СКАНИРУЮЩИЙ НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР Российский патент 2003 года по МПК G02B23/12 

Изобретение относится к оптическому и оптико-электронному приборостроению и, конкретно, к сканирующим наблюдательным приборам.

Известны сканирующие наблюдательные приборы с различным построением систем сканирования (Дж. Ллойд "Системы тепловидения", М., Мир, 1978 г., стр. 258-288).

Сканирование в коллимированных оптических лучах обеспечивает отсутствие дополнительных аберраций и сохранение масштабов изображения, как в направлении, параллельном развертке, так и в направлении, ортогональном направлению развертки. Недостатками такого рода систем являются их относительно большие габариты и масса из-за использования сканирующих элементов большого формата, превышающих входной зрачок устройства.

Сканирование в сходящихся пучках позволяет минимизировать размеры сканирующих элементов и, тем самым, значительно уменьшить массу прибора, что особенно важно для носимых малогабаритных приборов. Однако такая схема сканирования требует принятия специальных мер по минимизации искажений растра и сохранению равных масштабов изображения вдоль оси сканирования и в ортогональном направлении. Наиболее близким техническим решением является сканирующий наблюдательный прибор (патент РФ 2137319). Этот сканирующий наблюдательный прибор содержит объектив, линейку фотоприемников, двустороннее сканирующее зеркало, коллимирующую систему, причем сканирующее зеркало расположено в сходящихся пучках лучей принимаемого излучения между объективом и линейкой фотоприемников с одной стороны и между линейкой излучателей и окуляром с другой стороны.

К основным недостаткам данного технического решения можно отнести следующее.

1. Предложенное техническое решение не обеспечивает достижение равных геометрических увеличении как в направлении оси вращения зеркала (по вертикали), так и в ортогональном направлении (по горизонтали) и отсутствие искажений растра.

2. Значительно усложнена система оборачивания изображения, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик прибора.

Техническая задача изобретения заключается в создании компактного сканирующего наблюдательного прибора с минимальными массогабаритными характеристиками, обеспечивающего равенство геометрических увеличении по различным направлениям поля зрения.

Для решения этой задачи предлагается сканирующий наблюдательный прибор, содержащий объектив, линейку фотоприемников, сканирующее зеркало, привод сканирующего зеркала, линейку излучателей, блок электронной обработки сигналов, проекционную оптическую систему, отличающийся тем, что сканирующее зеркало, линейка фотоприемников и линейка излучателей установлены таким образом, что выполняется следующее соотношение:

где L_ф, L_и - продольные размеры соответственно линейки фотоприемников и линейки излучателей;
S_ф - расстояние от линейки фотоприемников до проекции оси вращения сканирующего зеркала на его отражающую поверхность, обращенную к линейке фотоприемников;
S_и - расстояние от линейки излучателей до проекции оси вращения сканирующего зеркала на его отражающую поверхность, обращенную к линейке излучателей;
δГ - модуль допустимой разности увеличения прибора вдоль оси вращения сканирующего зеркала и увеличения прибора в ортогональном направлении;
Г - номинальное геометрическое увеличение прибора.

Сущность изобретения состоит том, что сканирующий наблюдательный прибор содержит объектив, линейку фотоприемников, сканирующее зеркало, линейку излучателей, блок электронной обработки сигналов и проекционную оптическую систему, причем сканирующее зеркало, линейки фотоприемников и излучателей установлены таким образом, что выполняется соотношение (1).

Предлагаемое техническое решение обеспечивает отсутствие недопустимых геометрических искажений изображения для любых применяемых объективов, в том числе и для сменных, с произвольным соотношением фокусных расстояний объективов и проекционной оптической системы. Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет без искажений масштабов растра использовать в конструкции прибора значительно отличающиеся по длине линейки фотоприемников и излучателей, что позволяет получить в необходимых случаях дополнительное геометрическое увеличение, равное отношению длин линеек излучателей и фотоприемников, соответственно без увеличения массы прибора.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает выполнение поставленной задачи в обоих вариантах расположения линеек фотоприемников и излучателей относительно сканирующего зеркала: по разные стороны двустороннего сканирующего зеркала с осью вращения зеркала между отражающими поверхностями или с одной стороны одностороннего сканирующего зеркала. В последнем случае может быть обеспечено совпадение оси вращения с отражающей плоскостью зеркала, что уменьшает расфокусировку лучей при колебаниях зеркала.

