Устройство для сканирования изображения

.К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сф 4 фз СфветскмхСфцмалмстмческмхРеспублик щ 662897(23) Приоритет 6 02 В 27/17 Государственный комитет СССР по дезам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ 1Изобретение относится к оптико механическим устройствам и предназначено для использования в приборах, принцип работы которых основанна сканировании изображения, например, в оптических системах сканирующих фотометров,Известны устройства, в которыхсканирующим элементом является зеркало (зеркальная призма), расположенное в параллельном пучке лучейперед объективом 1,2.Также известны устройства, в которых сканирование осущестзляетсязеркалом, помещенном в сходящемсяпучке лучей объектива, вращающимся вокруг оси, перпендикулярнойоси объектива 3, 4.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство, содержащее объектив,сканирующее зеркало, расположенное в сходящемся пучке лучей объектива, и фотоприемник, в котором зеркало (зеркальная призма) расположенопод углом 45 к оптической оси объектива и ьравается вокруг оси, параллельной оси объектива, а фотоприемник расположен на оси вращениязеркала 5. Недостаток этого устройства заключается в нескомпенсированности кривизны поля изображений. Целью изобретения является компенсация кривизны поля изображения.Эта цель достигается тем, что зеркало жестко закреплено на механике, сообщающем ему одновременно с вращательным движением и поступательное в соответствии с зависимостью и = ")з 2 где п - радиус-вектор нормали к отражающей поверхности зеркала в системе координат с центром, совмещенным с приемником; р -радиус- вектор, описывающий поверхность изображений в той же системе координат, а также тем, что подвижное зеркало жестко закреплено на кулисе секансного кулисного механизма; его отражающая поверхность совмещена с осью шарнира кулисы и расположена перпендикулярно линии, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма, а приемник установлен на оси шарнира ползуна, направляющего поступательное движейие кулисы. Для обеспечения линейной скорости развертки ползун кинематически связан с кулачковым возвратно-поступательным меха662897ниэмом, приводная поверхность которого выполнена по спирали Архимеда.На фиг.1 показан общий вид описываемого устройства; на фиг.2 - вариант Устройства с производным расположением приемника и зеркала в рабочем положении; на фиг.3 - вариант устрой ,ства при работе его с объективом с .плоским полем изображения; на фиг.4возможность измерения координат точек, проектируемых на приемник; на фиг.5 - три положения сканирующе- О го зеркала; на фиг.б - вариант устройства, в котором приемник помещен в центре. системы координат.Устройство (фиг.1) содержит объектив 1, зеркало 2, жестко закреплен- Г 5 ное на кулисе 3 секансного кулисного механизма (секансный механизм, кромекулисы 3 содержит полэун 4, направляющий поступательное движение кулисы 3, шарнирно связанный с опорой 5, 20 ползун 6, ш:.рнирно связанный с кулисой 3, возвратно-поступательно перемещающийся в направляющих /), связанного возвратно-поступательным кулачковым механизмом В с приводо фотоприемник 10.Устройство работает следующимобразомОбъектив 1 строит изображение пространства предметов на поверхности, которая представлена на фиг,1кривой линией АА, . Перемещение секансным кулисным механизмом зеркало 2обеспечивает последовательный перенос точек изображения, построенногообъективом 1, на фотоприемник 10.При этом, параметры кулисного механизма, взаимное расположение объектива, зеркала и фотоприемника таковы,что расфокусировка изображения на 40фотоприемнике не превышает требуемой величины.В общем случае Величину продольной расфокусировки находят по величине отступления поверхности изображенияобъектива (на фиг.2 кривая АА)от траектории, которую строит сканирующее зеркало (кривая ВВ. Обычнопри проектировании сканирующегоустройства поверхность изображения объектива считают заданной. Поэтому задача получения сфокусированного изображения сводится к определзнию параметроВ механизма, обеспечивающего такое перемещение зеркала,чтобы траектория движения иэображения, создаваемого зеркалом, совпадала с поверхностью иэображения объектива.