DE2800473C2

DE2800473C2 - Optische Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE2800473C2
Application number: DE2800473A
Authority: DE
Inventors: William Thomas London Moore
Original assignee: RANK ORGANISATION Ltd LONDON GB; RANK ORGANISATION Ltd LONDON
Current assignee: Rank Taylor Hobson Ltd
Priority date: 1977-01-07
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1985-12-05
Also published as: FR2377050B3; US4202597A; GB1567320A; DE2800473A1; NL7800091A; FR2377050A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine optische Abtasteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die insbesondere im Infrarotbereich arbeiten soll.

Es sind Einrichtungen zur optischen Abtastung in ω zwei Dimensionen oder Richtungen bekannt, die mit einer optischen Kopplung zwischen einem Zeilen- oder Azimuth-Abtastelement in Gestalt eines rotierenden polygonalen Prismas und einem als Bild- oder Elevations-Abtastelement dienenden schwingenden ebenen Spiegel arbeiten. Bei einer aus der DE-OS 26 05 837 bekannten optischen Abtasteinrichtung dieser Art erfolgt die optische Kopplung zwischen dem rotierenden Azimuth-Abtastelement und dem schwingenden Elevations-Abtastelement durch eine Schmidt-Optik, die einen Hohlspiegel enthält Da dieser Spiegel mit seiner optischen Achse schräg zur Achse des einfallenden Strahlungsbündels angeordnet werden muß, rotiert während der Abtastung das Bild des abgetasteten zweidimensionalen Gesichtsfeldes, z. B. einer Detektoranordnung. Dies hat eine Höhenversetzung aufeinanderfolgender azimuthaler Abtastzeilen zur Folge, und wenn man die Einrichtung zur Abtastung einer zweidimensionalen Anordnung von lichtemittierenden Dioden oder anderen Strahlungsquellen verwendet, kann in der resultierenden Darstellung ein Streifen- oder Bandeffekt auftreten.

Wenn man ferner eine solche optische Abtasteinrichtung in Verbindung mit optischen oder elektrooptischen Strahlungsempfängerelementen verwendet kann in entsprechender Weise durch das infolge der schrägachsigen Anordnung des Hohlspiegels des optischen Kopplungssystems rotierende Bild ein Verlust an räumlicher Auflösung eintreten.

Aus der DS-PS 37 90 246 ist ein System zur zweidimensionalen optischen Abtastung und Bildaufzeichnung mit einem modulierten Laserstrahl bekannt dessen zur Azimuth- und Elevations-Abtastung dienende Spiegelelemente um vorzugsweise senkrecht aufeinander stehende Achsen drehbar und über einen Hohlspiegel miteinander gekoppelt sind. Ein zweiter Hohlspiegel befindet sich zwischen dem Elevations-Abtastspiegel und dem ebenen Aufzeichnungsmedium. Die Hohlspiegel bilden beide Abtastspiegel bei der Eingangspupille einer Endlinse ab. Durch diese bekannte Anordnung und geeignete Wahl des Krümmungsradius der Hohlspiegel sollen kleine Spiegel ermöglicht und Bildverzerrungen vermieden werden. Das obenerwähnte Problem eines schrägachsigen Hohlspiegels tritt dagegen nicht auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtasteinrichtung zu schaffen, bei der die nachteiligen Wirkungen einer Bildrotation infolge eines schrägachsig angeordneten Hohlspiegels vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Abtasteinrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

Durch die Erfindung wird die bei einer optischen Abtasteinrichtung der hier interessierenden Art auftretende Bildrotation in einfacher Weise kompensiert

Bei einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die optische Kopplung zwischen dem Azimuth- und dem Elevations-Abtastelement durch einen konkaven Spiegel erfolgt auf den ein Strahlungsbündel vom Azimuth-Abtastelement fällt ist der Spiegel bezüglich der Achse des Bündels geneigt und richtet die Strahlung auf einen oszillierenden ebenen Spiegel, der das Elevations-Abtastelement bildet und um im wesentlichen die gleiche optische Wegstrecke vom konkaven Spiegel entfernt ist wie das Azimuth-Abtastelement Der Elevations-Abtastspiegel ist um eine Achse hin- und herdrehbar gelagert die um einen kleinen Winkel bezüglich der Ebene des Spiegels geneigt ist, so daß die durch die von der Achse abweichende Neigung des konkaven Spiegels eingeführte Bildrotation kompensiert wird.

