Оптическая сканирующая система Советский патент 1992 года по МПК G02B26/10 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптико-электронным приборам, и может быть использовано при разработке тепловизионных и телевизионных, установок.

Известен зеркальный многогранник развертывающей системы, выполненный в виде двух усеченных правильных пирамид, соединенных меньшими основаниями, а ребра двухгранных углов перпендикулярны оси вращения многогранника.

Известна сканирующая система, содержащая афокальную насадку, объектив приемника и зеркальный барабан в виде двух усеченных конических многогранников, соединенных меньшими основаниями.

Наиболее близким к заявляемому реше- нию является оптическое сканирующее устройство, содержащее входной объектив, зеркальный барабан в виде двух усеченных конических пирамид, соединенных меньшими основаниями, объектив приемника и блок коррекции сканирования.

В этом устройстве при вращении зеркального барабана световые пятна от лучей, формирующих изображение объектов, пеVI

vj оо

а

о

ремещаются по грани барабана, в результате чего размеры грани и всего барабана возрастают, габариты системы увеличиваются.

Целью изобретения является уменьшение габаритов системы.

Цель достигается тем, что в известной сканирующей системе, содержащей входной объектив, зеркальный барабан в виде двух правильных усеченных пирамид, соединенных меньшими основаниями, и объектив приемника, оптическая ось которого, так же как и оптическая ось входного объектива, перпендикулярна оси вращения барабана, задний фокус входного объектива размещен на оси вращения барабана, угол наклона всех граней к оси вращения первой пирамиды, сопряженной с объективом приемника, составляет 45°, а вершина второй пирамиды совмещена сточкой пересечения оптической оси объектива приемника и оси вращения барабана.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых связей между отдельными элементами системы. Таким образом, заявляемое устройство соответ ствует критерию новизна.

Сравнение заявляемого решения с другими решениями показывает, что сканирующие системы с барабаном в виде соединенных меньшими основаниями двух усеченных пирамид и объективом приемника известны. Однако при их введении в указанной связи и введении входного объектива вместо афокаль- ной насадки в заявляемое устройство для его оптимизации вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к уменьшению габаритов системы. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию существенные отличия.

На фиг. 1 и 2 изображена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 3

-положения световых пятен на грани пирамиды при сканировании объектов: на фиг. 4

-вариант устройства выходной части системы.

Оптическая сканирующая система содержит входной объектив 1, зеркальный барабан 2, состоящий из двух правильных усеченных пирамид: пирамиды 3, сопряженной с объективом 4 приемника 5, и пирамиды 6, сопряженной с входным объективом 1. Зеркальный барабан 2 выполнен так, что меньшие основания пирамид 3 и 6 направлены навстречу друг другу: при этом все грани пирамиды 3 наклонены к оси 7 вращения барабана 2 под углом 45°, а продолжения граней пирамиды б сходятся в точке 8

пересечения оптической оси 9 объектива 4 приемника и оси 7 вращения барабана 2. Оптическая ось 9 объектива приемника и оптическая ось 10 входного объектива параллельны между собой и перпендикулярны оси 7 вращения барабана 2. Задний фокус 11 (F ) входного объектива 1 расположен на оси 7 вращения барабана 2.

Оптическая сканирующая система работает следующим образом.

Входные лучи 12 и 13 от объектов входным объективом фокусируются в плоскость изображения, проходящую через ось 7 вращения барабана 2, Но на их пути размещена

грань верхней пирамиды 6 барабана 2, например грань 14, которая переносит сфокусированное изображение на соответствующую грань 14 нижней пирамиды 3. Такое размещение элементов позволяет уменьшить высоту пирамиды 3 до минимума, следовательно, уменьшить габариты барабана 2 по высоте. Отраженные от граниЙ лучи при помощи объектива 4 формируют изображения объектов на приемнике 5. При вращении барабана 2 грань 14 разворачивается, и приемником 5 воспринимаются изображения от других объектов в плоскости сканирования.

Особенностью указанного размещения

элементов устройства является то, что при повороте барабана 2 средняя точка 15 (фиг. 3) светового пятна 16 на грани 14 остается неподвижной, вокруг которой эллипс светового пятна разворачивается в одну или другую сторону в зависимости от положения грани 14 относительно его среднего положения (на фиг. 1 и на фиг. 2 сплошными линиями показано среднее положение грани 14).

