibbar sind, daß sie in einer Richtung parallel zu der Zeile eine Abbildung mit synthetischer Apertur erzeugen, und mit einer abbildenden Optik, welche so eingerichtet ist, daß sie nur in zu der Zeile im wesentlichen senkrechten Ebenen eine optische Abbildung bewirkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt ein Hybridsystem dar, das in einer ersten Richtung oder Dimension eine herkömmliche optische Abbildung mit Hilfe einer abbildenden Optik bewirkt, während in einer zweiten dazu senkrechten Richtung bzw. Dimension die Vorteile einer Abbildung mit synthetischer Apertur zur Verfügung stehen.
Als Höchstfrequenzstrahlung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird elektromagnetische Strah- lung in einem Frequenzbereich von 800 MHz bis 10 THz, d.h. in einem erweiterten THz- Frequenzbereich, bezeichnet. Vorzugsweise liegen die für die Abbildung verwendeten Frequenzen in einem Bereich von 30 GHz bis 1 THz und besonders bevorzugt bei etwa 100 GHz. Bei diesen Frequenzen treten große Unterschiede im Reflexions- bzw. Transmissionsverhalten verschiedener - -
Materialien auf, welche beispielsweise bei der Personenüberwachung eine Rolle spielen. Metall, zum Beispiel die Oberfläche einer Schuß- oder Stichwaffe, hat in diesem Frequenzbereich eine hohe Reflektivität, während biologisches Material, zum Beispiel die Hautoberfläche des Waffenträgers, ausgeprägte Absorptionsfenster in diesem Frequenzbereich aufweist.
In einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine erste und eine zweite Strahlungsquelle für elektromagnetische Höchstfrequenzstrahlung auf, die zusammen mit den Empfängern so angeordnet sind, daß sie eine Zeile aus Strahlungsquellen und Empfängern bilden. Dabei erfolgt die Beleuchtung des Objekts mit der von den Strahlungsquellen abgestrahlten Strahlung in einer Ausführungsform mit der gleichen abbildenden Optik, welche dazu dient, die Strahlung auf die Empfänger abzubilden.
Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf zwei Strahlungsquellen oder Empfänger beschränkt, sondern weist in Ausführungsformen mehr als zwei Sender und/oder Empfänger auf.
Unter einer Zeile im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung der Strahlungsquellen und/oder Empfänger verstanden, bei der die Strahlungsquellen und/oder Empfänger entlang einer Geraden angeordnet sind. Die bedeutet, daß die Anordnung aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern in einer Richtung eine größere Erstreckung aufweist als in der dazu senkrechten Richtung. Eine Zeile im Sinne der vorliegenden Erfindung schließt jedoch nicht aus, daß jede Spalte der Zeile mehr als eine Strahlungsquelle bzw. einen Empfänger aufweist. D.h. auch, daß beispielsweise auch Anordnungen von 2 x 4 oder 4 x 20 Strahlungsquellen bzw. Empfängern als Zeile betrachtet werden, solange die Anordnungen in einer Richtung eine größere Ausdehnung aufweisen als in der dazu senkrechten Richtung.
Wenn in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung davon die Rede ist, daß die abbildende Optik so eingerichtet ist, daß sie nur in zu der Zeile im wesentlichen senkrechten Ebenen eine optische Abbildung bewirkt, so bedeutet dies, daß beispielsweise parallel auf die abbildende Optik auftreffende Strahlen nur in zu der Zeile senkrechten Ebenen so abgelenkt werden, daß sie hinter der abbil- denden Optik auf eine Linie fokussiert werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Strahlungsquelle für das Abstrahlen eines ersten eindeutig identifizierbaren elektromagnetischen Signals eingerichtet, und die zweite Strahlungsquelle ist für das Abstrahlen eines zweiten eindeutig identifizierbaren elektromagnetischen Signals eingerichtet, wobei die zwei Empfänger so eingerichtet sind, daß jeder von ihnen im wesentlichen gleichzeitig das erste und das zweite Signal empfängt. - -
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die von den einzelnen Strahlungsquellen abgestrahlten elektromagnetischen Signale mit Hilfe der Frequenz der abgestrahlten Signale eindeutig codiert, d.h. sie sind durch ihre Frequenz voneinander zu unterscheiden. Da es in einer Ausführungsform keine zwei Strahlungsquellen mit identischer Frequenz des jeweils abgestrahlten elektromagnetischen Signals gibt, kann jedes von einem Empfänger empfangene Signal eindeutig einer einzigen Strahlungsquelle zugeordnet werden.
Da jeder der Empfänger gleichzeitig das erste Signal und das zweite Signal empfängt, kann aus den empfangenen Signalen in kurzer Zeit eine große Apertur in Richtung der Zeile aus Strahlungsquel- len und/oder Empfängern synthetisiert und ein zellenförmiges Bild mit hoher Auflösung berechnet werden.
Im Sinne dieser Ausführungsform wird unter der Frequenz der elektromagnetischen Signale deren Trägerfrequenz und nicht etwa deren Modulationsfrequenz verstanden.
