DE2705412A1

DE2705412A1 - Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2705412A1
Application number: DE19772705412
Authority: DE
Inventors: Douglas Charles John Reid; Peter Waterworth
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1976-02-13
Filing date: 1977-02-09
Publication date: 1977-08-18
Also published as: ZA77589B; US4101193A; FR2341145A1; GB1561651A; FR2341145B1; NL7701261A

Description

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. Ilans-Jürgen Müller

Dr.rer.nat. Dipl.-Chem. Thomas Berendt Dr.-Ing.Hans Leyh

Lucile-Gränn-Str. 38, 8000 München 60

Lh/Pr Λ 14

PLESSLY HANDEL UND INVESTMENTS A.G. Gartenstrasse 2, Zug (Schweiz)

Abtastvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein drehbares, mit einer Vielzahl von Facetten versehenes Polygon vorgesehen, dessen Facettenfläche optisch reflektierend ist, eine im Abstand von dem Polygon angeordnete Aufzeichnungseinrichtung, die parallel zur Drehachse des Polygons bewegbar ist, eine Einrichtung zum Erzeugen von wenigstens einem Paar von Lichtstrahlen, wobei die Lichtstrahlen jedes Paares in unterschiedlichen Winkeln auf die Facettenfläche, die durch die Strahlen beleuchtet werden, in nicht überlappender Weise in Kontakt miteinander kommen, eine Moduliereinrichtung zum Modulieren des oder der Paare von Lichtstrahlen, und eine Fokussiereinrichtung zwischen dem Polygon und der Aufzeichnungseinrichtung, um jedes Paar Lichtstrahlen, das von dem Polygon reflektiert worden ist, auf der Aufzeichnungseinrichtung aufzuzeichnen.

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Vorzugsweise umfaßt die LichterZeugungseinrichtung eine Einrichtung zum Aussenden von Laserwellen, um wenigstens einen Lichtstrahl zu erzeugen, eine Fokussiereinrichtung, um jeden Lichtstrahl auf eine zugehörige Öffnung der Moduliereinrichtung zu fokussieren, eine Kollimatoreinrichtung, zum Richten ,jedes modulierenden Lichtstrahles, einen Strahlteiler zum Teilen jedes gerichteten Lichtstrahls in ein Paar von Lichtstrahlen, wobei ein Lichtstrahl jedes Paares direkt auf die Facettenfläche gerichtet ist, sowie Ablenkeinrichtungen, um den anderen Lichtstrahl jedes Paares auf die Facettenfläche abzulenken.

Zweckmäßigerweise umfaßt die Lienterzeugungseinrichtung ferner Einrichtungen, um wenigstens einen Lichtstrahl zu erzeugen, der sequentiell in linearer Weise geschaltet werden kann, eine Fokussiereinrichtung, um sequentiell geschaltete Lichtstrahlen auf eine zugehörige Öffnung der Moduliereinrichtung zu fokussieren, eine Kollimatoreinrichtung, um die sequentiell geschalteten modulierten Lichtstrahlen zu richten, einen Strahlteiler, um jeden dieser Strahlen in ein Paar von Lichtstrahlen aufzuteilen.

Vorteilhafterweise ist ferner ein Blitz-Sturm-Analysator (lightning storm analyser) vorgesehen, der mit der vorbeschriebenen Vorrichtung ausgestattet ist, wobei das drehbare, mit Facetten versehene Polygon auf seiner Facettenfläche in einer Richtung parallel zur Drehachse eine lineare Reihe oder ein Feld von Lichtstrahlen aufnimmt, wobei die Lichterzeugungseinrichtung einen Strahlteiler aufweist, um in einer Richtung

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parallel zu seiner Hauptachse die lineare Reihe von Lichtstrahlen derart aufzunehmen, daß jeder Lichtstrahl der linearen Reihe in ein Paar von Lichtstrahlen unterteilt wird, wobei ferner die Modulatoreinrichtung eine lineare Reihe oder ein lineares Feld von öffnungen aufweist, von denen jede in der Lage ist, gleichzeitig ein elektrisches Feldstärkensignal und einen Lichtstrahl aufzunehmen, so daß ein lineares Feld von Lichtstrahlen von dem Modulator abgegeben bzw. ausgesandt wird.