В предлагаемом устройстве припроизвольном расположении фотоприемника и зеркала (см.фиг.2) траекториядвижения иэображения зеркала представляется некоторой кривой ВВ, уравнение которой может быть записанопараметрически 651 Х = я 1 п 2 (с(.+) 119 ( О, + )-ч) -+ а я 1 п 2 ( с(.+ ) - ЬУравнения траектории,движения иэображения, создаваемого зеркалом, записаны для прямоугольной системы координат (фиг.2), начало которых совмещено с осью шарнира полэуна 4, нарравляющего поступательное движениекулисы 3 секансного кулисного механизма и ось Х перпендикулярна направлению поступательного движенияползуна 6.Приняты следующие обозначения.расстояние от оси шарнира ползуна 4, направляющего поступательноедвижение кулисы 3 до траектории,которую проходит ось шарнира кулисы;и - расстояние от точки пересечения отражающей поверхности зеркала2 с линией, соединяющей оси шарнировсекансного кулисного механизма дотраектории, которую опиоывает осьшарнира кулисы;а - расстояние от оси У до приемника 10, координата приемника;Ь - расстояние от оси Х до приемника 10, координата приемника;Д. - угол, образованный прямой,проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма с отражающей поверхностью зеркала 2;уол, образованный прймой,проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма с осью Х.Выбором параметров ,п,О,Ь и о(.можно добиться того, что траектриядвижения изображения, построеннаясканирующим зеркалом 2 (кривая ВВ,будет с достаточной степенью точности повторять кривую - образующуюповерхности изображений объектива(кривая АА .Например, если объектив строитповерхность иэображений, котораяимеет ось симметрии, зеркало 2необходимо закрепить перпендикулярно линии, проходящей через оси шарниров сексансного кулисного механизма ( с(.= 90), а фотоприемник 10расположить на оси Х (Ь =, О),Уравнения траектории движения изображения фотоприемника в этом случаепримут вид:Х = 2 У,-2 псоя ф-а(соя р)У = 2 Вдпя 1 паяЫ Ь соя 5. (2)Значения я 1 п Ъ и соямогут быть поедставлены какя.п 5= - === - и созе= - , (3)ддеМе 1 дд ддгде Ь- смещение оси шарнира кулисыотносительно оси Х. Тогда уравнениятраектории движения изображения фотоприемника могут быть преобразованык видур 2 дйЕг +дгУ = 2 Д ---- 2 а - . (4)2 пд,. дР/Ей+ дг + дВыбором величин В, и и а добивают ся изгиба траектории движения изображенияобеспечивающего компенсацию криВиэны поля иэображения, вносимой объективом.В случае, если в устройстве исполь-(0 зуется объектив с плоским полем (АА 4- прямая линия), необходимо обеспечить поямолинейность траектории движения Изображения. Для выполнения этого требования (см.фиг.З) фотоприемник 10 по-,15 мещают на оси шарнира ползуна 4, направляющего поступательное движение кулисы (а = 0 и ЬО), а зеркало 2 закрепляют на кулисе 3 так, чтобы его отражающая поверхность совмещалась с осью шарнира кулисы (п = О) и была перпендикулярна прямой, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма ( с = 90").Уравнения траектории движения изобретения, создаваемого зеркалом (фиг,3),в этом случае могут быть представлены какУ=2 Д(5)Траектория движения изображения приемника - прямая линия, перпендикулярная оси Х и проходящая на расстоянии 21 от оси У.Иэ анализа уравнения (5) видим, 35 что скорость движения изображения, создаваемого сканирующим зеркалом 2 (скорость движения иэображения, построенного объективом 1, относительно фотоприемника 10), равна удвоенной 40 скорости поступательного движения оси шарнира кулисы секансного кулис- ного механизма. Поэтому, для обеспечения линейной скорости сканирования, достаточно обеспечить линейность скорости поступательного перемещения оси шарнира кулисы секансного кулис- ного механизма. Для этого приводную поверхность кулачкового воэвратнопоступательного механизма 8, связываюцего секансный кулисный механизм с 50 приводом 9, выполняют по спирали архимеда.