Alternativ zu der beschriebenen Frequenzcodierung kann die eindeutige Identifizierbarkeit der von den einzelnen Strahlungsquellen abgestrahlten elektromagnetischen Signale auch durch eine eindeutige Kanalcodierung bei gleicher Trägerfrequenz erfolgen, so wie sie aus der Mobilfunk- und Kommunikationstechnik bekannt ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind der erste und der zweite Empfänger phasenstarr miteinander gekoppelt, unabhängig davon, ob die Strahlungsquellen und die Empfänger phasenstarr gekoppelt sind oder nicht. Auf diese Weise kann die Erfassung der elektromagnetischen Signale interfer- rometrisch erfolgen, wobei zur Bilderzeugung interferrometrische Algorithmen verwendet werden, welche die Phasendifferenzen der elektromagnetischen Signale zwischen den einzelnen Empfängern berücksichtigen.
Darüber hinaus sind in einer Ausführungsform der erste und der zweite Empfänger mit den Strahlungsquellen phasengekoppelt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich dabei insbesondere für die Abstrahlung und den Empfang eines elektromagnetischen Dauerstrichsignals (CW-Signal). In einer Ausführungsform kann die Frequenz der abgestrahlten elektromagnetischen Dauerstrichsignale über die Meßzeit hinweg konstant gehalten werden. Alternativ kann die Frequenz der Signale über die Meßzeit hinweg verändert werden, unter der Voraussetzung, daß zu keinem Zeitpunkt zwei Signale die gleiche Frequenz oder die gleiche eindeutig identifizierbare Signatur aufweisen, um über die gesamte Meßzeit hinweg eine eindeutige Zuordnung der einzelnen von den Empfängern empfangenen Signale zu den jeweiligen Strahlungsquellen zu ermöglichen. - -
In einer Ausführungsform erfolgt auch das Abstrahlen des ersten und des zweiten Signals im wesentlichen gleichzeitig. Aufgrund der eindeutigen Identifizierbarkeitder von den einzelnen Strahlungsquellen abgestrahlten elektromagnetischen Signale können trotz gleichzeitiger Abstrahlung der Signale diese eindeutig den abstrahlenden Strahlungsquellen zugeordnet werden.
Die Berechnung des zellenförmigen Bildes in der Richtung der zellenförmigen Anordnung aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern erfolgt mit Hilfe von Algorithmen, so wie sie für Bildgebungsver- fahren mit synthetischer Apertur bzw. zur interferrometrischen Radarbildgebung oder interferrometri- sehen Radioastronomie typischerweise verwendet werden. Dabei werden in einer Ausführungsform, die Prinzipien der synthetischen Bildgebung verwendend, die gleichzeitig von mindestens zwei Empfängern empfangenen Signale einer einzigen Strahlungsquelle zu einem ersten synthetischen Bild einer einzigen virtuellen Antenne mit einer großen synthetischen Apertur verarbeitet. Diese Erzeugung eines synthetischen Bildes erfolgt dabei dann gleichzeitig auch für alle Signale, die von den weiteren Strahlungsquellen abgestrahlt werden.
Entsprechende Bildgebungsalgorithmen sind beispielsweise aus dem Buch von Mehrdad Soumekh „Fourier Array Imaging", Prentice Hall, PTR, Auflage: Januar 1994, ISBN-10:0130637696, bekannt, dessen Inhalt, soweit er die Algorithmen zur Bildgebung betrifft, hierin vollständig durch Bezugnah- me aufgenommen wird. Die hierin als Bildgebung mit synthetischer Apertur beschriebenen Verfahren zur Erzeugung eines Bildes des Objekts werden an anderer Stelle in der Literatur auch als holographische Bildgebung oder Interferenzbildgebung bezeichnet.
Ein Ausführungsform, die wie oben beschrieben eine erste und eine zweite Strahlungsquelle auf- weist, wobei die erste Strahlungsquelle für das Abstrahlen eines ersten elektromagnetischen Signals mit einer ersten Frequenz eingerichtet ist und wobei die zweite Strahlungsquelle für das Abstrahlen eines zweiten elektromagnetischen Signals mit einer zweiten Frequenz eingerichtet ist, wobei die erste und die zweite Frequenz voneinander verschieden sind und mit mindestens zwei Empfängern, die so eingerichtet sind, daß jeder von ihnen im wesentlichen gleichzeitig das erste und das zweite Signal empfängt, ist in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 045 103.4 beschrieben. Insbesondere kann die Anordnung aus der mindestens einen ersten und zweiten Strahlungsquelle sowie der mindestens zwei Empfänger der Beschreibung der genannten Offenlegungsschrift, insbesondere aber den Patentansprüchen, entnommen werden. Dabei wird die Offenbarung der DE 10 2007 045 103 hierin durch Verweis mit ihrem gesamten Offenbarungsgehalt aufgenommen.
In einer Ausführungsform weist die abbildende Optik eine zylindrische Optik auf. Solche Zylinderoptiken sind im idealen Sinne astigmatisch, d.h. sie erzeugen nur in Ebenen senkrecht zu ihrer Zylinderachse optische Abbildungen. Solche zylindrischen Optiken sind daher zur Verwendung in Vor- - -
richtungen gemäß der vorliegenden Erfindung besonders geeignet, da sie, wenn ihre Zylinderachsen im wesentlichen parallel zu der Zeile aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern verläuft, eine optische Abbildung in zu der Zeile senkrechten Ebenen bewirken, während sie in einer Richtung parallel zu ihrer Zylinderachse keine abbildende Wirkung haben.
