RU60232U1

RU60232U1 - SCANNING SYSTEM

Info

Publication number: RU60232U1
Application number: RU2006133134/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Редькин; Сергей Николаевич Шушарин; Владимир Петрович Иванов; Альберт Фёдорович Белозёров; Михаил Николаевич Батавин
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-01-10

Abstract

Использование: относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использована для визуализации изображения объектов по их собственному тепловому излучению. Цель: повышение качества изображения. Сущность полезной модели: В сканирующей системе, содержащей входной объектив, цилиндрическую зеркальную поверхность, установленную наклонно к оптической оси входного объектива таким образом, что ее образующая составляет угол 90° с его оптической осью в точке их пересечения, сканирующее зеркало, установленное с возможностью вращения относительно оси, параллельной образующей цилиндрической зеркальной поверхности, проекционный объектив, микросканер, фотоприемное устройство, выход которого соединен с входом электронного блока обработки сигналов и отображения видеоинформации, в заднем отрезке входного объектива дополнительно установлены цилиндрическая линза и призма с тремя цилиндрическими гранями, при этом, упомянутая цилиндрическая зеркальная поверхность является второй по ходу лучей гранью призмы и расположена в области промежуточного изображения входного объектива и цилиндрической линзы.Usage: refers to optoelectronic instrumentation and can be used to visualize images of objects by their own thermal radiation. Purpose: improving image quality. The essence of the utility model: In a scanning system containing an input lens, a cylindrical mirror surface mounted obliquely to the optical axis of the input lens in such a way that its generator makes an angle of 90 ° with its optical axis at the point of intersection, the scanning mirror mounted for rotation relative to an axis parallel to the generatrix of the cylindrical mirror surface, a projection lens, a microscanner, a photodetector, the output of which is connected to the input of the electronic processing unit signals and displays of video information, a cylindrical lens and a prism with three cylindrical faces are additionally installed in the rear section of the input lens, while the said cylindrical mirror surface is the second prism face along the rays and is located in the region of the intermediate image of the input lens and cylindrical lens.

Description

Заявляемая сканирующая система относится к области техники оптико-электронного приборостроения и может быть использована для визуализации изображения объектов по их собственному тепловому излучению.The inventive scanning system relates to the field of technology of optoelectronic instrumentation and can be used to visualize images of objects by their own thermal radiation.

Известно устройство оптико-механической развертки (см. патент Франции №585204, кл. Н 04 N 3/08, G 02 В 26/10, опубл. 23.01.87 г.), содержащее последовательно расположенные по ходу лучей входной объектив, плоское кадровое сканирующее зеркало, вогнутое зеркало, расположенное в области фокуса входного объектива, многогранный вращающийся зеркальный барабан, проекционный объектив, многоэлементный линейчатый фотоприемник, выход которого соединен с электронной системой обработки сигналов.A device for optical-mechanical scanning (see French patent No. 585204, class N 04 N 3/08, G 02 B 26/10, publ. 23.01.87), containing the input lens sequentially located along the rays, flat frame a scanning mirror, a concave mirror located in the focus area of the input lens, a multifaceted rotating mirror drum, a projection lens, a multi-element line photodetector, the output of which is connected to an electronic signal processing system.

Недостатком этого устройства является наличие кривизны строки при сканировании, а так же то, что световые апертуры проекционного объектива и фотоприемника должны быть больше, чем реально используемая апертура при построении изображения отдельной точки в процессе сканирования. Увеличение апертуры приводит к возрастанию паразитной фоновой засветки на чувствительных элементах линейчатого фотоприемника и, как следствие, к ухудшению чувствительности.The disadvantage of this device is the presence of line curvature during scanning, as well as the fact that the light apertures of the projection lens and photodetector should be larger than the actually used aperture when constructing an image of a single point in the scanning process. An increase in the aperture leads to an increase in spurious background illumination on the sensitive elements of the line photodetector and, as a result, to a decrease in sensitivity.

