Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
1.4. Расфокусировка при сканировании зеркалом в пространстве изображений
При сканировании зеркалом в пространстве изображений происходит расфокусировка, приводящая к некоторому снижению точности сканирования или энергетическим потерям на краях поля зрения.
Действительно, пусть изображение светящейся точки S /риС. 42) создается идеальной оптической системой, состоящей из объектива Об и сканирующего зеркала 3, в точке 1 плоскости изображений. В процессе сканирования зеркало поворачивается из положения I в положение II на угол а, приводя изображение точки S в центр плоскости изображения, где между точкой 2
| х Плоскость предметов
Рис. 42. Расфокусировка при сканировании зеркалом в пространстве изображений
и экраном непосредственно за диафрагмой поля установлен приемник излучения. При этом величина расфокусировки оказывается равной
Д — (О — 2) —- /2 = (О —- 1) — /2 — ^cos 2а — 12 =
= /2 (1 /cos 2а — 1),
а Диаметр кружка рассеяния р в плоскости изображения можно найти из соотношения:
рId = Д/(/х + 12 + Д) « Д/(/х + /2);
р = ld/(/i + /2)1 /2 (1/cos 2а — 1).
Если источник излучения находится на бесконечности, то
li~\~k = /'; Р = (d/П /2 (1/cos 2а — 1) = l2 (1/cos 2а — 1)0,
где f — фокусное расстояние объектива; О — относительное отверстие объектива.
59
Для небольших значений угла 2а, когда cos 2а = 1 — (2а)2/2,
имеем
1 . _ 1 - 1 — 1 + (2а)2/2 (2а)2 .
cos га 1 —(2а)а/2 1 -(2а)2/2 ~ 2 ’
р = О (/2/2) (2а)2.
При О = 1/2; 2а = 12° ^ 0,2 рад; /2 = 100 мм; р — 0,5*50 X X 0,04 = 1 мм.
Кроме расфокусировки, системам, реализующим принцип сканирования в пространстве изображений, свойственен еще один существенный недостаток. Он заключается в том, что при наличии аберраций объектива освещенность изображения источника излучения распределена по полю неравномерно. Следовательно, при сканировании идеально равномерного поля излучения на приемник поступают неодинаковые сигналы от разных участков поля.
1.5. Типы сканирующих зеркал
Наряду с простым зеркалом в сканирующей системе может использоваться система зеркал, зеркальные призмы, пирамида и т. д. (рис. 43).
Рис. 43. Типы сканирующих зеркал: а — вращающееся двустороннее (двугранное) зеркало; б — зеркало, вращающееся вокруг оси, неперпендикулярной к нему; в — «крест» из зеркал J и 2; г — зеркало, качающееся в двух плоскостях; д — система из двух вращающихся зеркал; е — два зеркала, вращающихся или качающихся вокруг взаимно перпендикулярных осей; ж — вращающаяся зеркальная А^-гранная призма; з — вращающаяся зеркальная усеченная
Л^-гранная пирамида
Изменение положения зеркала, качающегося в двух плоскостях (рис. 43, г), может осуществляться посредством разнообразных электромеханических и электромагнитных устройств. Для выполнения построчного сканирования такое зеркало должно иметь
60
вЛ колебательных движения относительно взаимно перпендику-rvipubix осей. Пространственное перемещение зеркала может осуществляться, например, с помощью кулачковых механизмов. Профиль кулачка выбирается таким образом, чтобы время прямого и обратного движения сканирующего поля было существенно различным, при этом развертка изображения производится только
1зо время прямого хода луча, составляющего 0,6—0,9 от времени полного колебания, а во время обратного хода зеркало должно рернуться в свое исходное положение.
В процессе сканирования мгновенное поле зрения прибора движется в плоскости расположения объекта наблюдения по некоторой траектории, образуя растр, форма которого определяется Не только желаемым законом сканирования, но и конструкцией сканирующей системы. В результате несоответствия формы растра некоторой идеальной форме, определяемой законом сканирования, возникают искажения, требующие либо учета и сведения к минимуму, за счет ограничения углов поля обзора, выбора наиболее рациональной оптической схемы и т. д., либо разработки специальных методов автоматической компенсации.
1.6. Траектория сканирования плоским зеркалом
Траектория движения сканирующего поля, образованная в плоскости объекта при построчном сканировании с помощью качающегося зеркала, зависит от способа его закрепления и в наиболее простом случае может быть найдена следующим образом.
Пусть плоское зеркало расположено под углом у к оптической оси объектива, причем начальное значение угла установки у = = 70 = 45° (рис. 44).
Сканирование вдоль строк осуществляется за счет поворота зеркала вокруг вертикальной оси NN на угол ±р. Сканирование по кадру осуществляется путем поворота зеркала вокруг оси ММ в пределах угла ±:Ау = у — 45°.
Перемещение сканирующего поля в плоскости объекта характеризуется координатами х и у, которые связаны с углами отклонения зеркала следующими соотношениями:
х = L0 tg р; у = L tga = (L0fcos Р) tg a,
где a — 2Д^ — угол поворота сканирующего поля.
Следовательно, при a = 0 и у — 0 для любого р, т. е. средняя строка растра, образованного сканирующим полем, будет прямой. Если же а ф 0, то координата у зависит от угла р и сканирующее поле будет двигаться в плоскости объекта не по прямой, а по изогнутой линии.
