ОПТИЧЕСКАЯ СКАНИРУЮЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 1996 года по МПК G02B26/10 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптико-электронным приборам, и может быть использовано при разработке тепловизионных и телевизионных устройств.

Известна оптическая сканирующая система с переключением полей обзора, содержащая правильный двухпирамидальный барабан, оптическое переключающее устройство для детектирования двух полей сканирования, два входных телескопа и объектив приемника [1] В этой системе требуется два входных окна (т.к. одновременно работают разные сканирующие грани барабана), а в некоторых случаях это недопустимо.

Наиболее близким к заявленному решению известна санирующая система, содержащая последовательно установленные афокальную насадку, зеркальный барабан в виде двух усеченных конических многогранников с разными двугранными углами и объектив приемника [2]
Эта сканирующая система при одном входном окне обеспечивает сканирование одного поля зрения, т.е. имеет ограниченную информативность.

Целью изобретения является расширение объема получаемой информации путем одновременного сканирования двух полей зрения при одном входном окне.

Указанная цель достигается тем, что в оптической сканирующей системе, содержащей последовательно установленные зеркальный барабан с приводом в виде двух усеченных конических многогранников с разными двугранными углами (в известных конструкциях сканеров число граней верхнего и нижнего многогранника одинаково), блок формирования изображения и приемник излучения, блок формирования изображения выполнен двухканальным, так что первые компоненты каждого канала имеют разные фокусные расстояния и установлены к визирной оси системы под углами α₁= 2θ-β₁ и α₂= 2θ-β₂ относительно центра входного зрачка, а перед общим вторым компонентом введено переключающее устройство в виде зеркального диска с прорезями, привод которого жестко связан с приводом вращения зеркального барабана, при этом θ угол разворота рабочей грани зеркального барабана относительно визирной оси в момент переключения с первого на второе поле зрения, b₁ половина угла сканирования по строке первого поля зрения, β₂ половина угла сканирования по строчке второго поля зрения. Кроме того, оптические оси первого компонента одного из каналов блока формирования изображения и второго его компонента совмещены, а перед первым компонентом второго канала введено плоское зеркало.

На фиг. 1 изображен общий вид системы, на фиг. 2 вариант размещения оптических узлов системы, на фиг. 3 и 4 фазы работы системы.

Сканирующая система содержит многогранный барабан 1 (на фиг. 1 показан только нижний зеркальный многогранник, т.к. конструкция таких зеркальных барабанов широко известна в приборостроении: см. например, а. с. СССР N 1742774, патенты РФ N 1806403 и 1806404), выполненный с возможностью вращения вокруг оси 2, двухкомпонентный объектив приемника 3 с двумя первыми компонентами: первым компонентом 4 первого (в данном случае меньшего) угла 2 β₁ поля зрения (большего увеличения) и первым компонентом 5 второго (большего) угла 2 β₂ поля зрения (меньшего увеличения) и вторым компонентом 6. Оптическая ось, например 7, одного из первых компонентов, например 5, совмещена с оптической осью 8 второго компонента 6 и размещена под углом α₂ к визирной оси 9 относительно центра 10 входного зрачка 11. Оптическая ось 12 компонента 4 размещена под углом α₁ к той же визирной оси 9, сломана плоским зеркалом 13 и сопряжена с оптической осью 8 второго компонента 5 за счет зеркала диска 14, ось 15 вращения которого жестко связана с осью 2 вращения барабана 1. Приемник 3 излучения выполнен в виде многоэлементной линейки. Угол θ угол между визирной осью 9 системы и перпендикуляром 16 к основанию 17 рабочей грани 18. На фиг. 1 показан момент начала сканирования второго (большего) поля зрения 2 b₂, определяемого перемещением кружка 19 по рабочей грани 18 во время вращения барабана 1.

Пример конкретного исполнения сканирующей системы (фиг. 2).

Задано: а) угол санирования по строке первого (в данном примере меньшего) поля зрения 2β₁= 20^°; б) угол сканирования по строке второго (большего) поля зрения 2β₂= 60^°.
По данным находим: угловой размер грани барабана

число граней в барабане n 360/40 9.

С целью получения минимальных размеров зеркального барабана 1 и минимального перемещения входного зрачка 11 во время сканирования выбираем θ = -5^° (знак "-" указывает на то, что угол направлен от визирной оси 9 в сторону, противоположную направлению вращения барабана 1).

Тогда

Сканирующая система работает следующим образом.

При вращении барабана 1 оптическая система просматривает местность позонно за счет разных значений двугранных углов барабана 1. Просмотр одной зоны осуществляется при повороте одной пары зеркальных граней 18 на угол, равный сумме абсолютных значений углов α₁+α₂. Одновременно при вращении барабана 1 кружок 20 (фиг. 3) перемещается по рабочей грани 18 в пределах первого угла 2 β₁ поля зрения системы, при том барабан 1 повернется вокруг оси 2 на угол β₁ В этот период одно из зеркал диска 14 введено в ход лучей от объектов излучения, и приемник 3 вырабатывает сигналы этого поля зрения.

Как только кружок 19 (фиг. 4) полностью войдет на рабочую грань 18, диск 14 повернется так, что в ходе лучей окажется прорезь 21 между зеркалами и приемник будет вырабатывать сигналы второго поля зрения с углом сканирования 2 β₂,, при этом барабан 1 повернется на угол β₂.
В результате такого расположения оптических элементов приемник 3 фиксирует поочередно информацию из зоны сканирования с разным масштабом увеличения за счет того, что первые компоненты 4 и 5 блока формирования изображения имеют разные фокусные расстояния. При этом зеркальный диск 14 с прорезями, являющийся оптическим переключателем, вращается посредством оси 15, жестко связанной с вращением оси 2 барабана 1. ЫЫЫ2

Использование: при разработке сканирующих тепловизионных устройств. Сущность изобретения: сканирующая система содержит многогранный зеркальный барабан 1 с осью 2 вращения, двухкомпонентный объектив приемника 3 с двумя первыми компонентами - первым компонентом 4 первого поля зрения и первым компонентом 5 второго поля зрения - и вторым компонентом 6. Оптическая ось 7 одного из первых компонентов 5 совмещена с оптической осью 8 второго компонента 6 и размещена под углом к визирной оси 9 относительно центра 10 входного зрачка 11. Оптическая ось 12 компонента 4 размещена под углом к той же визирной оси, сломана плоским зеркалом 13 и сопряжена с оптической осью 8 второго компонента 6 за счет зеркал перфорированного диска 14, ось 15 вращения которого жестко связана с осью 2 вращения барабана 1. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Оптическая сканирующая система, содержащая последовательно установленные зеркальный барабан с приводом в виде двух усеченных многогранников с разными двугранными углами, блок формирования изображения и приемник излучения, отличающаяся тем, что блок формирования изображения выполнен двухканальным, причем первые компоненты каждого канала имеют разные фокусные расстояния и установлены к визирной оси системы под углами α₁ = 2 θ - β₁ и α₂ = 2 θ - β₂ относительно центра входного зрачка, а перед общим вторым компонентом введено переключающее устройство в виде зеркального диска с прорезями, привод которого жестко связан с приводом вращения зеркального барабана, при этом θ - угол разворота рабочей грани зеркального барабана относительно визирной оси в момент переключения с первого на второе поле зрения, β₁ - половина угла сканирования по строке первого поля зрения, β₂ - половина угла сканирования по строке второго поля зрения. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что оптические оси первого компонента одного из каналов блока формирования изображения и второго его компонента совмещены, а перед первым компонентом второго канала введено плоское зеркало.