Оптическое сканирующее устройство Советский патент 1984 года по МПК G02B26/10 

1 Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для управления положением пучка оптического излучения, и может быть использовано в системах автоматизированного анализа информационных полей. Известно сканирующее устройство, содержащее два одинаковых оптических элемента, например оптические клинь установленные последовательно на оси пучка излучения с возможностью встре ного вращения вокруг нее с одинаковым угловыми скоростями СПЭто устройство обеспечивает скани рование пучки излучения в одной плос кости, ориентации которой определяют ся начальным положением оптических элементов, т.е. позволяет анализировать, информационное поле лишь в одно направлении, что, как правило, недостаточно. В случае необходимости осуществить построчную развертку изображения или обзор информационного поля последовательно в двух и более направлениях узел сканирования вьшолняется в виде последовательно распо1шженных на оси пучка сооТветсТвенlio двух или более устройств, поверну тых в начальном положении по отношению друг к другу вокруг оси пучка и имеющих автономные исполнительные приводы. Такое техническое решение приводит к увеличению осевых габаритов и усложнению конструкции прибора в целом. Кроме того, полному отклонению пучка в одной плоскости соответству ет в устройстве полоборотаиоптических элементов, а в течейие второй, половины оборота Пучок возвращает в исходное положение.-Это увеличивае вдвое время обзора информационного поля и, как следствие, неоправдайо снижает быстродействие системы в лом. Наиболее близким к изобретению. по технической сущности является оптическое сканирующее устройство, содержащее два оптических элемента, установленных последовательно в пуч ке излучения с возможностью встречного вращения во взаимно параллельных плоскостях, один из которых выполней в виде оптических клиньев. 094 одинаково ориентированных к оси вращения этого элемента, параллельной оси пучка излучения С27. Это устройство обеспечивает сканирование пучка в одной плоскости, дважды за один оборот оптических элементов плавно отклоняя его в одном и том же направлении, причем возврат пучка в исходное положение происходит практически мгновенно, скачком, в момент одновременного пересечения пучка границы раздела клиньев оптических элементов, которые имеют ось вращения, параллельную оси входящего в устройство пучка и отстоящую от нее на расстояние, большее половины его диаметра. Однако информационные возможности его остаются минимальными. Поэтому осуществление сканирования малым мгновенным полем поочередно в двух и более направлениях при анализе информационного поля требует применения нескольких устройств, расположенных последовательно вдоль оси пучка, и сложного исполнительного привода, что необосновано усложняет конструкцию и кинематику сканирующего устройства. Целью изобретения является расширение Информационных возможностей сканирующего устройства без усложнения кинематики устройства. Указанная цель достигается тем, что в оптическом сканирующем устройстве, содержащем два оптических элемента, установленных последовательно в пучке излучения с возможностью встречного вращения во взаимно параллельных плоскостях, один из которых выполнен в виде оптических клиньев, одинаково ориентированных к оси вращения этого элемента, параллельной оси пучка излучения, второй оптический элемент выполнен призмеиГным и установлен с возможностью вращения вокруг оси пучка излучения с угловой скоростью, в четыре раза меньшей угловой скорости первого оптического элемента. На фиг. 1 представлена принципиальная оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - перемещение изображения центра информационного поля в оптически сопряженной с ним плоскости анализа; на фиг. 3 примеры вьйолнения оптического элемента. Оптическое сканирующее устройств (фиг. 1) обеспечивает сканированиеинформационного поля поочередно в двух взаимно перпендикулярных плоск тях. Оно состоит из призмы,Дове 1 и прозрачного диска 2, установленных вдоль оптической оси Z системы линз (не показаны), осуществляющей оптический перенос изображения из плоскости исследуемого информационного поля (с дентром в точке 0) в сопряженную плоскость анализа. Призма Дове 1 установлена с возможностью вращения вокруг оптической оси Z, а диск 2, состоящий из двух одинако вых оптических клиньев 3 и 4, обращенных основаниями в противоположны стороны - вокруг оси 5, параллельно оптической оси Z. Устройство работает следующим об разом. В исходном положении оптических элементов 1 и 2 устройства (фиг.1) пучок излучения от точки О информационного поля, входящий в устройств вдоль оси Z, отклоняется диском 2 в сторону основания оптического кли на 3 и затем фокусируется линзой (не показана) в точке 0 -плоскости анализа, отстоящей от следи оптичес кой оси Z (точки 0) на расстоянии R определяемом преломляющими свойствам клина 3 и оптической силой фокусиру ющей линзы, причем проекция системы координат XOY информационного поля занима т в плоскости анализа положение , т.