RU20695U1

RU20695U1 - OPTICAL-MECHANICAL SCANNING DEVICE

Info

Publication number: RU20695U1
Application number: RU2001114334/20U
Authority: RU
Inventors: В.А. Балоев; Е.Ф. Дедюхин; В.П. Иванов; С.В. Рагинов; И.А. Скочилова
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2001-11-20

Description

УСТРОЙСТВО ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО СКАНИРОВАНИЯOPTICAL-MECHANICAL SCANNING DEVICE

Заявляемая полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использована в устройствах с оптикомеханическим сканированием изображения.The inventive utility model relates to optoelectronic instrumentation and can be used in devices with optomechanical image scanning.

Известно устройство оптико-механического сканирования (см. заявку Великобритании №1393535, кл. G 02 В 27/17, опубл. 07.05.75), содержащее последовательно расположенные по ходу луча входной объектив, многоэлементный зеркальный узел сканирования, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси, матрицу фотоприемников, а также матрицу излучающих диодов, расположенную зеркально к положению матрицы фотоприемников относительно оси вращения узла сканирования. Недостатком этого устройства является низкое качество изображения, вызванное значительным геометрическим различием между растрами, сформированными матрицами фотоприемников и излучающих диодов, из-за того, что эти растры создаются противоположными относительно оси зеркальными элементами узла сканирования. Такое устройство сложно в изготовлении, сборке и юстировке.A device for optical-mechanical scanning (see the application of Great Britain No. 1393535, class G 02 B 27/17, publ. 07.05.75), containing an input lens sequentially located along the beam, a multi-element mirror scanning unit mounted with the possibility of rotation around its axis, a matrix of photodetectors, as well as a matrix of emitting diodes, located mirrored to the position of the matrix of photodetectors relative to the axis of rotation of the scan node. The disadvantage of this device is the low image quality caused by a significant geometric difference between the rasters formed by the arrays of photodetectors and emitting diodes, due to the fact that these rasters are created by mirror elements of the scanning unit that are opposite relative to the axis. Such a device is difficult to manufacture, assemble, and align.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство оптико-механического сканирования (см. патент Франции № 2585911, Н 04 N 3/08; G 02 В 26/10, опубл. 6.02.87г.), содержащее последовательно расположенные по ходу луча входной объектив, оптическая ось которого совпадает с главным лучом осевого пучка, первый спектроделитель, плоское зеркало, установленное с возможностью движения по возвратно-поступательной траектории, касательной к симметрично-ограниченному участку эллиптической кривой, вогнутое зеркало, установленное с возможностью колебания вокруг собственной оси синхронно с движением плоского зеркала, многогранную зеркальную призму, установленную с возможностью вращения вокруг собственной оси синхрон2001114334Closest to the claimed utility model in technical essence and the achieved effect is an optical-mechanical scanning device (see French patent No. 2585911, H 04 N 3/08; G 02 B 26/10, publ. 6.02.87), containing sequentially the input lens located along the beam, the optical axis of which coincides with the main beam of the axial beam, the first spectrometer, a flat mirror mounted with the possibility of movement along the reciprocating path, tangent to a symmetrically limited portion of the elliptic curve, concave th mirror mounted for oscillation about its own axis synchronously with the motion of the plane mirror, multi-faceted mirror prism mounted rotatably around its own axis sinhron2001114334

