Патент на изобретение №2355005

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРУГОВОГО СКАНИРОВАНИЯ

(57) Реферат:

Область изобретения – оптические системы обзора местности и обнаружения объектов. В состав устройства входят первая механическая передача, объектив, привод, имеющий кинематическую связь через вторую механическую передачу с узлом оборачивания изображений и подключенный к первому выходу блока управления, второй выход и первый вход которого подключены соответственно к входу и выходу многоэлементного фоточувствительного прибора, а третий вход подключен к выходу первого датчика положения, введено поворотное зеркало и второй датчик положения. Поворотное зеркало расположено под углом к источнику видеосигнала и главной оптической оси объектива, расположенного между поворотным зеркалом и узлом оборачивания изображений, содержащим первое, второе и третье зеркала, жестко закрепленные во вращающемся корпусе таким образом, что второе зеркало расположено параллельно оси вращения корпуса узла оборачивания изображений, а первое и третье зеркала расположены под равными углами к оси вращения корпуса и ко второму зеркалу. Прямая пересечения плоскостей первого и третьего зеркал параллельна второму зеркалу и перпендикулярна оси вращения корпуса, проходящей через центры первого и третьего зеркал и совпадающей с осью вращения первого зеркала и главной оптической осью объектива. Выходы первого и второго датчиков положения подключены к третьему и четвертому входам блока управления, а входы имеют кинематическую связь соответственно с корпусом блока оборачивания изображений и поворотным зеркалом, имеющим кинематическую связь через первую механическую передачу с приводом. Первая и вторая механические передачи имеют взаимное передаточное отношение минус 2:1. 5 ил.

Устройство для кругового сканирования предназначено для использования в оптических системах обзора местности и обнаружения объектов, в частности в системах ввода в ЭВМ изображений и других пространственных распределений светового потока.

Устройства для кругового сканирования известны (см. патент РФ 2024941. В.М.Игнатьев, Е.В.Ларкин, Н.И.Савин. Устройство для считывания информации с фотоносителя. – G06K 11/00. – 15.12.94. – Бюл. 23). В известное устройство входит многоэлементный фоточувствительный прибор, имеющий оптическую связь через объектив и узел оборачивания изображений с источником видеосигнала, узел оборачивания изображений через первую механическую передачу подсоединен к первому приводу, подключенному к одному из выходов блока управления, второй выход и вход которого подключены соответственно ко входу и выходу многоэлементного фоточувствительного прибора, а третий выход подключен ко входу второго привода, подсоединенного через вторую механическую передачу с узлом перемещения фотоносителя.

К недостаткам известного устройства относятся вращение изображения относительно многоэлементного фоточувствительного прибора, а также применение в качестве узла оборачивания изображений призмы Дове, которая дает повышенные аберрации в сходящихся пучках света, что не позволяет применять длиннофокусные объективы без увеличения габаритов устройства, а следовательно, ограничивает разрешающую способность устройства при сканировании изображений.

Из известных наиболее близким по технической сущности заявляемому (прототипом) является устройство по АС СССР 1726989. В.М.Игнатьев, Е.В.Ларкин. Устройство для измерения диаметров изделий кольцевой формы. – G01B 20/00. – 15.04.92. – Бюл. 14. В известное устройство входит многоэлементный фоточувствительный прибор, имеющий оптическую связь через объектив и узел оборачивания изображений с источником видеосигнала, узел оборачивания изображений через первую механическую передачу подсоединен к первому приводу, подключенному к одному из выходов блока управления, второй выход и вход которого подключены соответственно ко входу и выходу многоэлементного фоточувствительного прибора, а третий выход подключен ко входу второго привода, подсоединенного через вторую механическую передачу с узлом перемещения измеряемых объектов, имеющим связь с датчиком перемещения, подключенным к третьему входу блока управления.

Прототип имеет те же недостатки, что и аналоги.

