Оптическая сканирующая система

 

Изобретение может быть использовано в оптическом приборостроении для создания приборов, предназначенных для неразрушающего контроля промышленных изделий, объектов и энергетического оборудования . Зеркальный многогранник 3 выполнен полым и кольцевым, имеющим в сечении, проходящем через ось, треугольник , обращенный вершиной к дополнительному объективу 8. При этом объектив приемника расположен внутри зеркального многогранника, а ось дополнительного объектива проходит через вершину треугольника . 1 з. п. ф-лы, 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4869748/10 (22) 27.09.90. (46) 07.06.92. Бюл. М 21 (75) Л,М. Блюдников, В.П. Митин, Б.С. Товбин и А.М; Широбоков (53) 681.4 (088.8) (56) Ллойд Дж. Системы тепловидения. — М.:

Мир, 1978, с. 271-277, фиг. 7.15.

Тепловизионные приборы и их применение,/Подред. Н.Д. Девяткова. —. М.: Радио и связь, 1983, с. 100-101, рис; 5 10..

Криксунов Л.З., Падалко Г.А, Тепловиэоры. Справочник, — Киев: Техника, 1987; с.

56-58, рис. 2 17, 2.18.

Авторское свидетельство СССР

М 1582170, кл. G 02 В 26/10, 1988.

„„ЯЦ„„1739347 А1 (54) ОПТИЧЕСКАЯ СКАНИРУЮЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение может быть использовано в оптическом приборостроении для создания приборов. предназначенных для нераэрушающего контроля промышленных изделий, объектов и энергетического оборудования. Зеркальный многогранник 3 выполнен полым и кольцевым, имеющим в сечении, проходящем через ось, треугольник, обращенный вершиной к дополнительному объективу 8. При этом объектив приемника расположен внутри зеркального многогранника. а ось дополнительного обьектива проходит через вершину треугольника. 1 з. и. ф-лы, 2 ип.

1739347

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных приборах, предназначенных для неразрушающего контроля промышленных изделий, объектов, энергетического оборудования и для медицинских исследований.

Известны оптические системы тепловизоров, в которых в качестве сканирующих устройств используются зеркальные барабаны-многогранники, обеспечивающие в совокупности с объективом и многоэлементным приемником излучения просмотр заданного поля зрения. Благодаря тому, что сканирование осуществляется вращением зеркального барабана-многогранника, можно легко обеспечить высокую скорость и линейность развертки. Становится возможным создание быстродействующих тепловизионных приборов.

Увеличение угла поля зрения прибора в кадровом направлении в таких системах возможно или за счет увеличения числа чувствительных элементов в линейке приемников или за счет изменения угла наклона граней зеркального барабана к оси его вращения. Первое влечет за собой усложнение технологии производства приемников излучения и, соответственно, повышение стоимости, а также усложнение конструкции объектива из-за необходимости увеличения его собственного угла поля зрения. Второе позволяет ограничиться использованием приемников излучения с небольшим числом чувствительных элементов и объективом, к которому. не предъявляются повышенные требования к качеству изображения по углу поля зрения. Примером тепловизионной системы, построенной по подобной схеме является тепловизор английской фирмы

Presision Industry.

Оптические системы со сканирующими устройствами в виде зеркальных барабанов с разнонаклонными гранями (типа "колеса

Вейлера") обладают тем недостатком, что взаимное расположение элементов системы не позволяет обеспечить высокий коэффициент использования зеркальной грани, а это приводит к увеличению габаритов и снижению чувствительности тепловизора.

В. оптической системе тепловизоров

"Алмаз" и "Радуга" использована в качестве сканирующего устройства 12-гранная усеченная пирамида с разнонаправленными гранями и объектив, фокусирующий поток в плоскость изображения. Развертка изображения осуществляется следующим образом. При повороте зеркальной грани

11-элементный приемник излучения обеспечивает параллельное сканирование 11

45 строк разложения,.составляющих одну зону изображения, а за полный оборот пирамиды осуществляется последовательное сканирование 12 зон.

В этой оптической системе за счет применения зеркальной пирамиды вместо барабана взаимное расположение оси вращения зеркальных граней, падающего и отраженного луча таково, что поворот отраженного луча происходит на угол, равный повороту зеркальной грани. Это в два раза меньше, чем в схеме с использовайием зеркального барабана, за счет чего и увеличивается коэффициент использования грани. что позволяет уменьшить габариты сканиру-. ющего устройства и повысить чувствительность тепловизионной системы. К недостаткам- данной оптической системы . следует отнести наличие растровых искажений, большого угла поворота изображения (поля зрения), увеличивающегося с увеличением угла сканирования, что приводит к искажениям формы изображения и . ухудшению его качества.

Наиболее близким техническим .решением является оптическая сканирующая система, состоящая из вращающейся зеркальной усеченной пирамиды; объектива приемника, фокусирующего поток на плоскость изображения, и дополнительного объектива с зеркалом, установленным на . его оптической оси, которая параллельна оси вращения пирамиды.

В известной оптической системе за счет включения в ход лучей двух рабочих граней обеспечивается практически полная компенсация угла поворота поля зрения (изображения) и уменьшение растровых искажений по всему полю зрения. К недостаткам следует отнести наличие большой сферической абер рации дополнительного объектива, которая существенно ухудшает качество изображения всей системы, Величина сферической аберрации пропорциональна квадрату светового диаметра: дS - х

02

f где 0 — световой диаметр дополнительного объектива; . 1- фокусное расстояние дополнитель-! ного объектива;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, зависящий от других параметров дополнительного объектива.

Световой диаметр дополнительного объектива известной системы очень большой, так как он должен быть не меньше диаметра усеченной пирамиды.

