DE3020342C2 - Optisch-mechanische Abtastvorrichtung - Google Patents
Optisch-mechanische AbtastvorrichtungInfo
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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.
Durchmesser -γ- beträgt.
Mit zunehmenden Drehwinkel Φ bis ΦηΒΧ 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.
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 ΦηΒΛ 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.
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 (2)
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.
Priority Applications (5)
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DE19803020342 DE3020342C2 (de) | 1980-05-29 | 1980-05-29 | Optisch-mechanische Abtastvorrichtung |
GB8114789A GB2076992B (en) | 1980-05-29 | 1981-05-14 | Astigmatism compensated optical scanning refractive polygon |
SE8103046A SE454027B (sv) | 1980-05-29 | 1981-05-15 | Optisk-mekanisk avsokningsanordning |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3020342A1 DE3020342A1 (de) | 1981-12-03 |
DE3020342C2 true DE3020342C2 (de) | 1985-10-03 |
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ID=6103473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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GB (2) | GB2076992B (de) |
SE (1) | SE454027B (de) |
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- 1981-05-27 FR FR8110590A patent/FR2483629B1/fr not_active Expired
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