NL7907538A - Optisch-mechanische aftastinrichting. - Google Patents

Description

793400/Ke/sn .1 _

Aanvraagster : TELECOMMUNICATIONS RADIOELECTRIQUES ET

TELEPHONIQUES T.R.T. te Parijs, Frankrijk.

Korte aanduiding: Optisch-mechanische aftastinrichting.

De uitvinding betreft een verbetering van een inrichting voor de optische aftasting van een zichtveld en voor het zichtbaar maken van dit veld. De uitvinding betreft meer in het bijzonder het gedeelte van deze inrichtingen met betrekking tot de aftastlijn, en verder 5 nieuwe onderdelen van deze inrichtingen die beter geschikt zijn voor het nieuwe lijnanalysesysteem·

Inrichtingen voor het optisch aftasten van een zichtveld en voor het zichtbaar maken van dit veld worden beschreven in aanvraag-sters oudere Nederlandse octrooiaanvrage No 76*01301,en 77,13873, 10 77,13874 en 77o14501.

In die oudere octrooiaanvragen wordt een inrichting beschreven voor de optische aftasting van een zichtveld dat verdeeld is in verschillende zones, en voor het zichtbaar maken van dit veld, in welke inrichting de aftasting uitgevoerd wordt in twee onderling loodrecht x 15 staande richtingen, en wel in een richting x een aftasting aangeduid als lijnaftasting, en in een andere richting % een aftasting die word·: aangeduid als rasteraftastihg of beeldaftasting, welke inrichting de aftastingen uitvoert volgens bundels die afkomstig zijn uit de verschillende zones van het veld en die zorgt voor de convergentie van deze 20 bundels op een element dat gevoelig is voor de zich in de bundels bevindende straling (detector), en welke inrichting in het algemeen achtereenvolgens in de baanrichting van de invallende mediane bundel die afkomstig is van het beeldveld, omvat een objectief, rasteraftastmiddeJen in de richting y, een afsnijstelsel voor de bundels die begrensd wordtn 299753 door de opening van het objectief naar de lijnaftastmiddelen van het veldbeeld van het objectief in de richting x en het gevoelige element, en welke lijnaftastmiddelen, gevoelig element en eventueel andere elementen in verband met de eerdergenoemde dienen voor de rechtstreekse 5 visualisatie van het beeld van het geanalyseerde veld, waarbij: - de optische as van het objectief verwisselbaar is, en het brandvlak ervan gekromd is en zodanig dat het krommingsmiddelpunt gelegen is in het middelpunt van de uittreepupil van het objectief, - de rasteraftastmiddien worden gevormd door een vlakke spiegel die 10 met een heen en weer gaande beweging draait om een as evenwijdig aan de richting x en welke geplaatst is in de convergente bundel achter het objectief bij het beeld van het veld in dit objectief, - de lijnaftastmiddelen enerzijds worden gevormd door een trommel die gelijkmatig draait om een vaste as YY' welke ligt in het genoemde 15 vlak P, en welke trommel een groot aantal platte reflekterende vlakken draagt die regelmatig zijn verdeeld over de omtrek van de trommel, en anderzijds een beeldtransportstelsel dat symmetrisch is ten opzichte van het vlak P, en dat een beeld vormt van het gevoelige element in een vast punt A’ van de draaias YY’ van de trommel, welke trommel 20 geplaatst is in de convergerende bundel in de baan van dit transport-stelsel aan de beeldzijde van het gevoelige element, terwijl het syrnme-triepunt van het punt A’ ten opzichte van elk vlak van de trommel wanneer dit vlak loodrecht staat op het vlak P gelegen is in de nabijheid van het symmetriepunt D van het brandpunt van het objectief ten opzichte 25 van de rasterspiegel in een positie evenwijdig aan de as YY’, - en waarbij het optische afsnijstelsel voor de bundels wordt gevormd door een concave spiegel, veldspiegel genaamd, met het vlak P als symmetrievlak, en waarvan de top gelegen is in de nabijheid van D op de as ZZ* door D en loodrecht op YY', welke spiegel zodanig is bepaald 30 dat hij het middelpunt 0 van de uittreepupil van het objectief conju- 79 0 7 53 8 _ 3 ...

geert met een vast punt O' van de as YY', welk punt O' het symmetrie-punt is ten opzichte van ZZ' van het snijpunt van de optische as van het objectief met de as YY', en welke veldspiegel, om eventueel ervoor te zorgen dat de dode aftasttijd tussen twee achtereenvolgende lijnen 5 nihil is, bovendien een breedte heeft in de richting x welke iets kleiner is dan de lengte van de geanalyseerde lijn die zelf gelijk is aan de afstand tussen de beelden van de detector in twee opeenvolgende vlakken van de draaiende trommel, en welke spiegel al of niet aangedreven wordt in een beweging met kleine amplitude in fase met de beve* 10 ging van de rasteraftastmiddelen, welke kleine beweging enerzijds bestaat uit een heen en weer gaande translatie volgens de as ZZ' in de nabijheid van D en een heen en weer gaande rotatie om een as evenwijdig aan de richting x symmetrisch ten opzichte van ZZ', waarbij de amplitude van deze translatie zodanig is dat daardoor een correctie wordt 15 gemaakt van het verlopen van het brandpunt als gevolg van de rasteraftastmiddelen, terwijl de amplitude van de rotatie zodanig is dat de::e zorgt voor het vast blijven in 0' van de geconjugeerde door de veld-spiegel van het middelpunt 0 van de uittreepupil van het objectief tijdens de heen en weer gaande rotatie van de rasteraftastmiddelen· 20 Volgens de verbetering van de inrichting, volgens de derde aan- vullingsaanvrage, wordt de beweging van de rasterspiegel in die zin gewijzigd dat de draaias ervan niet meer vast is, en dat de rasterspiegel heen en weer draait terwijl hij blijft raken aan een kegelge-deelte in het vlak P, van welke kegel een van de brandpunten gevormd 25 wordt door het middelpunt van de uittreepupil van het objectief, en he·: andere door het punt De In combinatie met deze beweging van de raster-· spiegel is de beweging van de veldspiegel een heen en weer gaande draai-beweging om een as door D evenwijdig aan x, welke draaiing synchroon is met de beweging van de rasterspiegel, en zodanig dat de middelste 30 straal van de bundel weerkaatst wordt volgens de vaste richting D0'o 79 0 Tsïs ' -4 ~

