RU1841058C - Optoelectronic system - Google Patents
Optoelectronic systemInfo
- Publication number
- RU1841058C RU1841058C SU3177244/28A SU3177244A RU1841058C RU 1841058 C RU1841058 C RU 1841058C SU 3177244/28 A SU3177244/28 A SU 3177244/28A SU 3177244 A SU3177244 A SU 3177244A RU 1841058 C RU1841058 C RU 1841058C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scanning element
- scanning
- lens
- width
- equal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к областям тепловизионных и пеленгационных средств и может быть использовано при разработке систем отображения окружающей тепловой обстановки, обнаружения на ее фоне более ярких малоразмерных объектов и определение их координат в инфракрасном диапазоне волн излучения.The present invention relates to the field of thermal imaging and direction finding tools and can be used to develop systems for displaying the surrounding thermal environment, detecting brighter small objects against its background and determining their coordinates in the infrared range of radiation waves.
В аналогах и прототипе не рассматриваются системы обработки информации, поскольку они не касаются предмета изобретения.In the analogues and prototype are not considered information processing systems, since they do not relate to the subject of the invention.
Обычно в систему обработки информации входят электронные ключи, линии задержек, блоки питания, усилители и др. В устройстве на данное предлагаемое изобретение приведена одна из возможных реализаций ее.Typically, an information processing system includes electronic keys, delay lines, power supplies, amplifiers, etc. One of the possible implementations of this invention is shown in the device of this invention.
В оптико-электронных устройствах существуют два основных типа сканирующих систем: сканирование в параллельном и в сходящемся пучках лучей. В качестве сканирующих элементов обычно используются: колеблющееся зеркало, вращающийся зеркальный барабан, вращающаяся призма, вращающийся клин и др.In optical-electronic devices, there are two main types of scanning systems: scanning in parallel and converging beams of rays. The following elements are usually used as scanning elements: an oscillating mirror, a rotating mirror drum, a rotating prism, a rotating wedge, etc.
Рассмотрим преимущества и недостатки перечисленных выше типов оптических сканирующих устройств.Consider the advantages and disadvantages of the above types of optical scanning devices.
Расположение сканирующего зеркала в параллельном пучке лучей (перед объективом) не вносит дополнительных аберраций, но приводит к большим размерам и весам зеркала, а также к жестким допускам на качество изготовления его отражающей поверхности, которая вызывает астигматизм при наклоне зеркала под углом 45° к оптической оси объектива.The location of the scanning mirror in a parallel beam of rays (in front of the lens) does not introduce additional aberrations, but leads to large dimensions and weights of the mirror, as well as to tight tolerances on the manufacturing quality of its reflective surface, which causes astigmatism when the mirror is tilted at an angle of 45 ° to the optical axis the lens.
Если расположить колеблющееся зеркало между телескопической системой и объективом приемника излучения, то его размеры резко уменьшаются. Недостатком является то, что угол сканирования в пространстве объектов меняется в зависимости от расстояния, на которое сфокусирована система. Аналогично в зависимости от расстояния, на которое сфокусирована система, изменяется перемещение лучей в плоскости изображения.If you place an oscillating mirror between the telescopic system and the lens of the radiation receiver, then its size decreases sharply. The disadvantage is that the scanning angle in the space of objects varies depending on the distance over which the system is focused. Similarly, depending on the distance over which the system is focused, the movement of the rays in the image plane changes.
В сходящемся пучке лучей колеблющееся зеркало имеет малые размеры, но за счет аберраций объектива увеличивается кружок рассеяния точечного источника излучения.In a converging beam of rays, the oscillating mirror is small, but due to the aberrations of the lens, the scattering circle of the point source of radiation increases.
