DE3020342C2

DE3020342C2 - Optisch-mechanische Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE3020342C2
Application number: DE19803020342
Authority: DE
Inventors: Josef-Ferdinand Dipl.-Ing. 2392 Glücksburg Menke
Original assignee: Elektro-Optik & Co Kg 2392 Gluecksburg De GmbH
Current assignee: Elektro-Optik & Co Kg 2392 Gluecksburg De GmbH
Priority date: 1980-05-29
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1985-10-03
Also published as: DE3020342A1; SE8103046L; GB2076992A; SE454027B; GB8322014D0; GB2131569B; FR2483629A1; FR2483629B1; GB2131569A; GB2076992B

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung zur Erzeugung von kartesischen Bildern mit Hilfe von Wärmestrahlen, bei der die Abtastung mittels eines refraktiven Polygons mit planparallelen Flächenpaaren erfolgt.

Es ist bekannt, daß Bilder, die von refraktiven Polygonen entworfen werden, mit Abbildungsfehlern behaftet sind, nämlich mit Bildfeldwölbungsfehlern und Astigmatismus, hervorgerufen durch den Parallelversatz des Zentralstrahles.

Bei geschränkten Polygonen mit planparallelen Flächenpaaren nach dem Stand der Technik (DE-OS 21 16 469) ergibt sich eine Auswanderung der Bildebene y' um einen Betrag von Ay'. Diese Auswanderung der Bildebene y ist in F i g. 4 dargestellt, und zwar an Hand einer planparallelen Platte mit der Dicke »</« (= zwei einander gegenüberliegende Polygonflächen), die einmal in der senkrechten Grundstellung und zum anderen um den Winkel Φ geschwenkt gezeigt ist Aus den Figuren ist erkennbar, daß die Bildebene y" aus ihrer Lage bei senkrechtem Auftreffen des Mittenstrahles des konvergierenden Strahlenbüschels auf die Polygonfläche um den Betrag Ay' in die Lage y' auswandert, wenn das Polygon um den Winkel Φ gedreht wird. In der ursprünglichen Bildebene y", in welcher der IR-Detektor fest angeordnet ist, bilden die sich in y' punktförmig schneidenden Strahlen daher einen Streukreis, dessen

Ay
Durchmesser -γ- beträgt.

Mit zunehmenden Drehwinkel Φ bis Φ_ηΒΧ wächst auch dieser Durchmesser von

2„

Dies ist in Fig.5 gezeigt. Für eine vom menschlichen Auge noch etwa als punktförmig empfundene Abbildungdarf

35

60

b5

nicht größer als etwa 2^6 χ 10-³mm betragen.

Dies gilt aber nicht nur für die Drehung um die horizontale optische Achse sondern genauso für die Drehung um die vertikale optische Achse, d. h. für die Neigung der Drehachse des Polygons relativ zum Mittenstrahl des Strahlenbüschels.

Der genaue Wert von Ay' läßt sich dabei für eine bestimmte Winkelstellung #des Polygons nach der Formel

COSf ' COS ΐ' J

errechnen, in der

d =

π =

ω =

a =

ε =

wobei

Schlüsselweite des Polygons,

Brechungsindex des Polygons,

Flächenwinkel 360/F,

Bildwinkel,

Winkel zwischen der Apertur und dem Lot zur

Fläche ist.

25

sin ω sine

und

30 ε ε

= η · sin of = η · sin έ

= tg/7+tgy

♦f

Φ + η

ist Dabei ist Φ gleich der momentanen Winkelstellung des Polygons.

Die Formel ist im einzelnen nicht näher erläutert, da dieselbe dem Fachmann durchaus geläufig und z. B. in DE-OS 27 39 119 genau beschrieben ist.

Zur Korrektur der Bildfeldwölbung und des Astigmatismus ist es aus dieser DE-OS 27 39 119 bereits bekannt, eine oder mehrere Korrekturlinsen in den Strahlengang einzufügen, die entsprechend der Schlüsselweite des Polygons sowie dessen Brechungsindex und Flächenzahl derart berechnet sind, daß damit der Astigmatismus und die Bildfeldwölbung korrigiert werden können. Außerdem ist bereits vorgeschlagen worden, diese Bildfehler mit Hilfe von Luftlinsen zu korrigieren, die innerhalb des Polygons angebracht sind. Bei allen genannten Korrekturmaßnahmen handelt es sich jeweils um technisch einwandfreie Korrekturen. Allerdings sind diese Korrekturen technisch nur sehr schwer durchzuführen. Die Herstellung der Korrekturlinsen ist aufwendig, und das Anbringen einer Luftlinse erfordert eine Zweiteilung des Polygons.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Abtastvorrichtung der angegebenen Art derart zu gestalten, daß die Korrektur bzw. die Kompensation der einachsig auftretenden Bildfehler in einfacher Weise möglich ist.

Diese Aufgabe ist sowohl durch eine optisch-mechanische Abtastvorrichtung gelöst, welche die Merkmale des Anspruches 1 besitzt, als auch durch eine optischmechanische Abtastvorrichtung, welche die Merkmale des Anspruches 2 aufweist.

Bei einer Vorrichtung nach Anspruch 1 wird die Kompensation des Astigmatismus dadurch bewirkt, daß sich der Winkel der planparallelen Polygonfiächcn hierbei zu dem Polygonneigungswinkel β addiert bzw. subtrahiert.