Het feit dat in de genoemde hoofdaanvrage en de drie aanvullings-aanvragen een transport wordt uitgevoerd van het beeld van de detector A naar A' over de draaias YY' van de trommel, en dat de afgetaste lijn (volgens de x richting) zich bevindt op een cirkel die zijn mid-5 delpunt ook op YY' heeft en op deze cirkel wordt begrensd door twee beelden van A' in twee achtereenvolgende zijden van de trommel, leidt er dikwijls toe dat men, wanneer men een groot aantal analysepunten in de lijn wenst, het beeldtransportsysteem laat werken met grote openin-gen. Hieruit volgt dat de beeldtransportinrichting sterk gecorrigeerd 10 moet worden voor de sferische aberraties. Daardoor is hij moeilijker te realiseren, speciaal in het geval waarin het beeldtransport wordt uitgevoerd met behulp van een objectief met lenzen waarvoor de correctie van deze aberraties de introductie nodig maakt van asferische diopters. Het gehele analysesysteem en het ingangsobjectief dienen ooc 15 een grote openingshoek te hebben, hetgeen eveneens een sterke correctie nodig maakt van de aberraties daarvan. Bovendien blijken de toelaatbare toleranties in de afwijking van de scherpstelling onder in-\i>ed van de rasteraftastspiegel, door deze grote openingshoek, meer beperkt te moeten worden, hetgeen het nog moeilijker maakt om de co-20 ordinatie uit te voeren van de bewegingen van de rasterspiegel en van de veldspiegel, teneinde de invloeden van de genoemde defocalisatie te corrigeren.

Een van de oogmerken van de onderhavige uitvinding is om de inrichting zodanig te verbeteren dat hij kan werken met veel kleinere 25 openingen van het lijnanalysesysteem en van het ingangsobjectief. Een ander oogmerk van de uitvinding is om dit functioneren met kleinere openingen mogelijk te maken zonder nadelige invloed op de eigenlijke kwaliteiten van het scheidend vermogen van de inrichting. Zo is, in deze orde van denken, het oogmerk dat de uitvinding zich stelt om een·· 30 welfde waarde te behouden voor het aantal analysepunten per aftastlijn T9ÖT531 "" 5 ' ....... ...... ..... ' : i voor eenzelfde geometrische omvang van de analysebundelo

Daartoe wordt volgens de onderhavige uitvinding de optisch-mechanische aftastinrichting volgens de hoofdaanvrage en de drie aan-vullingsaanvragen voorzien van/nieuwe versie van de lijnaftastmiddelei 5 (volgens de x richting) en de middelen voor het transport van het detectorbeeld. De aftasting vindt steeds plaats met behulp van een draaiende trommel met weerkaatsende zijden, maar het beeldtransport van de detector vindt niet meer noodzakelijk plaats op de as van de trommel, maar buiten die as, speciaal in een positie die verder van hot 10 optiek afligt. De geanalyseerde lijn blijkt in hoofdzaak een cirkelboog te zijn, maar waarvan het middelpunt, dat samenvalt met het middelpunt van de intreepupil van het lijnanalysesysteem, niet meer gelegen is op de draaias van de trommel maar daarbuiten, terwijl enerzijds de opening van het analysesysteem in sterke mate verkleind is, en ander-15 zijds de lengte van de geanalyseerde lijn groter blijkt te zijn gewor·· den, zodat, bij gelijke geometrische omvang van het analysesysteem, het aantal analysepunten in de lijn behouden blijkt, ofwel, met een kleinere geometrische omvang, dit aantal punten groter wordt* Deze constructieve bijzonderheid van het lijnanalysesysteem brengt de vol-20 gende andere consequenties met zich mee: de mogelijkheid om het rastei-analysesysteem en het objectief te construeren met een minder grote opening, bijvoorbeeld F/4 in plaats van F/2, waarin F de brandpuntsafstand aanduidt van het objectief, verder een grotere tolerantie voor de scherpstellingsfouten van de rasterspiegel, en een minder grote 25 diffusievlek ter plaatse van het op de detector gevormde beeld*

De uitvinding stelt een beeldtransportsysteem voor dat geschikt is om deze nieuwe conceptie van de lijnanalyse toe te passen, waarbij het beeldtransport ingebracht wordt in optisch-mechanische aftastin-richtingen (een camera) die speciaal geschikt zijn voor waarneming in 30 het gebied van het infrarood* Bovendien zorgt de uitvinding voor aan- ^ 79 0 7 5 3 8 ..... 6 passing van het objectiefgedeelte van deze camera's aan de nieuwe conceptie van lijnanalyse en beeldtransporto

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening van enkele uitvoeringsvoorbeelden0 5 Fige 1 toont schematisch een uitvoeringsvoorbeeld van de lijn- analyseinrichting volgens de oudere techniek;