Существенным недостатком колеблющихся зеркал при сканировании с высокой скоростью является их нестабильность работы вблизи краев поля зрения. Поэтому при высокой скорости сканирования часто используются вращающиеся зеркальные барабаны. В сходящемся пучке у них наблюдается сильная расфокусировка в плоскости изображения за счет смещения центра грани. Поэтому их применяют в параллельном пучке. В этом случае габариты и вес зеркального барабана сильно увеличиваются. Хотя движение зеркальных барабанов непрерывно, тем не менее все недостатки сканирующего зеркала в параллельном пучке лучей присущи и им.A significant drawback of oscillating mirrors when scanning at high speed is their instability near the edges of the field of view. Therefore, at high scanning speeds, rotating mirror drums are often used. In a converging beam, they have a strong defocus in the image plane due to the displacement of the center of the face. Therefore, they are used in a parallel beam. In this case, the dimensions and weight of the mirror drum are greatly increased. Although the movement of the mirror drums is continuous, nevertheless, all the disadvantages of the scanning mirror in a parallel beam of rays are inherent in them.
Призматические сканирующие системы в сходящемся пучке лучей невелики по размерам. Их движение непрерывно и стабильно. Для их привода применяются двигатели небольшой мощности.Prismatic scanning systems in a converging beam are small in size. Their movement is continuous and stable. Small motors are used to drive them.
Недостатки: низкий коэффициент использования развертки, сдвиг фокуса, аберрации, большие потери на отражение, создание накладывающейся на тепловую картину модулированной помехи из-за изменения собственного излучения в зависимости от угла сканирования.Disadvantages: low sweep utilization, focus shift, aberration, large reflection losses, the creation of a modulated interference superimposed on the thermal picture due to a change in intrinsic radiation depending on the scanning angle.
Вращающиеся преломляющие клинья примеряются в параллельном пучке лучей, поскольку в сходящихся пучках они вызывают сильные аберрации. Использование двух вращающихся клиньев позволяет получить линейную развертку, развертку по кругу и т.д. К недостаткам относятся - размытие кружка рассеяния, обусловленное движением клиньев, нелинейность развертки во времени, низкий коэффициент использования развертки из-за изменения скорости по синусоидальному закону (при сканировании по линейному закону).Rotating refracting wedges try on in a parallel beam of rays, because in convergent beams they cause strong aberrations. Using two rotating wedges allows you to get a linear sweep, sweep in a circle, etc. The disadvantages include blurring of the scattering circle due to the movement of the wedges, nonlinearity of the sweep in time, low sweep utilization due to a change in speed according to the sinusoidal law (when scanning according to the linear law).
См., Л.З. Криксунов, ″Справочник по основам инфракрасной техники″, М., изд-во ″Советское радио″, 1978 г., стр. 207-218; Дж. Ллойд, ″Системы тепловидения″, М., изд-во ″Мир″, 1978 г., стр. 258-291.See L.Z. Kriksunov, ″ Guide to the basics of infrared technology ″, M., publishing house ″ Soviet Radio ″, 1978, pp. 207-218; J. Lloyd, ″ Thermal Imaging Systems ″, M., publishing house ″ Mir ″, 1978, pp. 258-291.
В устройствах (см. авт. свид. СССР №778690, №606503, №563742) входной оптический поток разворачивается по кадру с помощью кадрового зеркала и с помощью объектива проектируется на линейный многоэлементный приемник лучистой энергии (ЛМПЛЭ), т.е. применяется сканирование в параллельном пучке лучей.In devices (see auth. USSR certificate No. 778690, No. 606503, No. 563742), the input optical stream is deployed frame-by-frame using a frame mirror and is projected using a lens onto a linear multi-element radiant energy receiver (LLLF), i.e. scanning in a parallel beam of rays is applied.
Как уже было сказано выше, подобные устройства обладают следующими недостатками:As mentioned above, such devices have the following disadvantages:
- большие размер и вес зеркала;- large size and weight of the mirror;
- появление астигматизма в изображении точечного источника излучения за счет качества изготовления зеркала и его расположения под углом 45° к оптической оси объектива;- the appearance of astigmatism in the image of a point radiation source due to the quality of manufacture of the mirror and its location at an angle of 45 ° to the optical axis of the lens;
- низкая частота сканирования зеркала.- low frequency of mirror scanning.
В устройстве, которое принято за прототип (см. авт. свид. СССР №847887), применяется также сканирование в параллельном пучке лучей, где сканирующим устройством является вращающийся зеркальный барабан.The device, which is taken as a prototype (see ed. Certificate of the USSR No. 847887), also uses scanning in a parallel beam of rays, where the scanning device is a rotating mirror drum.