Wenn man davon ausgeht, daß eine gewisse Fehlergröße zulässig ist, so kann man den kleinsten mittleren Fehler in einer derartigen Abtastvorrichtung so hinlegen, daß es der mittlere Fehler zwischen sinem Maximum und Minimum ist Dies ist im Sinne der Lösung der angegebenen Aufgabe dann der Fall, wenn — wie eingangs an Hand der F i g. 4 und 5 erläutert — die vertikale optische Achse (= Drehachse des Polygons) ebenfalls um den Winkel Φ_ηΒΛ geneigt ist.

Eine weitere Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe kann mit Hilfe eines in dem Strahlengang angeordneten Umlenkspiegels erreicht werden. Wird hierbei die reflektierende Fläche des Spiegels als asphärische Fläche ausgeführt, so bewirkt der Spiegel im Strahlengang ebenso in einfacher Weise eine Korrektur bzw. Kompensation des Astigmatismus, wie das vorstehend genannte Schrägstellen des Polygons.

Der asphärische Spiegel läßt sich dabei besonders leicht dadurch herstellen, daß ein an sich p!"vner Spiegel mittels einer Vorrichtung in der Weise mechanisch durchgebogen wird, daß sich ein asphärischer Verlauf der spiegelnden Fläche ergibt.

Die exakten Daten sowohl für die Schrägstellung des Polygons als auch für die Bemessung des asphärischen Umlenkspiegels müssen für die einzelnen Abtastvorrichtungen individuell berechnet werden. Sie hängen im wesentlichen von den folgenden Größen ab:

— Schlüsselweite des Polygons,

— Polygonflächenzahl,

— Drehwinkel,

— Bildverhältnis,

— Brechungsindex,

— Brennweite des Eingangsobjektivs.

In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Abtastvorrichtung mit Eintrittsobjektiv und schräggestelltem Polygon,

F i g. 2 schematisch eine Abtastvorrichtung mit einem in dem Strahlengang angeordneten aphärischen Umlenkspiegel,

F i g. 3 schematisch eine Vorrichtung gemäß F i g. 2, bei der der asphärische Umlenkspiegel durch mechanische Durchbiegung eines an sich planen Spiegels erzeugt wird,

F i g. 4 schematisch die Verlagerung der Bildebene bei Drehung einer planparallelen Platte in einem konvergenten Strahlengang, und

F i g. 5 schematisch die Größe des Streukreises in Abhängigkeit vom Drehwinkel «Pder Platte.

In Fig. 1 ist mit 1 das Eintrittsobjektiv einer optischen Abtastvorrichtung bezeichnet, die als scannendes optisches Element ein refraktives Polygon 2 mit planparallelen Polygon-Flächenpaaren, z. B. 2a; 2b enthält. jedes Polygon-Flächenpaar ist unter einem anderen Winkel zur Mittelachse 3 des Polygons geneigt.

In Lichtrichtung hinter dem Polygon ist ein Detektor 4 angeordnet, der mittels einer Transformationsoptik 5 optisch auf den hinteren Polygon-Umfang verlagert wird.

Zur Korrektur der Bildfehler steht das Polygon schräg im Strahlengang, d. h. seine Mittelachse 3 ist zur Rotationsachse 6 um einen Winkel β geneigt. Bei der Drehung des Polygons um den Winkel Φ addieren bzw. subtrahieren sich daher der Winkel β und die verschiedenen Winkel y. Dadurch wird die erforderliche Korrektur in einfacher Weise erreicht.

Die genaue Bemessung des Winkels β ist bei jeder Abtastvorrichtung verschieden und hängt von den eingangs genannten optischen Größen ab.

In F i g. 2 ist wiederum mit 1 das Eintrittsobjektiv bezeichnet, dem ein Umlenkspiegei 7 nachgeordnet ist Das Polygon 2 sitzt in diesem Ausführungsbeispiel gerade im Strahlengang, d. h. seine Mittelachse und seine Rotationsachse fallen zusammen. Der Detektor 4 und die Transformationsoptik 5 sind in gleicher Weise vorhanden, wie im Ausführungsbeispiel der F i g. 1.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch zwischen dem Polygon 2 und der Transformationsoptik 5 ein weiterer Umlenkspiegel 8 angeordnet Dieser Umlenkspiegel 8 ist ein asphärischer Spiegel, der gemäß der Erfindung die Korrektur der Bildfehler bewirkt Seine genauen optischen Daten sind wiederum bei jeder Abtastvorrichtung verschieden und von den übrigen Daten der Vorrichtung abhängig.
In F i g. 3 ist angedeutet, daß der asphärische Spiegel 8 in einfacher Weise dadurch hergestellt werden kann, daß ein an sich planer Spiegel mechanisch in Richtung der eingezeichneten Pfeile A und B durchgebogen wird. Dies ist deshalb möglich, weil die zur Bildfehlerkorrektur erforderliche Krümmung des Umlenkspiegels 8 nur gering zu sein braucht.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisch-mechanische Abtastvorrichtung, insbesondere für Wärmestrahlen, bei der die Abtastung mittels eines rotierenden refraktiven Polygons mit paarweise parallelen Planflächen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des astigmatischen Fehlers, der sich im Zuge der Rotation des Polygons (2) durch unterschiedlich schräges Auftreffen auf die Polygonflächen (2a; 2b) ergibt, die Achse (3) des Polygons zum einfallenden Strahl geneigt ist

2. Optisch-mechanische Abtastvorrichtung, insbesondere für Wärmestrahlen, bei der die Abtastung mittels eines rotierenden refraktiven Polygons mit paarweise parallelen Planflächen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des astigmatischen Fehlers, der sich im Zuge der Rotation des Polygons (2) durch unterschiedlich schräges Auftreffen auf die Polygonflächen ergibt, in den Strahlengang ein nicht-rotationssymmetrischer asphärischer Spiegel (8) einbezogen ist.