Beispielsweise Ausfiihrungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch eine vollständige Abtastvorrichtung nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 bis 6 zeigen schematisch verschiedene Stufen der Abtastung.

Die Abtastvorrichtung umfaßt ein mit einer Vielzahl von Facetten versehenes Polygon 1, dessen Facettenfläche 2 eine Anzahl von Facetten AB, BC, CD usw. aufweist, von denen jede optisch reflektierend ist. Das Polygon 1 ist um eine Achse 1a drehbar, beispielsweise in der durch den Pfeil R angezeigten Richtung.

Eine Aufzeichnungseinrichtung 3, beispielsweise ein fotografischer Film, ist im Abstand vom Polygon 1 angeordnet und in einer Richtung parallel zur Drehachse 1a des Polygons 1 bewegbar.

Ein Paar Lichtstrahlen 4a und 4b wird durch eine Lichterzeugungseinrichtung erzeugt, die im Abstand vom PoIy-

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gon 1 angeordnet ist und die einen Laser 5, eine Fokussierlinse 6, eine Kollimatorlinse 7» einen Strahlteiler 8 und einen Ablenkspiegel 9 aufweist.

Der Laser 5, der beispielsweise in seiner fundamentalen Arbeitsweise arbeitet, erzeugt einen Lichtstrahl 4, der zuerst durch die Fokussierlinse 6 läuft. Die Fokussierlinse 6 fokussiert den Lichtstrahl 4 auf eine zugeordnete Öffnung eines Modulators 10, der zwischen der Fokussierlinse 6 und der Kollimatorlinse 7 angeordnet ist.

Der modulierte Lichtstrahl 4 wird dann durch die Kollimatorlinse 7 parallel gerichtet, worauf der Lichtstrahl 4 auf den Strahlteiler 8 fällt.

Der Strahlteiler 8 unterteilt den Lichtstrahl 4 in- ein Paar Lichtstrahlen 4a und 4b. Der Lichtstrahl 4a wird direkt auf die Facettenfläche 2 gerichtet, so daß dadurch ein Bereich 11 der Facettenfläche BC beleuchtet wird. Der Lichtstrahl 4b wird aus dem Strahlteiler 8 rechtwinkelig zum Lichtstrahl 4a abgegeben und auf die Facettenfläche 2 des Polygons 1 über einen Ablenkspiegel 9 abgelenkt, derart, daß ein Bereich 12 der Facettenfläche CD dadurch beleuchtet wird. Die Lichtstrahlen 4a und 4b werden somit mit unterschiedlichen Winkeln auf die Facettenfläche 2 geworfen, so daß zwischen ihnen ein Winkel <* vorhanden ist, und wobei die Bereiche 11 und 12 einander gerade berühren, ohne sich jedoch zu überlappen.

Die Lichtstrahlen 4a und 4b werden von der Facettenfläche 2 reflektiert und durch eine Fokussierlinse auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmittels 3 fokussiert.

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Wenn sich das Polygon 1 um einen Facettenwinkel dreht, d.h. um den Winkel, der von einer Facette bezüglich der Drehachse umschlossen wird, werden zwei vollständige Abtastungen der Aufzeichnungseinrichtung 3 erreicht, wobei die einzelnen Stufen dieses Vorgangs schematisch in den Fig. 2 bis 6 gezeigt sind.

In Fig. 2 ist schematisch ein Teil der Abtasteinrichtung nach Fig. 1 vor der Drehung des Polygons 1 in der durch den Pfeil R angezeigten Richtung dargestellt, d.h. der Wert des Winkels 0 ist Null.

Der Lichtstrahl 4a wird direkt auf die Facettenfläche 2 gerichtet, wodurch der Bereich 11 der Facette BC beleuchtet wird. Der Lichtstrahl 4b wird in einem Winkel auf die Facrttenfläche 2 geworfen, wodurch der Bereich 12 der Facette CD beleuchtet wird. Die Lichtstrahlen 4a und 4b werden daher in unterschiedlichen Winkeln auf die Facettenfläche 2 geworfen, so daß zwischen ihnen der Winkel <x auftritt, wobei die Bereiche 11 und 12 sich gerade berühren, sich Jedoch nicht überlappen.

