СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК G02B26/10 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а более конкретно - к приборам, служащим для получения изображений в инфракрасных лучах, т.е. к тепловизорам.

Известно сканирующее устройство, содержащее корпус, барабан, выполненный с возможностью вращения, объективы, закрепленные на боковых стенках барабана, плоское зеркало, неподвижно расположенное внутри барабана, и фотоприемник, закрепленный в фокальной плоскости объектива, расположенного напротив входного окна [1].

Недостатком известного сканирующего устройства является то, что оно не может работать с охлаждаемыми приемниками излучения из-за экранирования светового потока корпусом криостата для заливки хладагента.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является сканирующее устройство, содержащее оптические системы, расположенные на барабане, внутри которого установлены неподвижный приемник излучателя, оптически сопряженный с оптической системой, расположенной напротив входного окна, и плоское зеркало с отверстием, выполненное с возможностью качания для кадрового сканирования, а также двигатель и привод строчной развертки барабана, соединенный с двигателем и барабаном [2].

Изображение объекта наблюдения формируется на приемнике излучения оптической системой, находящейся в данный момент напротив входного окна сканирующего устройства. В процессе вращения барабана каждая оптическая система сканирует определенную строку изображения, последовательно воспринимая излучение от различных участков поля обзора. При этом оптические системы одновременно выполняют функции механизма развертки изображения объекта наблюдения и функции механизма фокусировки изображения в плоскости приемника излучения, что приводит к значительному упрощению конструкции.

Другим преимуществом известного устройства является то, что в процессе сканирования не изменяется длина оптического пути между приемником излучения и сканирующей оптической системой, благодаря чему изображение всегда фокусируется в плоскости приемника излучения и обеспечивается высокое качество изображения.

Недостатком известного устройства является то, что оно не может работать с охлаждаемыми приемниками излучения из-за экранирования светового потока корпусом криостата для заливки хладагента, что приводит к ограничению его функциональных возможностей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей сканирующего устройства за счет обеспечения возможности его работы как с охлаждаемыми, так и с неохлаждаемыми приемниками излучения.

Цель достигается тем, что в сканирующем устройстве, содержащем оптические системы, расположенные на барабане, выполненном с возможностью вращения, внутри которого установлены неподвижный приемник излучения, оптически сопряженный с оптической системой, расположенной напротив входного окна, и плоское зеркало с отверстием, отверстие в плоском зеркале выполнено прямоугольным, длинные стороны которого расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения барабана, симметрично относительно оси оптической системы, расположенной напротив входного окна, при этом длина и ширина отверстия выполнены равными соответственно:
a = 2htg + F
b = hsin F(cosecC + cosecA), где h - расстояние от оси вращения барабана до точки пересечения поверхности плоского зеркала с осью установленного напротив входного окна оптической системы;
F = arctgD/R;
W - угол поля зрения сканирующего устройства;
C = α + F, A = α - F;
D - световой диаметр оптической системы;
R - радиус кривизны оптической системы;
α - угол наклона плоского зеркала к оптической оси системы.

На фиг.1 показано предлагаемое сканирующее устройство; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; фиг.3 поясняет определение ширины b отверстия в плоском зеркале.

Сканирующее устройство содержит оптические системы, выполненные, например, в виде вогнутых зеркал 1-3 и расположенные на барабане, выполненном с возможностью вращения, внутри которого установлены плоское зеркало 4 и неподвижный приемник 5 излучения, закрепленный жестко на криостате 6 для заливки хладагента. Плоское зеркало 4 снабжено прямоугольным отверстием 7, длинные стороны которого расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения барабана, симметрично относительно оси оптической системы 1, установленной напротив входного окна 8 в корпусе 9. Приемник 5 излучения оптически сопряжен с оптической системой 1, расположенной напротив входного окна 8, и закреплен по ходу распространения излучения за плоским зеркалом 4, при этом длина а и ширина b отверстия 7 в зеркале 4 выполнены равными соответственно:
a = 2htg + F
b = hsin F(cosecC + cosecA), где h - расстояние от оси вращения барабана до точки пересечения поверхности плоского зеркала 4 с осью, установленной напротив входного окна 8 оптической системы 1;
F = arctgD/R;
W - угол поля зрения сканирующего устройства;
C = α + F, A = α - F;
D - световой диаметр оптической системы;
R - радиус кривизны оптической системы;
α - угол наклона плоского зеркала к оптической оси системы.