1ПШШН11ШН1111111111111PShShN11ShN111111111111

, . - г о 01 1 1 i 5 3 6,. - d o 01 1 1 i 5 3 6

Н 04 N 3/08; G 02 В 26/10 H 04 N 3/08; G 02 V 26/10

HO с колебаниями вогнутого зеркала, первое параболическое зеркало, второе параболическое зеркало, второй спектроделитель, матрицу фотоприемников, подключенную к матрице излучающих диодов, оптически сопряженную посредством второго спектроделителя с матрицей фотоприемников, выходной объектив, оптически сопряженный посредством первого спектроделителя с входным объективом, причем первое и второе параболические зеркала установлены так, что их фокальные точки расположены на прямой линии, являющейся осью вращения параболоида, которая совпадает с осью многогранной зеркальной призмы, среднее положение плоского зеркала совпадает с осью вращения многогранной зеркальной призмы.HO with vibrations of the concave mirror, the first parabolic mirror, the second parabolic mirror, the second spectrometer, the photodetector array connected to the matrix of emitting diodes, optically coupled by the second spectrometer to the photodetector array, the output lens, optically coupled by the first spectrometer to the input lens, the first and the second parabolic mirrors are installed so that their focal points are located on a straight line, which is the axis of rotation of the paraboloid, which It determines the axis multifaceted mirror prism middle position of the flat mirror coincides with the axis of rotation of a multifaceted mirror prism.

В этом устройстве совмещение хода лучей между первым и вторым спектроделителями обеспечивает хорошее совпадение растров, формируемых матрицами фотоприемников и излучающих диодов, т.к. они создаются в любой момент времени одной и той же гранью многогранной зеркальной призмы.In this device, the combination of the path of the rays between the first and second spectro splitters ensures good matching of the rasters formed by the photodetector arrays and emitting diodes, because they are created at any moment in time by the same face of a multifaceted mirror prism.

Недостатком этого устройства является расположение оси вращения многогранной зеркальной призмы на прямой линии, являющейся осью вращения параболоида. Такое расположение призмы требует, чтобы угол между падающим на первое параболическое зеркало и отраженным от него главным лучом был более 90°. В этом случае фокальные точки первого и второго параболических зеркал разнесены на большое расстояние друг от друга, что приводит к увеличению габаритов.The disadvantage of this device is the location of the axis of rotation of the polyhedral mirror prism in a straight line, which is the axis of rotation of the paraboloid. This arrangement of the prism requires that the angle between the main beam incident on the first parabolic mirror and the main beam reflected from it be greater than 90 °. In this case, the focal points of the first and second parabolic mirrors are spaced apart a large distance from each other, which leads to an increase in size.

Задачей, решаемой в данном устройстве, является сокращение расстояния между оптическими элементами устройства за счет изменения положения многогранной разнонаклонной призмы и соответствующего уменьшения расстояния между фокальными точками первого и второго параболических зеркал.The problem to be solved in this device is to reduce the distance between the optical elements of the device by changing the position of the multifaceted multi-inclined prism and correspondingly reducing the distance between the focal points of the first and second parabolic mirrors.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве оптикомеханического сканирования, содержащем последовательно расположенные по ходу луча входной объектив, оптическая ось которого совпадает с главным лучом осевого пучка, первый спектроделитель, вогнутое зеркало, многограпную разнонаклонную призму, установлепную с возможностью вращения, первое параболическое зеркало, фокальная точка которого расположена на оси вращения многогранной разнонаклонной призмы, второе параболическое зеркало, в фокальной точке которого установлена матрица чувствительных элементов, подключенная к матрице излучающих диодов и оптически сопряженная с ней через второй спектроделитель, а также выходной объектив, оптически сопряжённый с входным объективом через первый спектроделитель, вогнутое зеркало установлено неподвижно, ось вращения многогранной разнонаклонной призмы образует с осью входного объектива угол а, фокальная точка второго параболического зеркала расположена на прямой, параллельной оси входного объектива и проходящей через фокальную точку первого параболического зеркала, при этом параболические зеркала установлены так, что падающий на каждую из них главный луч образует с отражённым главным лучом угол |3, а значения углов а и (3 выбираются, исходя из условия: 50° а 60° Р 75°.This goal is achieved by the fact that in the optical-mechanical scanning device containing an input lens sequentially located along the beam, the optical axis of which coincides with the main beam of the axial beam, a first spectrometer, a concave mirror, a multi-faceted multi-inclined prism, mounted with the possibility of rotation, the first parabolic mirror, focal the point of which is located on the axis of rotation of a multifaceted multidimensional prism, the second parabolic mirror, at the focal point of which a matrix is installed sensitive elements connected to the matrix of emitting diodes and optically coupled to it through a second spectrometer, as well as an output lens optically coupled to the input lens through the first spectrometer, a concave mirror is fixed, the axis of rotation of a multifaceted multi-inclined prism forms an angle a, focal with the axis of the input lens the point of the second parabolic mirror is located on a straight line parallel to the axis of the input lens and passing through the focal point of the first parabolic mirror, p and this parabolic mirror arranged so that incident on each of them forms with the main beam reflected principal ray angle | 3, and the values of the angles a and (3 are chosen from the condition: 50 ° and 60 ° F 75 °.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства оптикомеханического сканирования.Figure 1 shows a schematic diagram of an optical-mechanical scanning device.

