RU2079157C1 - Optical scanning system cf infra-red image - Google Patents
Optical scanning system cf infra-red image Download PDFInfo
- Publication number
- RU2079157C1 RU2079157C1 RU94004140A RU94004140A RU2079157C1 RU 2079157 C1 RU2079157 C1 RU 2079157C1 RU 94004140 A RU94004140 A RU 94004140A RU 94004140 A RU94004140 A RU 94004140A RU 2079157 C1 RU2079157 C1 RU 2079157C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- scanning
- curvature
- spherical
- telescopic system
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Telescopes (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению, в частности, к сканирующим устройствам и может быть использовано, например, в тепловизорах. Известна сканирующая система тепловизора /1/ с двумя отражающими многогранными барабанами, вращающимися вокруг осей, разнесенных на определенное расстояние. Примеры реализации упомянутого устройства и условия его функционирования, защищенные патентом, справедливы для сканирования излучения сходящихся пучков. Известна также сканирующая система, выполненная в виде двух многогранных зеркальных пирамид с разным количеством граней, установленных на одной оси с возможностью вращения вокруг нее с различными скоростями /2/. The invention relates to optical-mechanical instrumentation, in particular, to scanning devices and can be used, for example, in thermal imagers. Known scanning system of the thermal imager / 1 / with two reflective polyhedral drums rotating around axes spaced a certain distance. Examples of the implementation of the aforementioned device and the conditions for its operation, protected by a patent, are valid for scanning radiation from converging beams. Also known is a scanning system made in the form of two polyhedral mirror pyramids with a different number of faces mounted on the same axis with the possibility of rotation around it with different speeds / 2 /.
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является оптическая сканирующая система тепловизионной камеры IR 18 /3/ фирмы Barr and Stroud (Шотландия), содержащая последовательно расположенные по ходу излучения телескопическую систему, плоское зеркало развертки по кадру, сферическое зеркало, зеркальный многогранный сканирующий барабан с внешним отражением, ось вращения которого находится вблизи центра кривизны сферического зеркала, объектив, фотоприемник, а также имитатор абсолютно черного тела. В этом устройстве расфокусировка изображения, возникающего при вращении зеркальной призмы, и низкий коэффициент ее использования снижает пороговую чувствительность и качество изображения. Изобретение свободно от этих недостатков. Это достигается за счет того, что в оптическую сканирующую систему, плоское сканирующее зеркало, первое сферическое зеркало, первый зеркальный многогранный сканирующий барабан с внешним отражением, объектив, фотоприемник и имитатор абсолютно черного тела введены дополнительно второе сферическое зеркало, центр кривизны которого совпадает с центром кривизны первого сферического зеркала, образуя вторую телескопическую систему, а радиус кривизны определяется соотношением
где R1 и R2 радиусы кривизны первого и второго сферических зеркал, и второй зеркальный сканирующий барабан с внутренним отражением с числом граней, отличным от первого, установленный на одной с ним оси с возможностью вращения вокруг нее в ту же сторону, выходной зрачок телескопической системы лежит в плоскости, проходящей через центр кривизны сферических зеркал и точку пересечения визирных осей объектива, в фокальной плоскости которого расположены чувствительные площадки фотоприемника, и сканирующих барабанов.Closest to the technical nature of the invention is an optical scanning system of an IR 18/3 / thermal imaging camera from Barr and Stroud (Scotland), containing a telescopic system sequentially located along the radiation, a flat scanning mirror frame, a spherical mirror, a multi-faceted scanning drum with an external reflection, the axis of rotation of which is located near the center of curvature of a spherical mirror, a lens, a photodetector, and also a black body simulator. In this device, the defocusing of the image that occurs when the mirror prism rotates and its low coefficient of use reduces the threshold sensitivity and image quality. The invention is free from these disadvantages. This is achieved due to the fact that an additional second spherical mirror is introduced into the optical scanning system, a flat scanning mirror, a first spherical mirror, a first mirror multi-faceted scanning drum with an external reflection, a lens, a photodetector and a black body simulator, the center of curvature of which coincides with the center of curvature the first spherical mirror, forming a second telescopic system, and the radius of curvature is determined by the ratio
where R 1 and R 2 are the radii of curvature of the first and second spherical mirrors, and the second mirror scanning drum with an internal reflection with a different face number, mounted on the same axis with the possibility of rotation around it in the same direction, the exit pupil of the telescopic system lies in the plane passing through the center of curvature of the spherical mirrors and the intersection point of the target axes of the lens, in the focal plane of which are the sensitive areas of the photodetector, and the scanning drums.