Длину а отверстия 7 в зеркале 4 определяют, исходя из условия обеспечения подачи излучения на приемник 5 излучения во всем диапазоне угла W поля зрения сканирующего устройства. Ширину b отверстия 7 определяют решением треугольников BCF и ABF (фиг.3).

b = AC = BC+AB = + = hsinF(Cosec C + Cosec A)
Полученные размеры а и b обеспечивают минимальные потери на отверстии 7 потока излучения, идущего от объекта наблюдения, и максимальное пропускание сфокусированного оптической системой 1 потока излучения на поверхность приемника 5.

Сканирующее устройство работает следующим образом.

Излучение от объекта наблюдения, проходя через входное окно 8 в корпусе 9 и отражаясь от зеркала 4, попадает на объектив 1, а затем, проходя через отверстие 7 плоского зеркала 4, фокусируется на поверхности приемника 5 излучения, который охлаждают с помощью хладагента, заливаемого в криостат 6. В положениях I и III объектив 1 воспринимает излучение источников, находящихся на краях поля обзора, а в положении II - в центре поля обзора, при этом расстояние от объектива до поверхности приемника излучения все время остается постоянным, поэтому поверхность приемника излучения постоянно находится в фокусе объектива, в результате чего обеспечивается высокое качество изображения объектов, находящихся как в центре, так и на краях поля обзора. Объективы 1-3, последовательно меняя друг друга, осуществляют сканирование по строке. Сканирование по кадpу может быть осуществлено, например, тем, что оси объективов смещают так, чтобы каждый объектив давал свою строку, при этом получаются n-строчные растры, где n - количество сканирующих объективов, или любым другим известным способом.

В отличие от известных сканирующих устройств в предлагаемом устройстве приемник 5 излучения расположен по ходу распространения излучения за плоским зеркалом 4, благодаря чему корпус криостата 6, охлаждающего приемник 5 излучения, не экранирует идущие от объекта наблюдения световые пучки и поэтому сканирующее устройство может работать как с неохлаждаемыми, так и с охлаждаемыми приемниками излучения, что приводит к расширению функциональных возможностей сканирующего устройства при сохранении высокого качества изображения, причем выбранные размеры длины а и ширины b прямоугольного отверстия 8 в плоском зеркале 4 и расположение длинных сторон отверстия в плоскости, перпендикулярной оси вращения барабана, симметрично относительно оси оптической системы, расположенной напротив входного окна, обеспечивают наиболее полное использование светового потока, идущего от объекта наблюдения, при работе и с охлаждаемым и с неохлаждаемым приемниками излучения.

Использование: сканирующее устройство может быть использовано для получения изображений в инфракрасных лучах. В устройстве, содержащем зеркальные объективы, смонтированные с возможностью вращения относительно общего центра, неподвижный приемник излучения и плоское зеркало, закрепленное жестко под углом к плоскости вращения объективов между установленным напротив входного окна объективом и центром вращения объективов, плоское зеркало снабжено прямоугольным отверстием, а приемник излучения закреплен напротив этого отверстия за плоским зеркалом, вне пучка излучения, идущего от объектива наблюдения. В результате этого устраняется экранирование пучка излучения корпусом криостата при работе с охлаждаемым приемником излучения, что дает возможность работы с неохлаждаемыми, так и охлаждаемыми приемниками излучения, и приводит к расширению функциональных возможностей сканирующего устройства при сохранении высокого качества изображения. 3 ил.

СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее оптические системы, расположенные на барабане, выполненном с возможностью вращения, внутри которого установлены неподвижный приемник излучения, оптически сопряженный с оптической системой, расположенной напротив входного окна, и плоское зеркало с отверстием, отличающееся тем, что отверстие в плоском зеркале выполнено прямоугольным, длинные стороны которого расположены в плоскости, перпендикулярной к оси вращения барабана, симметрично относительно оси оптической системы, расположенной напротив входного окна, при этом длина и ширина отверстия выполнены равными соответственно
a = 2htg + F;
b = hsinF(cosecC + cosecA)
где h - расстояние от оси вращения барабана до точки пересечения поверхности плоского зеркала с осью, установленной напротив входного окна оптической системы;
F= arctg ;
W - угол поля зрения сканирующего устройства;
C = X + F;
A = α - F ;
D - световой диаметр оптической системы;
R - радиус кривизны оптической системы;
α - угол наклона плоского зеркала к оптической оси системы.