СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК G02B26/10 

Изобретение относится к оптотехнике и может найти применение в сканирующих оптико-электронных приборах, например в тепловизорах.

Известны различные оптические устройства из числа зеркальных объективов, содержащих вогнутое первичное и вторичное зеркала. Последнее может быть плоским, вогнутым (система Грегори) или выпуклым (система Кассеграна). Известен также объектив Шмидта различной модификации [1] Известны телескопические системы, с помощью которых возможно изменение масштаба изображения путем введения дополнительных элементов. Известны сканирующие системы с линзовыми вращающимися элементами, которые однако обладают сравнительно большой массой стекла, ограничивающей быстродействие системы [2] Известна несколько облегченная сканирующая система с зеркальными объективами, однако сравнительно большие размеры последних делают систему громоздкой [3] Известен малогабаритный линзовый сканер в составе телескопической системы, создающий кривострочный растр [4] Известен двухзеркальный объектив с установленными на оси вращения вторичным зеркалом [5] что несколько расширяет функциональные возможности этого объектива.

Наиболее близким техническим решением является сканирующее устройство, содержащее фотоприемник, первичное вогнутое зеркало, параллельно оптической оси которого размещена ось вращения вторичных зеркал, наклоненное к оптической оси и обращенное к первичному вогнутому плоское зеркало [6]
Целью изобретения является сокращение габаритов.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известном устройстве вторичные зеркала установлены между первичным вогнутым и плоским зеркалами, а фотоприемник сопряжен с вершинным отверстием, выполненным в первичном вогнутом зеркале.

Устранение разворота и искажения растра при расширении поля обзора достигается за счет того, что плоское зеркало установлено на оси вращения, совмещенной с оптической осью, а фотоприемник установлен с возможностью поворота вокруг оси вогнутого зеркала вместе с плоским зеркалом и осью вращения вторичных зеркал.

На фиг. 1 изображено оптическое устройство, содержащее N вторичных элементов в виде выпуклых зеркал, ось вращения которых проходит параллельно оптической оси вогнутого зеркала; на фиг.2 вид растра, соответствующий работе предыдущего устройства, имеющего линейку чувствительных элементов; на фиг. 3 схема устройства, содержащего вторичные элементы в виде N/2 выпуклых зеркал и N/2 линз, а также фотоприемник, связанный с двумя индикаторами через электронный блок с переключателем и видеусилителями сигналов; на фиг.4 устройство, в котором ось вращения вторичных элементов направлена перпендикулярно к оптической оси вогнутого зеркала; на фиг.5 вид растра, соответствующий предыдущему случаю; на фиг.6 схема устройства с установленным на оси поворота плоским наклонным зеркалом, связанным с вторичными элементами и фотоприемником; на фиг. 7 схема устройства с установленным на оси поворота вогнутым сферическим зеркалом, механически связанным с планоидным зеркалом.

На фиг.1 обозначены: первичный элемент 1 устройства в виде вогнутого зеркала, вторичные элементы 2 в виде выпуклых зеркал, установленные на валу двигателя 4, образующие вместе сканирующую систему (сканер), фотоприемник 3 с линейкой чувствительных элементов.

На фиг. 3 обозначены вторичный элемент 4 в виде линзы; входной объектив 17 канала с малым увеличением; объектив 5 фотоприемника, усилитель 6 переменного тока, переключатель 7, видеоусилители 8,8', индикаторы (ЭЛТ) 9 и 10 с отклоняющими системами 11 и 12, связанными с генераторами 13 и 14 импульсов развертки; датчик 15 синхроимпульсов, связанный со сканером и управляющий действием блока 16 и генераторов 13 и 14.

На фиг. 4 показан вторичный элемент 2 в виде выпуклого или плоского зеркала.

На фиг.6 обозначены двигатель 5, связанный через редуктор 6 со сканером и способный поворачиваться вокруг оси О-О₁ вместе с плоским зеркалом 7 и фотоприемником 3 в процессе обзора пространства; вогнутые зеркала 2.

На фиг. 7 сферические зеркало 1 совместно с двигателем 4 и планоидным зеркалом 6 установлены с возможностью поворота вокруг оси, направленной перпендикулярно к оптической оси. Точка пересечения этих осей расположена в плоскости люка, выполненного в корпусе самолета в границах, обозначенных цифрой 7.

На фиг. 1 поток излучения от предмета направлен к фотоприемнику 3 через элементы 1 и 2. При вращении последнего с помощью двигателя 4 производится циклическая развертка изображения приемника в предметной плоскости в пределах, определяемых полем зрения элемента 1. В результате образуется растр (фиг.2), который однако не согласуется с телевизионным стандартом, что ограничивает возможности этой схемы.

