Сканирующее устройство
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах со сканированием в параллельном пучке лучей. Цель изобретения - повышение качества изображения. Сканирующее устройство содержит объектив 2, многоэлементный приемник 3 излучения и зеркальную пирамиду 1. Ось 4 вращения зеркальной пирамиды 1 установлена под определенными углами к оптической оси объектива 2 и к 1-й отражающей грани 8 зеркальной пирамиды 1, Повышение качества изображения обеспечи вается за счет снижения трапецеидальности растра. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 0с Ю 00 (21) 4484838/10 (22) 20.09.88 (46) 15,02.91. Бюл. hk 6 (72) Ю.Г.Кожевников, А.С.Михайлов и В.Н,Тимофеев (53) 681,4 (088.8) (56) Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов, Л.: Машиностроение, 1983, с. 80-81, (54) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использо„„5U ÄÄ 1628041 А1 вано в оптико-электронных приборах со сканированием в параллельном пучке лучей. Цель изобретения — повышение качества изображения. Сканирующее устройство содержит объектив 2, многоэлементный приемник 3 излучения и зеркальную пирамиду 1. Ось 4 вращения зеркальной пирамиды 1 установлена под определенными углами к оптической оси объектива 2 и к 1-й отражающей грани 8 зеркальной пирамиды 1, Повышение качества изображения обеспечи вается за счет снижения трапецеидальности растра. 4 ил. 1628041 Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах сосканированием в параллельном пучке лучей, Цель изобретения — повышение качест- 5 ва изображения. На фиг. 1 представлена принципиальная схема сканирующего устройства; на фиг, 2 — действие одной отражающей грани зеркальной пирамиды; на фиг. 3 и 4 — конст- 10 рукционные элементы зеркальной пирамиды, дающие представление о связи основных параметров сканирующего устройства. Сканирующее устройство (фиг. 1) содер- 15 жит оптически сопряженные зеркальную пирамиду 1, установленную с возможностью вращения вокруг своей оси, обьектив 2 и многоэлементный приемник 3 излучения. Ось 4 вращения зеркальной пирамиды 20 1 развернута относительно оптической оси 5 обьектива 2, образуя со своей проекцией 6 на плоскость, в которой проходит эта оптическая ось и перпендикулярно к которой ориентирован линейный ряд элементов 25 многоэлеменпгного приемника 3 излучения, угол а, а с нормалью 7 к e i-й отражающей грани 8 - угол р;. Угол 1 между проекцией G оси 4 вращения зеркальной пирамиды 1 и оптической осью 5 обьектива 2 выбирается 30 из конструктивных соображений. Сканирующее устройство работает следующим образом. С помощью объектива 2 и отражающей грани 8 зеркальной пирамиды 1 на предмет- 35 нои плоскости формируется изображение 9 элементов многоэлементного приемника 3 излучения. В результате вращения зеркальной пирамиды 1 изображение 9 элементов многоэлементного приемника 3 излучения 40 на предметной плоскости перемещается практически параллельно проекции на нее оптической оси 5 обьектива 2. Действие отражающей грани 8 показано на фиг, 2, где изображены ее сечения 45 плоскостью, перпендикулярно к которой ориентирован линейный ряд элементов многоэлементного приемника 3 излучения и которая совпадает с плоскостью Z = 0 в правой декартовой системе координат XYZ. 50 Ось совпадает с осевым лучом, пересекающим при обратном ходе лучей входной зрачок 10 объектива 2 в точке О, Линии 8, 8й 8 изображают сечения плоскостью Z = 0 отображающей грани 8 после ее поворота вок- 55 руг оси 4 вращения зеркальной пирамиды 1 на углы -ф, 0 и /3 относительно своего среднего положения, соответствующего центру строки. Линии 11, 11 и 11 являются ортогональными проекциями на плоскость XOY векторов лучей, образованных при отражении осевого луча от отражающей грани 8 при ее положениях. соответствующих линиям 8 . 