SE442067B - Optisk svepanordning - Google Patents

Description

8402294-6 10 15 20 25 30 35 q_är svepverkningsgraden. vilken är beroende av förhållandet mellan strålningens utbredning över facetten och facettens storlek. Om avsökningen skall ske med hög frekvens måste an- tingen trumman rotera mycket fort eller också måste polygonen ha många sidor eller facetter. En polygon med många facetter måste ha en stor diameter. om den optiska invaríanten E skall bli stor. Detta gäller i synnerhet om svepverkningsgraden är hög (dvs. nära 1). eftersom varje facett då är stor i förhål- lande till den reflekterade strålens diameter.

I den svenska patentansökningen 8201306-l med samma sökande som för föreliggande ansökan beskrivs en optisk svepanordning. med vilken en effektivare avsökning åstadkommes och vilken har en roterande trumma med speglande facetter. i fortsättningen kallad spegelpolygon. som aktivt sveporgan för linjesvep. Ge- mensamt för de där beskrivna utföringsformerna är att strål- gången vid en linjeavsökning reflekteras två gånger mot samma roterande spegelpolygon. Vid den ena reflektionen är strål- diametern förhållandevis liten. Där bestäms svepanordningens verkningsgrad. Vid denna reflektion erhålles ett relativt måttligt bidrag till själva linjeavsökningen. vid den andra reflektionen däremot fyller strålningen ut facetten och följer med denna under varje linjesvep. Här erhålles det stora bidra- get till avsökningen. På detta sätt kan man med en spegelpoly- gon erhålla en relativt stor optisk invariant E trots att den har många facetter och liten nyckelvidd. Som bäst blir här s "'13 E54- (2-) N2'1 'X En ännu större förbättring av den optiska invarianten E erhål- les därigenom att anordningen enligt uppfinningen erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen. Ytterligare särdrag hos uppfinningen anges i övriga patentkrav.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritningarna. där fig. 1 visar principen för hur en extra facettföljning åstad- -kommes vid en utvändigt reflekterande polygon, 10 15 20 25 30 35 8402294--6 fig. 2 visar principen för hur en extra facettföljning åstad- kommes vid en invändigt reflekterande polygon. fig. 3 visar en sidovy. delvis i snitt, av en första utfö- ringsform av anordningen enligt uppfinningen. fig. 4 visar en perspektivvy av en andra utföringsform av anordningen enligt uppfinningen, fig. S visar en sidovy. delvis i snitt. av en tredje utfö- ringsform av anordningen enligt uppfinningen. och fig. 6 visar ett diagram för att åskådliggöra effekten av uppfinningen.

Såsom angivits ovan syftar uppfinningen till att vid givet D.

N och q ytterligare öka den optiska invarianten E. Detta sker genom att låta strålningen reflekteras mot samma såsom aktivt sveporgan använd. roterande spegelpolygon fler än två gånger och på sådant sätt att strålningen fyller ut och följer en facett vid dess rörelse med polygonen. Naturligtvis kan inte en sådan facettföljning åstadkommas hur som helst utan detta kan enbart ske enligt vissa nedan angivna i förväg bestämda regler.

Om dessa regler iakttas erhålles följande formel på den op- tiska invarianten f! ”WW-Er- N 'L (ba) där k är antalet reflektioner mot polygonens facetter.

Fig. l illustrerar hur varje extra facettföljning åstadkommas för en roterande utvändigt reflekterande polygon. Strålgången är redan arrangerad så att strålningen följer med polygonens rörelse och fyller ut facetten A. Hur detta åstadkommas kommer att beskrivas närmare i anslutning till fig. 3 - 5. Genom i strålgången insatta optiska komponenter. såsom de i det visade fallet insatta båda krökta speglarna 2 och 3. avbildas facet- ten A på eller i närheten av den diametralt motsatta facetten B med en förstoring. som är nära -l. Härvid bör observeras att själva den strålgång. som förs genom svepanordningen därvid 8402294--6 10 15 20 25 30 35 icke har sina respektive bildpunkter på facetterna. Avbild- å ningen av facetten A på eller nära facetten B med försto- ringen -l medför att strålningen följer med och fyller ut även facetten B. Härigenom erhålles ännu ett stort bidrag till den optiska invarianten E.