Fig, 2 toont schematisch een eerste opzet van de lijnanalyse-inrichting volgens de onderhavige uitvinding;

Fige 3 toont een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding; 10 Fig, 4a toont in orthogonale projectie volgens een eerste vlak door de symmetrieas ervan, een beeldtransportinrichting die speciaal geschikt is voor de conceptie van de lijnanalyseinrichting volgens fig. 2 en 3;

Fig. 4b toont in projectie dezelfde beeldtransportinrichting 15 volgens een tweede vlak, loodrecht op het eerste en door de symmetrie·· as ervan;

Fig. 5 is een eerste uitvoeringsvorm van de optisch-mechanische aftastinrichting (camera) met gebruikmaking van een transport van het detectorbeeld volgens fig. 4a en 4b; 20 Fig· 6 is een tweede uitvoeringsvorm van die aftastinrichting;

Fig, 7a is een schematische voorstelling van het gedeelte met lange brandpuntsafstand van een infrarood objectief dat geschikt is voor het analysesysteem volgens de uitvinding;

Fig, 7b toont schematisch hetzelfde objectief voorzien van het 25 gedeelte met korte brandpuntsafstand.

Fig. 1 laat een transport van het detectorbeeld zien op de as var de trommel, volgens de hierboven besproken oudere techniek die wordt gevormd door octrooiaanvrage 76.01301. De beeldtransportinrichting is in doorsnede getekend in een vlak loodrecht op de as van de trommel.

30 deze trommel wordt bij wijze van voorbeeld prismatisch verondersteld, 29 0 7 5 3 8 , 7 ^ i i met een veelhoekige omtrek met T2 zijden. Het optische transport- ί element is de lens 11, de trommel is 12« De lens 11 geeft van de detector A een beeld A* dat samenvalt met het middelpunt van de veelhoek 13. A2 en Ag zijn de beelden van A* in de twee achtereenvolgende zijden 5 14 en 15 van de trommel wanneer deze zijden symmetrisch zijn ten op zichte van de as 16 van het optische transportstelsel. De geanalyseerde lijn (in de x richting) tijdens de draaiing van de trommel is de cirkelboog A2 Ag, in C gecentreerd op de draaias van de trommel in het middelpunt van de veelhoek 13; het systeem werkt met een vergroting 10 y en een geometrische afmeting die aan de zijde yan de detector overeenkomt met een nuttige bundelkegel waarvan de halve tophoek u is.

Fig. 2 en 3 tonen elk een beeldtransport volgens de uitvinding van een detector met hetzelfde oppervlak als in fig, 1. In deze figuren vindt men met dezelfde verwijzingscijfers dezelfde transport-; 15 elementen terug als in fig, 1, maar deze werken anders en zijn ten opzichte van elkaar anders geplaatst, In fig. 2 werkt het systeem met een vergroting en heeft het een geometrische afmeting die; aan de detectorkant overeenkomt met een halve kegeltophoek van de nuttige bundel met de waarde u/2» Het transport van het detectorbeeld vindt 20 niet meer plaats op het middelpunt van de veelhoek^maar in A% bij·* voorbeeld gelegen op de as 16, op de afstand R vanaf het middelpunt van de veelhoek aan de andere kant van de werkzame vlakken. Deze geanalyseerde lijn A2 Ag is in hoofdzaak een stuk van een cirkel (in werkelijkheid een gedeelte van een limagon van Pascal) met het middel·· 25 punt in C, welk punt zich niet meer bevindt op de draaias van de trommel 12, maar op een afstand van de werkzame zijden 14,, 15 van de trom·· mei welke kleiner is dan de kromtestraal R Van de trommel, In fig, 3 werkt het systeem met een vergroting 2$ en een geometrische afmeting met een halve tophoek u0 A' en het middelpunt C van de geanalyseerde 30 lijn nemen posities in analoog aan die van fig0 2, In de volgende tabel 79 6 7 53 8”'”'"""™.......... "~ worden de karakteristieken samengevat van de lijnanalyse zoals die verkregen worden met de drie systemen, en waaruit de voordelen van de uitvinding blijken,

TABEL

Trommeluitvoering Systeem volgens Systeem volgens Systeem 5 met 12 zijden, fig. 1 fig, 2 vlgs. fig, 3

Opening van het beeld- u u/2 u transport aan de kant van de detector A„

Opening van het beeld- 10 transport aan de kant van 60° 30° 30° het beeld A',

Opening van de bundel die 30° 15° 15° het beeld A2 vormt.

Lengte van de analyselijn, 4R sin 15° 8R sin 15° 8R sin 15° 15 Hoek tussen de richting x' en de raaklijn aan de analyselijn, 15° 7,5° 7^5°