На фиг. 1 изображена реализация оптической системы тепловизора с выполнением зеркальных сканирующих барабанов в виде призм; на фиг. 2 вид B; на фиг. 3 сечение A-A; на фиг. 4 реализация оптической системы тепловизора с выполнением зеркальных сканирующих барабанов в виде пирамид. In FIG. 1 shows the implementation of the optical system of a thermal imager with the implementation of mirror scanning drums in the form of prisms; in FIG. 2 view B; in FIG. 3 section A-A; in FIG. 4 implementation of an optical system of a thermal imager with the implementation of mirror scanning drums in the form of pyramids.
Оптическая сканирующая система тепловизора содержит телескопическую систему 1 в виде объектива 2 и окуляра 3, плоское сканирующее зеркало 4 развертки по кадру, первое 5 и второе 6, образующие вторую телескопическую систему, сферические зеркала, центры кривизны которых совпадают, а радиус кривизны зеркала 5 в два раза больше радиуса кривизны зеркала 6, зеркальные многогранные сканирующие барабаны 7 (с внутренним отражением) и 8 (с наружным отражением) с различным количеством граней, оси вращения которых совпадают, объектив 9, оптическая ось которого составляет угол θ с осью вращения барабанов 7 и 8, фотоприемник 10, чувствительные площадки которого установлены в фокальной плоскости объектива 9, имитаторы излучения абсолютно черного тела 11, 12, установленные так, что их излучающие площадки расположены на поверхности, совпадающей с поверхностью сферического зеркала 6, но по его краям в направлении траектории сканирования по строке. The optical scanning system of the thermal imager contains a
Устройство работает следующим образом. Излучение от объектива поступает в телескопическую систему, образованную объективом 2 и окуляром 3 и в виде параллельного пучка попадает на плоское сканирующее зеркало 4 развертки по кадру. Зеркало 4 периодически поворачивается вокруг оси 0, перпендикулярной плоскости чертежа (см. фиг. 1). The device operates as follows. The radiation from the lens enters the telescopic system formed by the
Сферическое зеркало 5 фокусирует излучение от объектов на зеркальной поверхности сферического зеркала 6 (см. фиг. 1.3), после отражения от зеркала 6 излучение вновь попадает на зеркало 5 и в виде параллельного пучка попадает на зеркальные грани первого сканирующего барабана 7 с внутренним отражением, а затем на зеркальные грани второго сканирующего барабана 8 с наружным отражением, после чего фокусируется объективом 9 на чувствительных площадках фотоприемника 10. Сканирование по строкам осуществляется за счет вращения многогранных зеркальных барабанов 7 и 8 в одну сторону с угловыми скоростями w1 и ω2, обратно пропорциональными числу граней каждого из них n1 и n2, так что выполняется условие n1ω1= n2ω2. При этом на чувствительные площадки фотоприемника 10 попадает излучение от различных участков объекта в зависимости от взаимного положения зеркальных граней барабанов 7 и 8. Выходной зрачок телескопической системы совпадает с центром кривизны О2 сферических зеркал 5 и 6 и оптически сопряжен с точкой О2, в которой пересекаются оси параллельных пучков, отражающихся от сферического зеркала 5, попадающих на зеркальную грань первого 7 и второго 8 барабанов и фокусирующихся объективом 9 на чувствительных площадках фотоприемника 10.The
В каждом цикле сканирования по строкам в начале и конце крайних участков поля обзора на чувствительные площадки фотоприемника 10 попадает излучение от имитаторов излучения абсолютно черного тела 11, 12, сигналы от имитаторов используются для компарирования с сигналами от объектов при измерении распределения по их поверхности радиационной температуры. In each scan cycle, lines at the beginning and end of the extreme parts of the field of view, the sensitive areas of the
Многогранные сканирующие барабаны 7 и 8 могут быть выполнены в виде призм, плоскости зеркал которых параллельны или наклонены к оси вращения (или усеченных пирамид). Барабаны в виде усеченных пирамид однонаправленно расположены по ходу луча. The
При использовании барабанов в виде призм, у которых плоскости зеркал 7 и 8 параллельны оси вращения O-O', угол отклонения главного луча в плоскости XOZ определяется соотношением
где Φ1 и Φ2 углы поворота первого и второго барабанов,
θ угол между оптической осью объектива 9 и осью OO' вращения барабанов.When using drums in the form of prisms, in which the plane of the
where Φ 1 and Φ 2 are the angles of rotation of the first and second reels,
θ is the angle between the optical axis of the
Угол отклонения луча, определяющий искривление траектории сканирования, равен
β = arcsin[sin2(Φ1-Φ2)sin2θ]
При использовании барабанов в виде многогранных призм, грани которых наклонены к оси вращения, угол ψ1= ψ2= 45°, те же углы α и β определяются как
Как показал анализ, можно для заданных n1 и n2 подобрать такое сочетание углов ψ1 и ψ2 при вершинах пирамидальных барабанов, когда искривление траектории практически отсутствует, например, этот эффект достигается для n1=5 и n2=7 при ψ1= 43° и ψ2= 47°..The beam deflection angle, which determines the curvature of the scanning path, is
β = arcsin [sin 2 (Φ 1 -Φ 2 ) sin2θ]
When using drums in the form of polyhedral prisms, whose faces are inclined to the axis of rotation, the angle ψ 1 = ψ 2 = 45 ° , the same angles α and β are defined as
As the analysis showed, for given n 1 and n 2 it is possible to choose such a combination of angles ψ 1 and ψ 2 at the vertices of the pyramidal drums when the curvature of the trajectory is practically absent, for example, this effect is achieved for n 1 = 5 and n 2 = 7 for ψ 1 = 43 ° and ψ 2 = 47 ° ..
