RU2040026C1

RU2040026C1 - Optical scanning unit

Info

Publication number: RU2040026C1
Application number: RU93001319A
Authority: RU
Inventors: Н.М. Михайлов; Ю.В. Рухлядев
Original assignee: Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики"
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1993-01-11
Publication date: 1995-07-20

Abstract

FIELD: optical instrument engineering. SUBSTANCE: optical scanning unit has objective, spherical mirror which is disposed at focal plane of the objective, in-line sweep mechanism made in form of mirror polyhedral and mounted for rotation, two parabolic mirrors. Focal point of the first mirror coincides with focal plane of the objective. Radiation receiver is located at focal point of the other parabolic mirror. Unit also has frame sweeping mechanism. The second parabolic mirror is mounted for rotation about axis being perpendicular to axis of rotation of mirror polyhedral and is connected kinematically with frame sweeping mechanism. Parabolic mirror acts as unit for focusing radiation and rolling image out. EFFECT: simplified design of the unit; reduced number of optical articles. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а конкретно к приборам, служащим для получения изображения в инфракрасных лучах, и может быть использовано в тепловизорах. The invention relates to optical-electronic instrumentation, and in particular to devices used to obtain images in infrared rays, and can be used in thermal imagers.

Известно оптическое сканирующее устройство для получения изображения в инфракрасных лучах с одновременным преобразованием его в видимое изображение [1] содержащее объектив, две системы сканирующих зеркал, выполненных с возможностью вращения относительно общей оси, приемник излучения, расположенный в фокальной плоскости объектива и электрическим связанный со светодиодом. A known optical scanning device for acquiring an image in infrared rays while converting it into a visible image [1] containing a lens, two scanning mirror systems configured to rotate about a common axis, a radiation receiver located in the focal plane of the lens and electrically connected to the LED.

Пучки инфракрасного излучения проходят через объектив и с помощью первой системы сканирующих зеркал направляются на приемник инфракрасного излучения. Для формирования видимого изображения сигналы с выхода приемника усиливаются и подаются на светодиод, в результате чего видимое излучение светодиода модулируется сигналами инфракрасного излучения объекта наблюдения. С помощью второй системы сканирующих зеркал видимое излучение светодиода направляется в окуляр или на экран. При вращении зеркал происходит сканирование изображения по строке, а сканирование по кадру обеспечивается за счет выполнения сканирующих зеркал в виде многогранника с разнонаклонными зеркальными гранями. The infrared beams pass through the lens and are sent to the infrared receiver using the first scanning mirror system. To form a visible image, the signals from the output of the receiver are amplified and fed to the LED, as a result of which the visible radiation of the LED is modulated by the infrared radiation signals of the observation object. Using the second system of scanning mirrors, the visible radiation of the LED is directed to the eyepiece or to the screen. When the mirrors are rotated, the image is scanned line by line, and scanning by the frame is ensured by scanning mirrors in the form of a polyhedron with different inclined mirror faces.

Недостатком известного устройства является технологическая сложность изготовления зеркальных многогранников с разнонаклонными зеркальными гранями. A disadvantage of the known device is the technological complexity of manufacturing mirror polyhedra with different inclined mirror faces.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является оптическое сканирующее устройство [2] содержащее последовательно расположенные объектив, плоское зеркало, сферическое зеркало, расположенное в фокальной плоскости объектива, зеркальный многогранник, выполненный с возможностью вращения и два внеосевых параболических зеркала, фокус первого из которых совмещен с фокальной плоскостью объектива, а в фокусе второго параболического зеркала расположен приемник излучения. The closest in technical essence to the invention is an optical scanning device [2] comprising a sequentially located lens, a flat mirror, a spherical mirror located in the focal plane of the lens, a mirror polyhedron rotatably and two off-axis parabolic mirrors, the focus of the first of which is aligned with the focal plane of the lens, and the radiation receiver is located in the focus of the second parabolic mirror.

Пучки излучения от объекта наблюдения, проходя через объектив, попадают на плоское зеркало и, отражаясь от него, фокусируются на поверхности сферического зеркала, затем последовательно направляются на зеркальный многогранник, параболические зеркала и приемник излучения. При вращении зеркального многогранника происходит сканирование по строке, а сканирование по кадру обеспечивается путем качания плоского зеркала в плоскости, перпендикулярной направлению строк. The radiation beams from the object of observation passing through the lens fall onto a flat mirror and, being reflected from it, are focused on the surface of a spherical mirror, then they are subsequently directed to a mirror polyhedron, parabolic mirrors and a radiation receiver. When the mirror polyhedron rotates, scanning along the line occurs, and scanning along the frame is provided by swinging a flat mirror in a plane perpendicular to the direction of the rows.