Устройство оптико-механического сканирования (фиг.1) содержит последовательно расположенные по ходу луча входной объектив 1, первый спектроделитель 2, вогнутое зеркало 3, многогранную разнонаклонную зеркальную призму 4, первое параболическое зеркало 5, второе параболическое зеркало 6, второй спектроделитель 7 и матрицу чувствительных элементов 8, подключеную к матрице излучающих диодов 9, а также выходной объектив 10, фокальная плоскость которого совмещена с фокальной плоскостью входного объектива 1.The optical-mechanical scanning device (Fig. 1) contains an input lens 1 sequentially located along the beam, a first spectrometer 2, a concave mirror 3, a multi-faceted multi-inclined mirror prism 4, a first parabolic mirror 5, a second parabolic mirror 6, a second spectrometer 7 and a sensitive matrix elements 8 connected to the matrix of emitting diodes 9, as well as the output lens 10, the focal plane of which is aligned with the focal plane of the input lens 1.

Также на фиг. 1 показаны точки отражения главного луча осевого пучка: точка А на первом спектроделителе 2, точка Б на вогнутом зеркале 3, точка В на грани зеркальной призмы 4, параллельной ее оси вращения ОО, точки Г и Д на первом 5 и втором 6 параболических зеркалах соответственно.Also in FIG. 1 shows the reflection points of the main beam of the axial beam: point A on the first spectrometer 2, point B on the concave mirror 3, point B on the edge of the mirror prism 4 parallel to its axis of rotation OO, points G and D on the first 5 and second 6 parabolic mirrors, respectively .

точка E на втором спектроделителе 7, а также ось входного объектива ИИ и параллельная ей прямая линия КК, на которой расположены фокальные точки Ф и Ф2 первого 5 и второго 6 параболических зеркал соответственно.point E on the second spectrometer 7, as well as the axis of the input AI lens and a parallel straight line KK, on which the focal points Ф and Ф2 of the first 5 and second 6 parabolic mirrors are located, respectively.

Устройство оптико-механического сканирования работает следующим образом. Поток излучения от объектов в поле зрения устройства через входной объектив 1 направляется на спектро делите ль 2, который отражает его на вогнутое зеркало 3, в вершине поверхности которого находится фокальная точка входного объектива 1. Отраженный от вогнутого зеркала 3 поток излучения падает на одну из граней зеркальной призмы 4, обращенной при вращении в этот момент времени в сторону вогнутого зеркала 3 и направляется на первое параболическое зеркало 5, фокальная точка которого оптически сопряжена с вершиной поверхности вогнутого зеркала 3 посредством грани зеркальной призмы 4. После отражения от первого параболического зеркала 5 параллельный поток излучения падает на второе параболическое зеркало 6, и, отражаясь от второго спектроделителя 7, фокусируется на матрице чувствительных элементов 8, электрические сигналы с которой поступают на матрицу излучающих диодов 9, модулируя их яркость. Излучение видимого диапазона от матрицы излучающих диодов 9 проходит через второй спектроделитель 7 без изменения направления и отражается в обратном порядке следования от параболических зеркал 6, 5, той же грани зеркальной призмы 4, вогнутого зеркала 3 и без изменения направления проходит через первый спектроделитель 2 на выходной объектив 10. Вращение многогранной разнонаклонной зеркальной призмы 4 обеспечивает сканирование изображение по строкам и кадру.The optical-mechanical scanning device operates as follows. The radiation flux from objects in the field of view of the device through the input lens 1 is directed to a spectral divider 2, which reflects it to a concave mirror 3, at the top of which there is a focal point of the input lens 1. The radiation flux reflected from the concave mirror 3 falls onto one of the faces mirror prism 4, which is turned during rotation at this moment in time towards the concave mirror 3 and is directed to the first parabolic mirror 5, the focal point of which is optically conjugated with the vertex of the surface of the concave mirrors 3 by the face of the mirror prism 4. After reflection from the first parabolic mirror 5, a parallel radiation flux falls on the second parabolic mirror 6, and, reflected from the second spectrometer 7, focuses on the matrix of sensitive elements 8, the electrical signals from which are fed to the matrix of emitting diodes 9, modulating their brightness. The radiation of the visible range from the matrix of emitting diodes 9 passes through the second spectrometer 7 without changing direction and is reflected in the reverse order from parabolic mirrors 6, 5, the same face of the mirror prism 4, concave mirror 3 and without changing direction passes through the first spectro divider 2 to the output lens 10. Rotation of a multifaceted multidimensional mirror prism 4 provides scanning the image in rows and frames.