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Unter zylindrischen Optiken im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Optiken verstanden, deren brechende Grenzflächen oder reflektierende Oberflächen von der Mantelfläche eines Zylinders oder der Innenfläche eines Hohlzylinders bzw. eines Flächensegments daraus gebildet werden. Bei den Grundkörpern für diese zylindrischen Optiken handelt es sich vorzugsweise um gerade Zylinder,
10 deren Mantel- bzw. Innenflächen senkrecht auf den Grundflächen stehen, wobei die Grundflächen oder Innenquerschnittsflächen vorzugsweise von Kreisen oder Ellipsen gebildet werden. Auch Optiken mit parabelförmigen oder hyperbelförmigen Oberflächen zählen im Sinne der vorliegenden Erfindung zu den zylindrischen Optiken, so lange sie Astigmaten sind.
15 In einer Ausführungsform ist die Zeile aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern in einem ersten Brennpunkt einer hohlzylindrischen Optik angeordnet. Weist in einer Ausführungsform der Erfindung die hohlzylindrische Optik eine elliptische Innenquerschnittsfläche auf, die den Verlauf der reflektierenden Innenfläche des Körpers definiert, so hat die Zylinderoptik zwei Brennpunkte. Ordnet man die zylindrische Zeile aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern in dem ersten Brennpunkt an, so
-0 daß die Strahlungsquellen und/oder Empfänger zu der reflektierenden Oberfläche der hohlzylindrischen Optik hinzeigen, so wird die von den Strahlungsquellen abgestrahlte elektromagnetische Strahlung von dem elliptischen Spiegel auf eine Linie auf dem Objekt fokussiert. Während die Auflösung dieses bildgebenden Systems in der Richtung senkrecht zur Anordnung der Zeile durch die Abbildung selbst erzielt wird, wird in einer Richtung parallel zu der Zeile eine synthetische Apertur
.5 errechnet, die in dieser Richtung der Bilderzeugung dient.
Alternativ zu den beschriebenen elliptischen oder parabolischen Hohlspiegel können die abbildenden Optiken in Ausführungsformen der Erfindung auch durch zylindrische Teleskope, beispielsweise zylindrische Cassegrain-Telskope, Newton-Telekope, Schmidt-Teleskope oder Mischformen davon 30 gebildet werden.
Um in der Richtung senkrecht zur Zeile ein Bild erzeugen zu können, ist in einer Ausführungsform der Erfindung die zylindrische Optik um eine zu der Zylinderachse, d.h. auch zu der Zeile aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern, parallele Achse verschwenkbar. Auf diese Weise kann ein Ob- 35 jekt in einer Richtung senkrecht zu der Zeile abgetastet bzw. gerastert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird dabei nicht nur die zylindrische Optik um eine zu der Zylinderachse parallele Achse verschwenkt, sondern auch die Zeile aus Strahlungsquellen und/oder - -
Empfängem. Dabei liegt die Dreh- oder Verschwenkachse vorzugsweise auf der Achse, welche durch die Zeile aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern gebildet wird.
Alternativ zu einem Verschwenken oder drehen der Komponenten des Systems kann eine Bewe-
5 gung der Brennlinie der abbildenden Optik in Ausführungsformen der Erfindung auch durch eine translatorische Bewegung einer oder mehrerer Elemente der Vorrichtung erfolgen. Beispielsweise können die Zeile aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern, die zylindrische Optik, der Primärspiegel oder Primärspiegel relativ zueinander in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Zeile aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern verschoben werden.
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In einer alternativen Ausführungsform weist die zylindrische Optik, vorzugsweise ein zylindrischer Hohlspiegel, eine parabolische Grundfläche auf. Dabei ist im Fall eines Hohlspiegels mit der parabolischen Grundfläche diejenige Grundfläche gemeint, welche die Form der Innenfläche des Hohlspiegels definiert.
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Eine Ausführungsform der Erfindung weist eine Anordnung auf, in welcher der Hohlzylinderspiegel einen Primärspiegel der abbildenden Optik bildet, und die abbildende Optik zusätzlich einen Sekundärspiegel aufweist. Dabei ist der Sekundärspiegel in einer Ausführungsform im ersten Brennpunkt der hohlzylindrischen Optik angeordnet. Eine solche Anordnung ermöglicht es, daß die von dem
-0 Scheitelpunkt des hohlzylindrischen Primärspiegels abgestrahlte elektromagnetische Strahlung zunächst auf den Sekundärspiegel trifft, von dort auf den hohlzylindrischen Primärspiegel reflektiert wird und nachfolgend von dem hohlzylindrischen Primärspiegel in einer Dimension auf das Objekt fokussiert wird.
.5 Dabei ist es zweckmäßig, wenn in einer Ausführungsform der Erfindung der Sekundärspiegel um eine im wesentlichen zu der Zylinderachse des hohlzylindrisches Primärspiegels parallele Achse verschwenkbar ist, so daß die von dem Primärspiegel erzeugte Brennlinie in einer Richtung senkrecht zur Zylinderachse verschoben werden kann, was es ermöglicht, ein Objekt auch in dieser Richtung abzutasten und eine vollständige Abbildung seiner Oberfläche zu erzeugen. Dabei weist
30 die abbildende Optik in einer Ausführungsform eine Mehrzahl von Sekundärspiegeln auf, die vorzugsweise von den Mantelflächen eines prismatischen Körpers gebildet werden. Eine solche Anordnung mit einer Mehrzahl von Sekundärspiegeln kann bei einer Rotation der Mehrzahl von Sekundärspiegeln um eine zu der Zylinderachse parallele Achse eine hohe Abtastrate in einer Richtung senkrecht zur Zylinderachse bewirken.