8" и 8 "сечений. Угол между линиями 11 и 11 (11 и 11 ) равен удвоенной величине угла между линиями 8 и 8" (8" и 8 ") сечений. Точка Ег пересечения осевого луча с отражающей гранью 8 при ее среднем положении после поворота зеркальной пирамиды 1 на угол -P (- Р),соответствующий краю строки, перемещается в точку Ез(Е1). Угол между прямой, проходящей через точку Е1 и точку К пересечения оси 4 вращения зеркальной пирамиды 1 с плоскостью ХОУ, и проекцией 6 оси 4 вращения на плоскость XOY равен углу между линиями 8 и 8, Аналогично угол Е2КЕз равен углу между линиями 8 и 8". Благодаря этому можно получить; t g й) /4 = S/(2(r-q)), где o) — угловое поле обзора сканирующего устройства в пространстве предметов; S, r u q — длины отрезков (Е Ез), (E2K) и (Е2В) соответственно. На фиг. 3 показано главное сечение находящейся в среднем положении 1-й отражающей грани 8 зеркальной пирамиды 1 после ее поворота на угол 90 вокруг оси, совпадающей с проекцией 6 оси вращения, и на угол y — а в плоскости XOY вокруг точки Ег, в которой пересекаются с оптической осью все отражающие грани в своих средних положениях. Точка К является точкой на оси 4 вращения, в которой она пересекается с плоскостью XOY в показанном на фиг. 1 положении зеркальной пирамиды 1, поэтому угол между осью 4 вращения и отрезком Е К на фиг, 3 равен а. Точка С вЂ” есть точка пересечения отражающей грани 8 с осью 4 вращения. Отрезки E1Ez и АЕг являются проекциями на плоскость XOY траектории движения точки Ег при повороте отражающей грани 8 вокруг оси 4 вращения на углы Р и 90 соответственно, Из треугольников ЛЕ Е2В и ЛАЕ2Кследует, что (2) (3) q = hsina; r = rp/sin a, где г, го — длины отрезков E>Ez и АЕ . На фиг. 4 показана ортогональная проекция зеркальной пирамиды 1 на плоскость, перпендикулярную ее оси вращения. Длины отрезков С1Е2 и Е1Ез соответственно равны r и S. 1628041 (7) h = Stg(3/2)/2; S = 2rosln Р, (4) 5 (5) — cos ф)/2 sin ф19 — ) OJ 1 4) 15 R = (хп, уп гп) R = (xoyozo) С = (xcyczc), Угол Е1С1Ег равен /3, а угол E1C1Q равен/3 /2. Учитывая, что углы С1ВЕ1 и С10Ез прямые, получим Подставляя соотношения (2)-(5) в уравнение (1) и решая полученное квадратное уравнение, получим 10 а = агсв(п (((сов ф + 2 щ — 1 " — 4 где ф =p/2 = 90 17/N, Координаты (хп, уп, z>) иэображения какой-либо точки элемента многоэлементного 20 приемника излучения в пространстве предметов в системе координат XYZ (фиг.2) определяются матричным уравнением R =M(R — С)+ С, (6) 25 1 — 2Nx 2NxNy — 2йхМ вЂ” 2Мхйу 1 2Ny — 2 МуЬюк 2 Мх Nz .2 Ny Nz 1 2 М г матрица действия отражающей грани Ь з р кальной пир-миды 1, 35 40 хо, уо и zo — координаты формируе. ого обьективом 2 изображения ка ой-либо точки элемента многоэлементного приемника 3 излучения; xc, yc. гс — координаты точки пересече- 45 ния отражающей грани 8 с осью 4 вращения зеркальной пирамиды 1; N,, Ny, М вЂ” направляющие косинусы нормали 7 к отражающей грани 8 относительно осей Х, Y, Z; Т вЂ” знак транспонирования матрицы. Координаты (х,, уо У,) изображения какой-либо точки элемента многоэлементного приемника 3 излучения на предметной плоскости в системе координат XYZ, образованной поворотом системы координат XYZ (фиг. 2) вокруг оси на 180 — 2у, после которого новая ось Х перпендикулярна предметной плоскости, равнь: хл= Н; У = НУ 1/x1 Zp = HZ1 /X1 2 2 где х1 = упsln у-х„сов у; г г y1 = -(х sin y + у,сов у); Z1 = Zo. Н вЂ” расстояние от сканирующего устройства до предметной плоскости по оси Х, Координаты хс, ус, zc с точки С находятся сначала в правой декартовой системе координат Х Y Z (фиг. 3) с центром в точке Е2, в которой ось Х параллельная оси 4 вращеI ния, а ось Y совпадает с продолжением отрезка АЕ2. Согласно фиг. 3, координаты точки C(xc yc zc) равны: б хс = ГоЩ ф yc = lo (8) ! zc -О, а направляющие косинусы нормали 7 к I-й отражающей грани 8 при ее среднем положении равны Nx = -COS 1/.1; Ny = sin 1/.I (9) N "y = О. Для определения координат точки С в системе координат XYZ (xc, yc, zc) для положения .