В предложенном устройстве оптико-механического сканирования взаимосвязанные разворот оси вращения ОО многогранной разнонаклонной призмы 4 на угол а относительно прямой КК и уменьшение углов (3 приводит к уменьшению расстояния между фокальными точками первого 5 и второго 6 параболических зеркал и, таким образом, к более компактному взаимному расположению вогнутого зеркала 3, многогранной разнонаклоннойIn the proposed optical-mechanical scanning device, the interconnected pivot of the axis of rotation of the OO of a multifaceted multi-inclined prism 4 by an angle a relative to the direct KK and a decrease in the angles (3 leads to a decrease in the distance between the focal points of the first 5 and second 6 parabolic mirrors and, thus, to a more compact mutual the location of the concave mirror 3, multifaceted

4 4

призмы 4, с одной стороны, и второго спектроделителя 7, матрицы чувствительных элементов 8, матрицы излучающих диодов 9, с другой стороны.prisms 4, on the one hand, and a second spectro-splitter 7, a matrix of sensitive elements 8, a matrix of emitting diodes 9, on the other hand.

Уменьшение габаритов устройства путем увеличения угла а более 60° и уменьшение углов р менее 60° ограничивается срезанием крайних лучей в пучках и поэтому в реальных конструкциях с апертурой 1:2 оптимальные углы находятся в пределах 50° а 60° Р 75°.Reducing the dimensions of the device by increasing the angle a more than 60 ° and decreasing the angles p less than 60 ° is limited by cutting off the extreme rays in the beams and, therefore, in real structures with an aperture of 1: 2, the optimal angles are within 50 ° and 60 ° P 75 °.

Таким образом, изменение взаимного расположения элементов устройства оптико-механического сканирования позволяет сократить размеры оптической схемы и, следовательно, уменьшить габариты устройства оптикомеханического сканирования.Thus, changing the relative position of the elements of the optical-mechanical scanning device allows to reduce the size of the optical circuit and, therefore, to reduce the dimensions of the optical-mechanical scanning device.

Генеральный директор /у / ,fВ.П.Иванов General Director / u /, f.V.P. Ivanov

Claims

An optical-mechanical scanning device containing an input lens sequentially located along the beam, the optical axis of which coincides with the main beam of the axial beam, a first spectrometer, a concave mirror, a multifaceted multi-inclined prism mounted for rotation, the first parabolic mirror, the focal point of which is located on the axis rotation of a multifaceted multi-inclined prism, the second parabolic mirror, at the focal point of which a matrix of sensitive elements is installed, is connected connected to the matrix of emitting diodes and optically coupled to it through the second spectrometer, as well as an output lens optically coupled to the input lens through the first spectrometer, characterized in that the concave mirror is stationary, the axis of rotation of the multi-faceted multi-inclined prism forms an angle α with the axis of the input lens, the focal point of the second parabolic mirror is located on a straight line parallel to the axis of the input lens and passing through the focal point of the first parabolic mirror, while cal mirror set so that incident on each of them forms with the main beam reflected principal ray angle β, and the angles α and β are selected based on the condition: 50 ^° <α <60 ^° <β <75 ^°.