RU2025752C1

RU2025752C1 - Scanning device

Info

Publication number: RU2025752C1
Authority: RU
Inventors: Н.М. Михайлов; Ю.В. Рухлядев; Р.М. Алеев; А.Е. Морозов
Original assignee: Государственный Институт Прикладной Оптики
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: infrared image production. SUBSTANCE: device has mirror objectives mounted to enable revolution around common center, immovable radiation receiver and plane mirror fixed rigidly at an angle to the plane of revolution of objectives between the objective installed opposite input aperture and revolution center of objectives. Plane mirror is provided with rectangular aperture, and radiation receiver is fixed opposite this aperture behind the mirror outside the radiation beam coming from objective of survey. Radiation beam shielding with cryostat body is eliminated as a result when operating cooled radiation receiver that enables to operate both non- cooled and cooled radiation receivers. EFFECT: wider operating opportunities of the scanning device with keeping up high image quality. 3 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а более конкретно - к приборам, служащим для получения изображений в инфракрасных лучах, т.е. к тепловизорам. The invention relates to optoelectronic instrumentation, and more particularly, to devices used to obtain images in infrared rays, i.e. to thermal imagers.

Известно сканирующее устройство, содержащее корпус, барабан, выполненный с возможностью вращения, объективы, закрепленные на боковых стенках барабана, плоское зеркало, неподвижно расположенное внутри барабана, и фотоприемник, закрепленный в фокальной плоскости объектива, расположенного напротив входного окна [1]. It is known a scanning device comprising a housing, a rotary drum, lenses mounted on the side walls of the drum, a flat mirror fixedly located inside the drum, and a photodetector mounted in the focal plane of the lens located opposite the input window [1].

Недостатком известного сканирующего устройства является то, что оно не может работать с охлаждаемыми приемниками излучения из-за экранирования светового потока корпусом криостата для заливки хладагента. A disadvantage of the known scanning device is that it cannot work with cooled radiation detectors due to the shielding of the light flux by the cryostat housing for filling the refrigerant.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является сканирующее устройство, содержащее оптические системы, расположенные на барабане, внутри которого установлены неподвижный приемник излучателя, оптически сопряженный с оптической системой, расположенной напротив входного окна, и плоское зеркало с отверстием, выполненное с возможностью качания для кадрового сканирования, а также двигатель и привод строчной развертки барабана, соединенный с двигателем и барабаном [2]. Closest to the claimed technical essence is a scanning device containing optical systems located on the drum, inside of which there is a fixed emitter receiver, optically coupled to an optical system located opposite the input window, and a flat mirror with a hole made with the possibility of swing for frame scanning as well as an engine and a horizontal line drive of a drum connected to an engine and a drum [2].

Изображение объекта наблюдения формируется на приемнике излучения оптической системой, находящейся в данный момент напротив входного окна сканирующего устройства. В процессе вращения барабана каждая оптическая система сканирует определенную строку изображения, последовательно воспринимая излучение от различных участков поля обзора. При этом оптические системы одновременно выполняют функции механизма развертки изображения объекта наблюдения и функции механизма фокусировки изображения в плоскости приемника излучения, что приводит к значительному упрощению конструкции. The image of the object of observation is formed on the radiation receiver by the optical system, which is currently opposite the input window of the scanning device. During the rotation of the drum, each optical system scans a specific line of the image, sequentially perceiving radiation from different parts of the field of view. In this case, the optical systems simultaneously perform the functions of the scanning mechanism of the image of the object of observation and the functions of the focusing mechanism of the image in the plane of the radiation receiver, which leads to a significant simplification of the design.

Другим преимуществом известного устройства является то, что в процессе сканирования не изменяется длина оптического пути между приемником излучения и сканирующей оптической системой, благодаря чему изображение всегда фокусируется в плоскости приемника излучения и обеспечивается высокое качество изображения. Another advantage of the known device is that during the scanning process the optical path between the radiation receiver and the scanning optical system does not change, due to which the image is always focused in the plane of the radiation receiver and high image quality is ensured.

Недостатком известного устройства является то, что оно не может работать с охлаждаемыми приемниками излучения из-за экранирования светового потока корпусом криостата для заливки хладагента, что приводит к ограничению его функциональных возможностей. A disadvantage of the known device is that it cannot work with cooled radiation detectors due to the screening of the light flux by the cryostat housing for filling the refrigerant, which leads to a limitation of its functionality.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей сканирующего устройства за счет обеспечения возможности его работы как с охлаждаемыми, так и с неохлаждаемыми приемниками излучения. The purpose of the invention is the expansion of the functionality of the scanning device by providing the possibility of its work with both cooled and uncooled radiation receivers.

