СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК G02B26/10 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, конкретно к приборам, служащим для получения изображений в инфракрасных лучах, и может использоваться в тепловизорах.

Известно сканирующее устройство, содержащее последовательно расположенные объектив, две системы зеркал, установленные с возможностью вращения относительно общего центра, и приемник излучения, расположенный в фокальной плоскости объектива. Первая система зеркал, расположенная непосредственно за объективом, состоит из набора плоских зеркал, закрепленных вдоль окружности, центр которого совпадает с центром вращения зеркал. Вторая система зеркал выполнена в виде зеркального многогранника, ось которого тоже совпадает с центром вращения зеркал [1]. Пучки излучения от объектива наблюдения, проходя через объектив, попадают на находящееся напротив объектива плоское зеркало первой системы зеркал и, отражаясь от него, попадают на соответствующую грань зеркального многогранника, после чего направляются на приемник излучения. При вращении зеркала на приемник направляются излучения последовательно от различных участков поля обзора так, что, когда центр рабочей поверхности плоского зеркала проходит через главную оптическую ось объектива, сканируется центральная часть поля обзора, а при дальнейших поворотах зеркала происходит сканирование на краях поля обзора. Недостатком известного сканирующего устройства является низкое качество изображения, связанное с тем, что когда ребро зеркальной системы проходит через главную оптическую ось объектива, на приемник направляются излучения от двух краев поля обзора одновременно, что приводит к ухудшению качества изображения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является сканирующее устройство, содержащее последовательно расположенные объектив, плоское зеркало, сферическое зеркало, расположенное в фокальной плоскости объектива, зеркальный многогранник, установленный с возможностью вращения, и два параболических зеркал, фокус первого из которых совмещен с фокальной плоскостью объектива, а в фокусе второго расположен приемник излучения [2] . Пучки излучения от объектива наблюдения, проходя через объектив, попадают на плоское зеркало и, отражаясь от него, фокусируются на поверхности сферического зеркала, затем последовательно направляются на зеркальный многогранник, параболические зеркала и приемник излучения. При вращении зеркального многогранника происходит сканирование по строке, а сканирование по кадру осуществляется путем качания плоского зеркала в плоскости, перпендикулярной направлению строк. Недостатком известного сканирующего устройства так же, как и рассмотренного выше аналога, является низкое качество изображения, связанное с тем, что при прохождении ребра зеркального многогранника через главную оптическую ось сканирующего устройства, на приемник излучения проецируются изображения одновременно от двух противоположных краев поля обзора, т.к. в это время изображение объекта наблюдения формируется одновременно двумя соседними зеркалами зеркального многогранника, расположенными под различными углами друг к другу. Это приводит к повышению паразитных сигналов холостого хода, в результате чего снижается отношение сигнал/шум и качество изображения ухудшается.

Достигается это тем, что сканирующее устройство, содержащее последовательно расположенные объектив, плоское зеркало, сферическое зеркало, расположенное в фокальной плоскости объектива, зеркальный многогранник, установленный с возможностью вращения, и два параболических зеркала, фокус первого из которых совмещен с фокальной плоскостью объектива, а в фокусе второго расположен приемник излучения, снабжено дополнительными плоскими зеркалами в количестве, равном числу ребер зеркального многогранника, закрепленными жестко на зеркальном многограннике симметрично относительно соответствующего ребра так, что одно из дополнительных зеркал расположено между параболическими зеркалами, а его отражающая поверхность направлена в сторону второго параболического зеркала.

На фиг.1 показана принципиальная схема сканирующего устройства; на фиг. 2 - вид на зеркальный многогранник с торцовой стороны.

Сканирующее устройство содержит объектив 1, плоское зеркало 2, сферическое зеркало 3, расположенное в фокальной плоскости объектива 1, зеркальный многогранник 4, выполненный с возможностью вращения относительно оси О-О, и два параболических зеркала 5 и 6, фокус первого зеркала 5 из которых связан с фокальной плоскостью объектива 1, в фокусе второго параболического зеркала 6 расположены приемник 7 излучения и светодиод 8. Плоские зеркала 2 и 9 выполнены из материала непрозрачного для инфракрасного излучения, но прозрачного для видимого света. На зеркальном многограннике 4 симметрично относительно его ребер 10 (фиг. 2) жестко закреплены дополнительные плоские зеркала 11, количество которых равно числу ребер 10, при этом одно из дополнительных зеркал 11 расположено между параболическими зеркалами 5 и 6, а его отражающая поверхность направлена в сторону второго параболического зеркала 6 перпендикулярно потоку излучения в промежутке между параболическими зеркалами 5 и 6. Линза 12, зеркала 13, 14, 15 служат для ориентации видимого изображения, формируемого сканирующим устройством, в удобном для наблюдения направлении, при этом зеркало 14 выполнено прямоугольным. Ширина дополнительных плоских зеркал 11 выполнена равной диаметру сечения пучка излучения в промежутке между параболическими зеркалами 5 и 6. Криостат 16 служит для охлаждения приемника 7 излучения.