Кроме того, в данном устройстве затруднено использование многоэлементного линейчатого фотоприемника с увеличенными геометрической длиной и числом фотоприемных каналов (до нескольких сотен) с целью уменьшения шумовой полосы пропускания электронного тракта и формирования кадра (полукадра) за один цикл сканирования. Это приводит к необходимости формирования кадра с последовательным построением ряда примыкающих зон, содержащих несколько десятков строк.In addition, in this device it is difficult to use a multi-element line photodetector with increased geometric length and the number of photodetector channels (up to several hundred) in order to reduce the noise bandwidth of the electronic path and form a frame (half frame) in one scan cycle. This leads to the need to form a frame with the sequential construction of a number of adjacent zones containing several tens of lines.

Наиболее близкой к заявляемой сканирующей системе по технической сущности и достигаемому эффекту является сканирующая система (см. патент Российской Федерации №2273037, МПК G 02 В 26/10, опубликованный Closest to the claimed scanning system by technical nature and the achieved effect is the scanning system (see patent of the Russian Federation No. 2273037, IPC G 02 B 26/10, published

27.03.06 г.), содержащая, входной объектив, цилиндрическое зеркало, расположенное в фокусе входного объектива наклонно к его оптической оси, сканирующее зеркало, установленное с возможностью вращения относительно оси, параллельной образующей цилиндрического зеркала, проекционный объектив, микросканер, фотоприемное устройство, выход которого соединен с входом электронного блока обработки сигналов и отображения видеоинформации, при этом цилиндрическое зеркало установлено так, что его образующая составляет угол 90° с оптической осью входного объектива в точке их пересечения.03/27/06), containing, an input lens, a cylindrical mirror located at the focus of the input lens obliquely to its optical axis, a scanning mirror mounted for rotation about an axis parallel to the generatrix of the cylindrical mirror, a projection lens, a micro scanner, a photodetector, an output which is connected to the input of the electronic signal processing and video information display unit, while the cylindrical mirror is installed so that its generatrix is 90 ° with the optical axis of the input about the lens at their intersection.

Основной недостаток известного устройства проявляется в процессе эксплуатации. Цилиндрическое зеркало в известном устройстве расположено в области промежуточного изображения входного объектива. Попадание на зеркальную поверхность посторонних микрочастиц и, тем более, частиц крупного размера, приводит к появлению их изображения, наложенного на изображение пространства предметов. При использовании сканирующей системы в обзорно-прицельном режиме существует вероятность попадания изображения микрочастицы на прицельную марку, что может существенно затруднить решение задачи прицеливания. Появление таких микрочастиц в основном обусловлено процессом осыпки покрытий, наносимых на элементы конструкции сканирующей системы и целым рядом других факторов. Все это негативно сказывается на зрительном восприятии выходного изображения, качество которого ухудшается.The main disadvantage of the known device is manifested during operation. A cylindrical mirror in a known device is located in the region of the intermediate image of the input lens. Contact with foreign microparticles and, especially, large particles on the mirror surface leads to the appearance of their image superimposed on the image of the space of objects. When using a scanning system in sight-and-sight mode, there is a possibility that the microparticle image will hit the sighting mark, which can significantly complicate the solution of the aiming problem. The appearance of such microparticles is mainly due to the process of coating coating applied to the structural elements of the scanning system and a number of other factors. All this negatively affects the visual perception of the output image, the quality of which is deteriorating.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение влияния на качество изображения указанных выше микрочастиц и других загрязнений, попадающих на цилиндрическую зеркальную поверхность в процессе эксплуатации, а так же на этапе производственной сборки конструкции сканирующей системы.The task to which the claimed utility model is directed is to eliminate the influence on the image quality of the above microparticles and other contaminants that fall on the cylindrical mirror surface during operation, as well as at the stage of production assembly of the design of the scanning system.

