Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 43
Текст из файла (страница 43)
при с(х = 2~ 'то„и с(у «27 'тов последние выражения можно переписать в следующем виде: Нт(х Нт1у 7 ' ы Используя многоэлементные приемники излучения и применяя специальные схемы построения и алгоритмы обработки сигналов, снимаемых с линейки или матрицы сканирующих элементов, можно ослабить влияние перспективных искажений или вообще устранить их. Известен способ борьбы с этими искажениями, при котором скорость опроса элементов приемника по направлению сканирования изменяется от точки надира к краю поля обзора обратно пропорционально закону изменения 1„, а в поперечном направлении ведется объединение нескольких элементов приемника в один (электрически) по мере роста Й'„.
При размещении зеркала в сходящемся пучке за объективом (рис. 8.8, в) размеры зеркала невелики, что позволяет увеличить частоту сканирования. Однако объектив в такой схеме (схеме сканирования в щюстранстве изображений) должен быть широкоугольным. Основной педостаток такой схемы — расфокусировка изображений при переходе от центра плоскости изображений к ее краям, возникающая за счет кривизны поверхности, по которой движется изображение объекта при повороте зеркала.
Для компенсации расфокусировки можно, например, использовать объектив с заранее рассчитанной кривизной поля, обратной по знаку компенсируемой кривизне, выполнять чувствительную площадку приемника криволинейной и т.д. Одним из недостатков сканирующих плоских зеркал является малое значение т),. Поэтому часто одиночное плоское зеркало заменяют многогранными зеркальными призмами и пирамидами (рис. 8.8, г, д). В атом случае значение т(, возрастает в число раз, равное числу зерКальных граней. В таких системах сокращается период сканирования, т.е. в них обеспечивается большая скорость сканирования.
Однако разМеры и масса этих устройств достаточно велики, что ограничивает изЗа возможного разрушения (разрыва) призмы или пирамиды максимальную частоту их вращения: где го — радиус окружности, описанной вокруг многоугольника — се- Рис. 9.9. К определению значений перспективных искажений 226 227 Ю.Г. Якуотенков. Теория и расчет оптико-эпектронных приборов Глава 8.
Сканирование в оптико-электронных приборах чения призмы или пирамиды; он — прочность на разрыв; р — плот. ность материала призмы или пирамиды; т) — коэффициент Пуассона. Однако и для п < и при больших скоростях наблюдаются недопустимые искажения изображения из-за деформации отражающих граней. Последовательно скашивая на небольшие углы грани многогранной призмы или барабана по отношению друг к другу, можно получить строчную развертку поля.
Но и здесь значения т),, как правило, невелики, как и размеры просматриваемых полей. Преимущества и недостатки расположения этих элементов в параллельных или сходящихся пучках лучей те же, что и отмеченные выше для плоского зеркала. Нужно отметить, что в системах, где развертка просматриваемого поля с помощью сканирующего (колеблющегося или вращающегося) элемента происходит лишь в одном направлении — вдоль строк, а в другом — за счет движения носителя, на котором расположен ОЭП, необходимо поддерживать строгое постоянное соответствие частоты сканирования скорости движения носителя. При несоблюдении атого условия возможны неконтролируемые наложения строк друг на друга или их пропуск.
Часто сложность выполнения этого требования— основное препятствие на пути применения описанных схем. Траектории вида окружности, спирали и некоторых других форм можно получить, если осуществлять сканирование зеркалом, вращающимся вокруг оси, не перпендикулярной к нему и не лежащей в его плоскости. Этн случаи рассмотрены, например, в работах 116, 30). Принципиальным достоинством всех зеркальных сканирующих систем, обусловившим их широкое распространение, является возможность работать в широком спектральном диапазоне. Основные недостатки, помимо отмеченных, связаны с использованием механическо- го привода. Еще одну группу оптико-механических устройств составляют сканирующие преломляющие элементы - плоскопараллельные пластины, призмы, клинья.
Принцип действия этих элементов тот же, что у однотипных компенсаторов (см. я 5.6). Однако здесь осуществ-ляется, как правило, не поворот преломляющего элемента на сравнительно небольшой угол, а его вращение с достаточно большой скоростью. Как следует нз формул, приведенных в табл. 5.1, при небольших углах прихода лучей обеспечивается приблизительно линейное сканирование. Такие элементы, особенно работающие в сходящихся пучках, создают дополнительные аберрации — хроматические, сферическую, кому, астигматизм, а пластины и призмы — расфокусировку.
Поато- 228 вку предпочтительнее их использование в параллельных пучках. К достоинствам этих устройств следует отнести возможность получать достаточно стабильную скорость сканирования, простоту реализации строчной развертки за счет скашивания граней призм и различныхх спиральных и розеточн ых траекторий прн использовании пары клиньев (см. рис. 5.9, в), вращающихся с различной скоростью, простоту механизма привода. Их основные недостатки — большие потери потока за счет поглощения в материале элементов; значительные аберрации и расфокусировки, ограничивающие поля обзора сравнительно малыми углами; невысокие скорости сканирования вследствие инерционности привода н возможности разрушения элементов; малые т),; образование дополнительных оптических помех за счет бликов на гранях.