Dadurch, daß der Elevations-Abtastspiegel um eine Achse drehbar ist, die geringfügig gegen die Spiegelebene geneigt ist, tastet der Spiegel ein gekrümmtes Bild bzw. eine gekrümmte Bahn ab und dreht das Bild um einen Betrag, der der Bildkrümmung entspricht. Durch

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|| geeignete Wahl des Winkels zwischen der Spiegelebene in der Nähe der Brennebene des konkaven Spiegels M 3

Vi und der Spiegeldrehachse ist es daher möglich, die angeordnet ist Der ebene Spiegel A/ 4 hat eine in Rich-

|έ durch die außeraxiale Anordnung des konkaven Spie- tung parallel zur Drehachse O des Polygonspiegels 1

■fi gels des Kopplungssystems eingeführte Rotation durch langgestreckte Form, wie es in F i g. 2 dargestellt ist Der

!? die vom Elevations-Abtastspiegel bewirkte Rotation zu 5 Spiegel Λ/4 reflektiert die Strahlung auf einen Eleva-

.ji kompensieren. tions-Abtastspiegel M 5, der sich schwingend um eine

"' Wenn man einen doppelseitigen Elevations-Abtast- Achse Pdreht, die senkrecht zur Drehachse Odes PoIy-

ξ spiegel verwendet, kann das System für optische Ab- gonspiegels 1 verläuft Die vom oszillierenden Spiegel

tasteinrichtungen verwendet werden, die eine beleuch- A/5 reflektierte Strahlung wird von einer Linse L 3 auf-

tete zweidiniensionale Darstellung enthalten, wie eine io gefangen und auf einer Detektoranordnung D abgebil-

Anordnung von Lumineszenzdioden. det

Bei einer speziellen Ausführungsform der vorliegen- Die Schwingungsfrequenz des Elevations-Abtastspie-

den Erfindung kann der Elevations-Abtastspiegel also gels A/5 steht in einem solchen Verhältnis zur Drehzahl

zwei spiegelnde Seiten haben, von denen die eine eine des Azimuth-Abtastelements, d. h. des Polygonspiegels

Strahlung aufnehmende Optik zur räumlichen Auflö- is 1, daß die vereinigte Wirkung des rotierenden Polygon-

sung der empfangenen Strahlung und die andere eine spiegeis 1 und des oszillierenden Spiegels A/5 zur Folge

Anordnung von Lumineszenzdioden oder anderen hat, daß der Detektor aufeinanderfolgende Bereiche in

Lichtquellen abtastet Der Elevations-Abtastspiegel einer Folge von Azimuth- oder Zeilenabtastungen abta-

kann ein Satteldachspiegel mit spitzem Winkel sein, zum stet, die progressiv in Höhenrichtung abgelenkt werden,

Beispiel ein spitzwinkliges Prisma mit an den Scheitel 20 so daß sich eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Ra-

angrenzenden reflektierenden Flächen. Ein Prismenele- stern oder Bildern ergibt Die Frequenz der in Eleva-

ment kann im Strahlengang zwischen dem konkaven tions- oder Bildrichtung verlaufenden Abtastung wird

Spiegel und lichtemittierenden Dioden oder anderen durch Schwingungsfrequenz des Spiegels M 5 bestimmt

ggf. vorhandenen Lichtquellen angeordnet sein, um und die Frequenz der Zeilen-Abtastung durch die Dreh-

auch hier die Rotation zu korrigieren, die durch die von 25 zahl des Polygonspiegels 1.

der Achse abweichende Schrägstellung des konkaven Die optische Weglänge zwischen dem konkaven Spiegels verursacht wird (während die Neigung der Spiegel Λ/3 und dem schwingenden Spiegel A/5 ist im Schwingachse des Elevations-Abtastspiegels die Bild- wesentlichen gleich der optischen Länge zwischen dem drehung auf der Seite der die Strahlung aufnehmenden Spiegel A/3 und der reflektierenden Fläche des PolyOptik kompensiert 30 gonspiegels 1. Auf diese Weise werden extraaxiale BiId-Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin- fehler vermieden, da sich die effektive Pupille im Krümdung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu- mungsmittelpunkt des Spiegels A/3 befinden wird, der tert Es zeigt daher keinen Komafehler oder Astigmatismus verur-F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Übertragungs- oder sacht mit Ausnahme derjenigen, die sich durch die ge-Relaisoptik mit einer optischen Abtasteinrichtung ge- 35 ringfügige Schrägstellung der Achse ergibt,
maß einer Ausfühningsform der Erfindung, und Da der konkave Spiegel A/3, der einen Teil einer F i g. 2 eine schematische Schnittansicht in einer Ebe- Schmidt-Optik bildet etwas aus der optischen Achse nell-IlderFig. 1 herausgedreht ist rotiert das im optischen System er-Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung enthält einen zeugte Bild der Detektoranordnung während der Abtarotierenden, bei dem dargestellten Beispiel sechsecki- 40 stung. Dies kann zu einem Verlust an optischer Auflögen Polygonspiegel 1, der um seine Längsachse O dreh- sung führen, wenn die Detektoranordnung D optische bar ist, um eine Zeilen- oder Azimuth-Abtastung einer oder photoelektrische Strahlungsauffängerelemente Szene durch eine zweidimensionale Detektoranord- enthält.