Сканирующее устройство работает следующим образом. Пучки теплового излучения от объекта наблюдения, проходя через объектив 1, попадают на плоское зеркало 1, и, отражаясь от него, фокусируются на поверхности сферического зеркала 3, расположенного в фокальной плоскости объектива 1. Затем инфракрасное излучение в виде расходящегося пучка направляется на зеркальный многогранник 4 и, отражаясь от него, падает на первое параболическое зеркало 5, после чего в виде параллельных пучков направляется на второе параболическое зеркало 6 и фокусируется на приемнике 7 излучения, чувствительные элементы которого охлаждают с помощью криостата 16. При вращении зеркального многогранника 4 происходит сканирование поля обзора по строке, сканирование по кадру обеспечивается, например, за счет различного отклонения светового пучка отдельными гранями зеркального многогранника 4. В периоды смены строк и кадров, тогда сканирующее устройство совершает холостой ход, в промежуток между первым параболическим зеркалом 5 и вторым параболическим зеркалом 6 заходит одно из дополнительных плоских зеркал 11, которое перекрывает поток излучения от объекта наблюдения, а на отражающую поверхность дополнительного плоского зеркала 11 попадает излучение чувствительной площадки приемника 7, охлаждаемой с помощью криостата 16 до температуры, например, жидкого азота (77К). Излучение чувствительной площадки падает на отражающую поверхность дополнительного плоского зеркала 11 под прямым углом и после отражения от дополнительного плоского зеркала 11 вновь приходит на поверхность чувствительной площадки приемника 7 излучения, т. е. во время холостого хода сканирующего пучка приемник 7 воспринимает только собственное излучение, интенсивность которого значительно ниже интенсивности излучения цели, находящейся на более высоком температурном уровне, чем охлаждаемая чувствительная площадка приемника 7 излучения, поэтому видеосигналы от цели будут значительно выше, чем паразитные сигналы холостого хода, благодаря чему повышается отношение сигнал/шум, улучшается качество изображения.

Сформированные сканирующим устройством видеосигналы теплового изображения усиливаются и подаются на светодиод 8, свечения которого вследствие этого модулируются в соответствии с видеосигналами теплового изображения. Световой поток от светодиода 8, проходя через прозрачное для видимого излучения зеркало 9, отражаясь от параболических зеркал 6, затем 5, зеркального многогранника 4, сферического зеркала 3, проходит тоже прозрачное для видимого света плоское зеркало 2 и попадает в окуляр 12. С помощью зеркал 13, 14, 15 видимое изображение ориентируют в удобном для наблюдения направлении, преимущественно, в том направлении, откуда приходит инфракрасное излучение теплового изображения.

При выполнении ширины дополнительных плоских зеркал 11, равными диаметру светового пучка между параболическими зеркалами 5 и 6, на время холостого хода сканирующего устройства полностью перекрывается поток излучения от цели, а на приемник 7 поступает только автоколлимационное излучение чувствительного элемента. Интенсивность автоколлимационного излучения чувствительного элемента, охлаждаемого до температуры жидкого азота, во много раз меньше интенсивности излучения, экранирующего дополнительными плоскими зеркалами 11, поэтому во время холостого хода резко падает фототок приемника 7 излучения, в результате чего значительно уменьшается постоянная составляющая видеосигнала, что приводит к дополнительному улучшению качества изображения.

Использование: в оптико-электронном приборостроении, конкретно в тепловизорах. Сущность изобретения: сканирующее устройство, содержащее последовательно расположенные объектив, плоское зеркало, сферическое зеркало, расположенное в фокальной плоскости объектива, зеркальный многогранник, установленный с возможностью вращения, и два параболических зеркала, фокус первого из которых совмещен с фокальной плоскостью объектива, а в фокусе второго расположен приемник излучения, снабжено дополнительными плоскими зеркалами в количестве, равном числу ребер зеркального многогранника, закрепленными жестко на зеркальном многограннике симметрично относительно соответствующего ребра так, что одно из дополнительных зеркал расположено между параболическими зеркалами отражающей поверхностью в сторону второго параболического зеркала. 2 ил.

СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно расположенные объективы, плоское зеркало, сферическое зеркало, расположенное в фокальной плоскости объектива, зеркальный многогранник, установленный с возможностью вращения, и два параболических зеркала, фокус первого из которых совмещен с фокальной плоскостью объектива, а в фокусе второго расположен приемник излучения, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительными плоскими зеркалами в количестве, равном числу ребер зеркального многогранника, закрепленными жестко на зеркальном многограннике симметрично относительно соответствующего ребра так, что одно из дополнительных плоских зеркал расположено между параболическими зеркалами отражающей поверхностью в сторону второго параболического зеркала.