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Dabei muß der Sekundärspiegel in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung keine ebene Fläche aufweisen, sondern diese kann ebenfalls auch gekrümmt verlaufen. - -
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auf eine Bewegung der abbildenden Optik verzichtet und stattdessen ein Objekt an dem Meßsystem vorbeibewegt. Hierzu kann beispielsweise das Objekt mit Hilfe eines Förderbands linear bewegt werden oder mittels eines Drehtisches gedreht werden. In dem besonderen Fall einer Personenkontrolle bewegt sich in einer Ausführungsform der 5 Erfindung die zu überprüfende Person selbständig am Meßsystem vorbei oder dreht sich selbständig vor dem Meßsystem, wodurch auf sich aktiv bewegende Elemente des Meßsystems verzichtet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum 10 Ändern der Brennweite der abbildenden Optik auf. Eine solche Einrichtung ermöglicht es, scharfe Abbildungen eines dreidimensionalen Objekts auch mit einer abbildenden Optik mit geringer Tiefenschärfe zu erreichen.
In einer Ausführungsform weist die Einrichtung zum Ändern der Brennweite der abbildenden Optik 15 Elemente auf, die eine Änderung mindestens eines Abstands zwischen den Elementen der Vorrichtung bewirken. Ein solches Element ist beispielsweise ein Linearversteller, der es ermöglicht, eine Komponente der Vorrichtung motorisch angetrieben relativ zu einer anderen zu bewegen. Insbesondere können der Abstand zwischen der Zeile aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern und dem Sekundärspiegel oder dem Primärspiegel oder der Abstand zwischen dem Primärspiegel und dem -0 Sekundärspiegel geändert werden, um eine Änderung der Brennweite zu erzielen.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Einrichtung zum Ändern der Brennweite der abbildenden Optik von einer um eine Drehachse drehbaren Mehrzahl von Sekundärspiegeln gebildet, die so eingerichtet sind, daß die Abstände der Sekundärspiegel von der Drehachse voneinander ver-
.5 schieden sind. Auf diese Weise wird bei einer Drehung der Mehrzahl von Sekundärspiegeln um die Drehachse nicht nur die Brennlinie der abbildenden Optik in einer zu der Zeile aus Strahlungsquellen und/oder Empfängern senkrechten Richtung verschwenkt, sondern jeder der Sekundärspiegel weist einen anderen Abstand vom ersten Brennpunkt des Primärspiegels auf, so daß die Lage der Brennlinie davon abhängt, welcher der Sekundärspiegel gerade zur Abbildung verwendet wird und
30 welche Verkippung dieser aufweist. Auf diese Weise kann während des Abtastens der Oberfläche eines Objekts die Brennweite der abbildenden Optik in diskreten Schritten durchgescannt werden und eine scharfe Abbildung des Objekts über eine Tiefe hinweg erzielt werden, die im wesentlichen gleich der Differenz zwischen den Abständen des der Drehachse am nächsten angeordneten Sekundärspiegels und des von der Drehachse am weitesten entfernt angeordneten Sekundärspiegels
35 ist. - -
In einer dazu weiteren Ausführungsform weisen die Sekundärspiegel unterschiedliche Krümmungsradien auf, so daß sie eine unterschiedliche Brennweite besitzen, welche die Gesamtbrennweite der abbildenden Optik beeinflußt.
5 Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich.
Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
I O Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau und die Beschaltung von Strahlungsquellen und Empfängern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figuren 4 a) bis f)
15 zeigen schematisch Draufsichten auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer zeilenförmi- gen Anordnung 1 aus einer Mehrzahl von Strahlungsquellen 1 10 und Empfängern 111 sowie einem
.0 zylindrischen Hohlspiegel 2 Die reflektierende Innenfläche des Hohlspiegels 2 ist durch eine Ellipse definiert, die in einer Ebene liegt, welche senkrecht zur Richtung der Zeile 1 ist. Die zeilenförmige Anordnung 1 weist nebeneinander in unregelmäßiger Abfolge angeordnete Strahlungsquellen 110 und Empfänger 111 auf. In der dargestellten Ausführungsform weist die Zeile je fünf Strahlungsquellen 110 und Empfänger 1 11 auf. Auf diese Weise ergibt sich eine Vielzahl von Abständen zwischen
.5 den Abstrahlungs- und Empfangspositionen der einzelnen Strahlungsquellen und Empfänger. So wird schon mit einer geringen Anzahl von Strahlungsquellen und Empfängern in einer Dimension, d.h. in einer Richtung, nebeneinander, eine gute Abdeckung im k-Raum erreicht, wobei k der inverse Wellenvektor ist. Das senkrechte, zeilenförmige Array aus Strahlungsquellen 110 und Empfängern 11 1 ist in einem ersten Brennpunkt des elliptischen Hohlzylinderspiegels 2 angeordnet. In vertikaler,
30 d.h. in der zu der Zeile 1 parallelen Richtung, ist der Spiegel 2 nicht gekrümmt, so daß wie bei einer Zylinderlinse nur eine astigmatische Abbildung in einer Ebene senkrecht zu der Zeile 1 bewirkt wird.
In einer dazu alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform könnte der hohlzylindrische Spiegel 2 durch eine Zylinderlinse ersetzt werden. Wobei das Objekt von der Zeile 1 aus betrachtet 35 hinter der Linse anzuordnen wäre.