Fig. 2 visar att principen för extra facettföljning i enlighet med uppfinningen även kan överföras till fall med en invändigt reflekterande polygon 4. De optiska komponenterna. som utför avbildningen av facetten A på facetten B med förstoringen -1. representeras här av en lins 5.

Pig. 3 och 4 visar två olika utföringsformer med utvändig reflektion. där en roterande polygon reflekterar sammanlagt tre gånger. varav två med facettföljning.

Polygonen 6 i fig. 3 har två parallella rader av facetter 7 och 8. Facetterna i den övre raden 7 är konvexa och kan då antingen vara cylindriska eller sfäriska. Därigenom kommer varje facett i raden 7 att verka såsom ett aktivt optiskt strålavböjande element. För att underlätta förståelsen av de i figurerna visade svepanordningarna kommer dessa att beskrivas med utgångspunkt från detektorn. även om strålgången i själva verket löper i motsatt riktning.

En reläoptik. som i fig. 3 visas innefatta två linser 9 och 10 och en bländare ll, avbildar detektorn Dl på en punkt Pl nära en facett i raden 7. Strälgången reflekteras av facetten, som verkar såsom en fältspegel. En konkav spegel 12. som kan vara väsentligen sfärisk eller toroidisk. återför strålgången mot polygonen 6 och då mot en facett Al i den i fig. 3 nedre raden 8. Facetten A1 är lämpligen placerad rakt under den facett i den övre raden. mot vilken den första reflektionen sker. Efter reflektion mot facetten Al i raden 8 fokuseras strålningen i punkten P2. Dimensioneringen av spegeln 12. polygonen 6 och läget för punkten P2 är sådan. att strålningen vid reflektio- nen mot facetten Al nästan helt fyller ut denna åtminstone i polygonens rotationsriktning. Under ett svep löper punkten P2 10 15 20 25 30 35 84-0229Lï--6 över en bâgformig kurva i rymden. Pâ eller nära denna bågfor- miga kurva är en konkav spegel 13 placerad. vilken lämpligen kan vara cylindrisk eller sfärisk. Spegeln 13 fungerar som en fältspegel och riktar strålgângen mot ytterligare en konkav spegel 14, som kan vara väsentligen sfärisk eller toroidisk.

Spegeln 14 fokuserar strålgången på nytt i en punkt P3 efter reflektion mot en facett Bl i den undre raden 8 av facetter. vilken facett ligger mittemot facetten Al. Dimensioneringen av speglarna 13 och 14 i förhållande till polygonen är sådan att facetten Al avbildas på facetten Bl med förstärkningen -1.

En konkav spegel 15 fokuserar strålgången mot det objekt. vars IR-strålning skall avbildas. Om objektet är avlägset blir strålgången efter spegeln 15 nästan parallell. En vippspegel 16 är placerad i eller nära en pupill för strålgången under ett linjesvep. Vippspegeln 16 avböjer strålgången i vertikal- led. så att en bildavböjning åstadkommas.

I fig. 4 har den roterande polygonen 17 enbart en rad av speg- lande facetter. vilka är plana. Strålgången från detektorn D2 löper i denna utföringsform genom en annan typ av reläoptik 18. som är av Cassegrain-typ och således består av rent speg- lande komponenter. Denna typ av reläoptik kan i alla utfö- ringsformerna användas alternativt med reläoptiken 9 - ll 1 fig. 3.

En plan spegel 19 avböjer strålgången mot en facett A2. där den reflekteras och fokuseras i punkten Pa. En konkav spegel 20 är såsom en fältspegel placerad nära den av punkten Pa under ett svep beskrivna båglinjen och reflekterar strålningen mot en konkav spegel 21 på andra sidan om polygonen 17 via en planspegel 22.

