DE2344754B2 - Abtastanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtastanordnung mit Reflektormitteln, die eine ebene reflektierende Fläche aufweisen, um empfangene Strahlung Detektormilteln zuzuführen. Die Erfindung ist insbesondere für eine Infrarot-Abtastvorrichiung geeignet, die in einem Landfahrzeug angeordnet ist.

Bei einer Anordnung der beschriebenen Art ist es häufig erwünscht, eine Zeilenabtastung durchführen zu können, die hinsichtlich der Zeit weitgehend linear ist. Im Prinzip kann eine solche Zeilenabtastung dadurch erreicht werden, daß ein im Weg der Strahlung zu einem Detektor angeordneter ebener Reflektor zu einer Schwingbewegung veranlaßt wird, die beispielsweise auch Schwingspiegel ausführen, die in der Filmindustrie zum optischen Ausgleich der Bildwanderung eingesetzt werden. Eine solche schwingende Reflektoranordnung hat jedoch zwei wesentliche Nachteile. Die benötigte Schwingbewegung ist im allgemeinen klein und dies erschwert eine ausreichend genaue Kontrolle des augenblicklichen Abtastwinkels, die erforderlich ist, um die Schwingbewegung des Spiegtils mit der Abtastbewegung einer Anzeigevorrichtung — beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre — die dem Detektor zugeordnet ist, zu synchronisieren. Ferner neigen schwingende Anordnungen, insbesondere wenn hohe Abtastgeschwindigkeiten erforderlich sind, zur Erzeugung von Vibrationskräften, die unerwünscht sind, weil sie einen Verschleiß bewirken und auch die Funktion der empfindlichen, zum Auffangen der Infrarot-Strahlung verwendeten Detektoren stör en können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtastanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der schwingende Reflektoren vermieden werden und die Zeilenabtastung zeiitlich linear verläuft.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind, um die reflektierende Fläche in einer ersten Richtung um eine erste Achse zu drehen, die zu der Normale der Fläche einen Winkel aufweist, daß femur Mittel vorgesehen sind, um die erste Achse zu einer F'räzession in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung um eine zweite Achse zu veranlassen, die sowohl zur Normale der Fläche als auch zur ersten Achse geneigt ist, wobei die Drehung und die Präzession mit etwa gleicher Geschwindigkeit erfolgen.

Die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erzielte resultierende Abtastung erfolgt weitgehend in einer einzigen Ebene im Raum und verläuft etwa sinusförmig in der Zeit mit den beiden überlagerten Drehungen. Die Annäherung der resultierenden Abtastung an die Linearität in der Zeit hängt somit von dem Bruchteil der für die aktive Abtastung verwendeten Umdrehung ab, da ein Teil der sinusförmigen Änderung, nämlich diejenige zwischen etwa —45° und +45°, weitgehend linear ist Es sei bemerkt, daß die resultierende Abtastbewegung durch die Anwendung von zwei einander überlagerten Drehbewegungen erreicht wird, die gut ausgeglichen werden können, so daß nur geringe Vibrationen entstehen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 in zum Teil geschnittener Ansicht eine schematische Darstellung einer erfindungs gemäßen Ausführung einer Abtastanordnung,

F i g. 2 in ähnlicher Darstellung wie in F i g. 1 ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung und

Fig.3 im Querschnitt einen Reflektor für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Anordnung und Mittel, um darauf zwei gegensinnig rotierende Abtastbewegungen herzustellen.

JL,

Gemäß Fig. 1 trifft einfallende Strahlung, beispielsweise Infrarot-Strahlung, auf die Anordnung über ein Fenster auf, das durch eine Linse 1 gebildet wird, und die Linse fokussiert diese Strahlung über einen abgewinkelten Weg auf eine Detektoranordnung 2. Zwischen der Linse und der Detektoranordnung ist ein Reflektor 3 angeordnet, der aus einem ebenen Spiegel besteht, dem zwei einander überlagerte, gegensinnig gerichtete Drehbewegungen über entsprechende Achsen erteilt werden, die beide gegenüber der Normaie der ebenen Oberfläche des Spiegels geneigt sind, damit der Spiegel die von der Linse 1 auftreffende Strahlung weitgehend linear an die Detektoranordnung 2 weiterleitet. Das Gesichtsfeld der Anordnung ist durch die Länge der Detektoranordnung in einer Ebene und dem vom Spiegel 3 erfaßten Winkel in der anderen Ebene bestimmt. Ein geeigneter Spiegel 3 und die diesem zugeordneten Antriebsmittel werden weiter unten anhand der F i g. 3 noch näher erläutert. Gegebenenfalls kann es von Vorteil sein, aufeinanderfolgende Abtastungen miteinander zu verschachteln, und es ist daher eine diese Verschachtelung bewirkende Platte 4 zwischen dem Spiegel 3 und der Detektoranordnung 2 vorgesehen. Die Platte 4 ist beweglich, um eine Bewegung der Strahlung im rechten Winkel zur Abtastrichtung zu bewirken.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 tritt einfallende Strahlung über ein Fenster 5 ein, das durch einen Germaniummeniskus gebildet wird, und wird über einen Abtastreflektor 3a, einen sphärischen Primärspiegel 6 und einen Faltspiegel 7 auf eine Detektoranordnung 2a gerichtet Der Meniskus 5 ist konzentrisch zum Spiegel 6 und dient zur Kompensation der sphärischen Aberration des Spiegels. Der Abtastreflektor 3a ist wie der Spiegel 3 in Fig. 1 ausgebildet und rotiert um das Krümmungszentrum der Elemente 5 und 6, um die gewünschte Abtastung zu erzeugen und stört dadurch nicht die Konzentrizität der Elemente 5 und 6, und die Abtastung führt praktisch keine Aberration ein. Ein Spiegel und dessen Antriebsmittel, die in einer der oben beschriebenen Anordnungen verwendbar sind, werden nachfolgend anhand der F i g. 3 im einzelnen erläutert.

