Сканирующее устройство Советский патент 1981 года по МПК G02B26/10 

(34) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к оптическим системам, в частности к системам оптико-механического сканирования, и может быть использовано при построении телевизионных, обзорных и поисковых систем.

Известно сканирующее устройство, содержащее оптически связанные систему регистрации оптического излучения и сканирующий элемент прямого зрения, позволяющее сканировать пространство в пределах угла 210 -220 . В качестве сканирующего элемента прямого зрения в устройстве используется призма-куб, состоящая из двух призм Дове, склеенных гипотенузными гранями, вращающаяся вокруг оси, перпендикулярной оптической оси устройства и лежащей в плоскости склейки составляющих призм l J.

Однако наличие у призмы-куй лишь одной отражающей плоскости дает возможность при помощи известного устройства осуществлять сканирование

пространства только в одном направлении.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее систему регистрации оптического излучения и сканирующий элемент, вьшолненный в виде склеенного из четырех одинаковых призм блока 2.

Недостатком известной системы является ограниченный угол сканирова10ния и невозможность сканирования в двух, взаимно перпендикулярных направлениях .

Цель изобретения - увеличение угла сканирования при сканировании

15 в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Указанная цель достигается тем, что в сканирукщем устройстве, содержащем систему регистрации оптическо20го излучения и сканирующий элемент, выполненный в виде склеенного из четырех одинаковых пг(изм блока, призмы выполнены в виде призм Дове, с нане3

сенными на их гипотенузных гранях крышами, при этом плоскости склейки проходят через грани, образующие крышу.

На фиг. I схематически изображено сканирующее устройство; на фиг. 2 ход лучей в призме.

Сканирующее устройство включает в себя сканирующий элемент I в виде блока, склеенного из четырех одинаковых призм 2, и систему регистрации оптического излучения 3. Взаимно перпендикулярные отражаюпще плоскости 4 и 5 образованы отражакщими гранями призм 2, выполненными из призмы Дове, путем нанесения крыши на гипотенузную грань.

Если гипотенузное ребро призмы 2 совпадает с оптической осью устройства фиг. 2а), призма 2работает как призма прямого зрения. Луч, падающий на, призму 2 параллельно гипотенузному ребру, преломившись в точке А, отражается последовательно в точках Б и С, лежащих на разных гранях, образующих крышу, и после преломления в точке D выходит из призмы в направлении, параллельном падающему лучу.

Если гипотенузное ребро призмы 2 образует угол АЗ с оптической осью устройства (фиг. 2б), призма работает как прямоугольная призма с крышей. Луч, падающий на призму перпендику- . лярно ее катетной грани, проходит без преломления в точке А в объем . призмы дважды отражается в точках В и С от граней, образующих крышу, и выходит из прхамы в точке D в направлении, составляющем угол 90 с падающим лучом.

Сборка и склейка призм 2 производится по тем граням, которые образуют крышу. Для обеспечения максимального коэффициента полезного действия сканирующего элемента призмы 2 при сборке разделены между собой средой, показатель преломления которой ниже, чем у материала самих приз

Сканирующее устройство работает следующим образом.

Если общее ребро сборки призм 2 составляет угол 45° с оптической осью устройства и лежит в плоскости, образующей угол 45 с отражающими плоскостями призм 2 и содержащей оптическую ось устройства, раб отает лишь одна призма 2, которая выполняет функции прямоугольной призbfij с крьш1ей и отклоняет визирный луч

54

на угол 90. Уменьшение угла между общим ребром одной из призм 2 и оптической осью устройства приводит к включению в работу остальных призм блока и постепенному переходу к работе призм 2 в качестве призм прямого зрения. При совпадении общего ребра призм 2 с. оптической осью Устройства работают все четыре призмы, заполняя при этом по 25% площади входного зрачка сканирующего устройства. В этом случае направление визирного луча совпадает с оптической осью устройства. При дальнейшем повороте сканирующего элемента 1 происходит обратный процесс постепенного перехода к прямоугольной призме с крышей.

Вращение сканирующего элемента 1 вокруг оси ММ (фиг. 1), проходящей через ее центр тяжести под углом к общему ребру призм 2 и лежащей в плоскости, которая составляет угол 45 ° с отражающими плоскостями 4 и 5 призм 2, обеспечивает сканирование пространства по строке с угловой скоростью в два раза вьш1е, чем скорость вращения сканирующего элемента 1. За один оборот устройство сканирует две строки.

Колебание сканирующего элемента i вокруг оси NN, перпендикулярной оптической оси устройства 00 и оси вращения, обеспечивает сканирование пространства по кадру с угловой скоростью, превьш1ающей угловую скорость колебания в два раза.

Траектория движения визирного луча в процессе сканирования пространства зависит от способа подвески сканирующего элемента i в устройстве и представляет собой результат наложения колебательного движения сканирующего элемента 1 вокруг оси NN на е.е вращательное движение.

Если ось вращения ММ всегда перпендикулярна общему ребру призм 2 и в процессе сканирования колеблется вместе со сканирующим элементом вокруг оси NN, траектория движения визирного луча представляет собой дугу, центр которой совпадает с центром тяжести сканирующего элемента .

Если ось вращения ММ неподвижна, т.е. угол меладу осью вращения и общим ребром призм 2 в процессе сканирования изменяется по закону колебаний сканирующего элемента вокруг

оси NN, траектория движения визирного луча представляет собой прямую линию, и за один оборот устройство сканирует последовательно две строки, расположенные по разные стороны плоскости, проходящей через ось колебания NN и его оптическую ось.

Наличие двух взаимно перпендикулярных отражающих плоскостей у ска-г пирующего элемента и сохранение свойства призмы 2 работать в завися мости от ориентации относительно оп тической оси устройства в качестве прямоугольной отклоняющей призмы . и призмы прямого зрения, дало возможность осуществить сканирование пространства в двух направлениях одним оптическим элементом прямого зрения. При этом поле обзора устройства составляет более 2К стерадиан.

Большой размер поля обзора сканирующего устройства дает возможность уменьшить в 1,5-2 раза габаритные размеры и вес оптико-механических блоков обзорных и поисковьк установок, зона обзора которых составляет полусферу, так как в этом случае исключается необходимость поворота

8579114

всей оптической системы перемещения поля обзора из одной части зоны обзора в другую.

Формула изобретения

Сканирующее устройство, содержащее систему регистрации оптического излучения и сканирующий элемент, выполненный в виде склеенного из четырех одинаковых призм блока, отличающееся тем, что, с целью увеличения угла сканирования при

сканировании в двух взаимно перпендикулярных направлениях, призмы выполнены в виде призм Дове, с нанесенными на их гипотенузных гранях крышами, при этом плоскости склейкн

проходят через грани, образующие крыщу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Кожевников Ю.Г. Оптические призмы. М., Машиностроение, 1975, с. 82.

2. Патент США № 3217623, кл. 95-125, опублик. 1965 (прототип).