Den konkava spegeln 21 kan vara en sfärisk eller asfärisk spegel. som via facetten B2 på polygonen 17 fokuserar strål- ningen i punkten Pb. Strâlkonen är vid facetten 82 lika bred som denna i rotationsriktningen sett. En konkav spegel 23. som 8402294-6 10 15 20 25 30 35 kan lämpligen vara cylindrisk eller sfärisk. är såsom fält- spegel placerad nära den av punkten Pb under ett svep över- löpta orten. avböjer strålningen mot ytterligare en sfärisk eller toroidisk spegel 24 på motsatta sidan av polygonen 17.

Spegeln 24 fokuserar strålningen mot Pc via en reflektion mott facetten A2 på polygonen 17. vid denna reflektion har i poly- gonens rotationsriktning sett strålkonen väsentligen samma bredd som facetten A2. strålningen reflekteras därefter av en sfärisk eller asfärisk konkav spegel 25. som fokuserar den mot det avlägsna objektet. som avsöks. Strålningen blir därför nära parallell. I en gemensam pupill för strålgången under ett svep är ett andra sveporgan placerat. som utför ett svep i mot sveporganet 17 vinkelrät riktning. Detta sveporgan kan vara en andra polygon försedd med speglande facetter men är i det visade fallet en vippspegel 26. Vid ena änden eller vid båda ändarna av den linje som Pc löper under ett svep är lämpligen temperaturreferenser T placerade.

Fig. 5 visar ännu en utföringsform. som skiljer sig från den som visas i fig. 4 enbart genom att strålgången förs mot poly- gonen 17 för ännu en reflektion en fjärde gång. Därför har de komponenter. som överensstämmer med den i fig. 4 visade utfö- ringsformen erhållit samma referensbeteckningar. I denna ut- föringsform är för åskâdlighets skull strålgången visad exakt fokuserad på de respektive fältspeglarna 20. 23. 27. även om detta icke är utfört exakt så i praktiken. Strålgângen från dioden D3 via reläoptiken 24 av Cassegrain-typ mot facetten A2 är icke vikt i denna utföringsform. men är i övrigt dimensio- nerad på samma sätt som vid elementen D2 och 18 i fig. 4.

Strâlgången går därefter liksom i fig. 4 via 20. 22. 21. B2. 23. 24. A2 till Pc. Vid orten för Pc är en konkav spegel 27 placerad. vilken kan lämpligen vara cylindrisk eller sfärisk.

Spegeln 27 viker strålgången mot ytterligare en sfärisk eller asfärisk konkav spegel 28 på andra sidan om polygonen 17. vilken spegel via reflektion mot facetten B2 fokuserar strål- gången mot Pd. Strålkonen fyller ut facetten B2 åtminstone i rotationsriktningen och följer facetten B2 nära nog exakt under ett linjesvep. Ännu en konkav spegel 29. som kan vara 10 -15 20 25 30 35 8402294-6 sfärisk eller asfärisk. fokuserar strålgången på det avsökta objektet, varvid strålgången därför blir nära parallell. En víppspegel 30 åstadkommer bildsvepet. när svepanordningen en- ligt uppfinningen är anordnad i en svepoptikkamera. såsom en IR-kamera. Temperaturreferenser är lämpligen placerade vid änden av den krökta banan för Pd (icke visat).

Fig. 6 åskådliggör de maximala prestanda. som erhålles då strålgången får reflektera mot polygonen 1. 2. 3 och 4 gånger. varvid uppfinningen omfattar de båda sistnämnda fallen. Svep- verkningsgraden är angiven utmed abskissan och den relativa optiska invarianten Erel utmed ordinatan. Såsom framgår av detta diagram erhålles den högsta relativa optiska invarianten för en enda reflektion. när svepverkningsgraden q,är 0.5. Det är således av principiella skäl ogynnsamt vid enbart en reflektion att ha en verkningsgrad hos systemet som alltför mycket avviker från 0,5. vid två reflektioner och facettfölj- ning däremot erhålles den maximala relativa optiska invarian- ten vid nästan optimal svepverkningsgrad. Såsom framgår av diagrammet ökar emellertid den uppnåeliga relativa optiska invarianten med en enhet för varje ytterligare reflektion mot polygonen med full facettföljning. så att redan vid fyra reflektioner den maximalt erhållníngsbara relativa optiska invarianten är två gånger så stor som för två reflektioner. Nu är det av olika skäl lämpligt att icke ha svepverkningsgraden riktigt lika med 1 utan välja en något lägre svepverknings- grad. Svepverkningsgraden är ju som nämnts ovan beroende av förhållandet mellan strålkonens och facettens bredder vid reflektionen närmast detektorn, och det är icke lämpligt att fokusera direkt på facetten. eftersom små defekter i facett- ytan då skulle få en mycket stor betydelse. Emellertid framgår det tydligt av fig. 6 att man kan få ett ytterst gott extra bidrag till den relativa optiska invarianten Erel även vid lägre verkningsgrader.