Das abzubildende Objekt ist in etwa im zweiten Brennpunkt des Hohlspiegels angeordnet. Die Lage des Objekts ist in Figur 1 durch die Objektebene 4 angedeutet. Alle in der Objektebene 4 befindli- - ¬
ehen Objektpunkte, die sich auf einer vertikalen Linie, die der Brennlinie der Zylinderoptik 2 entspricht, befinden, werden mit Hilfe des synthetischen Arrays 2 aus Strahlungsquellen und Empfängern abgebildet.
5 Dabei erfolgt mit Hilfe geeigneter Algorithmen, die eine Auswertung der gemessenen Signalamplituden und -phasen erlauben, eine synthetische Fokussierung in vertikaler Richtung 6. Falls eine Laufzeitinformation, d.h. eine Information über die Phasenlage, vorliegt, so kann auch eine Rekonstruktion der Information über den Abstand des Objekts von der Zeile 1 erfolgen.
I O Dadurch, daß mit Hilfe des zellenförmigen Arrays 1 aus Strahlungsquellen und Empfängern nur in einer Dimension eine synthetische Abbildung erfolgt, sind die Anforderungen sowohl an die Anzahl der Sende- 110 und Empfangselemente 1 11 als auch an die Rechenleistung zur Rekonstruktion der abgebildeten Objektoberfläche in der Objektebene 4 gegenüber vollsynthetischen Systemen deutlich reduziert. Darüber hinaus ist das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Anordnung im Vergleich zu einem
15 vollsynthetischen System, das eine synthetische Apertur in zwei Raumrichtungen berechnet, deutlich verbessert, da durch die Abbildung mit dem Hohlspiegel 2 in der horizontalen Richtung 5 ein deutlicher Gewinn an Signal zumindest in einer Dimension erzielt wird.
Um in der horizontalen Richtung 5 nicht nur eine Abbildung der Objektpunkte zu ermöglichen, die in .0 einer einzigen durch den Hohlspiegel 2 erzeugten Brennlinie liegen, ist die Anordnung aus der Zeile 1 und dem Hohlspiegel 2 um eine Drehachse 3 verschwenkbar. Auf diese Weise läßt sich durch ein Verschwenken der Anordnung aus Zeile 1 und Hohlspiegel 2 die Brennlinie in der Objektebene 4 in der horizontalen Richtung 5 verschenken. So kann das gesamte in der Objektebene 4 angeordnete Objekt abgerastert werden. .5
In Figur 2 ist schematisch der Aufbau der Zeile 1 aus Strahlungsquellen 1 10 und Empfängern 111 aus Figur 1 dargestellt. Die Zeile 1 weist je fünf Sender bzw. Strahlungsquellen 110 und Empfänger 11 1 auf. Dabei sind in der schematischen Darstellung lediglich jeweils vier Strahlungsquellen 110 und Empfänger 111 explizit dargestellt, während die analoge Fortsetzung des Systems mit weiteren 30 Strahlungsquellen und Empfängern durch schwarze Punkte angedeutet ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist ein Objekt 108 zwischen den Strahlungsquellen 110 und Empfängern 111 angeordnet, so daß je nach Position des Objekts 108 in Bezug auf die Strahlungsquellen 1 10 und Empfänger 111 von den Empfängern 11 1 die durch das Objekt 108 transmittierte 35 oder von dem Objekt 108 reflektierte Strahlung erfasst wird.
Zur Steuerung der Vorrichtung und zur Datenerfassung bzw. Bilderzeugung weist das System einen Rechner 109 auf. - -
Jede Strahlungsquelle 110 weist einen Signalgenerator 102 zur Erzeugung eines Senderzwischenfrequenzsignals 112 sowie einen Mischer 103 und eine Sendeantenne 104 auf. Darüber hinaus ist jede Strahlungsquelle 110 mit einem Signalgenerator 101 zur Erzeugung eines Radiofrequenzsig- 5 nals 113 mit einer Frequenz von 30 GHz verbunden. Die Mischer 103 einer jeden Strahlungsquelle 110 dienen dazu, das Radiofrequenzsignal 113 mit einem entsprechenden Senderzwischenfrequenzsignal 1 12 zu mischen. Das dabei erzeugte Mischsignal wird mit Hilfe der Sendeantenne 104 von der Strahlungsquelle 1 10 abgestrahlt.
I O In der dargestellten Ausführungsform sind die Mischer 103 sogenannte Einseitenbandmischer, die ein Signal erzeugen, welches lediglich die Summenfrequenz aus der Frequenz des Radiofrequenzsignals 113 und dem Senderzwischenfrequenzsignal 112 enthält. Jedes der von den Signalgeneratoren 102 der Strahlungsquellen 1 10 erzeugte Zwischensignal 112a, 1 12b, 112c, 112d, ... weist eine von den anderen Zwischenfrequenzen verschiedene Frequenz auf. In der dargestellten Ausfüh-
15 rungsform beträgt die erste Zwischenfrequenz 112a 2 MHz, die zweite Zwischenfrequenz 112b 4 MHz, 112c 6 MHz, die vierte Zwischenfrequenz 112d 8 MHz usw. Da die Mischer 103 der Strahlungsquellen 1 10 jeweils nur das Summensignal aus dem Radiofrequenzsignal 113 und den Senderzwischenfrequenzsignalen 112 erzeugt, weisen auch die von den Antennen 104 abgestrahlten elektromagnetischen Signale, welche das Objekt 108 beleuchten, die gleichen Frequenzabstände
.0 wie die Senderzwischenfrequenzsignale auf.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform erzeugen die Einseitenbandmischer 103 jeweils nur das Differenzsignal zwischen dem Radiofrequenzsignal 113 und den entsprechenden Senderzwischenfrequenzsignalen 1 12. Entscheidend ist dabei nur, daß die Mischer 103 keine zwei .5 identischen oder überlappenden Frequenzen erzeugen und eine eindeutige Zuordnung der von den Strahlungsquellen 1 10 abgestrahlten elektromagnetischen Signale zu den einzelnen Strahlungsquellen 110 gewährleistet bleibt.