Der Lichtstrahl 4a wird von der Facettenfläche 2 reflektiert und durch die Fokussierlinse 13 auf einen Punkt X auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 fokussiert. Der Punkt X ist der Beginn der Abtastung, die von dem Aufzeichnungsmittel 3 aufgezeichnet wird.

Der Lichtstrahl 4b wird von der Facettenfläche 2 reflektiert und durch die Fokussierlinse 13 auf einen Punkt Z auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 fokussiert. Der Punkt Z ist das Ende der von der Aufzeichnungseinrichtung 3 aufgezeichneten Abtastung.

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In Fig. 3 ist das Polygon 1 in Richtung des Pfeiles R um einen Winkel 0₂ gedreht worden.

Die Lichtstrahlen 4a und 4b werden daher in unterschiedlichem Winkel auf die Facettenfläche 2 geworfen, so daß sie den Winkel oc zwischen sich einschließen, und die Bereiche 11 und 12 gerade in Kontakt miteinander kommen, ohne sich zu überlappen. Infolge der Drehung des Polygons 1 haben sich die Bereiche 11 und 12 längs der Facettenfläche 2 in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung bewegt.

Der Lichtstrahl 4a wird von der Facettenfläche 2 derart reflektiert, daß der zugehörige reflektierte Lichtstrahl gesammelt und durch die Fokussierlinse 13 auf einen Punkt Y auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 fokussiert wird. Der Punkt Y liegt zwischen dem Punkt X und dem Punkt Z. Die auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 aufgezeichnete Abtastung für den reflektierten Lichtstrahl, der dem Lichtstrahl 4a zugeordnet ist, hat sich vom Punkt X in Drehrichtung zum Punkt Y verschoben.

Infolge der Bewegung des Bereiches 12 entsteht jedoch beim Lichtstrahl 4b eine Vignettierung (Unscharfe) an der Schnittlinie der Facetten CD und BC, in der Weise, daß ein Paar zugehöriger reflektierter Lichtstrahlen in solcher Weise von der Facettenfläche 2 emittiert werden, daß sie nicht gesammelt und durch die Fokussierlinse 13 fokussiert werden. Die auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 aufgezeichnete Abtastung ist somit diejenige, die dem Lichtstrahl 4a zugeordnet ist.

Nach Fig. 4 ist das Polygon 1 weiter in Richtung des Pfeiles R um den Winkel 0, gedreht worden. Der Licht-

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strahl 4a wird von der Facettenfläche 2 so reflektiert, daß der zugehörige reflektierte Lichtstrahl gesammelt und durch die Fokussierlinse 13 auf den Punkt Z der Aufzeichnungseinrichtung 3 fokussiert wird. Die auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 für den reflektierten Lichtstrahl, der dem Lichtstrahl 4a zugeordnet ist, aufgezeichnete Abtastung hat sich somit vom Punkt Y in Drehrichtung zum Punkt Z verschoben.

Der Lichtstrahl 4b wird von der Facettenfläche 2 derart reflektiert, daß der zugehörige reflektierte Strahl gesammelt und durch die Fokussierlinse 13 auf einen Punkt X auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 fokussiert wird.

In Fig. 5 ist das Polygon 1 weiter in Richtung des Pfeiles R bis zum Winkel 0^ gedreht worden.

Infolge der weiteren Drehung des Polygons 1 haben sich die Bereiche 11 und 12, die den Lichtstrahlen 4a und 4b zugeordnet sind, weiter in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Polygons 1 bewegt, derart, daß der Bereich 11 einen Teil von beiden Facetten BC und AB beleuchtet, während der Bereich 12 einen Teil der Facette BC beleuchtet. Infolge der Bewegung des Bereiches 11 tritt bei dem Lichtstrahl 4a eine Vignettierung an der Schnittlinie der Facetten BC und AB auf, so daß ein Paar zugehöriger reflektierter Strahlen derart von der Facettenfläche 2 zurückgeworfen bzw. abgegeben werden, daß sie nicht gesammelt und durch die Fokussierlinse 13 fokussiert werden.