Реализация предлагаемого устройства не требует разработки новых технологий, материалов и элементной базы и поэтому может быть изготовлено на предприятиях оптикомеханической промышленности. The implementation of the proposed device does not require the development of new technologies, materials and components and therefore can be manufactured at the enterprises of the optomechanical industry.
Claims (1)
R1 / R2 1/2,
где R1 и R2 радиусы кривизны второго и первого сферических зеркал,
и второй зеркальный барабан с внутренним отражением с числом граней, отличным от первого, установленный на одной с ним оси с возможностью вращения вокруг нее в ту же сторону, выходной зрачок телескопической системы лежит в плоскости, проходящей через центр кривизны сферических зеркал, образующих вторую телескопическую систему, и точку пересечения оптических осей объектива, в фокальной плоскости которого расположены чувствительные площадки фотоприемника, и оси пучка на входе сканирующего барабана.An optical scanning thermal imaging system containing a telescopic system, a flat scanning mirror, a spherical mirror, a mirror multifaceted scanning drum with external reflection, a lens, a photodetector, and an absolutely black body simulator, characterized in that a second spherical mirror is introduced into the system, the center of curvature of which coincides with the center the curvature of the first spherical mirror, forming a second telescopic system, the radius of curvature is determined by the ratio
R 1 / R 2 1/2,
where R 1 and R 2 the radii of curvature of the second and first spherical mirrors,
and a second mirror drum with internal reflection with a number of faces different from the first, mounted on the same axis with the possibility of rotation around it in the same direction, the exit pupil of the telescopic system lies in a plane passing through the center of curvature of the spherical mirrors forming the second telescopic system , and the point of intersection of the optical axes of the lens, in the focal plane of which the sensitive areas of the photodetector are located, and the axis of the beam at the input of the scanning drum.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94004140A RU2079157C1 (en) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | Optical scanning system cf infra-red image |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94004140A RU2079157C1 (en) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | Optical scanning system cf infra-red image |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94004140A RU94004140A (en) | 1996-08-20 |
RU2079157C1 true RU2079157C1 (en) | 1997-05-10 |
Family
ID=20152207
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94004140A RU2079157C1 (en) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | Optical scanning system cf infra-red image |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2079157C1 (en) |
-
1994
- 1994-02-08 RU RU94004140A patent/RU2079157C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Патент США N 4082417, кл. G 02В 27/17, 1978. 2. Патент ФРГ N 3135092, кл. G 02В 26/10, 1981. З. Богомолов П.А. и др. Приемные устройства ИК-системы. - М.: Радио и связь, 1987, с. 94-96. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94004140A (en) | 1996-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2954708B2 (en) | Multifocal imaging system | |
CA1158081A (en) | Scanning mirror arrangement | |
JPH0814619B2 (en) | Optical image system | |
KR850000079A (en) | Optical system for sighting device | |
US3277772A (en) | Optical scanning system | |
US5319188A (en) | Collinated light direction sensor system | |
US3614194A (en) | Wide field optical scanner | |
US4411528A (en) | Optical displacement and contour measuring | |
JPH035562B2 (en) | ||
US4787748A (en) | Synchronous optical scanning apparatus | |
US5033845A (en) | Multi-direction distance measuring method and apparatus | |
GB1567320A (en) | Scanners | |
US3765743A (en) | Optical energy detection system including image plane scanning system | |
US3956586A (en) | Method of optical scanning | |
EP0110937A1 (en) | Apparatus for measuring the dimensions of cylindrical objects by means of a scanning laser beam. | |
RU2079157C1 (en) | Optical scanning system cf infra-red image | |
US6097554A (en) | Multiple dove prism assembly | |
US6774366B1 (en) | Image integration and multiple laser source projection | |
EP1410094B1 (en) | Scanning apparatus for forming images in the microwave, mm-wave or infrared spectral range | |
US5039213A (en) | Optical equipment with a semitransparent mirror | |
US4940312A (en) | Scanning prism | |
EP0100354B1 (en) | Method and means of beam apodization | |
US4156142A (en) | Optical-mechanical scanner mirror for an infrared viewing system | |
GB2075789A (en) | Missile mounted scanner | |
RU2091839C1 (en) | Scanning optical system |