Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Е!«с. Магог»аро 2, 21!в 225 (1973). 13. БепйаИ В. 1., Хегох Е!ее!го-Оргка! Був!ешя, Равайепа, Сай(огп!а (частное сообпгеиие). !7 — 037» Глава 7 Сканирующие устройства 7Л. Введение Сканирующее устройство в системе РЫВ используется для перемещения изображения, сформированного оптической системой в плоскости линейки чувствительных элементов приемника излучения, с тем чтобы обеспечить полное последовательное разложение изображения. Существуют два основных типа сканирующих систем (фиг.
7.т): осуществляющие сканирование в параллельном и в сходящемся пучках лучей. Системы сканирования в параллельном пучке состоят из оптического отклоняющего устройства, например движущегося зеркала, расположенного перед объективом, формирующим выходное изображение. Системы сканирования в сходящемся пучке лучей состоят из движущегося зеркала или другого сканирующего элемента, расположенного между объективом, создающим выходное изображение, н изображением. Обычно используются следующие типы оптических сканирующих устройств: качающееся зеркало, вращающийся зеркальный барабан, вращающаяся призма, вращающийся клин, перемещающийся объектив, вращающееся приемное устройство и вращающееся У-образное зеркало.
Различные комбинации этих устройств позволяют создать как одномерные, так и двумерные системы сканирования. 7.2. Плоское качающееся зеркало Качающееся зеркало (фиг. 7.2) периодически качается между двумя ограничителями хода н может использоваться как в параллельном, так и в сходящемся пучке лучей. Угол отклонения луча качающимся зеркалом вдвое больше угла поворота самого зеркала (фиг. 7.2). В этом можно убедиться с помощью закона отраягення. Рассмотрим фиг.
7.3, где показаны два положения зеркала (Мт и ЛХ,) с углом у между ними и соответствующие нормали к поверхности зеркала Х, и Х,. Показаны также два падающих луча )', и уз, которые после отражения распространяются в одном о 2су а+Н Фиг. 7.г. Сканирующие системы в параллельном (а) и сходящемся (6) пучках лучей, = Начальное полевение зернала 2у онечное полонгение еернали Фиг. 7.2. Отклонение луча на двойной угол при качании аеркала. 'г7» 260 ГЛАВА 7 Фпг, 7.3. и выводу выражеиин длв угла етклокеиив луча в зависимости от угла поворота зеркала при качании. направлении Е. Угол между 1, и 1„Х (1ы 1,), равен Х (1„17) = Х (Е, 17) — Х (Е, 17).
(7Л) По закону отражения Х (1м 1,) == 2 Х (Е, 7У,) — 2 Х (Е, дуе). (7.2) Поскольку угол между нормалями к поверхности зеркала равен у, получим Х (1„1,) =-2(х (Е, )у,) — (х (Е, Л',) — у)) =--27. (7.3) 7.2.1. Сканирующие системы в сходящемся пучке лучей Качающееся зеркало в сходящемся пучке лучей — настолько распространенное сканирующее устройство, что имеет смысл рассмотреть подробнее, как угловое перемещение зеркала обеспечивает сканирование и влияет па фокусировку.
Рассмотрим фиг. 7.4, на которой для простоты показаны только центральные лучи для двух положений зеркала. На фиг. 7.5 показаны те же лучи для неотклоненного и отклоненного положений зеркала, а также эквивалентный ход лучей без излома зеркалом. Такое построение упрощает вывод соответствующих соотношений. Пусть угол сканирования, измеряемый от оптической оси, равен О, и пусть положение зеркала относительно произвольной неподвижной позиции характеризуется углом 7; центр вращения обозначим Р, а местоположение приемника излучения — А7. Размеры а и Ь показаны на чертеже. Зависимость угла сканирования О от углового положения зеркала у можно найти из построения, приведенного на фиг.
7.5. Треугольник РА771, соответствующий отражению от зеркала, находящегося в положении, показаяном пунктиром, преобразуется 261 СКАНИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ялаун Фиг. 7.4. 11ринцин сканирования качакяцимся зеркалом. о — неотнлоненное зеркало; 6 — отклоненное на угол у зеркало. в треугольник РР О. Суммарная длина пути луча для смещенного положения зеркала равна с ( а + Ь.
Из чертежа видно, что ).=0+ 1. (7.4) Так как угловое смещение отраженного от зеркала луча РВ равно удвоенному иаменению углового положения веркала 7, имеем (7.5) Х = 27, так что 7 = (О + В/2. (7.6) и, следовательно, $ = агсв1п (а в1п О/Ь). (7.9) Подстановка уравнения (7.9) в уравнение (7.6) дает О + агсв!н (а в1н О/Ь) "г' = (7.10) Преобразуя уравнение (7 10), получим 1н 0 = Ь в1в 27/(а + Ь сов 27), или 0 = агс1и (Ь в1п 27/(а + Ь сов 27)!. (7.11) (7.12) Теперь рассмотрим треугольник со сторонами а, Ь и с и опустим перпендикуляр й на сторону с из точки Р (фиг.
7.5, в). Ясно, что в|п $ = й/Ь, (7.7) в|п О = Ь/а (7.8) ГЛАВЛ 1 Фиг. 7.5. Изменение длины пути луча. 1 — неотклоненное аеркало", Š— отклоненное на угол т зеркало. СКАНИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 263 Фиг. 7.6. Н определению длины пути луча с. Это и есть искомое соотношение. Для достаточно малых углов О оно приводится к виду О = 2Ьу/(а + Ь), (7ЛЗ) или 7 = О (а + Ь)/2Ь. (7 Л4) Эти выражения можно вывести также из построения, приведенного на фиг.