Många varianter är möjliga inom ramen för uppfinningen. 8402294-6 10 Exempelvis visas i alla utföringsformerna att strålgângen löper från ett objekt, som avsöks. Det är uppenbart att också den omvända strâlgângen genom systemet faller inom ramen för uppfinningen. så att detektorn D1. D2 kan bytas ut mot en modulerad ljuskälla. såsom en lysdiod eller en laser. och strålningen via det optiska systemet upptecknas på en skärm.

Det ligger också inom ramen för uppfinningen att ha två optik- system med inbördes olika riktningar på strâlgången och låta signalen från detektorn styra modulationen av ljuskällan.

Detta senare är känd teknik i och för sig och beskrivs i den ovan angivna svenska patentansökningen 820â306=1.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 8402294-6 PötQDtKIåV

1. Svepanordning för att i åtminstone en dimension utföra op- tiska svep över ett område, innefattande en roterande trumma (6: 17) med ett flertal speglande facetter (Al, Bl: A2. B2) jämnt fördelade omkring trummans periferi, en strålningsdetek- tor (Dl; D2; D3) eller strålningskälla placerad i änden av strålgången inuti svepanordningen, stationära optiska element (12 - 15; 20 - 25; 20 - 29) med strålböjande egenskaper place- rade utanför trumman för att föra och återföra strålgången mot trumman så, att den närmast detektorn eller strålningškällan liggande reflektionen mot en facett på trumman har liten ut- bredning i förhållande till facettens utbredning, k ä n n e - t e c k n a d av att de stationära optiska elementen (12 - - 15: 20 - 25: 20 - 29) är anordnade att föra strålgången för reflektion mot trumman minst tre gånger, att låta strålgången för varje reflektion mot trumman utöver den närmast detektorn eller strålningskällan liggande väsentligen troget följa med trumman i dess rörelse, och i trummans rotationsriktning ha väsentligen fullständig utbredning över varje facett, mot vilken reflektion sker, och att låta de inbördes avbildningar- na mellan facetter med reflektion med väsentligen fullständig utbredning ske mot diametralt motstående facetter med försto- ringen ungefär -l.

2. Svepanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att trumman (6: 17) har två rader (7. 8) av speglande facet- ter, där den första raden (7) innefattar konvext krökta facet- ter och den andra raden (8) innefattar plana facetter, varvid den närmast detektorn (Dl) eller strålningskällan anordnade reflektionen mot trumman är anordnad att ske mot en facett i den första raden och de övriga reflektionerna mot inbördes motstående facetter (A1. Bl) i den andra raden.

3. Svepanordning enligt krav 1 eller 2. k ä n n e t e c k - n a d av att trumman (17) har en enda rad med facetter. vilka är plana. 10 8402294-6 10

4. Svepanordning enligt något av föregående krav. k ä n n e - t e c k n a d av att de optiska elementen mellan de reflek- tioner mot trumman, som troget följer med trumman i dess rota- tion, innefattar en krökt fältspegel (13: 23, 27) och en kon- kav spegel (14: 24. 28).

5. Svepanordning enligt krav 4, k ä n n e t e c K n a d av att också de optiska elementen mellan den reflektion mot trum- man, som inträffar närmast detektorn (D2: D3), och nästpåföl- jande reflektion mot trumman också innefattar en krökt fält- spegel (20) och en konkav spegel (21), och att alla reflektio- nerna mot trumman sker mot omväxlande motstående facetter (A2. BZ) på trumman.