Der Lichtstrahl 4b wird von der Facettenfläche 2 so reflektiert, daß der zugehörige reflektierte Lichtstrahl gesammelt und durch die Fokussierlinse 13 auf

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einen Punkt Y auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 fokussiert wird. Die Abtastung, die auf dem Aufzeichnungsmittel 3 für den dem Lichtstrahl 4b zugeordneten reflektierten Strahl aufgezeichnet worden ist, hat sich somit vom Punkt X zum Punkt Y verschoben. Die auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 aufgezeichnete Abtastung ist somit diejenige, die dem Lichtstrahl 4b zugeordnet ist.

In Fig. 6 ist das Polygon 1 weiter in Richtung des Pfeiles R bis zum Winkel 0c gedreht worden, d.h. um einen vollständigen Facettenwinkel.

Der Lichtstrahl 4a wird von der Facettenfläche 2 derart reflektiert, daß der zugehörige reflektierte Lichtstrahl gesammelt und durch die Fokussierlinse 13 auf den Punkt X des Aufzeichnungsgerätes 3 fokussiert wird.

Der Lichtstrahl 4b wird von der Facettenfläche 2 so reflektiert, daß der zugehörige reflektierte Lichtstrahl gesammelt und durch die Fokussierlinse auf den Punkt Z des Aufzeichnungsgerätes 3 fokussiert wird.

Bei einer Drehung des Polygons 1 um einen vollen Facettenwinkel sind somit zwei vollständige Abtastungen auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 aufgezeichnet worden.

Die auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 aufgezeichneten Daten stellen eine Anzahl von Abtastungen unterschiedlicher Intensität dar. Die Intensität der auf der Aufzeichnungseinrichtung 3 zwischen den Punkten X und Z aufgezeichneten Abtastungen steht in direkter Beziehung zur Intensität des vom Modulator 10 emittierten Lichtstrahles.

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Die vorbeschriebene Abtastvorrichtung kann modifiziert werden insofern, als die Lichterzeugungseinrichtung einen Laser umfaßt, der in der Lage ist, sequentiell einen Lichtstrahl in linearer Weise in jede einer Anzahl von Positionen zu schalten. Jeder dieser sequentiell geschalteten Lichtstrahlen wird dann durch eine Fokussierlinse geführt, die die Lichtstrahlen auf einen Modulator fokussiert, der ein lineares Feld von öffnungen hat, von denen jede geeignet ist, separat einen der sequentiell geschalteten Lichtstrahlen aufzunehmen. Nach der Modulation wird jeder der sequentiell geschalteten Lichtstrahlen durch eine Kollimatorlinse gerichtet und dann auf einen Strahlteiler geleitet. Der Strahlteiler kann alle sequentiell geschalteten Lichtstrahlen aufnehmen, und er teilt jeden der Lichtstrahlen in ein Paar von Lichtstrahlen.

Eine Anwendung der vorbeschriebenen Abtasteinrichtung ist ein Blitz-Sturm-Analysator (lightning storm analyser), der ein drehbares, mit Facetten versehenes Polygon aufweist, das auf seiner Facettenfläche parallel zu seiner Hauptachse ein lineares Feld von Lichtstrahlen aufnehmen kann.

Der Analysator ist ferner mit einer Lichterzeugungseinrichtung versehen, die einen Strahlteiler umfaßt, der parallel zu seiner Hauptachse das lineare Feld von Lichtstrahlen aufnehmen kann, beispielsweise eine Reihe oder ein Feld von 80 Lichtstrahlen. Der Strahlteiler teilt jeden der Lichtstrahlen des linearen Feldes in ein Paar von Lichtstrahlen.

Der Analysator kann ferner eine Moduliereinrichtung aufweisen, die ein lineares Feld von öffnungen be-

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sitzt. Jede der öffnungen ist geeignet, gleichzeitig ein Feldstärkensignal und einen Lichtstrahl aufzunehmen, derart, daß ein lineares Feld von Lichtstrahlen vom Modulator emittiert wird.

In dem Analysator ist die Aufzeichnungseinrichtung in der Lage, gleichzeitig eine Anzahl von Lichtstrahlen aufzuzeichnen, die von der Facettenfläche des Polygons reflektiert worden sind. Die durch die Aufzeichnungseinrichtung empfangenen Daten haben die Form einer Anzahl von Abtastungen mit variierender Lichtintensität.