Уравнение (5) можно использовать 1 ля измерения координат точек изображения, построенного объективом 1, 55 проектируемых на фотоприемник 10, для чего достаточно измерить величину поступательного перемещения оси шарнира кулисы 3 секансного кулисного механизма Д . Тогда ордината точки изображения, проектируемой на фотоприемник равнаУ=2 д.Таким образом, для получения информации о координатах точек изоб 97 6ражения, проектируемых на фотоприемник, нужно связать полэун б секанс- ного кулисного механизма, совершающий возвратно-поступательное движение в неподвижных направляющих 7, с отсчетным устройством 11, например,Ьтак, как это показано на фиг.4.На фиг.5 показаны три положения сканирующего зеркала 2, 2 и 2" обеспечивающие перенос соответственно точек А, А и А" поверхности иэображений объектива 1 на приемник излучения 10, помещенный в точке В.На фиг.б представлена система координат, в центре которой помещен приемник излучения 10. ЕслиУравнение образующей поверхности изоб- ражений объектива 1 (кривая А АА ) в этой системе координат представить в видеР= (Ч)то перемещение сканирующего зеркала 2, описанное законом изменения радиус-вектора нормали и к его отражающей поверхности, может быть определено как:и2Таким образом, такое выполнениесканирующего устройства позволит получить прямолинейный растр разверткиизображения, сфокусированного на фотоприемнике по всему полю, Кроме того, устройство позволяет обеспечитьлинейностьскорости сканирования иосуществить измерение координат точекиэображения, проектируемых на приемникеПеречисленные достоинства предлагаемого сканирующего устройства позволяют использовать его в оптическихсистемах приборов самого широкогоназначения, например, в тепловизорах,в фотограмметрических приборах дляавтоматической обработки фотоснимков (стереофотоснимков), в спектрофотометрах и т.д,ФоРмула изобретения1. Устройство для сканирования изображения, построенного оптической системой, содержащее подвижное зеркало, установленное в сходящемся пучке лучей, строящих изображение, и приемник электромагнитной энергии, отличающееся тем, что, с целью компенсации кривизны поля изображений, зеркало жестко закреплено на механизме, сообщающем ему одновременно с вращательным движением и поступательное,в соответствии с зависимостью и = - в , где и.12 ф радиус-вектор нормали к отражающей поверхности зеркала в системе координат с центром, совмещенным с приемником; у - радиус-вектор, описывающий поверхность изображений в той же системе координат.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что подвижное зеркало жестко закреплено на кулисе секансного кулисного механизма.3. Устройство по п,2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что отражающая поверхность зеркала совмещена с6 осью шарнира кулисы и расположена перпендикулярно линии, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма, а приемник установлен на оси шарнира ползуна, направляющего Ю поступательное движение кулисы,4. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения линейной скорости развертки, полэун кулисного механизма кинематически связан с кулачковым возвратно-поступательным механизмом, приводная поверхность которого выполненапо спирали Архимеда. Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе1.Патент США Р 3516722 ркл.350-7,1970.2.Патент США 93814494,кл,350-7,1974.3. Катыс Г.П, ИнФормационные сканирующие системы, М., Машиностроение, 1965, с.243-244, 320-322.4. Дубовик А:С. ФотограФическая регистрация быстропротекающих процес. - сов, М., Наука, 1964, с.25-55.5. Патент США 93715497, кл.178-6.8, 1969..РМ2 Составитель В Техред З.Чуж елоус ктор И.Муска Редактор Л.Бибе е С Заказ 2698/4 ал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проек 4 9 Тираж 587 ЦНИИПИ Государс по делам изо 113035, Москва, ЖПодписи нного комитета С тений и открытий Раушская наб.,