Недостатком известного сканирующего устройства является конструктивная сложность, связанная с необходимостью иметь оптические детали специально для каждой операции сканирования. A disadvantage of the known scanning device is the structural complexity associated with the need to have optical parts specifically for each scanning operation.

Цель изобретения осуществление кадровой развертки фокусирующим внеосевым параболическим зеркалом, что приводит к снижению количества оптических деталей и упрощению конструкции. The purpose of the invention is the implementation of a frame scan by a focusing off-axis parabolic mirror, which reduces the number of optical parts and simplifies the design.

Цель достигается тем, что в оптическом сканирующем устройстве, содержащем последовательно расположенные объектив, сферическое зеркало, расположенное в фокальной плоскости объектива, механизм строчной развертки изображения, кинематически связанный с приводом, два параболических зеркала, фокус первого из которых совмещен с фокальной плоскостью объектива, а в фокусе второго параболического зеркала расположен приемник излучения, и привод механизма кадровой развертки изображения, второе параболическое зеркало установлен с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной оси поворота привода строчной развертки, и кинематически связано с приводом кадровой развертки изображения. The goal is achieved in that in an optical scanning device containing a sequentially located lens, a spherical mirror located in the focal plane of the lens, a horizontal scanning mechanism of the image kinematically associated with the drive, two parabolic mirrors, the focus of the first of which is aligned with the focal plane of the lens, and in the focus of the second parabolic mirror is a radiation receiver, and the drive of the frame scanning mechanism of the image, the second parabolic mirror is installed with rotation relative to the axis perpendicular to the axis of rotation of the horizontal scanning drive, and kinematically connected with the frame scanning drive of the image.

На чертеже показана принципиальная схема оптического сканирующего устройства. The drawing shows a schematic diagram of an optical scanning device.

Устройство содержит последовательно расположенные объектив 1, сферическое зеркало 2, расположенное в фокальной плоскости объектива 1, механизм строчной развертки изображения, выполненный, например, в виде зеркального многогранника 3, установленного с возможностью вращения относительно оси 00, и два внеосевых параболических зеркала 4 и 5, фокус первого зеркала 4 из которых совмещен с фокальной плоскостью объектива 1, а в фокусе второго параболического зеркала 5 расположен приемник 6 излучения, чувствительная поверхность которого совмещена с плоскостью изображения 7(71) объекта наблюдения. Второе параболическое зеркало 5 с помощью рычага 8 кинематически связано с кулачковым механизмом 9 привода кадровой развертки изображения и установлено с возможностью поворота относительно оси Р, перпендикулярной оси 00 вращения зеркального многогранника 3, кинематически связанного с приводом 10. The device comprises a sequentially located lens 1, a spherical mirror 2 located in the focal plane of the lens 1, a horizontal scanning mechanism of the image, made, for example, in the form of a mirror polyhedron 3 mounted for rotation about axis 00, and two off-axis parabolic mirrors 4 and 5, the focus of the first mirror 4 of which is aligned with the focal plane of the lens 1, and at the focus of the second parabolic mirror 5 is a radiation receiver 6, the sensitive surface of which is aligned with the image plane 7 (71) of the observation object. The second parabolic mirror 5 with the help of the lever 8 is kinematically connected with the cam mechanism 9 of the drive for vertical scanning of the image and installed with the possibility of rotation about the axis P, perpendicular to the axis 00 of rotation of the mirror polyhedron 3, kinematically connected with the drive 10.

Оптическое сканирующее устройство работает следующим образом. An optical scanning device operates as follows.

