СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1974 года по МПК G02F1/29 G01J3/06 

1

Изобретение относится к технике сканирования и применяется в системах автоматического анализа светового поля с целью определения распределения яркости по площади или поиска объектов с заданными параметрами.

В известных оптико-механических сканируюгцих устройствах в качестве светопреобразователя используются фотоэлектронные умножители (ФЭУ), обладающие высокой чувствительностью. Современные высокочувствительные ФЗУ имеют большие площади фотокатодов. Например, один из наиболее чувствительных и стабильных фотоэлектронных умножителем тина ФЭУ 52 имеет рабочий диаметр фотокатода 60 мм. Таким фотокатодам свойственна большая неравномерность чувствительности по площади.

При поиадапии светового потока в пропессе сканирования на участки фотокатода с разной чувствительностью появляется паразитная модуляция сигнала, снимаемого с выхода ФЭУ. Для систем автоматического анализа светового поля необходимо устранение этой паразитной модуляции, что связано с усложнением устройств обработки электрического сигнала и снижением чувствительности всей автоматической системы анализа в целом.

С целью исключения паразитной модуляции выходного электрического сигнала необходимо световой поток, прошедший через разлагающий элемент, распределить равномерно по всей рабочей площади светонреобразователя. В известных сканирующих устройствах для этого применяется «тинза (коллектив), формирующая изображение входного (неподвижного) отверстия объектива на одном и том же участке фотокатода ФЭУ.

Недостатки известного устройства следующие:

а)линза с определенным фокусным расстоянием, поставленная на некотором расстоянии от разлагающего элемента, не может передать весь световой ноток, прошедший через

разлагающий элемент, на светопреобразователь, что снижает чувствительность сканирующего устройства Б целом;

б)формируемое собирающей линзой на светоп.реобразоватсле световое пятно не заиимает всей площади фотокатода, а распределение освещенности в пределах пятна - неравномерное, что снижает динамический диапазон сканирующего устройства по освещенности и не полиостью устраняет паразитную

модуляцию выходного сигнала;

в)Б случае расположения линзы таким образом, чтобы она передавала весь световой поток на светопреобразователь, световое пятно в процессе скаппровапия засвечивает последовательно участки фотокатОлТа, что вызывает паразитную модуляцию выходного сигнала.

С целью устранения указанных недостатков в иредлэжеимом онтико-механическом сканирующем устройстве вместо лиизы-коллектива применяется световод специальной конструкции. Этот световод нредставляет собой онтическую деталь цилиндрической или конической формы с полированными поверхностями. Диаметр нереднего торца световода соответствует диаметру анализируемого изображения и располагается неносредствецно за разлагающим элементом. Диаметр заднего торца световида соответствует рабочему диаметру фотокатода свегопреобразователя и нритирается iK его .новерхности.

Передача всего светового потока, прошедшего через разлагающий элемент, на светонреобразователь достигается за счет максимального приближения нередного торца световода к разлагающему элементу, полного внутреннею отражения лучей, нопадающих изнутри на полированную боковую поверхность световода, н притирки заднего торца световода к плоскости светонреобразователя.

На фиг. 1 показан .световод предложенного сканирующего устройства; а - продольное сечение; б - узел I и ход лучей; в, г - ячейки переднего торца световода в плане и изометрии; па фиг. 2 - схема сканирующего устройства.

С целью равномерного раснределения всего светового потока, входящего в световод от любой точки анализирующего изображения, по всей рабочей поверхности фотокатода светопреобразователя передний торец световода выполнен в виде равномерно и нлотно нрилсатых друг к другу ячеек с конусными шоверхностя:ми, обращеннььми вершинами в тело световода. Максимальный размер основания ячейки в плоскости торца световода соответствует размеру разлагающего элемента Д5, а угол при всрщине конуса ф выбран исходя из условий максимального про.хождения светового нотока внутрь световода. Для естественного света этот угол определяется по законам отражения и для нормально надающего луча составл5 ет примерно 60. При этом 90% светового потока, падающего на поверхность ячейки (фиг. , б), нреломляется в тело световода и налравляется на его полированную боковую новерхность, отразившись от которой, засвечивает фотокатод. 10% отраженного от поверхности ячейки потока нормально падает на ее противоположную сторону и проходит в тело световода, также засвечивая фотокатод. Миннмальпая длина световода определяется обязательным одноразовым преломлением любого луча от боковой поверхности световода.

Для максимальной передачи иадаюп его световода потока в тело световода я чейки на переднем торце световода расположены так (фиг. I, в, г), что линии пересечения конусных

поверхностей смеЖ|Ных ячеек образуют в плане равносторонние щестиутольники. При этом световой луч, надающий в любую точку нереднего торца, всегда нопадает на одну или несколько ячеек под углом 60° к их поверхностям. Благодаря конусной форме ячеек преломленный луч распределяется во все стороны на образующую световода, создавая в дальнейшем равномерную засветку всей рабочей площади, светонреобразователя, независимо от места засветки входного торца.

Онтико-механическое сканирующее устрой ство (см. фиг. 2) содержит экран 1, объектив 2, разлагающий элемент 3, световод 4, светопреобразователь 5.

Объектив 2 формирует изображение анализирующего поля в плоскости разложения. Разлагающий элемент 3 с онределенной анертурой площадью А5 сканирует это изображение; световой поток, прошедший через разлагающийэлемент, равномерно распределяется световодом по всей рабочей площади светопреобразователя.

Расчеты показывают, что световод описанной конструкции пропускает 95% падающего на его передний торец светового потока при равпомерной засветке всего выходного торца. Применение этого световода позволяет использовать в онтико-механическом сканирующем устройстве в качестве светопреобразователя совремеп;ные высокочувствительные фотоэлектронные у.множители с большими рабочими площадями фотокатодов и неравномерной чувствительностью но их площади. При этом за счет максимальной передачи падающего светового потока полностью используется высокая чувствительность нрименяемого светопреобразователя, а за счет равномерной засветки всей рабочей площади фотокатода в любой момент сканирования одновремеПНО устраняется наразитная модуляция выходного сигнала и расщиряется дина мический диапазон работы устройства по освещенности.

П ip е д м е т изобретен и я

Сканирующее устройство, состоящее из объектива, разлагающего эле.мента и светонреобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности ири одновременном устранении паразитной модуляции выходного сигнала, между разлагающим элементом и светопреобразователем установлен световод, передний торец которого, расположен непосредственно за разлагающим элементом по ходу светового луча и выполнен в виде равномерно раснределепных по всей его поверхности одинаковых конусных ячеек, прилегающих друг к другу так, что линии пересечения конусных поверхностей образуют в плане равносторонние шестиугольники, причем вершины конусов обращены в тело световода, а задний торец притерт к нлоскости светопреобразователя.