Сканирующее устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 28041 А СПУБЛИК 26/ 1)5 ЕТЕН ТОРСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТВ е осноО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И Р 1) 4484838/10(56) Мирошников М.М. Теоретическивы оптико-электронных приборов,шиностроение, 1983, с. 80-81,54) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО57) Изобретение относится к оптическомуприборостроению 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 )-й отражающей грани 8 зеркальной пирамиды 1, Повышение качества изображения обеспечи вается за счет снижения трапецеидальности растра. 4 ил.Изобретение относится к оптическомуприборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах сосканированием в параллельном пучке лучей,Цель изобретения - повышение качества изображения.На фиг. 1 представлена принципиальная схема сканирующего устройства; нафиг, 2 - действие одной отражающей гранизеркальной пирамиды; на фиг, 3 и 4 - конструкционные элементы зеркальной пирамиды, дающие представление о связиосновных параметров сканирующего устройства,Сканирующее устройство (фиг, 1) содержит оптически сопряженные зеркальнуюпирамиду 1, установленную с возможностью вращения вокруг своей оси, обьектив2 и многоэлементный приемник 3 излучения, Ось 4 вращения зеркальной пирамиды 201 развернута относительно оптической оси5 обьектива 2, образуя со своей проекцией6 на плоскость, в которой проходит эта оптическая ось и перпендикулярно к которойориентирован линейный ряд элементов 25многоэлеменпгного приемника 3 излучения,угол а, а с нормалью 7 к е -й отражающейграни 8 - угол р Угол у между проекцией6 оси 4 вращения зеркальной пирамидь 1 1 иоптической осью 5 обьектива 2 выбирается 30из конструктивных соображений.Сканирующее устройство работает следующим образом.С помощью обьектива 2 и отражающейграни 8 зеркальной пирамиды 1 на предметнои плоскости формируется изображение 9элементов многоэлементного приемника 3излучения, В результате вращения зеркальной пирамиды 1 изображение 9 элементовмногоэлементного приемника 3 излучения 40на предметной плоскости перемещаетсяпрактически параллельно проекции на нееоптической оси 5 обьектива 2.Действие отражающей грани 8 показано на фиг, 2, где изображены ее сечения 45плоскостью, перпендикулярно к которойориентирован линейный ряд элементовмногоэлементного приемника 3 излучения икоторая совпадает с плоскостью 7 = 0 вправой декартовой системе координат ХУЛ, 50Ось совпадает с осевым лучом, пересекающим при обратном ходе лучей входной зрачок 10 объектива 2 в точке О, Линии 8, 8 й 8изображают сечения плоскостью 7 = 0 отображающей грани 8 после ее поворота вокруг оси 4 вращения зеркальной пирамиды 1на углы -/3, 0 и /Зотносительно своего среднего положения, соответствующего центрустроки. Линии 11, 11 и 11 являются ортого нальными проекциями на плоскость ХОУ 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 Е 2 пересечения осевого луча с отражающей гранью 8 при ее среднем положении после поворота зеркальной пирамиды 1 на угол Р (-Р/,соответствующий краю строки, перемещается в точку Ез(Е 1). Угол между прямой, проходящей через точку Е 1 и точку К пересечения оси 4 вращения зеркальной пирамиды 1 с плоскостью ХОУ, и проекцией б оси 4 вращения на плоскость ХОУ равен углу между линиями 8 и 8 , Аналогично угол Е 2 КЕз равен углу между линиями 8 и 8 . Благодаря этому можно получить; т 9 го /4 = 5/2(г-р) где со - угловое поле обзора сканирующего устройства в пространстве предметов;Я, г и р - длины отрезков Е 1 ЕЗ, Е 2 К и Е 2 В 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 б оси вращения, и на угол у -а в плоскости ХОУ вокруг точки Е 2, 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 ХОУ в показанном на фиг. 1 положении зеркальной пирамиды 1, поэтому угол между осью 4 вращения и отрезком Е 2 К на фиг, 3 равен а. Точка С - есть точка пересечения отражающей грани 8 с осью 4 вращения. Отрезки Е 1 Е 2 и АЕ 2 являются проекциями на плоскость ХОУ траектории движения точки Е 2 при повороте отражающей грани 8 вокруг оси 4 вращения на углы уЗ и 90 соответственно,Из треугольников ЬЕ 1 Е 2 В и ЬАЕ 2 Кследует, что(2) (3) р = пзпа;г = г 0/з 1 и а,где г, г 0 - длины отрезков Е 1 Е 2 и АЕ 2.