Это достигается тем, что в сканирующей системе, содержащей входной объектив, цилиндрическую зеркальную поверхность, установленную наклонно к оптической оси входного объектива таким образом, что ее образующая This is achieved by the fact that in the scanning system containing the input lens, a cylindrical mirror surface mounted obliquely to the optical axis of the input lens in such a way that its generatrix

составляет угол 90° с его оптической осью в точке их пересечения, сканирующее зеркало, установленное с возможностью вращения относительно оси, параллельной образующей цилиндрической зеркальной поверхности, проекционный объектив, микросканер, фотоприемное устройство, выход которого соединен с входом электронного блока обработки сигналов и отображения видеоинформации, в заднем отрезке входного объектива дополнительно установлены цилиндрическая линза и призма с тремя цилиндрическими гранями, при этом, упомянутая цилиндрическая зеркальная поверхность является второй по ходу лучей гранью призмы и расположена в области промежуточного изображения входного объектива и цилиндрической линзы.makes an angle of 90 ° with its optical axis at the point of intersection, a scanning mirror mounted for rotation about an axis parallel to the generatrix of the cylindrical mirror surface, a projection lens, a micro scanner, a photodetector, the output of which is connected to the input of an electronic signal processing and video information display unit, in the rear section of the input lens, a cylindrical lens and a prism with three cylindrical faces are additionally installed, while the said cylindrical mirrors The first surface is the second prism face along the rays and is located in the region of the intermediate image of the input lens and cylindrical lens.

На Фиг.1 приведена топология расположения фотодетекторов фотоприемного устройства. По своей сути это субматричное фотоприемное устройство (СМФПУ) в данном случае наиболее распространенного формата 4×288, работающее в режиме временной задержки и накопления (ВЗН).Figure 1 shows the layout topology of the photodetectors of the photodetector. At its core, this is a submatric photodetector (SMFPU) in this case, the most common 4 × 288 format, operating in the mode of time delay and accumulation (WZN).

На Фиг.2 приведена оптическая схема предлагаемой сканирующей системы.Figure 2 shows the optical scheme of the proposed scanning system.

Сканирующая система, содержит входной объектив 1, цилиндрическую линзу 2, призму 3 с тремя цилиндрическими гранями, вторая грань по ходу лучей которой выполнена зеркальной и расположена в области промежуточного изображения входного объектива 1 и цилиндрической линзы 2 наклонно к оптической оси входного объектива 1, таким образом, что ее образующая составляет угол 90° с его оптической осью 1, сканирующее зеркало 4, установленное с возможностью вращения относительно оси, параллельной образующей цилиндрической зеркальной поверхности призмы 3, проекционный объектив (зеркала 5 и 6), микросканер 7 выполненный, например, в виде колеблющейся плоско-параллельной пластинки, прозрачной в рабочем спектральном диапазоне, микросканер может быть конструктивно совмещен со сканирующим зеркалом 4, имеющим две степени свободы, СМФПУ 8 выход которого соединен с входом электронного блока обработки сигналов и отображения The scanning system comprises an input lens 1, a cylindrical lens 2, a prism 3 with three cylindrical faces, the second face of which is made mirrored and located in the region of the intermediate image of the input lens 1 and the cylindrical lens 2 inclined to the optical axis of the input lens 1, thus that its generatrix makes an angle of 90 ° with its optical axis 1, the scanning mirror 4, mounted for rotation about an axis parallel to the generatrix of the cylindrical mirror surface of the prism 3, a projection lens (mirrors 5 and 6), a micro-scanner 7 made, for example, in the form of an oscillating plane-parallel plate, transparent in the working spectral range, the micro-scanner can be structurally combined with a scanning mirror 4, which has two degrees of freedom, SMFPU 8 whose output is connected to input of the electronic signal processing and display unit

видеоинформации 9, сферическое зеркало 10, установленное в заднем отрезке проекционного объектива. Сферическое зеркало 10 имеет центральное отверстие для прохождения пучков лучей, участвующих в построении выходного изображения сканирующей системы. Периферийные участки сферического зеркала 10 обеспечивают экранирование фона от элементов конструкции в нерабочей части апертуры фотодетекторов СМФПУ 8, что приводит к его уменьшению. Таким образом, сферическое зеркало 10 не участвует в построении выходного изображения сканирующей системы.video information 9, a spherical mirror 10 mounted in the rear segment of the projection lens. The spherical mirror 10 has a central hole for the passage of beams of rays involved in the construction of the output image of the scanning system. The peripheral sections of the spherical mirror 10 provide shielding of the background from structural elements in the inoperative part of the aperture of the photodetectors SMFPU 8, which leads to its reduction. Thus, the spherical mirror 10 is not involved in the construction of the output image of the scanning system.