Задача изобретения – обеспечение неподвижности изображения по углу относительно многоэлементного фоточувствительного прибора и повышение разрешающей способности устройства при заданных ограничениях на его габариты.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для кругового сканирования, содержащее объектив, узел оборачивания изображений, первую механическую передачу, привод, имеющий кинематическую связь через вторую механическую передачу с узлом оборачивания изображений и подключенный к первому выходу блока управления, второй выход и первый вход которого подключены соответственно к входу и выходу многоэлементного фоточувствительного прибора, а третий вход подключен к выходу первого датчика положения, введено поворотное зеркало и второй датчик положения, поворотное зеркало расположено под углом к источнику видеосигнала и главной оптической оси объектива, расположенного между поворотным зеркалом и узлом оборачивания изображений, содержащим первое, второе и третье зеркала, жестко закрепленные во вращающемся корпусе таким образом, что второе зеркало расположено параллельно оси вращения корпуса узла оборачивания изображений, а первое и третье зеркала расположены под равными углами к оси вращения корпуса и ко второму зеркалу, при этом прямая пересечения плоскостей первого и третьего зеркал параллельна второму зеркалу и перпендикулярна оси вращения корпуса, проходящей через центры первого и третьего зеркал и совпадающей с осью вращения первого зеркала и главной оптической осью объектива, выходы первого и второго датчиков положения подключены к третьему и четвертому входам блока управления, а входы имеют кинематическую связь соответственно с корпусом блока оборачивания изображений и поворотным зеркалом, имеющим кинематическую связь через первую механическую передачу с приводом, причем первая и вторая механические передачи имеют взаимное передаточное отношение минус 2:1.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фиг.1 приведена функциональная схема устройства;

на фиг.2 показан вариант крепления объектива на неподвижном основании;

на фиг.3 показано вращение изображения, возникающее при вращении поворотного зеркала;

на фиг.4 показано вращение изображения, возникающее при вращении блока оборачивания изображений;

на фиг.5 показан механизм компенсации вращения изображений.

В состав устройства, изображенного на фиг.1 и фиг.2, входят входное окно 1, поворотное зеркало 2, объектив 3, корпус поворотного зеркала 4, подшипник 5, первая механическая передача 6, датчик положения 7, входное окно 8 узла оборачивания изображений, первое зеркало 9, второе зеркало 10, третье зеркало 11, выходное окно 12 узла оборачивания изображений, корпус 13 узла оборачивания изображений, подшипники 14, вторая механическая передача 15, второй датчик положения 16, многоэлементный фоточувствительный прибор 17, привод 18, блок управления 19, интерфейс с внешним устройством 20.

На фиг.3 и фиг.4 показаны: местная вертикаль 21, пунктирная стрелка 22, обозначающая направление вращения поворотного зеркала, проекция объекта на входном зрачке объектива 23, пунктирная стрелка 24, обозначающая направление вращения проекции местной вертикали на входном зрачке объектива, объект 25 на выходном зрачке объектива, проекция 26 объекта на первом зеркале, проекция 27 объекта на втором зеркале, проекция 28 объекта на третьем зеркале, пунктирная стрелка 29, обозначающая направление вращения блока оборачивания изображений, проекция 30 объекта на многоэлементном фоточувствительном приборе, пунктирной стрелкой 31 показано направление вращения проекции объекта на многоэлементном фоточувствительном приборе; проекция 32 местной вертикали на многоэлементном фоточувствительном приборе.

Устройство работает следующим образом.

Вначале обеспечивается синфазность вращения поворотного зеркала 2 и блока оборачивания изображений 13, для чего по сигналам датчика положения 7 и датчика положения 16 устанавливают поворотное зеркало 2 и блок оборачивания изображений 13 таким образом, чтобы боковые торцы всех зеркал оказались в одной плоскости, а проекция 30 вертикального объекта 21 была бы сориентирована по одной из осей многоэлементного фоточувствительного прибора 17.

При работе устройства параллельный световой пучок от объекта 21, отразившись от поворотного зеркала 2, попадает во входной зрачок объектива 3, после чего преобразуется в сходящийся световой пучок, который, отразившись последовательно от первого зеркала 9, второго зеркала 10 и третьего зеркала 11, фокусируется на оптических входах многоэлементного фоточувствительного прибора 17. В частности, многоэлементный фоточувствительный прибор 17 может быть выполнен в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью, использованного в АС 1726989. На управляющий вход многоэлементного фоточувствительного прибора 17 с блока управления 19 подаются управляющие сигналы. Под действием входных сигналов на выходе многоэлементного фоточувствительного прибора формируется видеосигнал, который через блок управления 19 и интерфейс 20 подается на внешнее устройство (на фиг.1 не показано).

С блока управления 19 подается сигнал на вход привода 18, который через первую механическую передачу 15 осуществляет вращение корпуса 13 блока оборачивания изображений с установленными в нем первым зеркалом 9, вторым зеркалом 10 и третьим зеркалом 11. Одновременно с корпусом 13 через вторую механическую передачу 6, имеющую кинематическую связь с выходным валом того же привода 18, вращение передается на поворотное зеркало 2. Механическая передача 15 и механическая передача 6 сконструированы таким образом, что обеспечивают вращение корпуса 13 узла оборачивания изображений и поворотного зеркала 2 в разные стороны, причем скорость вращения поворотного зеркала 2 в два раза выше скорости вращения корпуса 13 узла оборачивания изображений.