Авторами выведено уравнение перемещения точки 15 по оси X (фиг. 3) в зависимости от параметров системы

45

sln.Q( - cosX) sin у cos ©

где С - расстояние между оптическими осями 9 и 10 объективов;

X - угол между осью 7 вращения бара- бана и гранью пирамиды 6;

0-угол поворота барабана 2. Для того, чтобы точка 15 оставалась неподвижной, на грани 14 надо получить X 0; учитывая, что sin у - cos 0 не может быть больше 1, С и 0 не могут быть равна О, следовательно, sin у- cos у 0, откуда sin cosy, а это может быть только при . Следовательно, при заданных условиях двухгранные углы между соответствующими гранями барабана 2 (например, между гранями 14 и 14J равны 90°, что соответствует нормально работающей системе с таким барабаном. При неподвижности точки 15 грани пирамид по оси X становятся минимальными, что позволяет при том же количестве граней уменьшить диаметр барабана 2. Таким образом, размеры барабана уменьшаются как по высоте, так и по диаметру, что позволяет уменьшить габариты всей сканирующей системы. Проведенные расчеты еще раз показывают существенность отличительных признаков заявляемого технического решения

С целью улучшения компактности сканирующей системы направление оптической оси 9 обьектива 4 приемника может быть изменено плоским зеркалом 17 (фиг.

4).

Пример конкретного выполнения оптической сканирующей системы.

Исходя из технического задания и в результате расчета, заявителем получена оптическая сканирующая система со следующими основными техническими характеристиками:

-диаметр входного зрачка входного обьектива DBx 200 мм;

-относительное отверстие входного обьектива С 1:2;

-поле обзора 24x36°;

-длина линейки чувствительных элементов приемника 7,68 мм (128 элементов в однорядной линейки);

-КП Д сканирования, так же как у прототипа, г 0,5;

I

-число зеркальных граней в каждой пирамиде - 10;

- габариты сканирующего барабана; диаметр - 33 мм, высота - 21 мм, что в 2-3 раза меньше соответствующих размеров барабана прототипа.

У прототипа практически не осуществимо получить КПД сканирования более 0,5, а заявляемое устройство позволяет поднять КПД сканирования до 0,85-0,9 за счет незначительного увеличения габаритов (при этом габариты все равно меньше габаритов прототипа), что в свою очередь к увеличению чувствительности сканирующей системы. Использование изобретения по сравнению с прототипом позволяет уменьшить га- бариты системы, повысить скорость вращения барабана за счет уменьшения инерционных масс, повысить коэффициент сканирования.

Формула изобретения

Оптическая сканирующая система, содержащая входной объектив, зеркальный барабан в виде правильных усеченных пи- рамид, соединенных меньшими основаниями, и объектив приемника, оптическая ось которого, как и оптическая ось входного обьектива, перпендикулярна к оси вращения барабана, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов, задний фокус входного объектива совмещен с осью вращения барабана, угол наклона всех граней к оси вращения первой пирамиды, сопряженной с объективом приемника, составляет45°, а вер- шина второй пирамиды совмещена с точкой пересечения оптической оси объектива приемника и оси вращения баробана.

10 14

oF-V-NJ

-Л --7/3

Фвг.1

sL

Фвг.2

Использование: изобретение может быть использовано при разработке теплови- зионных и телевизионных систем. Сущность изобретения: система содержит входной объектив, зеркальный барабан, состоящий из двух правильных усеченных пирамид: пирамиды, сопряженной с объективом приемника, и пирамиды, сопряженной с входным объективом. Зеркальный барабан выполнен так, что меньшие основания пирамид направлены навстречу друг другу, при этом все грани пирамиды наклонены к оси вращения барабана под углом 45°, а продолжения граней пирамиды сходятся в точке пересечения оптической оси объектива приемника и оси вращения барабана. Оптическая ось объектива приемника и оптическая ось входного объектива параллельны между собой и перпендикулярны оси вращения барабана. Задний фокус входного объектива расположен на оси вращения барабана. Уменьшение габаритов системы происходит за счет того, что при вращении барабана средняя точка светового пятна на грани остается неподвижной, вокруг которой эллипс светового пятна только разворачивается. 4 ил. СО с

Фиг.З

14

17

Фиг.4