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

Вращающееся 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 известного устройства можно отнести круговой закон сканирования, формируемый устройством, что не позволяет использовать его в системах обзора местности и автоматического обнаружения объектов, требующих линейного закона сканирования.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к 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), МПК⁶ G 02 В 27/17, б.и. 20, 1982 г.).

К недостаткам известного устройства относится зависимость траектории сканирования от закона перемещения носителя, в частности, если носитель является вращающимся, то линия сканирования описывает в пространстве сложные траектории, формируемые при несовпадении угловых скоростей вращения носителя и зеркала.

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

Указанная задача решается тем, что во вращающееся сканирующее устройство, содержащее носитель, а также расположенные последовательно в ходе лучей плоское зеркало, угловое зеркало и объектив, введены оптико-электронный преобразователь и установленный на носитель гироскопический блок, содержащий рамку, на которую установлены объектив, угловое зеркало и оптико-электронный преобразователь, а плоское зеркало установлено жестко на носитель 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 с установленными на нем гироскопическим блоком 2, содержащим гироскоп 3 и рамку 4, и плоским зеркалом 5; на рамку 4 гироскопического блока 2 установлены угловое зеркало 6, объектив 7 и оптико-электронный преобразователь 8. Пунктирной линией 9 на чертеже показан ход лучей.

Устройство работает следующим образом. Луч света 9 от наблюдаемого объекта (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 носителя 1 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 вращении носителя 1 относительно оси Z 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. Это приводит к вращению плоского зеркала 5, жестко связанного с вращающимся носителем 1, при стабилизации ориентации углового зеркала 6, объектива 7 и оптико-электронного преобразователя 8 относительно наблюдаемого объекта (не показан). При этом за счет установки плоского зеркала 5 под углом к оси вращения носителя 1 обеспечивается линейный закон сканирования наблюдаемого объекта.

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

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

Вращающееся сканирующее устройство, содержащее носитель, а также расположенные последовательно в ходе лучей плоское зеркало, угловое зеркало и объектив, отличающееся тем, что в состав устройства введены оптико-электронный преобразователь и установленный на носитель гироскопический блок, содержащий рамку, на которую установлены объектив, угловое зеркало и оптико-электронный преобразователь, а плоское зеркало установлено жестко на носитель под углом к его оси вращения.