Hoek in het middelpunt van de analyselijn. 30° 450 450

Aantal punten in de lijn, N 2 N N

79 0 7 53 8 _ 9 _

Vergelijking van de eerste en de tweede kolom geeft een mogelijkheid volgens de uitvinding aan om het aantal analysepunten per geanalyseerde lijn te vergroten, terwijl tegelijk de opening van het analysesysteem wordt verkleind (van 30° tot 15°) en tegelijk de geo-5 metrische afmeting van het optische systeem,, Vergelijking van de eerite en de derde kolom geeft een mogelijkheid aan om het aantal analysepunten per geanalyseerde lijn gelijk te houden bij constante geometrische afmeting van het analysesysteem, terwijl de opening van het analysesysteem wordt verkleind (van 30° tot 15°)e Op de zesde regel 10 in de tabel is de hoek aangegeven tussen de raaklijn aan de geanalyseerde lijn in het uiteinde ervan en de x' richting van het beeld van de x richting van de detector, in deze richting lijnvormig verondersteld, De tabel geeft aan dat de hoek in deze voorbeelden volgens de uitvinding in de helft is gedeeld, hetgeen tot uiting komt in een 15 verkleining, in de orde van 4 maal, van de diffusievlek ter plaatse van het beeld van de detector op de geanalyseerde lijn. Op de zevende regel van de tabel zijn de waarden aangegeven van de hoek waaronder vanuit het punt C de analyselijn wordt gezien. Volgens de uitvoeringsvormen van de uitvinding blijkt deze hoek groter te worden; de waarde 20 ervan gaat van 30° naar 45°, waardoor het veld van de inrichting in de lijnrichting wordt vergroot, In het algemeen worden, volgens de nieuwe conceptie van de lijnanalyse, de kwaliteiten van de inrichting, in het bijzonder het scheidend vermogen, minstens gehandhaafd en som» ook verbeterd, terwijl de constructie van het systeem minder moeilijk 25 blijkt te zijn door de kleinere opening van de optische elementen, bijvoorbeeld die van het ingangsobjectief dat geopend kan worden tot F/4 in plaats van F/2, waardoor dus de toelaatbare toleranties groter worden voor de afwijking van de scherpstelling die ingevoerd wordt door de rasterspiegel, in de orde van 4 maal, en waardoor de beweging 30 .van de veldspiegel met het oog op de correctie van die afwijking van 79 0 7 53 8 10 de scherpstelling wordt vereenvoudigd.

Er dient nog te worden opgemerkt dat in fig. 2 en 3 het punt A* zich niet noodzakelijk bevindt op de afstand R vanaf het middelpunt van de trommel maar op een willekeurige afstand, waardoor het, 5 door verplaatsing van de trommel 12 op de as 16, mogelijk is om de lengte van de analyselijn A2 Ag groter of kleiner te maken, en dus het aantal analysepunten groter of kleiner te maken. Verder dient te worden opgemerkt dat het nuttige effekt van de lijnaftasting gelijk blijft aan 100$, zoals volgens de hoofdaanvrage. Deze laatste opmer-10 kingen gelden ook voor de hierna te beschrijven uitvoeringsvormen van de uitvinding.

Evenals bij de genoemde oudere octrooiaanvragen is het analysesysteem volgens de onderhavige uitvinding opgezet in harmonie met de andere optische elementen van de gehele inrichting, zodat de toevoe-15 ging is gewaarborgd van het middelpunt van de uittreepupil van het objectief met een vast punt dat niet meer ligt op de as van de trommel maar in het punt C blijft liggen, het middelpunt van de intreépupil van het lijnanalysesysteem· In het geval van fig. 2 en 3 is dit punt C ook het krommingsmiddelpunt van de geanalyseerde lijn.

20 In fig. 4a en 4b ziet men een optische beeldtransportinrichtinc die speciaal geschikt is voor toepassing van de lijnaftasting volgens de uitvindingsgedachte zoals hierboven beschreven. Deze transportinrichting heeft, wanneer de lens Lj terzijde wordt gesteld, waarvan de rol nog nader zal worden uiteengezet, een symmetrieas XX'.In fig.

25 4a ziet men de inrichting in orthogonale projectie volgens een eerste vlak door XX', dat het symmetrievlak is van de optisch-mechanische aftastinrichting in zijn geheel (vlak P volgens de hoofdaanvrage)·

In fig. 4b staat de inrichting in projectie volgens een tweede vlak dat gaat door XX' en loodrecht staat op het eerste. Deze inrichting 30 -gelijkt zeer op een Schmidt telescoop welke omgebouwd is tot een 7907538 catoptrisch element door het brandvlak ervan af te dekken met een bolvormige spiegel· Oe inrichting heeft twee bolspiegeldelen Mj en Mg die concentrisch zijn, met middelpuntΠ en stralen Rj respectieve* lijk Rg/ waarbij Mj concaaf is en Mg convex, terwijl de vlakken teger-5 over elkaar liggen· De lengten van deze stralen voldoen aan bepaalde voorwaarden, te weten: (1) Rg = h / sin 2i sin i = h / Rj (2), waarin h de afstand tot het middelpunt Si is van twee punten A* en A" die symmetrisch zijn ten opzichte van XX' en gericht liggen met 10 SI · Wanneer de gebruikte opening klein is, bijvoorbeeld in de orde van een tiental graden, brengt de inrichting de optische conjugatie tot stand van de punten A' en A* *, zoals getoond wordt met behulp van fig« 4a en 4b met gebruikmaking van de overwegingen van optische wegen en van symmetrie van de inrichting, In fig, 4a is de straal A*' B'j 15 evenwijdig aan XX* en zal hij, door de relaties (1) en (2), op de spiegel Mg weerkaatsen in Dj welk punt zich bevindt op de symmetrieas XX', vervolgens in Bj op de spiegel Mj, zodanig dat de optische banen A'' B'j Dj en Dj Bj A' gelijk zijn en symmetrisch ten opzichte van XX'. Zo zal ook de straal A'' Bg' evenwijdig aan elke as Xj Xj' die 20 met XX' een kleine hoek u' maakt en gaat door Si , het middelpunt van symmetrie van het systeem, op de spiegel Mg weerkaatsen in Dg, in hoofdzaak liggend op de as Xj Xj', en vervolgens in Bg op de spiegel Mj, zodat de optische banen A’' Bg' Dg en Dg Bg A* gelijk zijn en symmetrisch ten opzichte van XX'. In fig, 4b, de projectie van het 25 systeem op het vlak loodrecht op P gaande door XX*, is het punt steeds het symmetriemiddelpunt, evenals in elk vlak loodrecht op dat van fig. 4b een optische baan zoals A' Bg Dg Bg* A'* dezelfde eigenschappen bezit als de in fig. 4a getekende banen. Zo wordt een uitstekend optisch stelsel met vergroting 1 geplaatst tussen het voorwerp 30 A' en het beeld A** daarvan voor een opening u' in de orde van een .780 7 53 8 tiental graden, terwijl h± bovendien, zoals kan worden aangetoond, aplanetisch is voor de punten A' en A' *. Volgens de uitvinding wordt dit beeldtransport, met vergroting gelijk aan de eenheid, omgezet in een transport met een andere vergroting dan 1 door bijvoorbeeld de 5 aplanetische lens Lj met as Bj' A". Deze lens met een brekingsindex n vormt van A'' een beeld A met een vergroting n s U., waarin u de opening is van de bundel aan de zijde van A. Volgens de uitvindinc is de detector in A geplaatst in dit geval van vergroting n die verschillend is van 1. Meer in het bijzonder wordt volgens de uitvinding 10 de lens vervaardigd uit materialen met een hoge brekingsindex en transparant voor het infrarood· Praktisch wordt het beeldtransport van de detector van A naar A' gerealiseerd met vergrotingen die bijvoorbeeld lopen van 1 tot 4, zodat dus in A detectors kunnen worden neergezet met kleine afmetingen die de straling ontvangen met een 15 openingshoek u die zeer groot is·

