Устройство для сканирования изображения Советский патент 1979 года по МПК G02B26/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к оптикомеханическим устройствам и предназ начено для использования в приборах, принцип работы которых основа на сканировании изображения, например, в оптических системах скан рующих фотометров, Известно устройства, в которых сканирующим элементом является зер КсШО (зеркальная призма), расположенное в параллельном пучке лучей перед объективом 1 , 2. Также известны устройства, в ко торых сканирование осуществляется зеркалом, помещенном в сходящемся пучке лучей объектива, вращающимся вокруг оси, перпендикулярной оси объектива 3, 4, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее объектив, сканирующее зеркало, расположенное в сходящемся пучке лучей объек тива, и фотоприемник, в котором зер кало (зеркальная призма) расположен под углом 45 к оптической оси объе тива и ьращается вокруг оси, параллельной оси объектива, а фотоприемник расположен на оси вращения зеркала 15. Недостаток этого устройства заключается в нескомпенсйрованности кривизны поля изображений. Целью изобретения является компенсация кривизны поля изображения. Эта цель достигается тем, что зеркало жестко закреплено на механиЛ1е, сообщающем ему одновременно с вращательным движением и поступательное в соответствии с зависимостью п -р/2 где п - радиус-вектор нормали к отражающей поверхности зеркала в системе координат с центром, совмещенным с приемником; р -радиусвектор, описывающий поверхность изображений в той же системе координат, а также тем, что подвижное зеркало жестко закреплено на кулисе секансного кулисного механизма его отражающая поверхность совмещена с осью шарнира кулисы и расположена перпендикулярно линии, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма, а приемник установлен на оси шарнира ползуна, направляющего поступательное движение кулисы. Для обеспечения линейной скорости развертки ползун кинематически связан с кулачковым возвратно-поступательным механиэмом, приводная поверхность которого выполнена по спирали Архимеда. На фиг.1 показан общий вид описываемого устройства; на фиг.2 - вариа Устройства с производным расположением приемника и зеркала в рабочем положении; на фиг.З - вариант устрой ,схва при работе его с объективом с .плоским полем изображения; на фиг.4 возможность измерения координат точек, проектируемых на приемник; на фиг,5 положения сканирующего зеркалй; на фиг.6 - вариант устро ства, в котором приёмник помещен в центре, системы координат. Устройство (фиг.1) содержит объек тив 1, зеркало 2, жестко закрепленное на кулисе J секансного кулисного механизма (секансный механизм, кроме кулисы 3 содержит ползун 4, направляющий поступательное движение кулисы 3, шарнирно связанный с опорой 5 ползун 6, шярнирно связанный с кулисой 3, возвратно-поступательно перемещающийся в направляющих 7), связан ного возвратно-поступательным кулачковым механизмом S с приводом 9, и фотоприемник 10, Устройство работает следующим образом. Объектив 1 строит изображение пространства предметов на поверхности, которая представлена на фиг. кривой линией АА. Перемещение секан ным кулисным механизмом зеркало 2 обеспечивает последовательный перенос точек изображения, построенного объективом 1, на фотоприемник 10. При этом, параметры кулисного механизма, взаимное расположение объекти ва, зеркала и фотоприемника таковы, что расфокусировка изображения на фотоприемнике не превышает требуемой в,еличины. В общем случае беличину продольной расфокусировки находят по величине отступления поверхности изобра жения .объектива (на фиг.2 кривая АА от траектории, которую строит скани рующее зеркало (кривая ВВ), Обычно прИ проектирований сканирующего устройства поверхность изображения объектива считают заданной. Поэтому задача получения сфокусирован ного изображения сводится к опредед|рнию параметров механизма, обеспечивающего такое перемещение зеркала чтобы траектория движения изображения, создаваемого зеркалом, совпада ла с поверхностью изображения объек тива, В предлагаемом устройстве при произвольном расположении фотоприем ника и зеркала (см.фиг.2) траектори движения изображения зеркала представляется некоторой кривой ВВ, ура нение которой может быть записано параметрически X sin 2 (cC+fb) f tg( ))-tqp)( cC+ fb) .COS b -sin Ы + Ъ + - 2 sin ( oL+ (Ъ) ; (1) У 2 cos(rt+pi) I eftgfV- tg(oC+(i) + ( fb)cos ft - sin ft - b + + a sin 2 ( d+ p)) - b; Уравнения траектории, движения изображения, создаваемого зеркалом, записаны для прямоугольной системы координат (фиг.2), начало которых совмещено с осью щарнира ползуна 4, направляющего поступательное движение кулисы 3 секансного кулисного механизма и ОСЬ X . перпендикулярна направлению поступательного движения ползуна б. . Приняты следующие обозначения. С - расстояние от оси шарнира ползуна 4, направляющего поступательное движение кулисы 3 до траектории, которую проходит ось шарнира кулисы; п - расстояние от точки пересечения отражающей поверхности зеркала 2 с линией, сбединяйщей оси шарниров секансного кулисного механизма до траектории, которую описывает ось шарнира кулисы; а - расстояние от оси У до приемнкка 10, координата приемника; b - расстояние от оси X до приемника 10, координата приемника; сзС угол, образованный прямой, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма с отражающей поверхностью зеркала 2; Ъ - У1ОЛ, образованный примой, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма с осью X. Выбором параметров J,n,Cl,b и оС можно добиться того, что траектрия движения изображения, построенная сканирующим зеркалом 2 (кривая ВВ), будет с достаточной степенью точноети повторять кривую - образующую поверхности изображений объектива (кривая АА). . Например, если объектив строит поверхность изображений, которая имеет ось симметрии, зеркало 2 необходимо закрепить перпендикулярно линии, проходящей через оси шарниров сексансного кулисного механизма ( сС 90), а фотоприемник 10 расположить на оси X (Ь - 0). Уравнения траектории движения изображения фотоприемника в этом случае примут вид: .4 (Х 2f -2псоз () (Y 2Etgfb-2nsinpi-2asin 5 cos|).(2) Значения sin р и cos (Ь могут быть представлены как Р где А- смещение оси шарнира кулисы относительно оси X. Тогда уравнения траектории движения изображения фотоприемника могут быть преобразованы к виду X 2В д2 rv-{4) Y 2 Л Выбором величин Е, п и а добиваются изгиба траектории движения изображения обеспечивающего компенсацию криЁизны поля изображения, вносимой объективом. В случае, если в устройстве ИСПОЛЬ зуется объектив с плоским полем (АА прямая линия), необходимо обеспечить поямолинейность траектории движения изображения, Для выполнения этого тре бования (см,фиг.З) фотоприемник 10 ..... J . мещают на оси шарнира ползуна 4, на правляющего поступательное движение кулисы (с(),а зеркало 2 закрепляют на кулисе 3 так, чтобы его отражающая поверхность совмещалась с осью шарнира кулисы (п 0) и была перпендикулярна прямой, проходящей через оси шарниров секансно го кулисного ме анизма ( d-- 90-), Уравнения траектории движения изобретения, создаваемого зеркалом (фиг.З),в этом случае могут быть представлены как X 2е IY 2д (5) траектория движения изображения приемника - прямая линия, перпендикулярная оси X и проходящая на расс НИИ 2 от оси У. Из анализа уравнения (5) видим, что скорость движения изображения, создаваемого сканирующим зеркалом 2 (скорость движения изображения, построенного объективом 1, относитель фотоприемника 10), равна удвоенной скорости поступательного движения оси шарнира кулисы секансного кулис ного механизма. Поэтому, для обеспе чения линейной скорости сканировани достаточно обеспечить линейность скорости поступательного перемещени оси шарнира кулисы секансного кулисного механизма. Для этого приводную поверхность кулачкового воёвратнопоступательного механизма 8, связыва дего секансный кулисный механизм с приводом 9, выполняют по спирали Архимеда. Уравнение (5) можно использовать 1ЛЯ измерения координат точек изображения, построенного объективом 1, проектируемых на фотоприемник 10, для чего достаточно измерить величину поступательного перемещения оси шарнире кулисы 3 секансного кулисного механизма Л. Тогда ордината точки изображения, проектируемой на фотопряемаик равна V 2 А. Таким образом-, для получения информации о координатах точек изоб67 ражения, проектируемых на фотоприемник, нужно связать ползун 6 секансного кулисного механизма, совершающий возвратно-поступательное движение в неподвижных направляющих 7, с отсчетным устройством .11, например. так, как это показано на фиг.4. На фиг,5 показаны три положения сканирующего зеркала 2 , 2 и 2 обеспечивающие перенос соответственно точек А , А и А поверхности изображений объектива 1 на приемник излучения 10, помещенный в точке В. На фиг,6 представлена система крординат, в центре которой помещен приемник излучения Ю. Еслиуравнение образующей поверхности изображений объектива 1 (кривая А АА) . „-t f .../. в этой системе координат представить в виде р f{ ) , то перемещение сканирующего зеркала 2, описанное законом изменения радиус-вектора нормали п к его отражающей поверхности, может быть определено как: р . Таким образом. Такое выполнение сканирующего устройства позволит получить прямолинейный растр развертки изображения, сфокусированного на фотоприемнике по всему полю. -Кроме того, устройство позволяет обеспечить линейность скорости скани 5ования и осуществить измерение координат точек изображения, проектируемых на приемнике. Перечисленные достоинства предлагаемого сканирующего устройства позволяют использовать его в оптических системах приборов самого широкого назначения, например, в те 1ловизорах, в фотограмметрических приборах для автоматической обработки фотоснимков (стереофртоснимков), в спектрофотометрах и т.д. Формула изобретения 1. Устройство для сканирования изображения, построенного оптической системой, содержащее подвижное зеркало, установленное в сходящемся пучке лучей, строящих изображение, и приемник электромагнитной энергии, отличающее с я тем, что, с целью компенсации кривизны поля изображений, зеркало жестко закреплено на механизме, сообщающем ему одновременно с вращательным движением и поступательное .в соответствии с зависимостью.п - где п радиус-вектор нормали к отражающей поверхности зеркала в системе координат с центром, совмещенным с приемником; р - радиус-вектор, описывающий поверхность изображений в той же системе координат.

матически связан с кулачковым возвратно-поступательным механизмом, приводная поверхность которого выполнена по спирали Архимеда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

ние

i в,.

fM