Цель достигается тем, что в сканирующем устройстве, содержащем оптические системы, расположенные на барабане, выполненном с возможностью вращения, внутри которого установлены неподвижный приемник излучения, оптически сопряженный с оптической системой, расположенной напротив входного окна, и плоское зеркало с отверстием, отверстие в плоском зеркале выполнено прямоугольным, длинные стороны которого расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения барабана, симметрично относительно оси оптической системы, расположенной напротив входного окна, при этом длина и ширина отверстия выполнены равными соответственно:
a = 2htg

+ F

b = hsin F(cosecC + cosecA), где h - расстояние от оси вращения барабана до точки пересечения поверхности плоского зеркала с осью установленного напротив входного окна оптической системы;
F = arctgD/R;
W - угол поля зрения сканирующего устройства;
C = α + F, A = α - F;
D - световой диаметр оптической системы;
R - радиус кривизны оптической системы;
α - угол наклона плоского зеркала к оптической оси системы.The goal is achieved in that in a scanning device containing optical systems located on a drum configured for rotation, inside which there is a fixed radiation receiver optically coupled to an optical system located opposite the input window, and a flat mirror with an opening, an opening in a flat mirror made rectangular, the long sides of which are located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the drum, symmetrically relative to the axis of the optical system, located opposite the entrance window, while the length and width of the holes are made equal, respectively:
a = 2htg

+ F

b = hsin F (cosecC + cosecA), where h is the distance from the axis of rotation of the drum to the point of intersection of the surface of the flat mirror with the axis of the optical system installed opposite the input window;
F = arctgD / R;
W is the angle of the field of view of the scanning device;
C = α + F, A = α - F;
D is the light diameter of the optical system;
R is the radius of curvature of the optical system;
α is the angle of inclination of the flat mirror to the optical axis of the system.

На фиг.1 показано предлагаемое сканирующее устройство; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; фиг.3 поясняет определение ширины b отверстия в плоском зеркале. Figure 1 shows the proposed scanning device; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 explains the definition of the width b of the hole in a flat mirror.

Сканирующее устройство содержит оптические системы, выполненные, например, в виде вогнутых зеркал 1-3 и расположенные на барабане, выполненном с возможностью вращения, внутри которого установлены плоское зеркало 4 и неподвижный приемник 5 излучения, закрепленный жестко на криостате 6 для заливки хладагента. Плоское зеркало 4 снабжено прямоугольным отверстием 7, длинные стороны которого расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения барабана, симметрично относительно оси оптической системы 1, установленной напротив входного окна 8 в корпусе 9. Приемник 5 излучения оптически сопряжен с оптической системой 1, расположенной напротив входного окна 8, и закреплен по ходу распространения излучения за плоским зеркалом 4, при этом длина а и ширина b отверстия 7 в зеркале 4 выполнены равными соответственно:
a = 2htg

+ F

b = hsin F(cosecC + cosecA), где h - расстояние от оси вращения барабана до точки пересечения поверхности плоского зеркала 4 с осью, установленной напротив входного окна 8 оптической системы 1;
F = arctgD/R;
W - угол поля зрения сканирующего устройства;
C = α + F, A = α - F;
D - световой диаметр оптической системы;
R - радиус кривизны оптической системы;
α - угол наклона плоского зеркала к оптической оси системы.The scanning device contains optical systems, for example, made in the form of concave mirrors 1-3 and located on a drum made for rotation, inside of which a flat mirror 4 and a fixed radiation receiver 5 are mounted, fixed rigidly to a cryostat 6 for filling refrigerant. The flat mirror 4 is provided with a rectangular hole 7, the long sides of which are located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the drum, symmetrically with respect to the axis of the optical system 1, mounted opposite the input window 8 in the housing 9. The radiation receiver 5 is optically coupled to the optical system 1, located opposite the input window 8, and is fixed along the propagation of radiation behind a flat mirror 4, while the length a and width b of the hole 7 in the mirror 4 are made equal, respectively:
a = 2htg

+ F

b = hsin F (cosecC + cosecA), where h is the distance from the axis of rotation of the drum to the point of intersection of the surface of the flat mirror 4 with the axis installed opposite the input window 8 of the optical system 1;
F = arctgD / R;
W is the angle of the field of view of the scanning device;
C = α + F, A = α - F;
D is the light diameter of the optical system;
R is the radius of curvature of the optical system;
α is the angle of inclination of the flat mirror to the optical axis of the system.

Длину а отверстия 7 в зеркале 4 определяют, исходя из условия обеспечения подачи излучения на приемник 5 излучения во всем диапазоне угла W поля зрения сканирующего устройства. Ширину b отверстия 7 определяют решением треугольников BCF и ABF (фиг.3). The length a of the hole 7 in the mirror 4 is determined based on the conditions for providing radiation to the radiation receiver 5 in the entire range of the angle W of the field of view of the scanning device. The width b of the hole 7 is determined by the solution of the triangles BCF and ABF (figure 3).

b = AC = BC+AB =

+

= hsinF(Cosec C + Cosec A)
Полученные размеры а и b обеспечивают минимальные потери на отверстии 7 потока излучения, идущего от объекта наблюдения, и максимальное пропускание сфокусированного оптической системой 1 потока излучения на поверхность приемника 5.b = AC = BC + AB =

+

= hsinF (Cosec C + Cosec A)
The obtained dimensions a and b provide the minimum loss at the opening 7 of the radiation flux coming from the object of observation, and the maximum transmission of the radiation flux focused by the optical system 1 to the surface of the receiver 5.