In einer weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsform werden zwei benachbarte Mischer 30 103 mit dem Signal eines einzigen Zwischenfrequenzgenerators 102 versorgt, wobei der erste Mischer 103 ein Seitenbandmischer ist, welcher lediglich die Differenzfrequenz aus dem Radiofrequenzsignal 1 13 und dem Senderzwischenfrequenzsignal erzeugt, während der zweite Mischer 103 ein Einseitenbandmischer ist, der lediglich die Summenfrequenz aus dem Radiofrequenzsignal und dem Senderzwischenfrequenzsignal erzeugt. Auch könnte in einer weiteren Ausführungsform die 35 Antenne 103 einer ersten Strahlungsquelle 110 ummittelbar mit dem Radiofrequenzsignal 113 gespeist werden, während alle anderen abgestrahlten Signale durch Mischprozesse erzeugt werden, da auch in diesem Fall eine eindeutige Zuordenbarkeit der Signale zu den Strahlungsquellen 110 über die Frequenz der abgestrahlten elektromagnetischen Signale möglich ist. - c -
Die von den Signalgeneratoren 102 erzeugten Zwischenfrequenzsignale 1 12 werden von dem Rechner 109 erfasst, um nachfolgend bei der Detektion eine Zuordnung der einzelnen empfangenen Signale zu den Quellen 1 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Signalausgänge der Generatoren 102 5 mit dem Rechner 109 verbunden.
Die in Figur 2 ebenfalls dargestellten Empfänger 1 11 weisen einen zu den Strahlungsquellen 110 ähnlichen Aufbau auf. Jeder der Empfänger 11 1 besteht aus einer Empfangsantenne 105 sowie einem Mischer 106. Die Mischer 106 der Empfänger 11 1 sind jeweils mit den entsprechenden Emp- I O fangsantennen 105 sowie mit dem Signalgenerator 101 verbunden. Die Mischer 106 der Empfänger 11 1 sind Einseitenbandmischer, welche Zwischenfrequenzsignale mit der Differenzfrequenz zwischen dem Radiofrequenzsignal 1 13 und dem von den Empfangsantennen 105 empfangenen Signalen bilden.
15 Jeder der Empfänger 11 1 weist eine Detektionsbandbreite auf, welche dem maximalen Frequenzabstand zweier Senderzwischenfrequenzsignale der Generatoren 102 entspricht. Da jede der Empfangsantennen 105 alle von den Strahlungsquellen 110 abgestrahlten Signale empfängt und diese Signale von den Mischern 106 mit dem Radiofrequenzsignal 113 gemischt werden, enthalten die Empfängerzwischenfrequenzsignale 107a, 107b, 107c, 107d,... aller Empfänger 11 1 Signalanteile
-0 bei allen Frequenzen der Senderzwischenfrequenzsignale 1 12a, 112b, 1 12c, 112d, ..., soweit sie durch das Objekt 108 transmittiert bzw. von dem Objekt 108 reflektiert wurden und auf die entsprechende Empfangsantenne 105 gelangt sind. Jeder Signalausgang 107a, 107b, 107c, 107d, ... enthält somit einen Satz von Zwischenfrequenzsignalen, die eindeutig einer der Strahlungsquellen 110 zugeordnet werden können.
.5
Die Empfängerzwischenfrequenzsignale 107a, 107b, 107c, 107d,... sind mit dem Rechner 109 verbunden. Dieser weist für jeden Empfänger 1 11 einen entsprechenden Demultiplexer auf, der es ermöglicht jeden Satz von Empfängerzwischensignalen, so wie er von dem jeweiligen Empfänger 111 erzeugt wird, in seine spektralen Frequenzbestandteile zu zerlegen und auszuwerten.
30
Mit Hilfe der bekannten Algorithmen zur Berechnung eines Bildes, das mit einer synthetischen Apertur gewonnen wurde, wird im Rechner 109 aus den Empfängerzwischenfrequenzsignalen 107a, 107b, 107c, 107d, ... ein entsprechendes Bild einer der Brennlinie entsprechenden Spalte des Objektes 108 berechnet und abgespeichert. Dieser Vorgang wird für die verschiedenen Abtastpositio-
35 nen der Brennlinie und ggf. Brennweiten wiederholt. Aus dieser Information kann ein Bild des Objekts dem Benutzer des Systems auf einem Bildschirm dargestellt werden. - -
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform zu der Anordnung aus Figur 1. Die Anordnung aus Figur 3 weist einen elliptischen Hohlzylinderspiegel 2' auf, welcher zusammen mit einer Mehrzahl von Spiegeln T eine Anordnung aus Primärspiegel 2' und Sekundärspiegel T bildet.