На чертеже представлена схема сканирующего наблюдательного прибора, содержащего объектив (1), линейку фотоприемников (2), двустороннее сканирующее зеркало (3), с осью вращения (4), привод сканирующего зеркала (5), линейку излучателей (6), блок электронной обработки сигналов (7) и проекционную оптическую систему (8), выполняющую роль окуляра для приборов прямого наблюдения.

Система работает следующим образом.

Принимаемое излучение через объектив (1) направляется на сканирующее зеркало (3), управляемое приводом (5), совершающее колебательные движения вокруг оси (4). Отраженное от зеркала излучение направляется на линейку фотоприемников (2), в которых излучение преобразовывается в электрический сигнал, направляемый в блок электронной обработки сигналов (7), выполненный, например, в виде параллельных аналоговых усилителей, соединенный с линейкой излучателей (6). Световые сигналы, создаваемые линейкой излучателей, отраженные от второй стороны сканирующего зеркала (3), через проекционную оптическую систему (8) рассматриваются наблюдателем. Размещены линейки фотоприемников и линейки излучателей относительно сканирующего зеркала таким образом, что выполняется соотношение (1), учитывающее продольные (вдоль оси вращения зеркала) размеры линеек фотоприемников и излучателей, обеспечивает правильные пропорции изображения, соответствующие пропорциям наблюдаемого объекта, а также возможность использования сменных объективов с произвольными фокусными расстояниями без внесения искажений в пропорции изображения при замене объектива.

С использованием предлагаемого технического решения изготовлен сканирующий наблюдательный прибор, предназначенный для визуализации инфракрасного изображения предметов, имеющий следующие основные характеристики:
Диапазон принимаемых длин волн, мкм - 3÷5
Поле зрения (вертикальное • горизонтальное), угл. град. - 7•11
Номинальное геометрическое увеличение, крат - 1,0
Продольный размер линейки фотоприемников, мм - 7,2
Продольный размер линейки излучателей, мм - 5,9
Разность увеличения прибора вдоль оси вращения сканирующего зеркала и увеличения прибора в ортогональном направлении, крат - 0,03
Масса, кг - 1,8о

Изобретение относится к оптическому и оптико-электронному приборостроению. Прибор содержит объектив, линейку фотоприемников, сканирующее зеркало, привод сканирующего зеркала, линейку излучателей, блок электронной обработки сигналов и проекционную оптическую систему. Сканирующее зеркало, линейка фотоприемников и линейка излучателей установлены таким образом, что выполняется приведенное в формуле изобретения соотношение между продольными размерами линеек фотоприемников и излучателей, расстояниями от линеек фотоприемников и излучателей до проекции оси вращения сканирующего зеркала на его отражающую поверхность, обращенную соответственно к линейке фотоприемников и к линейке излучателей, модулем допустимой разности увеличения прибора вдоль оси вращения сканирующего зеркала и в ортогональном направлении и номинальным геометрическим увеличением прибора. Обеспечивается создание сканирующего наблюдательного прибора, имеющего равное геометрическое увеличение как по вертикали, так и по горизонтали при минимальных массогабаритных характеристиках. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Сканирующий наблюдательный прибор, содержащий объектив, линейку фотоприемников, сканирующее зеркало, привод сканирующего зеркала, блок обработки электронных сигналов, линейку излучателей, проекционную оптическую систему, отличающийся тем, что сканирующее зеркало, линейка фотоприемников и линейка излучателей установлены таким образом, что выполняется следующее соотношение:

где L_ф, L_и - продольные размеры соответственно линейки фотоприемников и линейки излучателей;
S_ф - расстояние от линейки фотоприемников до проекции оси вращения сканирующего зеркала на его отражающую поверхность, обращенную к линейке фотоприемников;
S_и - расстояние от линейки излучателей до проекции оси вращения сканирующего зеркала на его отражающую поверхность, обращенную к линейке излучателей;
δГ - модуль допустимой разности увеличения прибора вдоль оси вращения сканирующего зеркала и увеличения прибора в ортогональном направлении;
Г - номинальное геометрическое увеличение прибора. 2. Сканирующий наблюдательный прибор по п. 1, отличающийся тем, что сканирующее зеркало выполнено в виде двухстороннего зеркала, причем ось вращения расположена внутри него между отражающими поверхностями, а линейки фотоприемников и излучателей установлены с разных сторон сканирующего зеркала. 3. Сканирующий наблюдательный прибор по п. 1, отличающийся тем, что сканирующее зеркало выполнено в виде одностороннего зеркала, причем ось вращения лежит в плоскости отражающей поверхности, а линейки фотоприемников и излучателей установлены со стороны отражающей поверхности зеркала.