В сканирующих системах с волоконно-оптическими элементами выходные части волокон илн жгутов используют для перестройки поля или плоскости изображений таким образом„чтобы с помощью достаточно ярос~ого по конструкции коммутатора было удобно опрашивать отдельные элементарные участки поля обзора. Таким коммутатором может быть оптическая деталь, передающая потоки, выходящие из торцов волокон, на анализатор нли приемник излучения. Коммутация при этом может осуществляться путем вращения или поворота этой детали (зеркала, пластины, клина и т.п.) подобно тому, как работают аналогичные компенсаторы.
Перестройка структуры поля изображений с помощью волокон (например, из прямоугольной многострочной в однострочную линейную) позволяет применить более простой приемник, например линейку ПЗС вместо матрицы, или увеличить скорость сканирования. Такая перестройка позволяет в ряде случаев заметно уменьшить размеры и массу всей сканирующей системы и особенно подвижных оптических компонентов. Иногда для сканирования применяют гибкие жгуты, торцы которых по определенной программе просматривают поле изображений, создаваемых объективом приемной оптической системы ОЭП.
Конструктивная простота, возможность трансформировать и кодировать изображение являются достоинствами волоконно-оптических систем. К их недостаткам можно отнести сравнительно большие потери сигнала в волокнах и жгутах. 8 4. Фотоэлектронные сканирующие системы Фотоэлектронные сканирующие системы осуществляют сканирование в пространстве изображений. Объектив приемной оптической системы строит изображение всего поля обзора в плоскости чувстви- Ю.Г. Яктшенков.
Теория и расчет оптико-электронных приборов тельного слоя приемника излучения фотоэлектронной сканирующей системы. Образовавшийся зарядовый рельеф считывается чаще всего с помощью электронного луча (Фотоэлектронные вакуумные сканиру ющие системы, передающие телевизионные трубки) или путем пере. носа носителей тока, как это имеет место в полупроводниковых аналиааторах (см. гл.
7). Иногда для считывания используется световой луч, например в термиконах 110, 12). Системы такого типа подразделяют падве группы: с накоплением и мгновенного действия (без накопления). Они часто, как уже указывалось, выполняют и функции анализаторов изображений. Эти системы можно разделить также на электровакуумные и полупроводниковые. Одними из наиболее распространенных фотоэлектронных вакуумных устройств, применяемых для сканирования плоскости изображений с накоплением заряда, являются видиконы — передающие телевизионные трубки, у которых фоточувствительный слой выполнен из полупроводника. Принцип работы видикона иллюстрирует рис. 8.10.
Объектив 1 строит изображение на полупроводниковом фотослое 2, нанесенном на прозрачную подложку. С обратной стороны фотослой сканируется электронным лучом, создаваемым электронным прожектором, состоя- 5 щим из катода 6 и управляющего ЫЕкхба ЫЕ электрода 6. Для фокусировки и отклонения луча служат электростатическая 4 и магнитная 3 системы. Пучек электронов, сканируя фотослой, заряжает его, приводя потенциал каждого влемента фотослояк потен- ~н ) ° аа циалу катода. За время Т„просмотра +ил лучом всего кадра потенциал каждого элемента повышается, стремясь достигнуть значения В м Чем больше Рвс.
8. 10. Схема валикова освещен ность какого-либо элемента Фотослоя, тем меныпе его сопротивление и тем больше изменяется его потенциал за время накопления Т„, т.е. компенсация изменения заряда осуществляется большим числом электронов, стекающих через резистор нагрузки кк, и образующих выходной видеосигнал У,. Материал и структура фотоприемного слоя видиконов могут быть различными, Дискретная структура из кремниевых фотодиодов применяется в кремниконах; сплошная на базе соединений свинца (фото- 230 Глава 8.
Сканирование в олтико.электронных приборах резисторных слоев) — в плюмбиконах; пироэлектрический чувствительный слой — в пириконах и т. д. В отдельную группу систем с накоплением выделяют трубки с наКоплением, в которых используется внешний фотоэлектрический эффект — суперортиконы, изоконы, секоны и др. [10, 12]. Их чувствительность выше, чем у видиконов и других полупроводниковых устройств, однако диапазон спектральной чувствительности ограничен видимой и ближней ИК областями спектра. Принципиальной особенностью фотоэлектронных сканирующих систем с накоплением является необходимость опроса каждого злемента чувствительного слоя через одно и то же время. Это создает одинаковые условия накопления сигнала для любой точки плоскости изображений. Такое ограничение не позволяет применять произвольную траекторию развертки, она в этих системах чаще всего бывает строчной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
