Сканирующая система

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано для визуализации изображения объектов по их собственному тепловому излучению. Сущность изобретения: сканирующая система содержит 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 цилиндрическая зеркальная поверхность является второй по ходу лучей гранью призмы и расположена в области промежуточного изображения входного объектива и цилиндрической линзы. Цель изобретения - повышение качества изображения. 2 ил.

 

Заявляемая сканирующая система относится к области техники оптико-электронного приборостроения и может быть использована для визуализации изображения объектов по их собственному тепловому излучению.

Известно устройство оптико-механической развертки (см. патент Франции № 585204, кл. Н04N 3/08, G02В 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.

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.

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.

Наиболее близкой к заявляемой сканирующей системе по технической сущности и достигаемому эффекту является сканирующая система (см. патент Российской Федерации № 2273037, МПК G02В 26/10, опубликованный 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.

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.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение влияния на качество изображения указанных выше микрочастиц и других загрязнений, попадающих на цилиндрическую зеркальную поверхность в процессе эксплуатации, а также на этапе производственной сборки конструкции сканирующей системы.

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 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.

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).

На фиг.2 приведена оптическая схема предлагаемой сканирующей системы.

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 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.

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 полукадра. Результирующий кадр в данном случае будет содержать 576 строк.

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 стороны не приводит к тому, что их видно 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.

Таким образом, дополнительное введение цилиндрической линзы и призмы с тремя цилиндрическими гранями, одна из которых выполнена зеркальной, позволяет улучшить качество изображения заявляемой сканирующей системы.

Сканирующая система, содержащая 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, отличающаяся тем, что 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.