ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗОННОГО СКАНИРОВАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G02B26/12 

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

Известен зеркальный многогранник развертывающей системы, выполненный в виде двух усеченных пирамид, соединенных меньшими основаниями, а ребра двугранных углов перпендикулярны к оси вращения барабана (авт. св. СССР N 815702, МПК G 02 B 27/17, опубл. 1981 г.).

Известна сканирующая система, содержащая последовательно установленные афокальную насадку, зеркальный барабан в виде двух усеченных конических многогранников и объектива приемника (заявка Великобритании N 1569879, МПК G 02 B 27/17 опубл. 1980 г.).

Известна оптическая сканирующая система с переключением полей обзора, содержащая двухпирамидальный барабан, оптическое переключающее устройство для детектирования двух полей сканирования, два входных телескопа и объектив приемника (заявка Великобритании N 2097145, МПК G 02 B 27/17, опубл. 1982 г. ). У этой сканирующей системы ограниченная пороговая температурная чувствительность из-за недостаточного коэффициента сканирования (не более 0,5).

Известны двухспектральные тепловизоры, воспроизводящие изображения, например, в спектре 3-5 мкм и в спектре 8-14 мкм. Эти тепловизоры имеют или две входные оптические системы с разными приемниками или одну входную оптическую систему, два приемника и селективный фильтр разделения спектров (Ж.Госсорг "Инфракрасная термография", М., Мир, 1989 г., с.378-379, рис г и д).

Наиболее близкой к заявленному техническому решению известна оптическая система с повышенным коэффициентом сканирования, содержащая зеркальный барабан в виде двух усеченных конических многогранников с разными двухгранными углами и объектив приемника, выполненный из двух компонентов, между которыми размещено переключающее устройство, причем первый компонент содержит два канала, оптические оси которых размещены в плоскости оси вращения барабана под углом поля зрения зоны, а в перпендикулярной плоскости - под углом поля зрения сканирования по строке (патент СССР N 1806403, МПК G 02 B 26/10, опубл. 1993 г., прототип).

Эта оптическая система предназначена для сканирования объекта в одном спектральном диапазоне. Но для получения более достоверных сведений об объекте наблюдения иногда желательно рассматривать объект в разных спектральных диапазонах (Мирошникова М. М. "Теоретические основы оптико-электронных приборов", Л.: Машиностроение, 1983 г., с.57).

Целью изобретения является получение компактной высокочувствительной тепловизионной системы для одновременного сканирования объектов в разных спектральных диапазонах.

Указанная цель достигается тем, что в известной оптической системе зонного сканирования, содержащей зеркальный барабан в виде двух усеченных конических многогранников с разными двухгранными углами и первый канал, состоящий из первого объектива, выполненного из двух компонентов, между которыми установлено два первых зеркала и переключающее устройство, и первый приемник излучения, при этом первый компонент первого объектива содержит пару элементов, за каждым из которых установлено первое зеркало с обеспечением отражения излучения на переключающее устройство, причем оптические оси пары элементов размещены в плоскости, проходящей через ось вращения барабана и входной зрачок объектива под углом поля зрения зоны кадра, а в перпендикулярной плоскости - под углом поля зрения сканирования по строке.

Такое техническое решение является новым, не известным в практике тепловизионных систем. Существенность отличительных признаков заключается в том, что, несмотря на известность отдельных узлов устройства, рассмотренных выше, при их введении в указанной связи тепловизионная система проявляет новые свойства, что ведет к повышению достоверности сведений об объекте наблюдения за счет получения изображений в разных спектральных участках. Изобретение является промышленно применимым из-за простоты технического решения и известности технологических процессов изготовления отдельных узлов системы. Это решение предполагает использование комплектующих деталей и современных материалов, серийно освоенных отечественной промышленностью.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема двухспектральной оптической системы зонного сканирования: на фиг. 2 - фрагмент оптической схемы.

Оптическая система содержит зеркальный барабан 1 в виде соединенных меньшими основаниями двух усеченных многогранников 2 с разными двухгранными углами и приемники 3 и 4, чувствительные к разным спектральным диапазонам излучения. По числу приемников в схему включены двухкомпанентные объективы, каждый из которых выполнен из вторых компонентов 5 и 6 и соответствующих двух первых компонентов 5-1, 5-2 и 6-1, 6-2. За каждым первым компонентом объективов установлены плоские зеркала 7, направляющие излучения от барабана 1 на переключающее устройство 8 в виде зеркального диска с зеркалами 9 и прорезями 10. Привод вращения переключающего устройства 8 жестко связан с приводом вращения барабана 1. При этом оптические оси пар первых компонентов объективов размещены в плоскости оси 11 вращения барабана 1 относительно входного зрачка 12 под углом 2β_з - углом поля зрения зоны (фиг. 2), а в перпендикулярной плоскости относительно того же входного зрачка объектива под углом 2β_c - углом сканирования по строке кадра (фиг. 1). Зеркальный барабан 1 выполнен так, что все его грани нижнего многогранника 2, сопряженного собъективом, установлены под углом 45^o к оси 11 вращения барабана 1, а верхние грани многогранника 2 установлены к оси 11 вращения барабана под разными углами, каждый из которых соответствует номеру сканируемой зоны в пространстве объектов.

