Сканирующее устройство Советский патент 1991 года по МПК G02B26/10 

Подставляя соотношения (2)-(5) в уравнение (1) и решая полученное квадратное уравнение,получим

a arcsln j ( cos2 V + 2 tg 2 |) ° 5 - -cos Vl/2 sin Vtg I

где if) ft/2 .

Координаты (xn. yn, zn) изображения какой-либо точки элемента многоэлементного приемника излучения в пространстве предметов в системе координат XYZ (фиг.2) определяются матричным уравнением

(R-C)+ С,

М

l -2 Nx -2 NxNy -2 NX Nz - 2 NX Ny 1 - 2 N - 2 Ny Nz - 2 NX N7 - 2 Ny Nz 1 - 2 N

матрица действия отражающей грани Ь /,ер кальной пирамиды 1.

R (хп. yn. zn)T; R ( XoyoZo)T I С (xcyczc) T,

Хо, Уо и z0 - координаты формируемого объективом 2 изображения каюй-либо точки элемента многоэлементного приемника 3 излучения;

хс, ус. zc - координаты точки пересечения отражающей грани 8 с осью 4 вращения зеркальной пирамиды 1;

NX, Ny, NZ - направляющие косинусы нормой 7 к отражающей грани 8 относительно осей X. Y, Z;

Т - знак транспонирования матрицы.

Координаты (xn, yn. ) изображения какой-либо точки элемента многоэлементного приемника 3 излучения на предметной плоскости в системе координат XYZ, образованной поворотом системы координат XYZ (фиг. 2) вокруг оси .ia 180° - 2у , после которого новая ось X перпендикулярна предметной плоскости, равны:

Н - расстояние от сканирующего устройства до предметной плоскости по оси X.

Координаты хс, ус, zc с точки С находятся сначала в правой декартовой системе координат X Y Z (фиг. 3) с центром в точке Е2, в которой ось X параллельная оси 4 вращения, а ось Y совпадает с продолжением отрезка АЕ2. Согласно фиг. 3, координаты точки С(х.с , ус , zc) равны:

хё - r0tg #

Ус --г0:(8)

Zc -0.

а направляющие косинусы нормали 7 к 1-й отражающей грани 8 при ее среднем положении равны

25

30

35

40

50

55

NX -cos 1/1(9)

Ny sin VI :

N V 0.

Для определения координат точки С в системе координат XYZ (хс. ус zc) для поло- хениг зеркальной пирамиды 1, показанного на фиг. 1, необходимо повернуть течку С вместе с системой координат X Y z вокруг ocnZ1 на угол а-у. систему координат хУг вокругосиг наугола для совмещения оси X с проекцией б оси 4 врагдемия на плоскость XOV, точку С в этой системе коор- ДИНРТ вокруг ceoei/ оси X1 на угол -90° и новую систему координат X1 Y Z 1 на угол у для совмещения оси X с осью X. После этих преобразований на основании соотношений (8) можно получить:

Xc r0(PlCos y-P2Slny Cos Н;

Ус -r0(PiSin у + P2Cos у Cos Ј): (10)

Zc - -r0P2SlnЈ

где Pi - Sin a a :

P2 Cos a. + a :

- расстояние от точки Е до входного зрачка 10 объектива 2

с, -угол равный 90° для предлагаемого сканирующего устройства.

Величины NX, Ny и Nz могут быть найдены путем поворота грани 8 (фиг. 3) вокруг оси X1 на угол в, равный углу поворота зеркальной пирамиды 1 вокруг своей оси 4 вращения, и выполнения всех указанных выше операций получения соотношений (10), при которых вместо точки С поворачивается отражающая грань 8. В результате этого на основании соотношений (9) можно получить

NX (gi cos Ј + sin x x sin 0 sin Ј ) sin y- 92 cos у; My ( 91 cos Ј 4- sin y x x sin 0 sin | ) cos у + 92 sin у;

Nj. 91 sin Ј- sin уч sin 0cos Ј ; где gi cos or cos 0- cos p sin a;

92 sin fl sin a cos 0 4- cos fi cosa. Из соотношений (6), (10) и (11) и условия

I I ХС, Ус. Zc, Vo 7о 0. в П, С ПОМОЩЬЮ

уравнений системы (7) получим

COS «7| Zn/( Xn-l-yn+Zn)

sin (уч-«)cosу,

(12)

где аг - угол между вектором R и осью Z.

Полагая, что аг 90°-/ j , где ц - угол между отрезками, соединяющими центр входного зрачка объектива с центрами изображений многоэлементного приемника излучения в пространстве предмета, соответствующих i-й отражающей гра- ни и отражающей грани с , из соотношения (12) следует + 0,5 arcsin {sln/ti/cosy }. (13)

В предлагаемом устройстве угол между нормалью к отражающей грани зеркальной пирамиды и направлением ориентации линейного ряда элементов многоэлементного приемника излучения близок к 90° и мало изменяется при ее вращении. Благодаря этому угол поворота изображения линейного ряда элементов многоэлементного приемника излучения на предметной плоскости меньше чем в прототипе, в результате чего

уменьшается трапецеидальность растра и повышается качество изображения. Формула изобретения Сканирующее устройство, содержащее

5 оптически сопряженные сканирующий элемент, выполненный в виде зеркальной пирамиды, установленной с возможностью вращения вокруг своей оси, объектив и многоэлементный приемник излучения, о т л и 10 чающееся тем, что, с целью уменьшения искажений изображения растра, ось вращения зеркальной пирамиды развернута отно- сительно оптической оси объектива, образуя со своей проекцией на плоскость, в

15 которой проходит оптическая ось объектива и перпендикулярно в которой ориентирован каждый линейный ряд элементов многоэлементного приемника излучения, угол

20 a arcSlnn(COS2V + 2tg2|)a5- cos V1/2 slnVtg l,

25

где V 00° 7//N ;

N - число отражающих граней в зеркальной пирамиде;

т/ - коэффициент использования отра- 30 жающей грани, угловое поле обзора сканирующего устройства в пространстве предметов с нормально к 1-й отражающей грани угол

а. + 0,5 arcsln{sln / i/cos у },

где у- угол между проекцией оси вращения зеркальной пирамиды на упомянутую плоскость и отпической осью объектива;

40 /л - угол между отрезками, соединяющими центр входного зрачка объектива с центрами изображений многоэлементного приемника излучения в пространстве предмета, соответствующих 1-й отражающей гра45 ни и отражающей грани а .

О

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах со сканированием в параллельном пучке лучей. Цель изобретения - повышение качества изображения. Сканирующее устройство содержит объектив 2, многоэлементный приемник 3 излучения и зеркальную пирамиду 1. Ось 4 вращения зеркальной пирамиды 1 установлена под определенными углами к оптической оси объектива 2 и к 1-й отражающей грани 8 зеркальной пирамиды 1, Повышение качества изображения обеспечи вается за счет снижения трапецеидально- сти растра. 4 ил.

Фиг. 2

4 С

Е А&

//

/ К

Фиг.1