In fig, 5 is een eerste uitvoeringsvorm weergegeven van de óptisch-mechanische aftastinrichting (in het onderstaande meestal camera genoemd), voorzien van een transport van het beeld van de detector, zoals hierboven beschreven» Het objectief L met as 51 vormt 20 het beeld van de te analyseren scene op het brandvlakS ervan, waarvaV het krommingsmiddelpunt, zoals vermeld in de genoemde oudere aanvrage), in 0 samenvalt met het middelpunt van de uittreepupil van dit objectief* De spiegel zorgt voor de verticale aftasting (of raster-aftasting, of y-aftasting)* Het kan een spiegel zijn die loopt op een 25 ellips met brandpunten 0 en D, het beeldpunt van het brandpunt F van het objectief L in de spiegel M^, of eenvoudiger draaiend om een as 01 loodrecht op het vlak van tekening· Deze spiegel vormt het beeld achtereenvolgens de punten F^, F en F2 van het brandvlak S op de spiegel M^ in het punt D· De veldspiegel is sferisch zodat het middel·· 30 punt 0 van de uittreepupil van het objectief L wordt geconjugeerd met 790 7 53 8 het middelpunt C van de virtuele ingangspupil 52 van de lijnanalysator, liggend in het vlak P op de vaste as zz' parallel aan de draai-as YY' van de draaiende trommel 12, waarvan de reflecterende zijden bijvoorbeeld evenwijdig zijn aan YY'. Om de conjugatie te handhaven ί 5 wanneer Mg draait om 0^, draait de spiegl over een hoek evenredig ; aan die van Mg om een as loodrecht op het vlak van tekening, gaande j door D« Het transport van het beeld van de analyselijn is dat van fig· 4a en 4b met de spiegels Mj en concentrisch om het punt Λ en de lens L^· Daardoor wordt van de in A geplaatste detector een 10 vast vergroot beeld gevormd in A' en vervolgens, na reflectie op de j draaiènde trommel, een beeld dat Samenvalt met D wanneer het trommel-; vlak loodrecht staat op het vlak P van de tekening. Wanneer de trommel draait beschrijft dit beeld in de richting van de lijnaftasting x eer cirkelboog, analoog aan de cirkelboog A2 Ag van fig. 1, 2 en 3, ge-15 centreerd op de as zz', welke cirkelboog ligt in een vlak loodrecht op zz'. Om de werking van het systeem te illustreren is de loop van de bundel met hoofdstraal 51 en buitenste stralen 54 en 53 door het hele systeem getekend, welke bundel in A convergeert op de detector, i De veldspiegel M^ vervult nog steeds, evenals in de oudere octrooi-20 aanvragen was beschreven, twee functies, en wel enerzijds het zorgen voor de conjugatie van de analyselijn met het brandvlak van het objectief, en anderzijds de conjugatie van de uittreepupillen van het objectief en de ingangspupil van de lijnanalysator.

De voordelen van dit nieuwe analysesysteem ten opzichte van de 25 systemen volgens de oudere octrooiaanvragen zijn de volgende: - voor dezelfde openingshoek u van de camera (aangeduid in het punt A) werkt het gehele optiek van de camera, dus het objectief, de raster- ; en lijnanalysator, en het beeldtransport, met kleinere opening u' (aangeduid in het punt A") met uitzondering van de aplanetische lens 30 1..J die u' omzet in u; 790 7 53 8 - praktisch kan, in een bij wijze van voorbeeld vermelde uitvoeringsvorm, de gehele optiek worden geopend tot F/4 in plaats van F/2, en dit zonder verlies aan fotometrische eigenschappen; omgekeerd heeft het objectief een brandpuntsafstand die tweemaal zo groot is om de- 5 zelfde middellijn van de intreepupil te houden; deze verkleining van de opening vergemakkelijkt de bouw van het optiek aanzienlijk; - hst beeldtransport omvat slechts bolvormige vlakken, die dus makke- : lijker te realiseren zijn;.....