In dieser Figur ist dargestellt, wie zwei entgegengesetzt gerichtete Drehbewegungen um entsprechende Achsen, die zueinander geneigt sind, dem Spiegel erteilt werden, um eine resultierende Zeilenabtastung zu erzielen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Spiegel 3b auf einer drehbaren Welle 8 gelagert wird, um die erste Drehbewegung zu erzeugen, wobei die Normale auf dem Spiegel zur Rotationsachse der Welle geneigt ist. Zur Erzeugung der zweiten Drehbewegung ist die Welle 8 auf Lagern 9 und innerhalb einer zweiten drehbaren Welle 10 gelagert, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Drehachsen der beiden Wellen geneigt sind. Wenn die beiden Winkel (d. h. der Neigungswinkel der beiden Drehachsen und der Winkel zwischen der Normale des Spiegels 3 und der Drehachse der Welle 8) in Richtung und Größe gleich sind, kann die Zeilenabtastung erzielt werden.

Bei den beiden dargestellten Ausführungsbeispielen schneiden sich die Drehachsen an der Oberfläche des Spiegels. In F i g. 1 bewirkt dies, daß der auf den Detektor fallende konvergierende Strahl um den Mittelpunkt des Spiegels rotiert. Der Radius dieser Rotation wird so gewählt, daß eine Anpassung an die Bildebenenkrümmung der Linse erzielt wird, so daß aufgrund der Abtastung eine minimale Aberration eintritt

Wie zuvor erwähnt wurde, muß die Abtastbewegung bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 um den Krümmungsmittelpunkt des Systems erfolgen.

Das in Fig.3 dargestellte Getriebesystem 11 steüt sicher, daß die beiden Drehbewegungen bei gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung verlaufen und der Encoder 12 an der äußeren Welle 10 die Augenblicksposition der Abtastung angibt. Da die Rotation des Spiegels um die Achse viel größer als der Abtastwinkel ist, wird die erforderliche Genauigkeit für die Messung des Abtastwinkels stark vermindert.

Für den primären Antrieb des Systems sorgt ein Antriebsmotor 13, der die äußere Welle 10 über eine Getriebeanordnung 14 antreibt Die äußere Welle 10 trägt bei ihrer Rotation das Getriebesystem 11, das obere und untere Getrieberäder 15 und 16 auf einer gemeinsamen Welle 17 trägt, die in einem Lager 18 drehbar ist. Das untere Getrieberad 16 kämmt mit Zähnen, die in einem ringförmigen Bereich 19 eines stationären Teils 20 des Systems vorgesehen sind, so daß bei einer Drehung der Welle 10 durch die Bewegung des Getriebesystems 11 in bezug auf den ringförmigen Bereich 19 und durch die Zusammenwirkung des Getrieberades 16 mit den Zähnen im Bereich 19 das obere Getrieberad 15 in Drehung versetzt wird. Das Rad 15 wirkt mit Zähnen zusammen, die in einem ringförmigen Bereich 21 eines Flansches 22 vorgesehen sind, der mit der inneren Welle 8 verbunden ist und eine Drehung der Welle 8 in entgegengesetztem Sinn zur Drehung der Welle 10 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit bewirkt. Die Geschwindigkeitssynchronisation wird durch die Wahl der Zähnezahl auf den Rädern 15 und 16 und in den Bereichen 19 und 21 erreicht. Die äußere Welle 10 kann relativ zu den stationären Teilen des Systems aufgrund der Lager 23 rotieren. Es sei bemerkt, daß die Räder 16 und 19 geradverzahnte Stirnräder sind, daß jedoch die Räder 15 und 21 einen geringen Steigungswinkel erfordern, um eine Anpassung an den Winkel zwischen den Wellen 3 und 10 zu bewirken.

