ПОДВИЖНОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2002 года по МПК G02B26/10 G02B27/64 

Подвижное сканирующее устройство предназначено для использования в оптических системах обзора местности и обнаружения объектов, в частности в системах ввода в ЭВМ изображений и других пространственных распределений светового потока.

Известны сканирующие устройства, содержащие подвижный носитель, объектив и оптико-электронный преобразователь, закрепленные на подвижном носителе неподвижно друг относительно друга таким образом, что оптико-электронный преобразователь установлен за объективом на пути распространения светового потока (Катыс Г.П. Оптические информационные системы роботов-манипуляторов. - М.: Машиностроение, 1977. - Рис.5, с.36; рис. 9, с.41, рис.13, с.58).

Известно также сканирующее устройство, содержащее подвижный носитель, объектив, оптико-электронный преобразователь и конический отражатель, закрепленные на подвижном носителе неподвижно друг относительно друга таким образом, что на пути распространения светового потока установлены последовательно конический отражатель, объектив и оптико-электронный преобразователь (Катыс Г. П. Оптические информационные системы роботов-манипуляторов. - М.: Машиностроение, 1977. - Рис.15. с.65).

К недостаткам известных устройств можно отнести прямую зависимость траектории сканирования от закона перемещения носителя, что не позволяет использовать их в системах обзора местности и автоматического обнаружения объектов.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности заявляемому (прототипом) является сканирующее устройство, содержащее плоское зеркало, установленное на носителе с возможностью вращения вокруг оси, составляющей с нормалью к плоскости зеркала острый угол, объектив и угловое зеркало, установленные неподвижно на носителе в параллельном ходе лучей за плоским зеркалом (А.с. 932447 (СССР). МПК 6 G 02 В 27/17, Б.И. 20, 1982 г.).

К недостаткам известного устройства относится также зависимость траектории сканирования от закона перемещения носителя.

Задача изобретения - обеспечение независимости траектории сканирования от закона перемещения носителя.

Указанная задача достигается тем, что в подвижное сканирующее устройство, содержащее носитель, а также расположенные последовательно в ходе лучей плоское зеркало, угловое зеркало и объектив, введены оптико-электронный преобразователь и установленный на подвижный носитель гироскопический блок, содержащий рамку и гироскоп, причем объектив, угловое зеркало и оптико-электронный преобразователь установлены на рамку гироскопического блока, а плоское зеркало установлено на гироскоп под углом к его оси вращения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема подвижного сканирующего устройства.

В состав устройства, приведенного на чертеже, входят подвижный носитель 1, гироскопический блок 2, содержащий гироскоп 3 и рамку 4, плоское зеркало 5, установленное на гироскоп 3 под углом к оси его вращения, угловое зеркало 6, объектив 7 и оптико-электронный преобразователь 8, установленные на рамку 4 гироскопического блока 2. Пунктирной линией 9 показан ход лучей.

Устройство работает следующим образом. Луч света 9 от наблюдаемого объекта (на чертеже не показан) последовательно отражается от плоского зеркала 5, углового зеркала 6, снова плоского зеркала 5, после чего с помощью объектива 7 фокусируется на оптическом входе оптико-электронного преобразователя 8. Объектив 7 фокусирует параллельный пучок лучей в точку, которая при вращении гироскопа 3 и установленного на нем плоского зеркала 5 движется в фокальной плоскости объектива 7 по прямолинейной траектории, параллельной ребру углового зеркала.

Для доказательства того, что на выходе системы зеркал 5 и 6 параллельный пучок света 9 отклоняется строго в одной плоскости, параллельной ребру углового зеркала 6, достаточно показать, что пучок 9 не отклоняется в плоскости, перпендикулярной ребру углового зеркала 6.

Эквивалентную схему из четырех зеркал можно представить как два эквивалентных угловых зеркала:
первое - с углом между отражающими поверхностями Θ₁, образованное плоским зеркалом 5 и первым по ходу пучка зеркалом углового зеркала 6;
второе - с углом между отражающими поверхностями Θ₂, образованное вторым по ходу пучка зеркалом углового зеркала 6 и плоским зеркалом 5.

Реальный угол между зеркалами углового зеркала 6 может быть обозначен σ. Из треугольника, образованного зеркалами 5 и 6, можно определить Θ₂ = π-Θ₁-σ. Известно, что угловое зеркало отклоняет падающий луч от своего первоначального направления на двойной угол. Тогда после первого эквивалентного углового зеркала пучок распространяется под углом 2Θ₁, а после второго эквивалентного зеркала - под углом 2Θ₁+2Θ₂ = 2Θ₁+2(π-Θ₁-σ) = 2π-2σ = -2σ. При вращении плоского зеркала 5 углы Θ₁ и Θ₂ меняются, однако конечный результат от них не зависит. При вращении гироскопа 3 вокруг оси Z нормаль к плоскости зеркала 5 описывает в пространстве коническую поверхность. Следовательно, параллельный пучок света при вращении зеркала 5, не отклоняясь в плоскости, перпендикулярной ребру углового зеркала 6, отклоняется в плоскости, параллельной ребру углового зеркала 6.

При перемещении носителя 1 в пространстве происходят его повороты относительно осей Х и Y, причем гироскопический блок 2 при быстром вращении гироскопа 3 функционирует таким образом, что система координат XYZ, связанная с рамкой 4 гироскопического блока 2, сохраняет свою угловую ориентацию в пространстве при поворотах носителя 1 относительно осей Х и Y. Это приводит к угловой стабилизации оси вращения плоского зеркала 5, углового зеркала 6, объектива 7 и оптико-электронного преобразователя 8 относительно наблюдаемого объекта (на чертеже не показан) при одновременном обеспечении линейного сканирования наблюдаемого объекта с помощью плоского зеркала 5, установленного под углом к оси вращения гироскопа 3.

Предлагаемое устройство позволяет получать линейную траекторию сканирования при движении носителя, что позволяет применять его в оптических системах обзора местности и обнаружения объектов, стыкуемых с обычными системами отображения информации с прямоугольными растрами.

Подвижное сканирующее устройство содержит носитель, а также расположенные последовательно в ходе лучей плоское зеркало, угловое зеркало, объектив, оптико-электронный преобразователь. На подвижный носитель установлен гироскопический блок, содержащий гироскоп и рамку, на которую установлены объектив, угловое зеркало и оптико-электронный преобразователь. Плоское зеркало установлено на гироскоп под углом к его оси вращения. Технический результат - обеспечение независимости траектории сканирования. 1 ил.

Подвижное сканирующее устройство, содержащее носитель, а также расположенные последовательно в ходе лучей плоское зеркало, угловое зеркало и объектив, отличающееся тем, что в устройство введены оптико-электронный преобразователь и установленный на подвижный носитель гироскопический блок, включающий гироскоп и рамку, причем объектив, угловое зеркало и оптико-электронный преобразователь установлены на рамку гироскопического блока, а плоское зеркало установлено на гироскоп под углом к оси его вращения.