5 Bei dieser Anordnung ist die Zeile 1 ' aus Strahlungsquellen und Empfängern im Scheitelpunkt des hohlzylindrischen Spiegels 2', d.h. im Punkt des größten Abstands vom ersten Brennpunkt des elliptischen Spiegels, angeordnet. Wie zuvor für die Ausführungsform in Figur 1 beschrieben, ist die Achse der Zeile V parallel zur Zylinderachse des Spiegels 2' ausgerichtet.
I O Die Sekundärspiegel T bilden in der dargestellten Ausführungsform die Seitenflächen eines prismatischen Körpers. Dieser prismatische Körper ist um eine Drehachse 3' drehbar angeordnet, wobei die Drehung der Mehrzahl von Sekundärspiegeln T in Figur 3 die Schwenkbewegung der gesamten Anordnung aus Zeile 1 und Spiegel 2 aus Figur 1 ersetzt. Die Drehbewegung der Mehrzahl von Sekundärspiegeln 7' um die Drehachse 3' bewirkt ein Verschwenken der Brennlinie in der Objektebene
15 4' entlang der Richtung 5'. Durch die Anordnung mehrerer Sekundärspiegel T auf dem prismatischen Körper kann die Abtastgeschwindigkeit, mit welcher die Brennlinie den in der Objektebene 4' befindlichen Körper abtastet, erhöht werden.
Die Figuren 4a) bis f) zeigen unterschiedliche Anordnungen mit einer Zeilen 1 , 1 ' aus Strahlungs- -0 quellen und Empfängern, Hohlspiegeln 2, 2' und in den Ausführungsformen der Figuren 4c) bis f) zusätzlichen Sekundärspiegeln.
Obwohl sich die Anordnungen der Figuren 4a) bis f) voneinander und zum Teil auch von den Anordnungen aus Figuren 1 und 3 unterscheiden, sind die Elemente mit identischen Bezugszeichen ver- .5 sehen.
Figur 4a) zeigt eine Draufsicht von oben auf die in Figur 1 in einer dreidimensionalen Ansicht dargestellte Anordnung. Deutlich ist dabei zu sehen, wie eine Drehung der Zeile 1 und des elliptischen Zylinderspiegels 2 um die Drehachse 3 eine Verschiebung der Brennlinie in einer Richtung 5 be- 30 wirkt.
Figur 4b) zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher die Verschwenkung der Anordnung aus Spiegel 2 und Zeile 1 durch eine seitliche, d.h. zu Richtung der Zeile 1 senkrechte Verschiebung der Zeile 1 ersetzt ist. Auch eine solche Verschiebung bewirkt eine seitliche Verschiebung der 35 Brennlinie in der Objektebene und ermöglicht somit eine Rasterung des Objekts in einer Richtung.
Figuren 4c) bis 4f) zeigen Anordnungen, bei denen die abbildende Optik ein Teleskop mit einem Primärspiegel 2' sowie einem Sekundärspiegel T bildet. Sowohl die Primärspiegel 2' als auch die - -
Sekundärspiegel T sind Zylinderoptiken mit jeweils in einer Richtung gekrümmten Oberflächen. Die Zeile 1 ' aus Strahlungsquellen und Empfängern ist jeweils nahe dem Brennpunkt des Teleskops angeordnet.
5 In Figur 4c) wird die gesamte Anordnung aus Zeile 1 ', hohlzylindrischem Primärspiegel 2' und dem gekrümmten Sekundärspiegel T um eine Drehachse 3' hin und her verschwenkt, um die Oberfläche eines Objekts mit der Brennlinie in der Richtung 5' abzutasten.
Alternativ dazu wird bei der Anordnung aus Figur 4d) die Zeile 1 ' aus Strahlungsquellen und Emp- I O fängern in einer Translationsbewegung parallel zu der Richtung 5' hin- und herbewegt, um eine seitliche Verschiebung der Brennlinie in der Objektebene zu bewirken.
Im Unterschied zu der Anordnung aus Figur 4d) wird bei der Anordnung aus Figur 4e) der Sekundärspiegel 7' in der Richtung 5' verschoben, um so eine seitliche Bewegung der Brennlinie über das 15 Objekt in Richtung 5' zu bewirken.
Figur 4f) zeigt eine der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ähnlich Anordnung, bei der eine Mehrzahl von Sekundärspiegeln 7' um eine Drehachse 3' gedreht werden, so daß das Objekt mit einer hohen Frequenz abgetastet werden kann. Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus Figur 3 wei-
-0 sen die Sekundärspiegel T in der Anordnung aus der Figur 4f) gekrümmte Oberflächen auf. Zusätzlich weisen die einzelnen Sekundärspiegel T voneinander verschiedene Abstände von der Drehachse 3' auf. Auf diese Weise ändert sich die Brennweite des Teleskops aus dem Primärspiegel 2' und den Sekundärspiegeln 7' während einer Umdrehung des prismatischen Körpers um die Drehachse 3' in diskreten Schritten, so daß eine künstliche Vergrößerung der Tiefenschärfe erzielt wird, da die
.5 Brennweite in diskreten Schritten geändert wird.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, daß sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen
30 Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, so weit es nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder Sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer
35 Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet. - -
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen" andere Elemente oder Schritte nicht aus und der unbestimmte Artikel „eine" oder „ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, daß bestimmte Merkmale in unterschied- liehen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.

