ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗОННОГО СКАНИРОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G02B26/12 

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

Известна сканирующая система, в которой последовательно установлена афокальная насадка, зеркальный барабан в виде двух усеченных конических многогранников с разными двугранными углами и объектив приемника. Эта сканирующая система выполнена с одним входным окном, она обеспечивает сканирование только одного поля зрения, то есть имеет ограниченную информацию [1].

Известна оптическая сканирующая система, которая содержит многогранный зеркальный барабан, двухкомпонентный объектив приемника с двумя первыми компонентами соответственно первого и второго поля зрения и второй общий компонент, перед которым установлено перекрывающее устройство, в виде зеркального диска с прорезями, привод которого жестко связан с приводом вращения зеркального барабана. Это устройство обеспечивает сканирование двух полей зрения, но решает эту задачу непосредственно в развертывающем устройстве за счет выбора различного фокусного расстояния первых компонентов двух каналов [2].

Наиболее близким к заявляемому решению является изобретение "Оптическая система зонного сканирования" [3], которое и выбрано в качестве прототипа. Сущность его заключается в том, что оно содержит зеркальный барабан в виде двух усеченных пирамид с разными двухгранными углами, соединенных меньшими основаниями, объектив приемника, включающий установленные по ходу оптического луча два первых компонента, размещенные соответственно в первом и втором каналах, за которыми установлены по одному зеркалу, и далее оптическое переключающее устройство (коммутатор), второй компонент, общий для двух каналов, и приемник. Коммутатор выполнен в виде зеркального диска, плоские зеркала, изменяющие направление хода оптического луча, размещены за первыми компонентами. Зеркальная плоскость диска установлена в плоскости, проходящей через ось вращения барабана. Привод коммутатора жестко связан с приводом вращения барабана. Оптические оси каналов размещены в плоскости, содержащей ось вращения барабана под углом поля зрения зоны, а в плоскости сканирования симметрично относительно оптической оси объектива.

Это изобретение обеспечивает достаточно высокий КПД сканирования за счет более полного использования времени восприятия сигналов приемником излучения.

Однако в этом устройстве имеет место искажение истинной картины местности из-за разворота и переворота промежуточного изображения, а также отсутствует защита приемника от паразитных засветок, при этом процесс юстировки оптического устройства усложнен, потому что оптические детали установлены в разных плоскостях, а оси вращения зеркального барабана и коммутатора взаимно перпендикулярны.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества изображения реально картины местности, помехозащищенности и технологичности.

Техническим результатом является:
- исключение переворота промежуточного изображения, которое достигается разницей на единицу количества зеркал двух каналов, устанавливаемых за первыми компонентами (качество изображения);
- исключение разворота промежуточного изображения достигается введением в каждый канал зеркала, устанавливаемого перед первым компонентом так, что осевые отраженные лучи двух каналов лежат в плоскости, параллельной оси вращения коммутатора (качество изображения, технологичность);
- обеспечение гарантированной юстировки устройства установкой оси вращения коммутатора параллельно оси вращения зеркального барабана (технологичность);
- снижение фонового влияния от элементов объектива, поступающего на приемник, достигается установкой перед ним третьего компонента, который обеспечивает и реализует этот эффект возможностью совмещения входного зрачка объектива с холодной диафрагмой приемника (качество изображения).

Таким образом, структура построения объектива такова, что обеспечивает четкое положение входного зрачка между гранями многогранника для всех угловых полей объектива (коррекция сферической аберрации в зрачках), а дисторсия не превышает 0,5%, что гарантирует отсутствие перекрытия полей при сканировании.

Сущность изобретения заключается в том, что в известное устройство, содержащее:
- вращающийся зеркальный барабан, выполненный в виде двух встречно установленных усеченных пирамид разными двугранными углами;
- объектив, включающий:
- два первых компонента, размещенных по ходу оптического луча, один из которых - в первом канале, а второй - во втором;
- два зеркала, установленные по одному за первыми компонентами;
- второй компонент, общий для двух каналов;
- коммутатор, установленный перед вторым компонентом;
- приемник.

В объектив приемника дополнительно введены:
- зеркала, размещенные перед первыми компонентами так, что их осевые отраженные лучи лежат в плоскости, параллельной оси вращения коммутатора,
- третий компонент перед приемником, совмещающий входной зрачок объектива с холодной диафрагмой, установленной в приемнике;
- а количество зеркал, установленных за первым компонентом, в канале, работающем на проход через коммутатор, на единицу превышает их количество в канале, работающем на отражение от коммутатора,
- и ось вращения коммутатора размещена в плоскости вращения зеркального барабана.

Для пояснения сущности технического решения предлагаются чертежи, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема оптической системы зонного сканирования; на фиг.2, 3 показано взаимное расположение элементов устройства.