Недостатки данного устройства следующие:The disadvantages of this device are as follows:
- большие размеры и вес барабана;- large size and weight of the drum;
- появление астигматизма в изображении точечного источника излучения;- the appearance of astigmatism in the image of a point source of radiation;
- при малых углах сканирования наблюдается малый коэффициент использования развертки.- at small scan angles, a small sweep utilization coefficient is observed.
Цель предложенного изобретения - упрощение системы с одновременным повышением качества изображения.The purpose of the invention is to simplify the system while improving image quality.
Указанная цель достигается за счет того, что в оптико-электронной системе, содержащей объектив, сканирующее устройство с редуктором и исполнительным электродвигателем, расположенное в фокальной плоскости объектива, ЛМПЛЭ, ВКУ, счетно-решающее устройство, синхронизатор и систему обработки информации, выход которой соединен с первыми входами ВКУ и счетно-решающего устройства, а второй и третий входы ВКУ соединены с первым и вторым выходами синхронизатора, третий выход которого подключен ко входу системы обработки информации и второму входу счетно-решающего устройства, сканирующее устройство выполнено в виде прямоугольной непрозрачной пластины, в которой имеются вертикальные щели, высота которых и расстояние между ними равны соответственно высоте и ширине анализируемого кадра, причем пластина с одной стороны соединена с пружиной, а с другой - через толкатель соединена с кулачком, который с двух сторон относительно оси X декартовой системы координат с 45° до 180° выполнен по архимедовой спирали, а промежуток между 45° и -45° в виде прямой, и в нее введен однокоординатный конденсор, оптически соединенный с ЛМПЛЭ, расположенный на минимально возможном расстоянии от пластины и перекрывающий анализируемый кадр, причем размер его по высоте равен длине ЛМПЛЭ, по ширине - ширине анализируемого кадра, и введен датчик угла поворота, входом соединенный с редуктором, а выходом подключенный к третьему входу счетно-решающего устройства и первому входу синхронизатора.This goal is achieved due to the fact that in an optical-electronic system containing a lens, a scanning device with a gearbox and an actuator, located in the focal plane of the lens, LMPLE, VKU, a computing device, a synchronizer and an information processing system, the output of which is connected to the first inputs of the VKU and the computing device, and the second and third inputs of the VKU are connected to the first and second outputs of the synchronizer, the third output of which is connected to the input of the information processing system and the second input In addition to the computing device, the scanning device is made in the form of a rectangular opaque plate, in which there are vertical slots, the height of which and the distance between them are equal to the height and width of the analyzed frame, the plate being connected to the spring on one side and through the pusher on the other connected to a cam, which on two sides relative to the X axis of the Cartesian coordinate system from 45 ° to 180 ° is made in an Archimedean spiral, and the gap between 45 ° and -45 ° is in the form of a straight line, and a one-coordinate condensate is introduced into it optically connected to LLLF, located at the minimum possible distance from the plate and overlapping the analyzed frame, its height equal to the length of LLLF, its width to the width of the analyzed frame, and a rotation angle sensor was introduced, connected to the gearbox by the input and connected to the output the third input of the computing device and the first input of the synchronizer.
Суть предлагаемого изобретения заключается в том, что предлагаемое сканирующее устройство:The essence of the invention lies in the fact that the proposed scanning device:
- не вносит никаких оптических искажений в плоскость изображения объектива системы;- does not introduce any optical distortion into the image plane of the lens of the system;
- не вносит модулированных помех, накладывающихся на тепловую картину изображения;- does not introduce modulated interference superimposed on the thermal picture of the image;
- имеет (80÷90)% коэффициент использования развертки;- has a (80 ÷ 90)% sweep utilization rate;
- имеет небольшие габариты и вес;- has small dimensions and weight;
- движется оно непрерывно;- it moves continuously;
- при малой скорости вращения кулачка можно получить большую частоту кадров изображения;- at a low speed of rotation of the cam, you can get a higher frame rate of the image;
Данное техническое решение соответствует критерию ″существенные отличия″.This technical solution meets the criterion of ″ significant differences ″.