- de afwijking van de scherpstelling van de detector aan het einde van" 10 de analyselijn is viermaal zo klein als middellijn van de op de de- j tector teruggebrachte diffusievlek; - de tolerantie in de afwijking van de scherpstelling ter plaatse van ; de veldspiegel is achtmaal zo groot, waardoor het toegestaan wordt dat j de beweging van de rasteranalysespiegel een eenvoudige draaiing 15 wordt om een vaste as, hetgeen een aanzienlijke mechanische vereenvoudiging met zich meebrengt; - wanneer men de veldspiegel wil laten liggen buiten de bundel die in A'convergeert, zoals weergegeven in fig. 5, maakt de door de trommel gereflecteerde bundel een hoek c* met de invalsrichting (de 20 hoek tussen het invallende en het weerkaatste gedeelte van de straal 51 op het vlak 14 van de draaiende trommel); door de verkleining van deze hoek c* kunnen bepaalde vervormingen van de lijnaftasting worden verminderd, hetgeen gemakkelijker kan worden bereikt naar mate de opening u' kleiner is, omdat immers deze hoek evenredig is met u'; 25 " olie mechanische toleranties worden minstens in de verhouding u/u' gedeeld; - tenslotte kan men, door verandering van de vergroting van de lenst-p met handhaving van de opening u' van de rest van het optische systeem, i de totale opening u van de camera laten variëren; men beïnvloedt daar- : 30 door dus de dimensie van het beeld van de detector die het door het 790 7538 objectief geleverde beeld analyseert, en omdat de analyselijn steeds dezelfde lengte heeft kan men naar wens ofwel het aantal punten in de lijn vergroten ofwel verkleinen, dus het scheidend vermogen van de camera vergroten of verkleinen, zodat dezelfde analysator dus kan 5 worden aangepast aan verschillende toepassingen uitsluitend door verandering van de lens Lj.

Fig. 6 toont in een doorsnede door het symmetrievlak P ervan een tweede uitvoeringsvorm van de camera met gebruikmaking van een beeldtransport volgens fig. 4a en 4b. De onderdèlen van de lijnaftast-10 inrichting zijn aangeduid met dezelfde letters en cijfers als in fig,: 5. Deze camera is bijzonder geschikt voor thermografie met groot veld. Het objectief is een catoptrisch objectief van het zogenaamde Bouwers type met as 60, bestaande uit een corrigerende lens Lg uit materiaal dat transparant is voor het infrarood, en een bolvormige 15 spiegel Mg, terwijl dit objectief gebruikt wordt buiten de as. Alle brekende elementen van dit objectief zijn concentrisch met het middelpunt E op de as 60. Het brandvlak van het objectief is ook sferisch en concentrisch met middelpunt E. Het middelpunt E ligt in het vide van de intreepupil 52 met middelpunt c van het lijnanalysesysteem op : 20 het snijpunt met A' D op zz' parallel aan YY', dat ook het vlak is van de intreepupil 61 van het Bouwers objectief waarvan het middelpunt C' ook op zz' ligt, en zodanig dat C E s CE. De brandpuntsafstand van dit objectief is D E. Daardoor valt het brandvlak van het objec- ; tief precies samen met de lijn die wordt geanalyseerd door het beeld ; 25 van de detector in de vlakken van de draaiende trommel (lijn Ag Ag in fig. 2 en 3). Evenals in de andere gevallen conjugeert het Bouwers objectief met een vergroting van 1 het middelpunt C' van zijn intree-; pupil met het middelpunt C van de intreepupil van het analysesysteem, en de veldspiegel wordt dan overbodig. De rasteraftasting kan dan 30 .worden verkregen met behulp van de spiegel Mg die draait om een as

G

79 0 7 53 8 loodrecht op het vlak van tekening door Oj. Het objectief van Bouwers type maakt een uitstekende correctie van de aberraties mogelijk, De kwaliteit ervan is constant, ongeacht het veld, omdat dit systeem immers het middelpunt E heeft als symmetriemiddelpunt.

5 Met het lijnanalysesysteem is het in het in fig, 6 getekende geval mogelijk om een lijn te analyseren die, gezien vanuit het punt C, middelpunt is van de intreepupil van het lijnanalysesysteem onder een hoek van 45° in het geval van een trommel met 12 vakken (zoals weergegeven in fig. 2). De camera kan dus een veld van 45° hebben in 10 de lijnrichting· Het rastervdd is niet begrensd en hangt af van de spiegel M^· De spiegel M^ is zeer dichtbij de ingangspupil 61 met middelpunt C' van het objectief geplaatst, met het doel om de afmetingen van de spiegel minimaal te maken. Men kan zo te werk gaan dat 0j en C' samenvallen om M^ te plaatsen in de intreepupil van het ob-15 jectief. De voordelen van dit systeem zijn dezelfde als van het systeem volgens fig. 5, Dit systeem met groot veld kan desgewenst Worden voorafgegaan door een afocaal dioptrisch systeem of een catadioptrisch systeem op voorwaarde dat de uittreepupil van het afocale systeem samenvalt met de intreepupil C' van het systeem met 20 groot veld. Het is mogelijk om op deze wijze het veld van de camera te verkleinen terwijl het scheidend vermogen in hoekrichting wordt vergroot.