7.6: 1ЙО = у/(а+и), у=ЬЕ1И27 (7Л5) (7.16) г = Ь соз 27. (7Л7) Следовательно, 1н О = з(п 27/((а/Ь) + соз 27], (7Л8) или (7.19) Из фиг. 7.6 видно, что длина пути с от объектива до приемника излучения сокращается, когда зеркало отклоняет главный луч от оси, т. е. с(а+Ь=/ (7. 20) при О ФО. Идеальный объектив формирует иаображение на сферической поверхности радиусом /7, определяемым уравнением (6.61). Расстояние от объектива до етой поверхности определяется уравнением (6.62) х(0) =7ГЛе — з1пеО(/7 — /)е — (Л вЂ” /) сов О. (7.21) ГЛАВА 7 264 сиона поля при родании пространсогйа ппгической оси йрийиона сканиро Г Фнг. 7.7.
Расфонуснревнв, вызванная нзмененпем дивны пути луча. Расфокусировка = с (О) — х (О). (7.22) Таким образом, чтобы не было расфокусировки, должно удовлетворяться условие с (О) = (О). (7.23) Длину пути с можно найти из фиг. 7.6, заметив, что с' = а' + Ь' — 2аЬ соя (л — 27), и подставив выражение для у. В результате получим с =. (аз+ Ьз — 2аЬ соя Гп — 0 — агсягп ( ) ~ ) М, (7.25) Иа построения, приведенного на фиг.
7.6, следует с = у/ягп 0 — д ягп 27!ягп О, (7.26) (7.24) или с=-Ьягп [9+ агся$п ( — язпО) ~/я)пО. В аанлючение выражение с = (а + в)(соя 0 можно переписать в другой эквивалентной форме: а+Ь сов( В+агся1п ( — ) 1 с— соя В (7.27) (7.28) (7.29) Из фиг. 7.7 следует, что если кривизна поля не компенсирует кри- визну, вызванную изменением длины пути луча, то возникает расфокусировка.
Расфокусировка в функции угла сканирования О описывается соотношением 265 СКАНИРУЮЩНЕ УСТРОЙСТВА Приееенип излучения Фиг. 7.6. Линейная расфокусировка в сканирующем устройстве в сходя- щемся пучке лучей. Геометрическое построение, приведенное на фиг. 7.8, позволяет вывести выражение для расфокусировки в случае плоской фокальной поверхности. Здесь мы рассматриваем осевой луч и его отклонение на идеальной плоской фокальной поверхности. Отрезок а является общим как для отклоненного, так и для неотклоненного лучей, и так как поворот зеркала на угол у вызывает отклонение луча на 27, имеем е = Ь'- Ь = — Ь = Ь (эес 27 — ф).
сов 22 (7.30) е ж 2Ьу' для малых у, или зе (а+Ь)т еж 2Ь (7.3г) Из подобия треугольников (фиг. 7.9) диаметр кружка рассеяния Н получается равным Ы = ест/1 =- (7.32) а соответствующий угловой равмер б составит б =с(1е = 1> (1 — с) 1с (7.33) Эту расфокусировку можно компенсировать, рассчитав при проектировании фокальную поверхность таким обрааом, чтобы в горизонтальном направлении она имела крививну, компенсирующую расфокусировку, а в вертикальном направлении была плоской, что позволило бы расположить на ней плоскую линейку чувствительных элементов приемника излучения.
Для этой цели в сходящемся пучке вблизи приемника излучения устанавливают полевую линзу. Другую возможность скорректировать расфо- ГЛАВА 7 266 й гссу— 2Г Плоскоть чуустеопмльпык лемелтоо приемника Фиг. 7.9. Диаметр кружка рассеяния ври ресфоиусиревие в сканирующем устройстве в сходящемся лучке лучей. кусировку дает следующая схема: ось зеркала монтируют на эксцентрике, который попеременно перемещает аеркало внутрь и наружу, предотвращая расфокуснровку.
7.2.2 Сканирующие системы в параллельном пучке лучей Чаще всего качающееся зеркало используют как сканирующее устройство в параллельном пучке лучей, расположенное между телескопической системой и объективом приемника излучения (фиг. 7.10). Важной особенностью систем этого типа является то, что зеркало сканирует не в пространстве объектов, а близ выходного зрачка телескопа. Пучки, соответствующие определенным углам поля зрения, совмещаются только в одной плоскости — в выходном зрачке. Таким образом, если требуются небольшие размеры объектива приемника излучения, сканирующее зеркало следует располагать вблнаи выходного зрачка, чтобы расхождение сканирующих пучков было малым. Такая схема приведена на фиг.
7.10. На фиг. 7А1 схема сканирования показана более подробно для случая неперемещающегося выходного пучка. Начальное и конечное положения зеркала соответствуют противоположным краям поля арения телескопической системы. Требуемый размер зеркала 1 определяется иа фиг. 7А2 следующим образом. В первом приближении диаметр пучка П для данного половинного угла поля зрения А/2 связан с диаметром выходного арачка Р соотношением В = Рсоэ —. (7.34) СКАНИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 267 /7уиол, истуиисй от гелесеооиоесеал систеиа Плослосто амеобиого иеодоалеиил ды о,о Суммируя углы вокруг оси пучка, получим 2+2 +7 А я (7.35) ИЛИ я А К 7 (7.36) 4 4 2 Длина аеркала 1 связана с положением зеркала у и диаметром пучка Р соотношением (фиг. 7.12) 1 = Р/В1п у, (7.37) Фиг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