На фиг. 1 показана функциональная блок-схема системы, а на фиг. 2 представлено сканирующее устройство в аксонометрии.In FIG. 1 shows a functional block diagram of a system, and FIG. 2 shows a scanning device in a perspective view.
В состав предлагаемого устройства (см. фиг. 1) входят объектив 1, сканирующее устройство 2, содержащее сканирующую рамку 3, толкатель 4 и кулачок 5, редуктор 6, исполнительный электродвигатель 7, цилиндрическая линза 8, ЛМПЛЭ 9 с блоками питания 10, две группы линий задержек 11 и 12, электронные ключи 13, усилитель 14, синхронизатор 15, видеоконтрольное устройство (ВКУ) 16, счетно-решающее устройство 17, датчик угла поворота 18 и пружина 19.The composition of the proposed device (see Fig. 1) includes a lens 1, a scanning device 2 containing a
Сканирующая рамка 3 представляет собой прямоугольную непрозрачную тонкую пластину 20, в которой имеются узкие вертикальные щели 21. Высота щелей 21 и расстояние между ними равны соответственно размерам анализируемого кадра 22. Пластина 20 расположена в фокальной плоскости объектива 1. На минимально возможном расстоянии от пластины 20 расположена цилиндрическая линза 8, оптически связанная с ЛМПЛЭ 9.The scanning
Сигнальные выходы элементов ЛМПЛЭ 9 (кроме первого, который соединен непосредственно) через первую группу линий задержек 11 и электронные ключи 13 связаны со входом усилителя 14, выход которого соединен с первыми входами ВКУ 16 и счетно-решающего устройства 17. Второй и третий входы ВКУ соответственно соединены с первым и вторым выходами синхронизатора 15, третий выход которого соединен с питающими входами блоков питания 10 элементов ЛМПЛЭ 9, через вторую группу линий задержек 12 с управляющими входами электронных ключей 13, со вторым входом счетно-решающего устройства 17. Датчик угла поворота 18 соединен с редуктором 6, а его выход подключен к третьему входу счетно-решающего устройства 17 и четвертому входу ВКУ.The signal outputs of the elements LLLFME 9 (except the first one, which is connected directly) through the first group of delay lines 11 and electronic keys 13 are connected to the input of the amplifier 14, the output of which is connected to the first inputs of the
Кулачок представляет собой дисковый кулачок, т.е. он внешний плоский (см. фиг. 2). Он с двух сторон относительно оси X на 135° очерчен по архимедовой спирали (участки СА и СБ), а между точками А и Б - прямой АБ. Заостренный толкатель 4 жестко соединен со сканирующей рамкой 3, которая соединена с пружиной 19.A cam is a disk cam, i.e. it is external flat (see Fig. 2). It is outlined on two sides relative to the X axis by 135 ° in an Archimedean spiral (sections SA and SB), and between points A and B there is a straight AB. The
Работает устройство следующим образом. Объектив 1 в своей фокальной плоскости формирует тепловую картину исследуемого участка пространства, которая определена размерами анализируемого кадра 22. Исполнительный электродвигатель 7 при помощи редуктора 6 вращает кулачок 5, который при помощи толкателя 4 перемещает прямолинейно сканирующую рамку 3. Пружина 19 поджимает сканирующую рамку 3 к кулачку 5. При вращении кулачка 5 сканирующая рамка 3 будет перемещаться по оси X декартовой системы координат. Ее щели 21 будут последовательно проходить анализируемый кадр 22. Одна щель выходит из кадра, другая входит в него. Количество щелей 21 в сканирующей рамке 3 определяется рабочим ходом кулачка 5 (отрезок СД) и шириной анализируемого кадра 22.The device operates as follows. The lens 1 in its focal plane forms a thermal picture of the investigated area of space, which is determined by the size of the analyzed