1739347

Целью изобретения является повыше- ектива 8. Последний расположен над рение качества сканируемого пятна. бром С смежных оптически сопряженных

Поставленная цель достигается тем, что граней 4 и 5 так, что ось  — В отнесена от оси в оптической сканирующей системе зер- А-А на расстояние, равное радиусу окруж- . кальный многогранник выполнен полым и 5 ности, вписанной в многоугольник, образокольцевым, имеющим в сечении, проходя- ванный ребрами С двугранных уголковых щем через ось дополнительного объектива, отражателей. треугольник, обращенный вершиной к до- При вращении двигателя 1 вращается полнительному объективу, При этом объек- приводной вал 2, а вместе с ним кольцевой тив и приемник расположены внутри 10 многогранник 3. Поток излучения от объекта многогранника. Кроме того, ось дополни- попадает на входную грань 4 многограннительного объектива проходит через верши- ка 3, отражается от нее, поворачиваясь на ну треугольника; угол, равный углу поворота грани, и дополВведение воптическуюсистемумного- нительным объективом 8 переносится на гранника, выполненного полым и кольце- 15 зеркало 9. После отражения от зеркала 9 вым, имеющим в сечении, проходящем поток излучения вновь, пройдя через обьекчерезось,треугольник,обращенныйверши- тив 8, попадает на смежную внутреннюю, ной к дополнительному объективу, и уста- грань 5 многогранника 3; Отразившись от новка объектива и приемника внутри грани 5 и претерпев еще один поворот на кольцевого многогранника обеспечивают 20 угол, равный углу поворота грани, поток изуменьшение требований к светосиле допол- лучения фокусируется объективом приемнинительного объектива, следовательно, ка 6 в плоскость 7 изображения. в которой уменьшение величины сферической аберра- устанавливается приемник излучения, ции и, соответственно, повышение качества Благодаря тому, что в процессе сканииэображения. 25 рования участвуют смежные грани 4 и 5

Расположение оси дополнительного кольцевого многогранника, диаметр дополобъектива, проходящей через вершину тре- нительного объектива сушественно умень- угольника,обеспечиваетоптимальнаеполо- шается при неизменном f, что приводит к жение дополнительного объектива, при значительному уменьшению сферической котором его диаметр оказывается мини- 30 аберрации и, следовательно, к повышению мальным при заданном значении фокусного качества изображения, расстояния, аследовательно, максимальны- Предлагаемая сканирующая система ми становятся значения сферической абер- тепловизора может применяться как саморации, стоятельно, так и с телескопической насадКонцентрация рабочих отражающих по- 35 кой (не показана) для изменения углового верхностей по одну сторону от оси враще- разрешения системы. ния пирамиды позволяет существенно Технико-экономическая эффективность уменьшить диаметр дополнительного объ- предлагаемого решения заключается в поектива, что дает возможность значительно вышении качества получаемого иэображе- сниэить величину сферической аберрации и 40 ния. Световой диаметр дополнительного тем самым повысить качество изображения объектива уменьшается более чем B 2 раза системы. при одних и тех же параметрах сканируюНа.фиг. 1 представлена оптическая ска- щего устройства: угле сканирования, углонирующая система, общий вид; на фиг. 2 — вом разрешении, фокусном расстоянии зеркальный многогранник, вид сверху. 45 дополнительного объектива — (в известной

Оптическая сканирующая система со- системе диаметр дополнительного обьектидержит приводной двигатель 1, на валу 2 ва равен 120 мм, а в данном решении он которого закреплен зеркальный многогран- уменьшается до 60 мм). Величина сфериченик3, выполненный в виде кольцевого мно- 0 гогранника с внешними 4 и внутренними 5 50 ской абеРРации д S - К вЂ” УменьшаетсЯ

f смежными, Оптичееки сопРЯженными гРа- более чем в4 раза, обеспечивается высокое

НЯМИ, с ОСЬЮ ВРащениЯ А-А, имеющий в качество изображения по всему полю,. сечении треугольник, Внутри кольцевого от- Кроме того за счет уменьшения диамет1

РажателЯ 3 Расположен объектив 6, в пло- ра дополнительного объектива снижается скоСти7иэображениЯ которого расположен 55 материалоемкость при иэготовле материалоемкость при изготовлении сканиприемник излучения. Система содержит рующей системы. Масса дополнительного такжЕ допалнительный объектив 8, оптиче- объектива, пропорциональная его объему, ская ось В-В которого паРаллельна оси вра- уменьшается примерно в 5-6 раз, Масса . щения А-А, и 3epK8llo 9, установленное на донолнительного объектива составляет 25/ оптической оси В-В дополнительного обь1739347

Фи8. 2

Составитель Л.Блюдников

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор И.Горная

Заказ 2002 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина. 101 от массы оптических деталей всей сканирующей системы. Таким образом, материалоемкость сканирующей системы снижается нэ 20-210,, Формула изобретения

1. Оптическая сканирующая система, содержащая зеркальный многогранник, установленный с возможностью вращения относительно оси, приемник, перед которым установлен объектив, и дополнительный объектив, ось которого параллельна оси многогранника, а также плоское зеркало, установленное на оси дополнительного объектива и перпендикулярное к ней, о т л ич а ю щ а я с я тем, что. с целью повышения . качества изображения сканируемого поля, многогранник выполнен полым и кольце5 вым, имеющим в сечении, проходящем через ось дополнительного объектива, треугольник, обращенный вершиной к дополнительному объективу, при этом приемник и объектив. размещены внутри .

10 многогранника.

2. Система"поп. 1, от.личающаяс я тем, что ось дополнительного объектива проходит через вершину треугольника.