Сканирующая система работает следующим образом. Сканирующее зеркало 4 колеблется по пилообразному закону в рабочем угловом секторе. За счет зеркальной цилиндрической грани призмы 3 изображение СМФПУ 8 в обратном ходе лучей оптически сопрягается с промежуточным изображением входного объектива 1 и цилиндрической линзы 2 в толще материала призмы 3. За счет выбора радиусов кривизны цилиндрических поверхностей призмы 3 и линзы 2 возможно устранение расфокусировки результирующего изображения в пределах всего цикла сканирования при формировании строк кадра. Например, при использовании СМФПУ 8 (см. Фиг.1) формируется 288 строк. При этом сигнал строки формируется за счет использования режима ВЗН сигналов от четырех отдельных фотодетекторов, соответствующих данной строке. Для повышения разрешающей способности при обратном ходе сканирующего зеркала 4 изображение за счет соответствующего разворота плоско-параллельной пластинки микросканера 7 сдвигается на половину размера фотодетектора в направлении, перпендикулярном направлению сканирования. По аналогии с телевизионными системами формируются два полу кадра. Результирующий кадр в данном случае будет содержать 576 строк.The scanning system operates as follows. The scanning mirror 4 oscillates according to a sawtooth law in the working corner sector. Due to the mirror cylindrical face of the prism 3, the image of the SMFPU 8 in the reverse direction of the rays is optically coupled with the intermediate image of the input lens 1 and the cylindrical lens 2 in the thickness of the material of the prism 3. By choosing the radii of curvature of the cylindrical surfaces of the prism 3 and lens 2, it is possible to eliminate the defocusing of the resulting image in limits of the entire scanning cycle when forming the frame lines. For example, when using SMFPU 8 (see Figure 1), 288 lines are formed. In this case, the line signal is formed by using the WZN mode of signals from four separate photodetectors corresponding to this line. To increase the resolution during the reverse stroke of the scanning mirror 4, the image is shifted by half the size of the photodetector in the direction perpendicular to the scanning direction due to the corresponding rotation of the plane-parallel plate of the micro-scanner 7. By analogy with television systems, two half frames are formed. The resulting frame in this case will contain 576 lines.

Положительный эффект в заявляемой сканирующей системе по сравнению с прототипом обеспечивается за счет того, что промежуточное изображение строится в толще материала призмы 3. Попадание посторонних микрочастиц и загрязнений на зеркальную цилиндрическую грань с внешней A positive effect in the inventive scanning system in comparison with the prototype is provided due to the fact that the intermediate image is built in the thickness of the prism material 3. The ingress of foreign microparticles and contaminants onto a mirror cylindrical face with an external

стороны не приводит к их видности на выходном изображении. Диаметр сечения пучка лучей на входной и выходной гранях призмы 3, где могут оседать посторонние микрочастицы, не менее нескольких миллиметров, что резко уменьшает влияние на качество изображения микрочастиц с размером до 200-300 мкм. На практике размер таких микрочастиц меньше.hand does not lead to their visibility in the output image. The diameter of the beam section at the input and output faces of prism 3, where foreign microparticles can settle, is at least several millimeters, which dramatically reduces the effect on the quality of the image of microparticles with sizes up to 200-300 microns. In practice, the size of such microparticles is smaller.

Таким образом, дополнительное введение цилиндрической линзы и призмы с тремя цилиндрическими гранями, одна из которых выполнена зеркальной, позволяет улучшить качество изображения заявляемой сканирующей системы.Thus, the additional introduction of a cylindrical lens and a prism with three cylindrical faces, one of which is made mirrored, can improve the image quality of the inventive scanning system.

Claims

A scanning system comprising an input lens, a cylindrical mirror surface mounted obliquely to the optical axis of the input lens in such a way that its generatrix forms a 90 ° angle with its optical axis at the point of their intersection, a scanning mirror mounted for rotation about an axis parallel to the cylindrical generatrix mirror surface, projection lens, microscanner, photodetector, the output of which is connected to the input of the electronic signal processing and display unit oinformatsii, characterized in that the rear segment of the input lens set further cylindrical lens, prism and three cylindrical faces, wherein said cylindrical mirror surface is the second face along the beam and the prism located in the region of the intermediate image input lens and a cylindrical lens.