nung D zu bewirken, die schematisch in F i g. 2 darge- Um die durch die aus der Achse gedrehte Anordnung

stellt ist Die Strahlung von der abgetasteten Szene wird 45 des Spiegels Λ/3 verursachte Bildrotation zu verhin-

auf die aufeinanderfolgenden Seitenflächen des rotie- dem, ist die Drehachse P des Elevations-Abtastspiegels

renden Polygonspiegels 1 durch eine nicht dargestellte A/5 um einen kleinen Winkel, der einige wenige Grad

afokale Teleskopoptik geworden, die die Abtastung des betragen kann, bezüglich der Ebene des Spiegels M 5

Polygonspiegels effektiv verkleinert und eine Anpas- geneigt Dies hat zur Folge, daß der Spiegel Λ/5 ein

sung an eine Systempupille bewirkt die sich effektiv auf 50 gekrümmtes Bild abtastet und das Bild um einen Betrag

den aufeinanderfolgenden Polygonflächen befindet. dreht, der dieser Krümmung entspricht. Der Winkel, um

Nach der Reflexion an einer der aufeinanderfolgen- den die Drehachse P bezüglich der Ebene des Spiegels

den Seitenflächen des rotierenden Polygonspiegels 1 Af 5 geneigt ist, wird so gewählt, daß die resultierende

wird das einfallende Strahlungsbündel durch ein in den Bilddrehung, die durch den Spiegel A/ 5 bewirkt wird,

Figuren 1 und 2 schematisch dargestelltes relaisopti- 55 die Drehung genau kompensiert, die durch die Schräg-

sches Kopplungssystem auf ein Elevations- oder Bildab- stellung des konkaven Spiegels M 3 verursacht wird.

tastelement geworfen. Bei der dargestellten Ausfüh-

rungsform enthält das optische Kopplungssystem einen Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

konkaven Abbildungsspiegel A/3, welcher etwa im Ab-

stand seines Krümmungsradius von der reflektierenden 60
Fläche des rotierenden Polygonspiegels 1 angeordnet
ist und dessen Achse einen kleinen Winkel mit der Achse des einfallenden Strahlungsbündels bildet. Wie F i g. 1
zeigt, kann diese Neigung der Achse des konkaven Spiegels M 3 wenige Grad betragen und dazu dienen, die 65
vom Spiegel M 3 reflektierte Strahlung auf einen ebenen Ablenkspiegel M 4 zu werfen, der außerhalb des
vom Polygonspiegel 1 reflektierten Strahlungsbündels

Claims

28 OO Patentansprüche:

1. Optische Abtasteinrichtung mit einem Azimuthund einem Elevations-Abtastelement, die optisch mittels eines konkaven Spiegel gekoppelt sind, welcher ein Strahlungsbündel vom Azimuth-Abtastelement auf einen das Elevations-Abtastelement bildenden hin- und herschwenkbar gelagerten ebenen Spiegel wirft und etwas bezüglich der Achse des vom Azimuth-Abtastelement einfallenden Strahlungsbündels geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (P) des das Elevations-Abtastelement bildenden ebenen Spiegels (MS) derart um einen kleinen Winkel bezüglich der Ebene dieses Spiegels gelagert ist, daß die durch die Schrägstellung des konkaven Spiegels (M 3) verursachte Bilddrehung wenigstens annähernd kompensiert wird.

2. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Elevations-Abtastelement bildende Spiegel (MS) zwei Spiegelflächen hat, von denen die eine die strahlungsempfangende Optik (M 3) zur räumlichen Auflösung der empfangenen Strahlung und die andere eine Anordnung von Lichtquellen, wie lichtemittierenden Dioden, abtastet;

und daß ein Prismenelement im optischen Strahlengang zwischen dem konkaven Spiegel und den von dem Elevations-Abtastelement abgetasteten Lichtquellen angeordnet ist, um die durch die Schrägstellung des konkaven Spiegels verursachte Drehung zu korrigieren.

3. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Elevations-Abtastelement bildende Spiegel (M 5) ein Dachspiegel mit kleinem Winkel ist

4. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dachziegel ein spitzwinkliges Prisma mit an den Scheitel angrenzenden reflektierenden Flächen enthält

5. Optische Abtasteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Wegstrecken zwischen dem konkaven Spiegel (MZ) einerseits und dem das Eleva- tions- Abtastelement bildenden ebenen Spiegel (MS) bzw. dem Azimuth-Abtastelement (1) wenigstens annähernd gleich sind.

6. Optische Abtasteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet so daß das Azimuth-Abtastelement ein rotierender Prismenspiegel (1) ist