Eine Hauptanwendungsmöglichkeit der Abtastvorrichtung liegt in der Analyse von Gewittern (lightning storm), die Vorrichtung kann aber auch zur Aufzeichnung anderer großer Mengen von Daten verwendet werden, bei denen eine hohe Datenaufzeichnungsgeschwindigkeit erforderlich ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Abtastvorrichtung, gekennzeichnet durch ein drehbares, mit einer Vielzahl von Facetten versehenes Polygon (1), dessen Facettenfläche (2) optisch reflektierend ist, eine Aufzeichnungseinrichtung (3) im Abstand vom Polygon (1), die parallel zu dessen Drehachse bewegbar ist, eine Einrichtung zur Erzeugung von wenigstens einem Paar von Lichtstrahlen (4a, 4b), die in unterschiedlichen Winkeln auf die Facettenfläche (2) richtbar sind, wodurch Bereiche (11, 12) der Facettenfläche (2) durch die Strahlen (4a, 4b) beleuchtbar sind, die miteinander ohne sich zu überlappen in Berührung stehen, eine Moduliereinrichtung (10) zum Modulieren des oder der Paare von Lichtstrahlen (4a, 4b), und eine Fokussiereinrichtung (13), die zwischen dem Polygon (1) und der Aufzeichnungseinrichtung (3) angeordnet ist, um jedes Paar Lichtstrahlen, das von dem Polygon (1) reflektiert worden ist, auf die Aufzeichnungseinrichtung (3) zu fokussieren.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichterzeugungseinrichtung eine Lasereinrichtung (5) zur Erzeugung von wenigstens einem Lichtstrahl (4) aufweist, eine Fokussiereinrichtung (6) zum Fokussieren jedes Lichtstrahls auf eine zugehörige öffnung der Modullereinrichtung (10), eine Kollimatoreinrichtung (7), um jeden der modulierten Lichtstrahlen zu richten, einen Strahlteiler (8), um jeden der gerichteten Lichtstrahlen in ein Paar von Lichtstrahlen (4a, 4b) zu teilen, wobei ein Lichtstrahl jedes Paares direkt auf die Facettenfläche (2)

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gerichtet ist, ferner durch Ablenkeinrichtungen (9), um den anderen Lichtstrahl jedes Paares abgelenkt auf die Facettenfläche (2) zu richten.

3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichterzeugungseinrichtung eine Lasereinrichtung (5) zur Erzeugung wenigstens eines Lichtstrahls (4) aufweist, der sequentiell linear schaltbar ist, daß eine Fokussiereinrichtung (6) vorgesehen ist, um die so geschalteten Lichtstrahlen auf eine zugehörige öffnung der Moduliereinrichtung (10) zu fokussieren, daß ferner eine Kollimatoreinrichtung (7) zum Richten der sequentiell geschalteten modulierten Lichtstrahlen und ein Strahlteiler (8) vorgesehen sind, um jeden sequentiell geschalteten, gerichteten Lichtstrahl in ein Paar von Lichtstrahlen zu teilen.

h. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinrichtung (3) einen lichtempfindlichen Film aufweist.

5. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Fokussiereinrichtungen (6, 13) aus wenigstens einer Linse besteht.

6. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoreinrichtung aus wenigstens einer Linse gebildet ist.

7. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in Verbindung mit einem Analysator zum Analysieren von Gewittern, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß das drehbare mehrfacettige Polygon (1) auf seiner Facettenfläche (2) parallel zu seiner Drehachse ein lineares Feld von Lichtstrahlen aufnehmen kann, daß die Lichterzeugungseinrichtung einen Strahlteiler (8) aufweist, der parallel zu seiner Hauptachse das lineare Feld von Lichtstrahlen aufnimmt, so daß jeder Lichtstrahl des linearen Feldes in ein Paar von Lichtstrahlen geteilt wird, und daß die Moduliereinrichtung (10) ein lineares Feld von öffnungen aufweist, von denen jede in der Lage ist, gleichzeitig ein elektrisches Feldstärkensignal und einen Lichtstrahl aufzunehmen, derart, daß ein lineares Feld von Lichtstrahlen aus der Modulatoreinrichtung (10) emittiert wird.

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