На фиг. 1 изображена телескопическая насадка 1 и заявляемое устройство, которое содержит зеркальный барабан 2, расположенный на пути лучей, выходящих из телескопической насадки 1, выполненный в виде двух усеченных шестигранных пирамид, жестко соединенных меньшими основаниями, представляющих собой двухгранные отражатели, составленные из пар зеркал разных пирамид, скрепленных друг с другом. За пирамидами по ходу оптического луча последовательно установлены: зеркало 3 в первом канале, работающем на проход, 3' - во втором, работающем на отражение, и далее в первом канале первый компонент 4, во втором - 4', зеркала, ломающие оптическую ось, в первом канале 5-6, во втором 7, коммутатор 8, выполненный в виде зеркального диска с отражающими и воздушными прозрачными участками, второй компонент 9, объединяющий первый и второй каналы, зеркала 10 и 11, ломающие оптическую ось, третий компонент 12 и приемник 13 с холодной диафрагмой 14 и чувствительным элементом 15. Число зеркал, изменяющих направление отраженных лучей, определяется конструкцией устройства. Зеркальный барабан 2 может быть выполнен механообработкой. Он вращается на шарикоподшипниковом подвесе с помощью привода сканирования, построенного, например, на бесконтактном двигателе постоянного тока ДБМ-50-004-3-2. Плоские оптические зеркала (3, 3', 5, 6, 7, 10, 11) выполнены с использованием титана. Коммутатор 8 может быть выполнен так же, как и в прототипе.

Компоненты 4, 4', 9 и 12 - оптические элементы. Приемник 13 - многоэлементное фотоприемное устройство, например, на основе кадмия - ртути - теллура.

Оптическая система зонного сканирования работает следующим образом: афокальная телескопическая насадка 1 воспринимает излучение пространства предметов и передает его на вращающийся барабан 2. При вращении зеркального барабана 2 каждая пара его граней (ближайшая к телескопической насадке и ближайшая к объективу) сканирует пространство предметов и далее направляет световой поток (И.К.) на зеркала 3 и 3'. Просмотр картины кадра производится в вертикальном направлении вдоль столбца фоточувствительных элементов сверху вниз и в горизонтальном направлении слева направо вдоль строк. При вращении барабана 2 оптическая система просматривает местность позонно за счет разных углов наклона грани многогранника к его оси. Смена зон осуществляется поочередной работой первого и второго каналов и сменой пары граней, имеющей другой наклон к оси вращения. Первый канал работает на проход, второй - на отражение; их соответствующие оптические элементы 3-4-5-6 и 3'-4'-7 формируют промежуточное изображение в плоскости коммутатора 8, вращающегося синхронно с вращением барабана 2 и снабженного равными прозрачными и отражающими секторами. Сигнал, отраженный или прошедший через коммутатор, преобразованный зеркалами 10 и 11 и компонентами 9 и 12, формирует изображение пространства предметов в плоскости приемника 13, включающего холодную диафрагму 14 и чувствительный элемент 15. Совмещение входного зрачка объектива с холодной диафрагмой приемника обеспечивает снижение фонового влияния от элементов объектива, поступающего на приемник, что положительно сказывается на качестве изображения.

В зависимости от угловых размеров поля зрения прибора и приемника 13, от топологии его фоточувствительных элементов пирамиды могут содержать то или иное количество двугранных отражателей, обеспечивающее построение за один оборот целого количества кадров, каждый из которых содержит определенное число зон, например шесть.

Информационные источники:
1. Заявка Великобритании N 1569879, G 02 B 27/17, 1980.

2. Патент РФ N 2068194, G 02 B 26/10, 17.02.96.

3. Патент РФ N 1806406, G 02 B 26/10, 30.03.93.

Оптическая система зонного сканирования используется в тепловизионных и телевизионных средствах. Устройство содержит зеркальный барабан в виде двух усеченных пирамид с разными двугранными углами, двухканальный объектив приемника, включающий два первых компонента по одному в каждом канале, зеркала, установленные за ними, второй компонент, общий для двух каналов, зеркальный коммутатор, размещенный перед вторым компонентом, и фотоприемник. В объектив перед каждым первым компонентом введено зеркало, установленное так, что осевые отраженные лучи лежат в плоскости, параллельной оси вращения коммутатора. Количество зеркал, размещенных за первыми компонентами, в канале, работающем на проход через коммутатор, на единицу превышает их количество в канале, работающем на отражение от коммутатора. Оси вращения зеркального коммутатора и зеркального барабана параллельны. Введен компонент, установленный перед приемником, совмещающий входной зрачок объектива с холодной диафрагмой приемника. Повышено качество изображения реальной картины местности, обеспечено снижение фонового влияния от элементов объектива, поступающего на приемник. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Оптическая система зонного сканирования, содержащая зеркальный барабан в виде двух усеченных пирамид с разными двугранными углами, двухканальный объектив приемника, включающий установленные по ходу оптического луча два первых компонента, размещенных соответственно в первом и втором оптических каналах, зеркала, установленные за ними, и второй компонент, общий для двух каналов, а также зеркальный коммутатор, размещенный перед вторым компонентом, и приемник, отличающаяся тем, что в объектив перед каждым первым компонентом введено зеркало, установленное так, что осевые отраженные лучи лежат в плоскости, параллельной оси вращения коммутатора, при этом количество зеркал, размещенных за первыми компонентами, в канале, работающем на проход через коммутатор, на единицу превышает их количество в канале, работающем на отражение от коммутатора, а оси вращения зеркального коммутатора и зеркального барабана параллельны. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен компонент, установленный перед приемником, совмещающий входной зрачок объектива с холодной диафрагмой приемника.