Оптическая система зонного сканирования работает следующим образом.

При вращении барабана 1 оптическая система в каждом оптическом диапазоне позонно просматривает местность (объект) за счет разных углов наклона граней верхнего многогранника 2 к оси 11 вращения барабана 1 и соответствующего линейчатого приемника 3 и 4. Кроме того, смена зон осуществляется дополнительно и за счет смены каналов 5-1 и 5-2, а также каналов 6-1 и 6-2 при отражении лучей от одной пары граней (двухгранного угла, образованного одной гранью верхнего многогранника 2 с одной гранью нижнего многогранника 2). В результате такого размещения оптических элементов приемники 3 и 4 работают практически постоянно, поочередно воспринимая сигналы от всех зон сканирования. В результате за один оборот барабана 1 одновременно получают изображения двух кадров в разных спектральных участках (при установке в системе большого количества приемников получают и большое количество кадров). Причем каждый кадр может быть получен с коэффициентом сканирования близким к единице. Кроме того, эта схема позволяет при установке нескольких одинаковых приемников сложить сигналы каждого из них и получить более контрастное изображение, т.е. повысить чувствительность системы и, как следствие, увеличить дальность действия.

В системе могут быть установлены приемники разной топологии (с разным числом или величинами чувствительных элементов в линейке), что позволит одновременно получать кадры с разной разрешаемой способностью (кадр обзорного характера и кадр с более мелкими деталями объектов).

Изобретение относится к оптико-электронным приборам и может быть использовано при разработке компактных тепловизионных средств регистрации изображений для сканирования объектов в разных спектральных диапазонах. Оптическая система содержит зеркальный барабан 1 в виде соединенных меньшими основаниями двух усеченных многогранников 2 с разными двухгранными углами и приемники 3 и 4, чувствительные к разным спектральным диапазонам излучения. По числу приемников в схему включены двухкомпонентные объективы, каждый из которых выполнен из вторых компонентов 5 и 6 и соответствующих двух первых компонентов 5-1, 5-2 и 6-1, 6-2. За каждым первым компонентом объективов установлены плоские зеркала 7, направляющие излучения от барабана 1 на переключающее устройство 8 в виде диска с зеркалами 9 и прорезями 10. Оптические оси пар первых компонентов объективов размещены в плоскости оси 11 вращения относительно входного зрачка 12 под углом поля зрения зоны, а в перпендикулярной плоскости - под углом сканирования по строке кадра. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптическая система зонного сканирования, содержащая зеркальный барабан в виде двух усеченных конических многогранников с разными двухгранными углами и первый канал, состоящий из первого объектива, выполненного из двух компонентов, между которыми установлено два первых зеркала и переключающее устройство и первый приемник излучения, при этом первый компонент первого объектива содержит пару элементов, за каждым из которых установлено первое зеркало с обеспечением отражения излучения на переключающее устройство, причем оптические оси пары элементов размещены в плоскости, проходящей через ось вращения барабана и входной зрачок объектива под углом поля зрения зоны кадра, а в перпендикулярной плоскости - под углом поля зрения сканирования по строке, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными каналами, каждый из которых состоит из i-го объектива, где i ≥ 2, выполненного из двух компонентов, между которыми установлено два i-х зеркала и переключающее устройство, и i-й приемник излучения, при этом первый компонент i-го объектива содержит пару элементов, за каждым из которых установлено i-е зеркало с обеспечением отражения излучения на переключающее устройство, при этом оптические оси пары элементов первого компонента i-го объектива расположены в плоскости, проходящей через ось вращения барабана и ее входной зрачок объектива под углом поля зрения зоны кадра, а в перпендикулярной плоскости - под углом поля зрения сканирования по строке. 2. Оптическая система зонного сканирования по п.1, отличающаяся тем, что в ней установлены одинаковые приемники. 3. Оптическая система зонного сканирования по п.1, отличающаяся тем, что в ней установлены приемники, чувствительные к разным участкам спектра. 4. Оптическая система зонного сканирования по п.1 или 3, отличающаяся тем, что в ней установлены приемники разной топологии.