Hinsichtlich der Verschachtelung sei bemerkt, daß diese Funktion auch durch den Abtastspiegel annähernd bewirkt werden kann. Wenn die beiden entgegengesetzt gerichteten rotierenden Abtastbewegungen mit Absicht um einen Betrag aus ihrer Phase gebracht werden, der der Hälfte einer Zeilenabtastbewegung entspricht, dann folgt die resultierende Abtastung einer Ellipse, deren Hauptachsenlänge gleich einer Zeilenlänge ist. Unter Verwendung dieser Technik kann eine gute Verschachtelung in der Mitte des Blickfeldes erreicht werden, jedoch nimmt am Rand des Blickfeldes die Verschachtelungsamplitude ab. Abwechselnde Zeilen werden von links nach rechts und rechts nach links abgetastet.

In Abtastanordnungen gemäß F i g. 1 ist es möglich, die durch den Abtastspiegel eingeführte Bildfeldwölbung dadurch zu ändern, daß die Lage des Schnittpunkts der beiden Drehachsen verändert wird. Befindet sich der Schnittpunkt vor dem Spiegel, ist die Wölbung flach, und das Umgekehrte tritt ein, wenn der Schnittpunkt sich hinter dem Spiegel befindet Diese Besonderheit erlaubt einen größeren Spielraum in der relativen Anordnung der Optik, des Spiegels und des Detektors, als es bei einem üblichen Abtastspiegel möglich ist, während trotzdem eine gute Anpassung zwischen der Bildfeldwölbung der Optik und des Abtastspiegels erzielt wird.

Es sei bemerkt, daß bei der Anordnung gemäß F i g. 3 der genannte Schnittpunkt (d. h. der Schnittpunkt der Mittellinien der Wellen 8 und 10) vor dem Spiegel liegt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Abtastanordnung mit Reflektormitteln, die eine ebene reflektierende Fläche aufweisen, um empfangene Strahlung Detektormitteln zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Fläche in einer ersten Richtung um eine erste Achse zu drehen, die zu der Normale der Fläche einen Winkel aufweist, daß ferner Mittel vorgesehen sind, um die erste Achse zu einer Präzession in einer zur ersten Richtung entgegenge- '° setzten Richtung um eine zweite Achse zu veranlassen, die sowohl zur Normale der Fläche als auch zur ersten Achse geneigt ist, wobei die Drehung und die Präzession mit etwa gleicher Geschwindigkeit erfolgen.

2. Abtastanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Präzession der ersten Achse aus einer rohrförmigen Welle (10), aus Antriebsmitteln (13,14) zur Drehung der Welle (10) in der zweiten Richtung und aus »o Mitteln (9) zur drehbaren Lagerung einer zweiten rohrförmigen Welle (8) in der ersten Welle (10) bestehen, wobei tue Achsen der beiden Wellen (8,10) gegeneinander geneigt sind, und die Achse der zweiten Welle (IB) die zuerst erwähnte Drehachse *5 bildet.

3. Abtastanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene reflektierende Fläche an dem einen Ende der zweiten rohrförmigen Welle (8) befestigt ist, und daß die Ebene des Spiegels in bezug auf eine Ebene geneigt ist, die senkrecht zur Achse der zweiten Welle (8) steht.

4. Abtastanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel aus einem Motor (13) bestehen, der stationär in bezug auf die erste rohrförmige Welle (10) angeordnet ist und ein Getrieberad antreibt, das mit am Umfang der ersten Welle (10) angeordneten Zähnen zusammenwirkt.

5. Abtastanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste rohrförmige Welle (10) mit einem Flansch versehen ist, der eine Ausnehmung enthält, in der eine weitere, an ihren Enden mit je einem Getrieberad (15,16) versehene Getriebewelle (17) frei drehbar gelagert ist, daß die erste rohrförmige Welle (10) von einem ihr gegenüber stationären Gehäuseteil umgeben ist, welches koaxial zur Welle mit Getriebezähnen versehen ist, mit denen eines der Getrieberäder (16) so zusammenwirkt, daß die Getriebewelle bei Drehung der isrsten rohrförmigen Welle (10) ebenfalls in Drehung versetzt wird, und daß die zweite rohrförmige Welle (8) mit einem Flansch versehen ist, der eine ringförmige Anordnung von Getriebezähnen aufweist, wobei der zuletzt erwähnte Flansch so angeordnet ist, daß er mit dem anderen Getrieberad (15) zusammenwirkt, und dadurch eine Drehbewegung der zweiten rohrförmigen Welle (8) herstellbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Winkelstellung der ersten rohrförmigen Welle (10) s.n dieser eine Kodierscheibe (12) vorgesehen ist, die mit einer Sensorvorrichtung zusammenwirkt.

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