Сканирующее устройство

 

Изобретение относится к оптотехнике и может найти применение в сканирующих оптико-электронных приборах, например тепловизорах. Сущность изобретения состоит в том, что в известном сканирующем устройстве, содержащем фотоприемник, первичное вогнутое зеркало, N вторичных зеркал с осью вращения, параллельной оптической оси вогнутого зеркала, и наклонное плоское зеркало, в заявленном устройстве вторичные зеркала установлены между первичным вогнутым и плоскими зеркалами, а фотоприемник сопряжен с вершинным отверстием в вогнутом зеркале. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к оптотехнике и может найти применение в сканирующих оптико-электронных приборах, например в тепловизорах.

Известны различные оптические устройства из числа зеркальных объективов, содержащих вогнутое первичное и вторичное зеркала. Последнее может быть плоским, вогнутым (система Грегори) или выпуклым (система Кассеграна). Известен также объектив Шмидта различной модификации [1] Известны телескопические системы, с помощью которых возможно изменение масштаба изображения путем введения дополнительных элементов. Известны сканирующие системы с линзовыми вращающимися элементами, которые однако обладают сравнительно большой массой стекла, ограничивающей быстродействие системы [2] Известна несколько облегченная сканирующая система с зеркальными объективами, однако сравнительно большие размеры последних делают систему громоздкой [3] Известен малогабаритный линзовый сканер в составе телескопической системы, создающий кривострочный растр [4] Известен двухзеркальный объектив с установленными на оси вращения вторичным зеркалом [5] что несколько расширяет функциональные возможности этого объектива.

Наиболее близким техническим решением является сканирующее устройство, содержащее фотоприемник, первичное вогнутое зеркало, параллельно оптической оси которого размещена ось вращения вторичных зеркал, наклоненное к оптической оси и обращенное к первичному вогнутому плоское зеркало [6] Целью изобретения является сокращение габаритов.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известном устройстве вторичные зеркала установлены между первичным вогнутым и плоским зеркалами, а фотоприемник сопряжен с вершинным отверстием, выполненным в первичном вогнутом зеркале.

Устранение разворота и искажения растра при расширении поля обзора достигается за счет того, что плоское зеркало установлено на оси вращения, совмещенной с оптической осью, а фотоприемник установлен с возможностью поворота вокруг оси вогнутого зеркала вместе с плоским зеркалом и осью вращения вторичных зеркал.

На фиг. 1 изображено оптическое устройство, содержащее N вторичных элементов в виде выпуклых зеркал, ось вращения которых проходит параллельно оптической оси вогнутого зеркала; на фиг.2 вид растра, соответствующий работе предыдущего устройства, имеющего линейку чувствительных элементов; на фиг. 3 схема устройства, содержащего вторичные элементы в виде N/2 выпуклых зеркал и N/2 линз, а также фотоприемник, связанный с двумя индикаторами через электронный блок с переключателем и видеусилителями сигналов; на фиг.4 устройство, в котором ось вращения вторичных элементов направлена перпендикулярно к оптической оси вогнутого зеркала; на фиг.5 вид растра, соответствующий предыдущему случаю; на фиг.6 схема устройства с установленным на оси поворота плоским наклонным зеркалом, связанным с вторичными элементами и фотоприемником; на фиг. 7 схема устройства с установленным на оси поворота вогнутым сферическим зеркалом, механически связанным с планоидным зеркалом.

На фиг.1 обозначены: первичный элемент 1 устройства в виде вогнутого зеркала, вторичные элементы 2 в виде выпуклых зеркал, установленные на валу двигателя 4, образующие вместе сканирующую систему (сканер), фотоприемник 3 с линейкой чувствительных элементов.

На фиг. 3 обозначены вторичный элемент 4 в виде линзы; входной объектив 17 канала с малым увеличением; объектив 5 фотоприемника, усилитель 6 переменного тока, переключатель 7, видеоусилители 8,8', индикаторы (ЭЛТ) 9 и 10 с отклоняющими системами 11 и 12, связанными с генераторами 13 и 14 импульсов развертки; датчик 15 синхроимпульсов, связанный со сканером и управляющий действием блока 16 и генераторов 13 и 14.

На фиг. 4 показан вторичный элемент 2 в виде выпуклого или плоского зеркала.

На фиг.6 обозначены двигатель 5, связанный через редуктор 6 со сканером и способный поворачиваться вокруг оси О-О₁ вместе с плоским зеркалом 7 и фотоприемником 3 в процессе обзора пространства; вогнутые зеркала 2.