На фиг.3 поток излучения от предмета проходит через телескопическую систему 17-4 и объектив 5 к фотоприемнику 3, образуя в процессе сканирования широкоугольный растр, так как увеличение системы Г 1. В следующий момент вместо линзы 4 будет находиться элемент 2 и поток пройдет через элементы 1-2, образуя узкоугольный растр, так как в этом случае Г > 1. Визуализация изображений, следующих с определенной частотой, синхронизированной с вращением сканера, производится на индикаторах 9 и 10 благодаря тому, что сигналы с выхода усилителя 6 следуют к индикатору 10 через элементы 7-8, а затем к индикатору 9 через элементы 7-8. Последовательность работы элементов определяется синхродатчиком 15, вырабатывающим последовательность двухполярных синхроимпульсов, следующих в элементы 16, 13 и 14, от которых импульсы тока развертки поступают в элементы 11 и 12. Благодаря совместному использованию элементов 2 и 4 обеспечивается получение в реальном масштабе времени двух изображений разного масштаба, что существенно повышает оперативность действия устройства.

На фиг.4 поток излучения проходит по элементам 1 3, а в процессе вращения сканера от двигателя 4 образуется прямострочный растр (фиг.5), удовлетворяющий требованиям телевизионного стандарта и дающий возможность использования последовательного сканирования, имеющего преимущество перед параллельным сканированием.

На фиг.6 поток излучения проходит к фотоприемнику через элементы 7-1-2-4 и в процессе сканирования образуется растр, предельные угловые размеры которого, определяются полем зрения оптической системы 1-2-4. Благодаря элементу 4 сокращается апертура окна приемника по сравнению со схемой фиг.4, что увеличивает обнаружительную способность устройства, содержащего ОФ-приемник. Для увеличения угла обзора введен элемент 7, при повороте которого этот угол может быть расширен. Однако при данном типе сканера сказываются искажения растра в соответствии с известным случаем. Во избежание этих искажений элемент 7 жестко связан с элементами 2, 3, 5, 6, благодаря чему положение линейки приемника относительно зеркала 7 в процессе его поворота сохраняется неизменным. К недостаткам схемы следует отнести то, что при ее использовании на самолете в его корпусе требуется устройство люка сравнительно больших размеров, что ослабляет конструкцию самолета.

На фиг. 7 поток излучения проходит по элементам 7-6-1-2-3. Благодаря тому, что элементы 1, 2, 6 образуют оптическую систему Шмидта, существенно увеличивается поле зрения при высоком качестве изображения. При этом роль коррекционной пластины здесь выполняет элемент 6, который одновременно используется для совмещения входного зрачка системы с люком 7, размеры которого при этом существенно сокращаются, так как при повороте элемента 6 с помощью рукоятки вместе с элементами 1 и 3 точка пересечения оптической оси с осью вращения в плоскости люка остается неподвижной.

В заключении отметим, что технико-экономическая эффективность изобретения была упомянута в тексте описания. Дополнительно следует отметить еще одно преимущество предложенного технического решения, вытекающее из схемы фиг. 3, в которой, благодаря действию переключателя 7, одновременно осуществляется искусственное восстановление постоянной составляющей сигнала, благодаря чему устраняются искажения изображения, что существенно.

Изобретение относится к оптотехнике и может найти применение в сканирующих оптико-электронных приборах, например тепловизорах. Сущность изобретения состоит в том, что в известном сканирующем устройстве, содержащем фотоприемник, первичное вогнутое зеркало, N вторичных зеркал с осью вращения, параллельной оптической оси вогнутого зеркала, и наклонное плоское зеркало, в заявленном устройстве вторичные зеркала установлены между первичным вогнутым и плоскими зеркалами, а фотоприемник сопряжен с вершинным отверстием в вогнутом зеркале. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее фотоприемник, первичное вогнутое зеркало, параллельно оптической оси которого размещена ось вращения N вторичных зеркал, наклоненное к оптической оси и обращенное к первичному вогнутому плоское зеркало, отличающееся тем, что, с целью сокращения габаритов, вторичные зеркала установлены между первичным вогнутым и плоским зеркалами, а фотоприемник сопряжен с вершинным отверстием, выполненным в первичном вогнутом зеркале. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью устранения разворота и искажения растра при расширении поля обзора, плоское зеркало установлено на оси вращения, совмещенной с оптической осью, а фотоприемник установлен с возможностью поворота вокруг оси вогнутого зеркала вместе с плоским зеркалом и осью вращения вторичных зеркал.