зеркальной пирамиды 1, показанного на фиг. 1, необходимо повернуть течку С ( вместе с системой координат Х Y Z вокруг оси Z на yron а — ), сисгему координат Х Y Z вокру оси Z на угол а для совме цения оси X с проекциеи 6 оси 4 враг ения на плоскость Х0У, точку С в этой системе коорлинат вокруг свое оси Х на yror, -90 и 1 О новую систему координат X Y Z на угол для совмещения оси X с осью Х, После этих преобразований на основании соотношений (8) ожно получить: Xc= o(P1COS у-РгЫП 1/ COS) I; Ус = 1p(P1Sin y Р2СОБ y Cos ), (10) zc — - РгЯ1п j где Р1 — Sln а -tgp iCQs il Рг = Cos а + tgp l — расстояние от точки Ег до входного зрачка 10 объектива 2 q — уго1 равный 90" для предлагаемого скани,зуюи,.его устройства. Величины Nx, Jy u Nz могу- быть найдены путем поворота грани 8 (фиг. 3) вокруг оси X на угол 0, равный углу поворота зеркальной пирамиды 1 вокруг своей оси 4 вращения, и выполнения всех указанных выше операций получения соотношений (10), при которых вместо точки С поворачивается отражающая грань 8. В результате этого на основании соотношений (9) можно получить 1628041 — cos ф)/2 sin ф tg — 1, 4 ) N< = (g cos (+ sin pi x x sin Оsln j) sin) 9г cosу; J„= (gt cos $ + sin р х (11) x s In О sin () cos у + 9г sin y; М вЂ” — 91 sin ф — sin p sin 0cos ф; 10 где g1 = sing cos а cos 0- cos p sin а; цг = sin р з1п а cos 0+ cos p cosa. Иэ соотношений (6), (10) и (11) и условия II » xc, у„7.с, у = .. =-О. 0=-0, с помощью уравнений системы (7) получим costs(=г,/(х и+уn+ ») =г 2 2 20 (12) =- sin (p — а) сову, ! где и, — угол между вектором R и осью Z. Полагая, что txz =- 90 — р, 25 где pi — угол между отрезками, соединяющими центр входного зрачка обьектива с центрами иэображений многоэлементного приемника излучения в пространстве предмета, соответствующих i-й отражающей грани и отражающей грани с р =а, из соотношения (12) следует р = а + 0,5 arcs in (sin pi/cos у ). (13) 35 В предлагаемом устройстве угол между нормалью к отражающей грани зеркальной пирамиды и направлением ориентации линейного ряда элементов многоэлементного приемника излучения близок к 90 и мало 40 изменяется при ее вращении. Благодаря этому угол поворота изображения линейного ряда элементов многоэлементного приемника излучения на предметной плоскости меньше чем в прототипе, в результате 4el0 45 уменьшается трапецеидальность растра и повышается качество иэображения, Формула изобретения Сканирующее устройство, содержащее оптически сопряженные сканирующий элемент, выполненный в виде зеркальной пирамиды, установленной с возможностью вращения вокруг своей оси, объектив и многоэлементный приемник излучения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения искажений изображения растра. ось вращения зеркальной пирамиды развернута относительно оптической оси объектива, образуя со своей проекцией на плоскость, в которой проходит оптическая ocb объектива и перпендикулярно в которой ориентирован каждый линейный ряд элементов многоэлементного приемника излучения, угол а = arcsln f ((COS ф+ 2 щ — ) о — 4 где ф =90 g/N; N — число отражающих граней в зеркальной пирамиде; — коэффициент использования отражающей грани, угловое поле обзора сканирующего устройства в пространстве предметов с нормально к 1-й отражающей r рани угол р = а+ 0,5 arcsin(sinð /cos у), где у- угол между проекцией оси вращения зеркальнои пирамиды на упомянутую плоскость и отпической осью объектива; pi — угол между отрезками, соединяющими центр входного зрачка объектива с центрами иэображений многоэлементного приемника излучения в пространстве предмета, соответствующих i-й отражающей грани и отражающей грани p = а. 1628041 Составитель А,Тулубенский Техред М,Моргентал Корректор М.Шароши Редактор А,Лежнцна Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 340 Тираж 322 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