Fig. 7a en 7b tonen een principeschema van een infrarood objectief voor een thermografische camera, geschikt voor het lijn-25 analysesysteem dat weergegeven is in fig. 4a, 4b en 5. Voor het gebruik van dit objectief in een thexmografische camera, en de aanpassing daarvan aan het analysesysteem, moet dit objectief beantwoorden aan een zeker aantal voorwaarden: - Het objectief moet in het algemeen bifocaal zijn zodat het een 30 -voldoend groot veld kan geven van het te herkennen onderwerp en een 79 0 7 53 8 -17- smal veld voor het identificeren van een detail; de verhouding tussen de twee brandpuntsafstanden ligt in het algemeen in de orde van 3.

- Omdat het smalle veld dikwijls wordt gebruikt voor het uitvoeren van richtingsmetingen is het noodzakelijk dat de optische as bij lange 5 brandpuntsafstand volmaakt stabiel is; de optische elementen voor de lange brandpuntsafstand moeten vast zijn» - Voor een goede aanpassing aan het analysesysteem moet het brandvlak gekromd zijn; de ideale straal zou gelijk moeten zijn aan de afstand Oj D (fig« 5) om te bereiken dat door de draaiing van de spiegel Mg 10 voor de rasteraftasting geen verloop van de scherpstelling ontstaat; praktisch kan getolereerd worden dat de kromtestraal gelijk is aan drie of vier maal D zonder hinderlijk verloop van de scherpstellin<|e - De uittreepupil van het objectief moet lopen in de nabijheid van he1: krommingsmiddelpunt van het brandvlak, zodat de veldspiegel tegelijk 15 de beelden en de pupillen kan conjugeren» - De omvang en het gewicht van het objectief moeten steeds zo laag mogelijk zijn, hetgeen er toe leidt dat de intreepupil van het objectief geplaatst wordt op de voorste lens» - Tenslotte hebben de in het infrarood gebruikte optische materialen 20 sterke variaties van de brekingsindex als functie van de temperatuur; de plaats van het brandvlak zal dus sterk variëren en het is nodig om het objectief opnieuw scherp te stellen voor elke gebruikstemperatuur; het is dus wenselijk dat het objectief opnieuw scherp gesteld kan worden met behulp van een optisch element van kleine afmetingen dat 25 gemeenschappelijk is voor de beide brandpuntsafstanden.

Het in fig, 7a en 7b weergegeven objectief beantwoordt aan de genoemde voorwoorden, Fig, 7a toont schematisch, in een doorsnede door een vlak dat gaat door de optische as 71, het gedeelte van het objectief met lange brandpuntsafstand. De structuur is identiek aan de be-30 -kende structuur van een teleobjectief, Het omvat een convergente lens·· 790 7 53 1 _ i8_ groep Fy die van het onderzochte onderwerp een beeld A B geeft op het brandvlak ervan, en een divergente lensgroep die een beeld A' B' geeft van A B0 De intreepupil valt samen met Fy, terwijl het middelpunt ervan Q is, en de uittreepupil is 72 met middelpunt Q', 5 Met deze formule kan een uittreepupil worden verkregen die tamelijk dicht ligt bij het brandvlak van het objectief* De berekening van eei dergelijk objectief toont dat het ook mogelijk is om een brandvbk te verkrijgen waarvan het krommingsmiddelpunt in de buurt ligt van Q'» Overigens is, vanuit het oogpunt van de omvang, de totale lengte van 10 het objectief altijd korter dan de brandafstand ervan.

Fig* 7b toont schematisch, in een doorsnede door een vlak dat gaat door de as 71, het objectief met korte brandafstand. Aan de groepen Fy en /7^ zijn twee nieuwe groepen F^ en F^ toegevoegd* F is divergent en heeft een sterkte in de buurt van die van F t 15 zoiat het geheel F y Γ^ een sterkte heeft die bijna nul is. De groep F^ is convergent en is zo geplaatst dat van het onderzochte onderwerp een beeld wordt gevormd dat ligt in het vlak van het beeld A B in fig. 7a« Bovendien is, omdat de brandpuntsafstand ervan bijvoorbeeld in de orde van driemaal kleiner is dan die van Fy, het corres-20 ponderende lineaire veld A B driemaal zo groot voor F ^ als voor Γ|ο De groep F^ geeft daarvan een vergroot beeld A' B' dat samenvalt met A'B' in fig. 7a. De uittreepupil wordt in Q! gehouden door geschikte keuze van de plaats van de intreepupil 73 die geplaatst is in Q. De verhouding tussen de twee brandpuntsafstanden is gelijk aan 25 de verhouding van de brandpuntsafstanden van de convergente groepen Fy en PDe omschakeling van de brandpuntsafstand wordt gemakkelijk verkregen door de twee groepen Fy en P^ tussen de groepen Fy en F^ te plaatsen of door ze weg te nemen. De stabiliteit van de optische as met grote brandpuntsafstand wordt verzekerd door het feit dat Fy 30 _en F2 vast zijn. Bijstellen van de scherpstelling van de inrichting 7.9 0 7 53 8

_ 19_ WêK

als functie van de temperatuur kan gemakkelijk worden verkregen door verplaatsing van zowel bij lange als bij korte brandpuntsafstanc 0 Gegeven de sterke vergroting van F^ is een kleine verplaatsing voldoende om een veel grotere verplaatsing te doen ontstaan van het 5 beeld A' B', Doordat de scherpstelling wordt verkregen door de achtei-ste groep kan toch de afdichting van het objectief worden verkregen op de voorste vaste groep Fy Overigens is het opmerkelijk er interessant dat het wegneembare geheel niet in zijn geheel of gedeeltelijk verplaatst wordt evenwijdig aan de optische as om opnieuw 10 scherp te stellen· Omdat de middellijn van de lenzen ry · klein is, is het gewicht van het geheel kleiner·