Сканирующее устройство работает следующим образом. The scanning device operates as follows.

Излучение от объекта наблюдения, проходя через входное окно 8 в корпусе 9 и отражаясь от зеркала 4, попадает на объектив 1, а затем, проходя через отверстие 7 плоского зеркала 4, фокусируется на поверхности приемника 5 излучения, который охлаждают с помощью хладагента, заливаемого в криостат 6. В положениях I и III объектив 1 воспринимает излучение источников, находящихся на краях поля обзора, а в положении II - в центре поля обзора, при этом расстояние от объектива до поверхности приемника излучения все время остается постоянным, поэтому поверхность приемника излучения постоянно находится в фокусе объектива, в результате чего обеспечивается высокое качество изображения объектов, находящихся как в центре, так и на краях поля обзора. Объективы 1-3, последовательно меняя друг друга, осуществляют сканирование по строке. Сканирование по кадpу может быть осуществлено, например, тем, что оси объективов смещают так, чтобы каждый объектив давал свою строку, при этом получаются n-строчные растры, где n - количество сканирующих объективов, или любым другим известным способом. The radiation from the object of observation, passing through the input window 8 in the housing 9 and reflected from the mirror 4, falls on the lens 1, and then, passing through the hole 7 of the flat mirror 4, it is focused on the surface of the radiation receiver 5, which is cooled with the help of refrigerant poured into cryostat 6. In positions I and III, lens 1 receives radiation from sources located at the edges of the field of view, and in position II, it is in the center of the field of view, while the distance from the lens to the surface of the radiation receiver remains constant at all times, therefore, the surface ray detector is always in the focus of the lens, thereby providing high quality images of objects that are both in the center and on the edges of the field of view. Lenses 1-3, successively changing each other, scan along the line. Scanning by frame can be carried out, for example, by the fact that the axis of the lenses is offset so that each lens gives its own line, in this case n-line rasters are obtained, where n is the number of scanning lenses, or by any other known method.

В отличие от известных сканирующих устройств в предлагаемом устройстве приемник 5 излучения расположен по ходу распространения излучения за плоским зеркалом 4, благодаря чему корпус криостата 6, охлаждающего приемник 5 излучения, не экранирует идущие от объекта наблюдения световые пучки и поэтому сканирующее устройство может работать как с неохлаждаемыми, так и с охлаждаемыми приемниками излучения, что приводит к расширению функциональных возможностей сканирующего устройства при сохранении высокого качества изображения, причем выбранные размеры длины а и ширины b прямоугольного отверстия 8 в плоском зеркале 4 и расположение длинных сторон отверстия в плоскости, перпендикулярной оси вращения барабана, симметрично относительно оси оптической системы, расположенной напротив входного окна, обеспечивают наиболее полное использование светового потока, идущего от объекта наблюдения, при работе и с охлаждаемым и с неохлаждаемым приемниками излучения. In contrast to the known scanning devices in the proposed device, the radiation receiver 5 is located along the propagation of radiation behind the flat mirror 4, so that the cryostat 6 that cools the radiation receiver 5 does not shield light beams coming from the object of observation and therefore the scanning device can work as uncooled , and with cooled radiation detectors, which leads to the expansion of the functionality of the scanning device while maintaining high image quality, and the different dimensions of the length a and width b of the rectangular hole 8 in the flat mirror 4 and the arrangement of the long sides of the hole in a plane perpendicular to the axis of rotation of the drum, symmetrical with respect to the axis of the optical system opposite the input window, provide the most complete use of the light flux coming from the object of observation, when working with both cooled and uncooled radiation receivers.

Claims

A SCANNING DEVICE containing optical systems located on a rotatably mounted drum, inside which a fixed radiation detector is mounted, optically coupled to an optical system located opposite the input window, and a flat mirror with an opening, characterized in that the hole in the flat mirror is made rectangular , the long sides of which are located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the drum, symmetrically with respect to the axis of the optical system opposite the input bottom of the window, while the length and width of the holes are made equal respectively
a = 2htg

+ F

;
b = hsinF (cosecC + cosecA)
where h is the distance from the axis of rotation of the drum to the point of intersection of the surface of the flat mirror with the axis installed opposite the input window of the optical system;
F = arctg

;
W is the angle of the field of view of the scanning device;
C = X + F;
A = α - F;
D is the light diameter of the optical system;
R is the radius of curvature of the optical system;
α is the angle of inclination of the flat mirror to the optical axis of the system.