Так, например, в уравнении опирали Архимеда r=aφ (где r - полярный радиус, a - постоянная, φ - угол поворота), при a=2,5 см рабочий ход кулачка 5 равен ≈6,0 см. При ширине анализируемого кадра 22, равной ≈1,0 см, в сканирующей рамке 3 выполнены 6 щелей 21, которые просматривают анализируемый кадр 22 6 раз слева-направо и 6 раз справа-налево, т.е. при одном полном повороте кулачка 5 (на 360°) наблюдается 12 кадров анализируемого кадра 22.So, for example, Archimedes relied on the equation r = a φ (where r is the polar radius, a is the constant, φ is the angle of rotation), for a = 2.5 cm, the working stroke of
Поскольку кулачок 5 очерчен по архимедовой спирали, то щели 21 имеют постоянную скорость при прохождении анализируемого кадра 22.Since the
Строки теплового изображения при помощи цилиндрической линзы 8 поступают на ЛМПЛЭ 9, элементы которого вырабатывают электрические сигналы, пропорциональные величине поступающего потока излучения. Электрические сигналы с элементов ЛМПЛЭ 9, проходя первую группу линий задержек 11 и электронные ключи 13, через усилитель 14 поступают на первые входы ВКУ 16 и счетно-решающего устройства 17. С третьего выхода синхронизатора 15 поступают импульсы включения блоков питания 10, формирующие строки изображения анализируемого кадра 22. Эти же импульсы через вторую группу линий задержек 12 поступают на управляющие входы электронных ключей 13, а также на второй вход счетно-решающего устройства 17. Вторая группа линий задержек 12 и электронные ключи 13 служат для того, чтобы в каждый данный момент времени к усилителю 14 подключался только один элемент ЛМПЛЭ 9. С первого и второго выходов синхронизатора 15 на второй и третий входы ВКУ 16 поступают импульсы синхронизации по строкам и кадрам. С датчика угла поворота 18 на третий вход счетно-решающего устройства и на первый вход синхронизатора поступают импульсы с преобразователя типа вал-код.The lines of the thermal image with the help of a cylindrical lens 8 are supplied to the
На экране ВКУ 16 формируется визуальная тепловая картина анализируемого кадра 22 с более яркими точечными источниками излучения. Счетно-решающее устройство 17 выдает декартовые координаты этих точечных источников излучения.On the screen of
Предлагаемое сканирующее устройство обладает следующими существенными преимуществами по сравнению с известными:The proposed scanning device has the following significant advantages compared with the known:
- не вносит никаких оптических изменений в плоскость изображения объектива системы;- does not make any optical changes to the image plane of the lens of the system;
- не создает модулированных помех, накладывающихся на тепловую картину изображения;- does not create modulated interference superimposed on the thermal picture of the image;
- имеет (80÷90)% коэффициент использования развертки;- has a (80 ÷ 90)% sweep utilization rate;
- имеет небольшие габариты и вес;- has small dimensions and weight;
- движется оно непрерывно;- it moves continuously;
- при малой скорости вращения кулачка можно получить большую частоту кадров изображения;- at a low speed of rotation of the cam, you can get a higher frame rate of the image;
В предлагаемом устройстве в качестве оптической системы можно использовать зеркальные, зеркально-линзовые или линзовые объективы типа ПИКАР-11, ″Иртал-4″, В-1604 и др. В качестве приемников излучения можно применить охлаждаемые до 80 K приемники из антимонида индия, свинец-олово-теллура, ртуть-кадмий-теллура и др., например, ФУЛ-132 ОС2.003.023 ТУ, ФРО-152П OC4, 681.070 ТУ, ″Арга-2″ и др. линейные или матричные приемники излучения.In the proposed device, as an optical system, you can use mirror, mirror-lens or lens lenses such as PIKAR-11, Irtal-4, V-1604, etc. As radiation detectors, indium antimonide, lead-cooled receivers cooled to 80 K can be used -tin-tellurium, mercury-cadmium-tellurium, etc., for example, FUL-132 OS2.003.023 TU, FRO-152P OC4, 681.070 TU, "Arga-2" and other linear or matrix radiation detectors.