Vanzelfsprekend zijn de inrichtingen volgens de uitvinding ook voorzien van inrichtingen voor direkte zichtbaarheid van het geanalyseerde beeld, bestaande uit een electroluminescente diode die 15 symmetrisch van de detector geplaatst is ten opzichte van een dichroSde plaat die het zichtbare licht scheidt van het infrarood, zoals beschreven in de oudere octrooiaanvragen*

Omdat niettemin, bij de systemen volgens fig· 4a, 4b, 5 en 6, de lens een lens is die transparant is voor het infrarood maar niet 20 sterk in het zichtbare gebied, zal het van voordeel zijn om, zoals weergegeven in fig, 5, een scheidingsplaat 55 te plaatsen en een electroluminescente diode 56 die ofwel symmetrisch van A" geplaatst is ten opzichte van 55, en met dezelfde afmetingen als A'V, of in 57, voor een lens 58, zodat het beeld van 57 in de lens 58 samenvalt met 25 56 in dimensies en grootte* In dat geval zal vanzelfsprekend een dichroïde plaat 59 in de bundel worden geplaatst, evenals een objectief 49, terwijL het oog geplaatst wordt in 480 — - conclusies - 790 7 53 8

Claims (3)

15 XX' en gericht liggen met £1 als gevolg van het feit dat R« en R- h h * voldoen aan de betrekkingen; R^ = —:—rr en sin i = 1 2 sin 2i R^ 1 waarin h de afstand aanduidt van A' tot XX'* 4* Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het gevoelige element opgesteld is in het punt 20 A". 5e Inrichting volgens conclusie 2 en 3, m e t het kenmerk dat het beeldtransportsysteem van het gevoelige element van de lijnaftastmiddelen bovendien een optisch beeldtrans-portelement omvat van het gevoelige element in het punt A", welk 25 optisch element werkt met eert vergroting die verschillend is van 1, 6* Inrichting volgens conclusie 5, m e t het kenmerk dat het optische element een aplanetische lens is met een optische as evenwijdig aan XX' en gaande door A' V 7« Inrichting volgens 4ên der conclusies 3-6, met het

30 Jjcenmerk dat de vlakke rasterspiegel draait om een vaste as 79 0 7 53 8 - 23~ loodrecht op het vlak P en door de optische as van het objectief, zodat in het punt D het beeld wordt gevormd van de punten van het bram-vlak van het objectief overeenkomend met de verschillende richtingen van de gemiddelde straal van de bundel, en dat de veldspiegel bol-5 vormig is met top D, en aangedreven om een as loodrecht op P in het punt D met een draaibeweging waarvan de hoek evenredig is met die var de rasterspiegel, zodat de optische toevoeging van het middelpunt 0 van de uittreepupil van het objectief met het middelpunt C van de intreepupil van de lijnanalyseinrichting gehandhaafd wordt· 10 8e Inrichting volgens één der conclusies 3-6, me t het kenmerk dat het objectief catadioptrisch is van het Bouwers type, en een lens omvat uit materiaal dat transparant is in het infrc-rood, en een bolvormige spiegel, waarbij de spiegel en de brekings-vlakken van de lens concentrisch zijn in een punt E dat ligt op A' D 15 in het vlak van de intreepupil van de lijnanalyseinrichting, terwijl de brandafstand van het objectief gelijk is aan D E, en dat de raster -spiegel draait om een vaste as loodrecht op P en gaande door de optische as van het objectief, waarbij de rasterspiegel zeer dicht bij de intreepupil van het objectief is geplaatst, 20 9, Inrichting volgens conclusie 8, m e t het kenmerk dat het snijpunt van de draaias van de rasterspiegel en de optische as van het objectief samenvalt met het middelpunt C* van de intreepupil van het objectief. 10« Inrichting volgens conclusie 8 of 9, m e t het 25 kenmerk dat de geanalyseerde lijn vanuit het punt C gezien wordt onder een hoek in de orde van 45°,

11, Inrichting volgens 66n der conclusies 3-6, met het kenmerk dat het objectief van het bifocale type is dat transparant is voor het infrarood, en dat hij dus een eerste gedeelte 30 .omvat met lange brandpuntsafstand en een tweede gedeelte dat, in com- 790 7 531 -24 - ^?55ggj^ binatie met het eerste, aan het objectief een korte brandpuntsafstani geeft, waarbij het genoemde eerste gedeelte, soortgelijk aan een teleobjectief, gevormd wordt door een convergente groep F^ en een divergente groep F ^ waarvan het middelpunt Q* van de uittreepupil 5 ligt tussen de groepen en /T>, terwijl het middelpunt van het brandvlak van het door de twee groepen gevormde geheel gelegen is in de nabijheid van Q', en dat het tweede gedeelte tussen F ^ &c\ een divergente groep Fg omvat die ten opzichte van Fis geplaats: en met zodanige sterkte dat de combinatie P^ /^een sterkte heeft in 10 de buurt van nul, en een groep P^ met een zodanige plaats en een zodanige sterkte dat de combinatie P P^ P^ in hoofdzaak hetzelfde brandvlak heeft als Py en^zodanig dat de uittreepupil in aanwezigheid van de groepen P,^ en F^ gehandhaafd wordt in Q' met dezelfde dimensies, dat de combinatie van de groepen P^ P^ 15 wegneembaar is uit de inrichting, en dat de groep /"^ voorzien is van middelen voor verplaatsing op de optische as ervan voor het opnieuw scherpstellen van het objectief in het geval van ontregeling/ in het bijzonder als gevolg van veranderingen van de gebruikstempera * tuur# _ 7907538 Q \