Поворотное зеркало 2 осуществляет излом оптической оси, направленной на объект, в качестве которого на фиг.3 изображена местная вертикаль 21. Угол излома определяется углом наклона поворотного зеркала относительно оптической оси, совпадающей с осью вращения поворотного зеркала 2. После излома главная оптическая ось совпадает с осью вращения поворотного зеркала 2 и корпуса 13 узла оборачивания изображений. При вращении поворотного зеркала 2 в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси вращается также отрезок прямой 23, проходящей через точки, полученные путем пересечения линий, идущих от концов отрезка местной вертикали параллельно главной оптической оси с плоскостью, перпендикулярной главной оптической оси, в частности с плоскостью входного зрачка объектива. Таким образом, направление 24 и скорость вращения проекции 23 местной вертикали совпадают с направлением 22 и скоростью вращения поворотного зеркала 2.

В узле оборачивания изображений происходит троекратное последовательное отражение света от первого зеркала 9, второго зеркала 10 и третьего зеркала 11. Симметричное расположение первого зеркала 9 и второго зеркала 11 под углом к оси, проходящей через центр второго зеркала 10 перпендикулярно к нему, приводит к тому, что оптическая ось после троекратного излома остается параллельной оптической оси до излома и совпадающей с осью вращения узла оборачивания изображений. При этом, как видно из фиг.4, на половину оборота узла оборачивания изображений (показаны положения первого зеркала 9, второго зеркала 10, третьего зеркала 11 при повороте корпуса 13 узла оборачивания изображений на углы, равные 0°, 45°, 90°, 135°, 180°) приходится один полный оборот проекции 30, расположенной в плоскости многоэлементного фоточувствительного прибора, неподвижного объекта 25, расположенного в плоскости выходного зрачка объектива 3.

Совместное и противоположно направленное вращение поворотного зеркала 2 и корпуса 13 узла оборачивания изображений с жестко зафиксированными в нем первым зеркалом 9, вторым зеркалом 10 и третьим зеркалом 11 с соотношением скоростей 2:1 (на одни оборот поворотного зеркала 2 приходится пол-оборота корпуса 13 узла оборачивания изображений) приводит к тому, что при круговом сканировании изображение 32 местной вертикали 21 в плоскости изображения объектива 3 фиксируется относительно многоэлементного фоточувствительного прибора 17. При этом вращение проекции местной вертикали 21 после зеркала 2 компенсируется обратным вращением блока оборачивания изображений. Это иллюстрируется фиг.5, где поворотное зеркало делает один полный оборот (показано для углов 0°, 90°, 180°, 270°) против часовой стрелки, если смотреть на устройство сверху, а узел оборачивания изображений делает половину оборота (показано для углов 0°, -45°, -90°, -135°) против часовой стрелки. Сам объектив в зависимости от вариантов исполнения устройства может вращаться вместе с поворотным зеркалом, как это показано на фиг.1, а может быть закреплен неподвижно, как это показано на фиг.2.

Предлагаемое устройство просто в эксплуатации и способно производить сканирование пространства при обеспечении неподвижности многоэлементного фоточувствительного прибора, что позволяет применять его в качестве средства наблюдения местности в широком диапазоне углов вплоть до 360 градусов.

Формула изобретения

Устройство для кругового сканирования, содержащее объектив, узел оборачивания изображений, первую механическую передачу, привод, имеющий кинематическую связь через вторую механическую передачу с узлом оборачивания изображений и подключенный к первому выходу блока управления, второй выход и первый вход которого подключены, соответственно, к входу и выходу многоэлементного фоточувствительного прибора, а третий вход подключен к выходу первого датчика положения, отличающееся тем, что в устройство введено поворотное зеркало и второй датчик положения, поворотное зеркало расположено под углом к источнику видеосигнала и главной оптической оси объектива, расположенного между поворотным зеркалом и узлом оборачивания изображений, содержащим первое, второе и третье зеркала, жестко закрепленные во вращающемся корпусе таким образом, что второе зеркало расположено параллельно оси вращения корпуса узла оборачивания изображений, а первое и третье зеркала расположены под равными углами к оси вращения корпуса и ко второму зеркалу, при этом прямая пересечения плоскостей первого и третьего зеркал параллельна второму зеркалу и перпендикулярна оси вращения корпуса, проходящей через центры первого и третьего зеркал и совпадающей с осью вращения первого зеркала и главной оптической осью объектива, выходы первого и второго датчиков положения подключены к третьему и четвертому входам блока управления, а входы имеют кинематическую связь, соответственно, с корпусом блока оборачивания изображений и поворотным зеркалом, имеющим кинематическую связь через первую механическую передачу с приводом, причем первая и вторая механические передачи имеют взаимное передаточное отношение минус 2:1.

РИСУНКИ