е. в начальный момент изображение информационного поля в плоскости анализа смещено с оптической оси Z вдоль оси X. Это иллюстрируется также фиг. 2а где Хсч OYOI и Хо2 - частные начальные положения проекции в плоскос анализа системы координат XOY, получ емые в начальный момент работы устройства после призмы Дове 1 или 3 диска 2 соответственно, а /V .V, iXgOpYp - итоговое начальное положение проекции координат XOY информационного поля. Круговыми стрелками н фиг. 2а показано направление вращение из исходного положения призмы Дове (f ) и диска 2 ( oi ). При повороте призмы Дове 1 на уголУ, изображение информационного поля в плоскости анализа, смещенное в начальный момент клином 3 диска 2, поворачивается на угол 2 вокруг , вследствие чего проекция точки системы координат XOY информационно-V , V f -v/го ПОЛЯ заняла бы положение XnjOipY (фиг. 26, в), а так как при этом диск 2 поворачивается на угол oL 4, изображение центра О информационного поля перемещается под действием клина 3 из положения Оо по дуге окружности с центром в точке нимает положение Oi на оси Y , а проекция системы координат XOY занимает положение . , . Таким образом, в диапазоне углов поворота призмы Дове 1 и диска 2, соответствующем развертке изображения клином 3, т.е. при О и О oL Т сканирование происходит вдоль оси Yg от точки Оо вверх на величину 2R. Значение угла Ы- 7(фиг. 2в, г) является в рассматриваемом примере вьтолнения устройства предельным для сканирования в одну сторону, так как соответствует началу работы клина 4 диска 2, который, как и клин 3, в начальный момент отклоняет изображение центра О информационного поля в положение 0, (фиг. 2 г) Однако вследствие утке имеющегося поворота призмы 1 на угол - У4 (что соответствует повороту изображения информационного поля на угол /2), при дальнейшем вращении призмы 1 и диска 2 в диапазоне углов Ji v 4 2. и . , соответственно сканирование произойдет вдоль оси л от OQ влево (фиг. 2д). При 2 Ч А Jf ИГ 4 о. 4 ЗТ получим соответственно сканирование вдоль оси YO вниз от точки 5, а при 3/4-ЗГ У Х и вправо вдоль оси Хо. Таким образом, полному периоду сканирования поля по двум координатам соответствуют полоборота призмы Дове 1 и два оборота диска2 во встречном направлении. Вместо призмы Дове 1 в устройстве можно применять призмы Пехана, , призму-куб, а также соответствующие призмы с крышей, которые, как и призма Дове, обладают свойством поворачивать изображение с угловой скоростью, вдвое большей скорости собственного вращения, не вызьгеая при этом его поперечного смещения. Более технологической является форма оптического элемента 2 в виде блока, т.е. двух клиньев, обращен-ных друг к другу основаниями (фиг.За В этом случае сканирование информационного поля будет происходить последовательно: влево, вниз, вправо, вверх. Практический интерес представляет также конструкция в виде биклина, несимметричного по отношению к собственной оси вращения (фиг. 36), у к торого рабочие углы поворота одинаково преломляющих (в частности, имеющих одинаковые преломляющие углы &) клиньев различны. Б этом случае амплитуда сканирования вдоль осей XQ и YO будет различной. Возможно также изготовление оптического элемента 2 в виде двух клинь ев, обращенных друг к другу вершинами (фиг. Зв). Показанные на фиг. 1 и 3 варианты выполнения оптического элемента 2обеспечивают в составе оптического сканирующего устройства сканирование поочередно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Увеличив число клИновых участков оптического элемен та 2, например вьшолнив его в виде N-гранной пирамиды, получим сканирование последовательно в N наклонных по отношению друг к другу плоскостям Оптическое сканирующее устройство в отличие от базового объекта, обеспечивающего. сканирование вдоль одной строки со скачкообразным возвратом в исходное положение, позволяет без усложнения кинематически устройства, а только за счет изменения конструкции одного из регулярно вращаемых вокруг неподвижных осей оптических элементов осуществить циклическое прямолинейное сканирование информационного поля без обратного хода луча последовательно в нескольких наперед заданных направлениях. Raaroдаря этому существенно расщиряются информационные возможности устройства сканирований и область его применения, а также создаются условия для уменьшения мгновенного поля прибора в Целом, что положительно сказывается на Использовании энергетических возможностей приемно-передающей оптикоэлектронной аппаратуры автоматизированных информационных систем и на их точности.

а

У

X X Ду Лд

.

О

ОПТИЧЕСКОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два оптических элемента, установленных последовательно в пучке излучения с возможностью встречного вращения во взаимно параллельных плоскостях, один из которых выполнен в виде оптических клиньев, одинаково ориентированных к оси вращения этого элемента, параллельной оси пучка излучения, отличающееся, тем, что, с целью расширения информационных возможностей устройства без его усложнения,второй.оптический элемент выполнен призменным и установлен с возможностью вращения вокруг оси пучка излучения с угловой скоростью, в четыре раза меньшей угло-. вой скорости первого оптического эле- 5 мента. (Л

V

у

7/J

X

х-у

.

О

а