Пучки излучения от объекта наблюдения, проходя через объектив 1, фокусируются на поверхности сферического зеркала 2, расположенного в фокальной плоскости объектива 1. Затем излучение в виде расходящегося пучка направляется на зеркальный многогранник 3, вращаемый приводом 10 относительно оси 00, и, отражаясь от него, падает на первое параболическое зеркало 4, после чего в виде параллельных пучков направляется на второе параболическое зеркало 5 и фокусируется на чувствительной поверхности приемника 6 излучения. Все пучки излучения вместе, приходящие одновременно из множества расположенных рядом друг с другом точек объекта, формируют изображение 7 объекта, границы которого определяются углом зрения входного объектива 1. При повороте кулачкового механизма 9 привода кадровой развертки изображения в положение, указанное пунктиром, под действием рычага 8 второе параболическое зеркало 5 поворачивается относительно оси Р, расположенной перпендикулярно оси 00 вращения привода 10 зеркального многогранника 3, на угол φ, в результате чего формирующие изображение 7 лучи отклоняются на угол 2 φ, последовательно проходя через чувствительную площадку приемника 6 излучения, и плоскость изображения занимает положение 7¹. В процессе поворота зеркала 5 на чувствительный элемент приемника 6 излучения попадает излучение последовательно от различных точек объекта наблюдения так, что, когда оптическая ось второго параболического зеркала 5 проходит через центр чувствительного элемента приемника 6 излучения, осматривается центральная часть объекта наблюдения, а при дальнейших поворотах зеркала 5 осматриваются периферийные участки объекта наблюдения. В течение одного оборота кулачкового механизма 9 изображение объекта дважды перемещается через чувствительный элемент приемника 6 излучения в прямом и обратном направлениях с частотой кадровой развертки изображения. Строчная развертка изображения обеспечивается за счет вращения зеркального многогранника 3 относительно оси 00.The radiation beams from the object of observation passing through the lens 1 are focused on the surface of a spherical mirror 2 located in the focal plane of the lens 1. Then the radiation in the form of a diverging beam is directed to a mirror polyhedron 3, rotated by the drive 10 relative to the axis 00, and reflected from it, falls on the first parabolic mirror 4, after which it is sent in the form of parallel beams to the second parabolic mirror 5 and focuses on the sensitive surface of the radiation receiver 6. All the radiation beams together, coming simultaneously from a plurality of object points located next to each other, form an image 7 of the object, the boundaries of which are determined by the angle of view of the input lens 1. When the cam mechanism 9 of the frame scanning drive is rotated to the position indicated by the dotted line under the action of the lever 8 the second parabolic mirror 5 is rotated relative to the axis P located perpendicular to the axis 00 of rotation of the drive 10 of the mirror polyhedron 3, at an angle φ, as a result of which the image Apparently 7, the rays are deflected by an angle of 2 φ, passing sequentially through the sensitive area of the radiation receiver 6, and the image plane occupies the position 7 ¹ . In the process of rotation of the mirror 5, radiation is incident on the sensitive element of the radiation receiver 6 sequentially from various points of the object of observation so that when the optical axis of the second parabolic mirror 5 passes through the center of the sensitive element of the radiation receiver 6, the central part of the object of observation is examined, and with further rotation of the mirror 5 inspects the peripheral areas of the object of observation. During one revolution of the cam mechanism 9, the image of the object is twice moved through the sensing element of the radiation receiver 6 in the forward and reverse directions with the frame frequency of the image. Line scan of the image is provided due to the rotation of the mirror polyhedron 3 relative to the axis 00.

В результате выполнения второго параболического зеркала 5 с возможностью поворота относительно оси Р, перпендикулярной оси 00 вращения зеркального многогранника 3, и кинематической связи его с механизмом 9 кадровой развертки изображения, второе параболическое зеркало одновременно выполняет функции фокусировки излучения и развертки изображения по кадру, благодаря чему снижается количество оптических деталей и упрощается конструкция оптического сканирующего устройства. As a result of the execution of the second parabolic mirror 5 with the possibility of rotation relative to the P axis perpendicular to the axis of rotation 00 of the mirror polyhedron 3, and its kinematic connection with the frame scanning mechanism 9, the second parabolic mirror simultaneously performs the functions of focusing radiation and scanning the image frame by frame, thereby reducing the number of optical parts and simplifies the design of the optical scanning device.

Claims

OPTICAL SCANNING DEVICE, containing a sequentially located lens, a spherical mirror located in the focal plane of the lens, a horizontal scanning engine, kinematically connected to the drive, two parabolic mirrors, the focus of the first of which is aligned with the focal plane of the lens, and the receiver is in the focus of the second parabolic mirror radiation, and a frame scanning drive, characterized in that the second parabolic mirror is rotatably mounted relative to itelno axis perpendicular to the actuator pivot axis horizontal, and is kinematically connected with a frame picture scanning drive.