Claims

- -P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Abbilden eines Objekts mit Hilfe von elektromagnetischer Höchstfrequenz- strahlung
5 mit mindestens zwei Empfängern (11 1 ) für die Höchstfrequenzstrahlung, wobei die Empfänger (11 1 ) so angeordnet sind, daß sie eine Zeile (1 , 1 ') bilden, mit einer Steuerung, welche so eingerichtet ist, daß die Empfänger (111 ) so betreibbar sind, daß sie in einer Richtung parallel zu der Zeile (1 , 1 ') eine Abbildung mit synthetischer Apertur erzeugen, und
I O mit einer abbildenden Optik (2, 2', T), welche so eingerichtet ist, daß sie nur in zu der Zeile
(1 , 1 ') im wesentlichen senkrechten Ebenen eine optische Abbildung bewirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine erste und eine zweite Strahlungsquelle (110) für elektromagnetische Höchstfrequenzstrahlung auf-
15 weist, die zusammen mit den Empfängern (111 ) so angeordnet sind, daß sie eine Zeile (1 ,
1 ') aus Strahlungsquellen (110) und Empfängern (1 11 ) bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Strahlungsquelle (1 10) für das Abstrahlen eines ersten eindeutig identifizierbaren elektromagnetischen Signals .0 eingerichtet ist, wobei die zweite Strahlungsquelle für das Abstrahlen eines zweiten eindeutig identifizierbaren elektromagnetischen Signals eingerichtet ist, und wobei die zwei Empfänger (11 1 ) so eingerichtet sind, daß jeder von ihnen im wesentlichen gleichzeitig das erste und das zweite Signal empfängt.
.5 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abbildende Optik eine zylindrische Optik (2, 2') aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeile aus Strahlungsquellen (110) und/oder Empfängern (1 11 ) so angeordnet ist, daß sie im wesentli-
30 chen parallel zur Zylinderachse der zylindrischen Optik (2, 2') verläuft.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Optik (2, 2') eine elliptische Grundfläche aufweist.
35 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeile aus Strahlungsquellen (1 10) und/oder Empfängern (11 1 ) in einem ersten Brennpunkt der abbildenden Optik angeordnet ist. - -
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Optik (2, 2') um eine zu ihrer Zylinderachse parallele Achse (3, 3') drehbar oder verschwenkbar ist.
5 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die abbildende Optik einen hohlzylindrischen Spiegel (2') aufweist, der einen Primärspiegel bildet, und wobei die abbildende Optik einen Sekundärspiegel (7') aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeile (1 ') I O aus Strahlungsquellen (1 10) und/oder Empfängern (1 1 1 ) im Scheitelpunkt der Grundfläche des Primärspiegels (2') angeordnet ist.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die abbildende Optik eine Mehrzahl von Sekundärspiegeln (7') aufweist, die um eine Achse (3') herum
15 angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärspiegel (7') um eine Achse (3') drehbar ist, die im wesentlichen parallel zu der Zeile angeordnet ist.
.0
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Ändern der Brennweite der abbildenden Optik aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ändern .5 der Brennweite der abbildenden Optik eine Änderung mindestens eines Abstands zwischen der Zeile (1 , 1 ') aus Strahlungsquellen und Empfängern, dem Primärspiegel (2') oder dem Sekundärspiegel (7') bewirkt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum 30 Ändern der Brennweite der abbildenden Optik eine um eine Drehachse drehbare Mehrzahl von Sekundärspiegeln (7') aufweist, die so eingerichtet sind, daß die Abstände der Sekundärspiegel (7') von der Drehachse (3') von einander verschieden sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ändern 35 der Brennweite der abbildenden Optik eine um eine Drehachse (3') drehbare Mehrzahl von
Sekundärspiegeln (7') aufweist, die unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen. - -
17. Verfahren zum Abbilden eines Objekts mit Hilfe von elektromagnetischer Höchstfrequenz- strahlung mit den Schritten
Erfassen der von einem Objekt reflektierten oder gestreuten elektromagnetischen Höchstfre- quenzstrahlung mit mindestens zwei Empfängern, wobei die Empfänger so angeordnet sind,
5 daß sie sich im wesentlichen in einer einzigen, ersten Richtung zellenförmig erstrecken, und
Auswerten der Ergebnisse der Empfänger, so daß ein Bild mit synthetischer Apertur in der ersten Richtung erzeugt wird,
Abbilden der elektromagnetischen Höchstfrequenzstrahlung vor der Erfassung, wobei das Abbilden ein Fokussieren der elektromagnetischen Strahlung nur in zu der ersten Richtung
I O senkrechten Ebenen umfaßt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die Schritte aufweist
Abstrahlen elektromagnetischer Höchstfrequenzstrahlung mit mindestens einer ersten und 15 einer zweiten Strahlungsquelle, wobei die Strahlungsquellen zusammen mit den Empfängern so angeordnet sind, daß sie sich im wesentlichen in einer einzigen Richtung zellenförmig erstrecken,
Fokussieren der abgestrahlten elektromagnetischen Höchstfrequenzstrahlung mit der abbildenden Optik auf ein Objekt. .0
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin ein Verschieben oder Verschwenken der Brennlinie der abgestrahlten und fokussierten elektromagnetischen Höchstfrequenzstrahlung in einer zu der ersten Richtung senkrechten Richtung aufweist.
.5 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin ein Bewegens eines Objekts in einer zu der ersten Richtung senkrechten Richtung aufweist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin ein Verändern der Brennweite der Fokussierung aufweist. 30
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