В качестве счетно-решающего устройства применена ЭВМ. Для этих целей можно использовать ЭВМ типа К1-20, К1-30, ДВК-2М, ЕС1840 или любую другую, функциональные возможности которой позволяют проделать нижеописанные операции (см. ″Микропроцессорные средства и системы″, М., №4, 1986 г., стр. 7, 15.). Можно счетно-решающее устройство выполнить и аппаратурно, поскольку операции выполняются несложные.As a computer, a computer is used. For these purposes, you can use computers of type K1-20, K1-30, DVK-2M, EC1840 or any other, the functionality of which allows you to perform the operations described below (see. "Microprocessor means and systems", M., No. 4, 1986 , p. 7, 15.). It is possible to perform a computing device also in hardware, since the operations are simple.
В предложенном устройстве применен фотоэлектрический преобразователь типа ОЭПМК-16 (см. ″Фотоэлектрические преобразователи информации″, М., изд-во ″Машиностроение″, 1974 г., стр. 367). С выхода ОЭПМК-16 поступает натуральный двоичный параллельный код, характеризующий угол поворота вала редуктора исполнительного электродвигателя. Цифровой код находится в линейной зависимости от угла поворота вала. Код ОЭПМК-16 поступает на ЭВМ. На ЭВМ поступают также строчные импульсы синхронизатора. В момент прихода на ЭВМ импульса цели, выдаются его координаты на устройство использования информации. Зная по коду в каждый момент угол поворота вала и с какого элемента приемника поступил импульс цели, можно определить его координаты 7.The proposed device uses a photovoltaic type OEPMK-16 (see. "Photoelectric information converters", M., publishing house "Engineering", 1974, p. 367). From the OEPMK-16 output, a natural binary parallel code is received characterizing the angle of rotation of the shaft of the gearbox of the executive electric motor. The digital code is linearly dependent on the angle of rotation of the shaft. The OEPMK-16 code is sent to the computer. The computer also receives horizontal pulses of the synchronizer. At the moment of arrival of the target's pulse on the computer, its coordinates are issued to the information use device. Knowing the code at each moment the angle of rotation of the shaft and from which element of the receiver the target impulse arrived, it is possible to determine its coordinates 7.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU3177244/28A RU1841058C (en) | 1987-07-27 | 1987-07-27 | Optoelectronic system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU3177244/28A RU1841058C (en) | 1987-07-27 | 1987-07-27 | Optoelectronic system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1841058C true RU1841058C (en) | 2015-03-27 |
Family
ID=53383113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU3177244/28A RU1841058C (en) | 1987-07-27 | 1987-07-27 | Optoelectronic system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1841058C (en) |
-
1987
- 1987-07-27 RU SU3177244/28A patent/RU1841058C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Дж. Ллойд «Система тепловидения», М., «Мир», 1978, с. 258-291. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11774557B2 (en) | Distance measurement instrument with scanning function | |
US3287559A (en) | Infrared thermogram camera and scanning means therefor | |
US3277772A (en) | Optical scanning system | |
GB1435144A (en) | Apparatus for scanning radiant energy | |
NL8401618A (en) | INFRARED MONITORING DEVICE. | |
US3973826A (en) | Scanning devices | |
US20160131745A1 (en) | Distance measurement instrument with scanning function | |
JP3410929B2 (en) | Scanning imaging device and scanning laser light receiving device | |
US3746421A (en) | Multiple line rotating polygon | |
GB2071957A (en) | Panoramic locating apparatus | |
GB2097145A (en) | Optical scanning system switching between fields of view | |
US3554628A (en) | Infrared optical system utilizing circular scanning | |
EP0071531B1 (en) | Scanning mechanism for flir systems | |
GB2250155A (en) | An imager with image microscanned over sensor array | |
US3985420A (en) | Mechanical step scanner | |
US3972583A (en) | Scanning devices | |
US3516743A (en) | Laser radar system | |
US3765743A (en) | Optical energy detection system including image plane scanning system | |
US3956586A (en) | Method of optical scanning | |
US2997539A (en) | Scanning mechanism | |
RU1841058C (en) | Optoelectronic system | |
US10884108B2 (en) | Light detection and ranging system | |
US4516159A (en) | Elevation step scanner | |
US6097554A (en) | Multiple dove prism assembly | |
US4117331A (en) | Image translation devices |