На фиг. 4 показана ортогональная проекция зеркальной пирамиды 1 на плоскость, перпендикулярную ее оси вращения,Длины отрезков С 1 Е 2 и Е 1 Ез соответственно равны го и Я.15 Я = (Хо, Уп 2 П)Гв = ( ХоУо 2 о)С = (хсу,2,) ,Угол Е 1 С 1 Е 2 равен ф, а угол Е 1 С 10 равен /3 /2. Учитывая, что углы С 1 ВЕ 1 и С 1 ОЕЗ прямые, получим Подставляя соотношения (2)-(5) в уравнение (1) и решая полученное квадратное уравнение, получим 10 гг = вгсвп 1( сов ггг 4 2 гя - )4 где ф = р/2 = 90 о рЧКоординаты (хп, уп, 2 п) иэображения какой-либо точки элемента многоэлементного 20 приемника излучения в пространстве предметов в системе координат ХУ 7 (фиг,2) определяются матричным уравнением В = М(В - С)+ С, (б) 25 1 - 2 МХх 2 йхйу - 2 йхМг - 2 Мхйу 1 - 2 йу - 2 МуЬюк 2 Мх М 2;2 Му Мг 1 -2 М 2 матрица действия отражающей грани Ь зеркальной пирамиды 1, 35 40ХО, уО И 2 О - КООрдИНатЫ фОрМИруог. ЭГО обьективом 2 изображения каой-либо точки элемента многоэлементного приемника 3 излучения;Хс, Ус, 2 с - КООРДИНатЫ ТОЧКИ ПЕРЕСЕЧЕ- ния отражающей грани 8 с осью 4 вращения зеркальной пирамиды 1;Йх, ЙУ, М 2 - НаПРаВЛЯЮЩИЕ КОСИНУСЫ нормали 7 к отражающей грани 8 относительно осей Х, У, Е;50Т - знак транспонирования матрицы. Координаты (хо, уо, 2,) изображения какой-либо точки элемента многоэлелентного приемника 3 излучения на предметной плоскости в системе координат ХУ 2, образованной поворотом системы координат ХУЕ (фиг. 2) вокруг оси на 180 - 2 у, после которого новая ось Х перпендикулярна предметной плоскости, равны: хп = Н;уп = Ну 1/х 12 п = Н 21 /х 1,2 2где х =уовп у-хсов у;ггУ 1 =-(хпзП У+ У,СОВ У);21 = 2 о,Н - расстояние от сканирующего устройства до предметной плоскости по оси Х,КООРДИНатЫ Хс, Ус, 2 с С ТОЧКИ С НаХОДЯтСЯсначала в правой декартовой системе координат ХУ с. (фиг, 3) с центром в точке Ег, вкоторой ось Х параллельная оси 4 вращения, а ось У совпадает с продолжениемотрезка АЕ 2. Согласно фиг, 3, координатыточки С(хс, Ус, 2 с) Равны;вхс = - гот 9 1/ус = го (8)2 с -О,а направляющие косинусы нормали 7 к 1-йотражающей грани 8 при ее среднем положении равны Мх = -сов ф:Му =зпф (9)МУ)=0.Для определения координат точки С в СИСТЕМЕ КООРДИНат ХУЛ (Хс, Ус, 2 с) ДЛЯ ПОЛО- кениг .зеркальной пирамиды 1, показанного на фиг, 1, необходимо повернуть тсчку С вместе с системой координат ХУ 7 вокруг оси 7 на уол а - у, сисгему координат Х У 2. вокруг оси Е на угол а для совмещения оси Х с проекциеи б оси 4 врацения на плоскость ХОУ, точку С в этой системе коорлинат вокруг свое) оси Х на угол -90 и1 о новую систему координат ХУ 2) науголдля совмещения оси Х с осью Х, После этих преобрэзований на основании соотно. шений (8) ложно получить: хс = го(Р 1 Соз У Р 25 п 1 г Сов ) 1;Ус = -го(Р 18 п )ф Р 2 СОБ )в Соз Е), (10) 2 с . - -Го Р 25 игде Р 1- 5 г) а -Цф Соз аР 2 = Сов а + 19 р)5 п а) - расстояние от точки Ег до входного зрачка 10 объектива 2с - угол равный 90" для предлагаемого сканирующего устройства,Величины Мх, Му и Мг могУ 1 быть найДены путем поворота грани 8 (фиг, 3) вокруг оси Х на угол О, 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=- 81 п (у - а) со 31,где и,л - угол между вектором Н и осью Е.ПОлагая, что аг =- 90 - р,25 где р - угол между отрезками, соединяющими центр входного зрачка обьектива с центрами иэображений многоэлементного приемника излучения в пространстве предмета, соответствующих 1-й отражающей грани и отражающей грани с р =а, из соотношения (12) следуетр = а + 0,5 агс 31 п (81 п р/СОВ у ). (13) 35В 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 чего 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 ось объектива и перпендикулярно в которой ориентирован каждый линейный ряд элементов многоэлементного приемника излучения, угол а = агс 81 п Г 1,( СОВ ф+ 2 щ - )4 где ф = 90 ту/М;М - число отражающих граней в зеркальной пирамиде;- коэффициент использования отражающей грани, угловое поле обзора сканирующего устройства в пространстве предметов с нормально к 1-й отражающей рани угол р =а+ 0,5 агс 31 П(81 пр/СОВ у),где у- угол между проекцией оси вращения зеркальнои пирамиды на упомянутую плоскость и отпической осью объектива;,и - угол между отрезками, соединяющими центр входного зрачка объектива с центрами иэображений многоэлементного приемника излучения в пространстве предмета, соответствующих 1-й отражающей грани и отражающей грани р = а.Тираж 322 ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 нно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 О изво