На фиг. 7 сферические зеркало 1 совместно с двигателем 4 и планоидным зеркалом 6 установлены с возможностью поворота вокруг оси, направленной перпендикулярно к оптической оси. Точка пересечения этих осей расположена в плоскости люка, выполненного в корпусе самолета в границах, обозначенных цифрой 7.

На фиг. 1 поток излучения от предмета направлен к фотоприемнику 3 через элементы 1 и 2. При вращении последнего с помощью двигателя 4 производится циклическая развертка изображения приемника в предметной плоскости в пределах, определяемых полем зрения элемента 1. В результате образуется растр (фиг.2), который однако не согласуется с телевизионным стандартом, что ограничивает возможности этой схемы.

На фиг.3 поток излучения от предмета проходит через телескопическую систему 17-4 и объектив 5 к фотоприемнику 3, образуя в процессе сканирования широкоугольный растр, так как увеличение системы Г 1. В следующий момент вместо линзы 4 будет находиться элемент 2 и поток пройдет через элементы 1-2, образуя узкоугольный растр, так как в этом случае Г > 1. Визуализация изображений, следующих с определенной частотой, синхронизированной с вращением сканера, производится на индикаторах 9 и 10 благодаря тому, что сигналы с выхода усилителя 6 следуют к индикатору 10 через элементы 7-8, а затем к индикатору 9 через элементы 7-8. Последовательность работы элементов определяется синхродатчиком 15, вырабатывающим последовательность двухполярных синхроимпульсов, следующих в элементы 16, 13 и 14, от которых импульсы тока развертки поступают в элементы 11 и 12. Благодаря совместному использованию элементов 2 и 4 обеспечивается получение в реальном масштабе времени двух изображений разного масштаба, что существенно повышает оперативность действия устройства.

На фиг.4 поток излучения проходит по элементам 1 3, а в процессе вращения сканера от двигателя 4 образуется прямострочный растр (фиг.5), удовлетворяющий требованиям телевизионного стандарта и дающий возможность использования последовательного сканирования, имеющего преимущество перед параллельным сканированием.

На фиг.6 поток излучения проходит к фотоприемнику через элементы 7-1-2-4 и в процессе сканирования образуется растр, предельные угловые размеры которого, определяются полем зрения оптической системы 1-2-4. Благодаря элементу 4 сокращается апертура окна приемника по сравнению со схемой фиг.4, что увеличивает обнаружительную способность устройства, содержащего ОФ-приемник. Для увеличения угла обзора введен элемент 7, при повороте которого этот угол может быть расширен. Однако при данном типе сканера сказываются искажения растра в соответствии с известным случаем. Во избежание этих искажений элемент 7 жестко связан с элементами 2, 3, 5, 6, благодаря чему положение линейки приемника относительно зеркала 7 в процессе его поворота сохраняется неизменным. К недостаткам схемы следует отнести то, что при ее использовании на самолете в его корпусе требуется устройство люка сравнительно больших размеров, что ослабляет конструкцию самолета.

На фиг. 7 поток излучения проходит по элементам 7-6-1-2-3. Благодаря тому, что элементы 1, 2, 6 образуют оптическую систему Шмидта, существенно увеличивается поле зрения при высоком качестве изображения. При этом роль коррекционной пластины здесь выполняет элемент 6, который одновременно используется для совмещения входного зрачка системы с люком 7, размеры которого при этом существенно сокращаются, так как при повороте элемента 6 с помощью рукоятки вместе с элементами 1 и 3 точка пересечения оптической оси с осью вращения в плоскости люка остается неподвижной.

В заключении отметим, что технико-экономическая эффективность изобретения была упомянута в тексте описания. Дополнительно следует отметить еще одно преимущество предложенного технического решения, вытекающее из схемы фиг. 3, в которой, благодаря действию переключателя 7, одновременно осуществляется искусственное восстановление постоянной составляющей сигнала, благодаря чему устраняются искажения изображения, что существенно.

Формула изобретения

1. СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее фотоприемник, первичное вогнутое зеркало, параллельно оптической оси которого размещена ось вращения N вторичных зеркал, наклоненное к оптической оси и обращенное к первичному вогнутому плоское зеркало, отличающееся тем, что, с целью сокращения габаритов, вторичные зеркала установлены между первичным вогнутым и плоским зеркалами, а фотоприемник сопряжен с вершинным отверстием, выполненным в первичном вогнутом зеркале.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью устранения разворота и искажения растра при расширении поля обзора, плоское зеркало установлено на оси вращения, совмещенной с оптической осью, а фотоприемник установлен с возможностью поворота вокруг оси вогнутого зеркала вместе с плоским зеркалом и осью вращения вторичных зеркал.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7