Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
Количественной характеристикой отклонения растра от прямоугольного может быть наибольшее относительное изменение
61
размеров растра, соответствующее краю поля обзора (а
= ^max)i
А*/ _ Углах Уо _____ (Lp/COS Ртах) tg С%тах — (^p/CQS 0) tg ОСщау _
(/-о/COS 0) tg атах ~
1 -1.
Уо
Уо
COS Р
'max
ДЛЯ мал010 Ртах» COS Pniax 1 Ртах/2, Т. е. Ayly^ Pmax/2.
При повороте зеркала вокруг осей с постоянной скоростью сканирующий луч будет двигаться с переменной скоростью. Действительно, пренебрегая У от р,
dx с?Р
dp Ж ~~
зависимостью
найдем:
dx
х = ж
• dy __ dy da =
dt
da dt
1
cos2 a
Относительное изменение скорости сканирующего луча при его перемещении от середины к краям поля обзора равно:
Рис. 44. Траектория сканирования (форма растра) при построчном сканировании плоским зеркалом:
1 — сканирующее зеркало; 2 — объектив; 3 — диафрагма поля; 4 — конденсор; 5 — приемник излучения
Ах 1
*0 COS2 Ртах
У а—а max У а—0
Уа=0
— М. 1
Уо
cos2 а
При атт = 5°; ртах = 10° имеем: Ау/у„ = 1/cos ргаах — 1 =
== 1/cos 10° — 1 ^ 1,5• 10~2; Ах!х0~ 1/cos2 10° ^ 3-Ю~2;Ду/у0 = = 1/cos2 5° ^ Ы0-2.
Если в системе записи изображения расстояние между строками и скорость движения записывающего луча постоянны, то изображение объекта будет геометрически искажено. Однако при небольших полях обзора и рассмотренном способе качания зер-
62
па> искажения будут небольшими (относительное изменение размеров растра не превышает 1—3%).
Несколько большие искажения возникают при ином способе крепления сканирующего зеркала, который, тем не менее, находит применение в силу присущей ему жесткости конструкции (рис. 45). g этом случае сканирующее зеркало жестко крепится на оси NA под углом 45°. Сканирование вдоль строки (рис. 45 по горизонтали) обеспечивается поворотом зеркала вокруг этой оси на угол — ф, а отклонение сканирующего луча по кадру (по вертикали) осуществляется за счет поворота сканирующего зеркала на угол ±7 вместе с осью, на которой оно закреплено, вокруг оси ММ, проходящей через точку А пересечения оси NA с плоскостью зеркала.
Соответствующие расчеты и эксперименты, выполненные Г. М. Овчарен ко, показывают, что форма растра, прочерчиваемого в плоскости объекта сканирующим полем, в такой системе близка к трапеции. Искривления строк в верхней и нижней частях растра примерно одинаковы. Их можно оценить величиной коэффициентов (h^-hBJh4p и (ЛНп]ах - Л„ср)/Л„ср> зави-сящих от углов ф и -у- При у = 2,5° иф = ±10° (поле обзора
10 X 20 ) искривление строк составляет около 3%.
Угловой размер каждой строки изменяется по полю и для тех же значений углов обзора степень его изменения, характеризуемая коэффициентами (6inax — bcp)/bcp и (Ьср — bmln)lbcp, составляет примерно 5%.
1.7. Примеры сканирующих устройств — тепловизоры «Рубин», «филин» и камера Барнса
' Сканирование зеркалом, жестко закрепленным на оси, осуществлено в тепловизоре «Рубин» (СССР) — приборе, предназначенном для наблюдения малых перепадов температуры при
№
j-
Рис. 45. Траектория сканирования (форма растра) при построчном сканировании плоским зеркалом, жестко закрепленным на оси:
1 — сканирующее зеркало; 2 — объектив; 3 — диафрагма поля; 4 — конденсор; S — приемник излучения
63
решении медицинских и промышленных задач. Обзор поля 20 х 10° осуществляется тепловизором «Рубин» в течение 1 мин мгновенным полем зрения, равным 7'. Минимальная разность температур, обнаруживаемая прибором, составляет 0,05° на фоне комнатной температуры. Изображение регистрируется на электрохимической бумаге В качестве приемника излучения используется фотосопротивление из антимонида индия, охлаждаемое жидким азотом. Внешний вид тепловизора «Рубин» представлен на рис. 46.
Я
Рис. 46. Тепловизор «Рубин» Рис. 47.*Камера Барнса
Сканирование зеркалом, приводимым в движение кулачками строчной и кадровой развертки, использовано в тепловизоре фирмы «Барнс инжиниринг компани» (США), известном также под названием камеры Барнса, и в тепловизоре «Филин» (СССР). Внешний вид камеры Барпса представлен на рис. 47. Прибор обеспечивает обзор поля 20 X 10° или 20 X 5° за время 12 и 6 мин соответственно мгновенным полем зрения 3,4'. Минимальная разность температур, обнаруживаемая тепловизором, равна 0,053. Приемник излучения — неохлаждаемый болометр; запись изображения осуществляется на фотоматериале.
Форма растра в этом случае близка к трапецеидальной. Степень отличия растра от прямоугольного для поля обзора 20X 10э достигает 20%. Однако искажения изображения температурного поля в камере Барнса не происходит благодаря наличию жесткой
синхронизации сканирующего и записывающего лучей, при корой записывающий луч в системе регистрации изображения перемещается по тому же закону, что и сканирующий луч. В камере Барнса (рис. 48) сканирующее зеркало 1, совершающее пространственное движение от кулачкового привода, направляет излучение от объекта через зеркальный объектив 2 на полупроводниковый болометр 3, который вырабатывает электрический сигнал, управляющий яркостью лампы тлеющего разряда 4. С обратной стороны сканирующего зеркала расположено второе зеркало 5, которое отражает излучение лампы 4 на фотопластинку 6. Вследствие этого положение изображения лампы па фотопластинке строго соответствует положению сканирующего луча в плоскости предметов, а степень почернения пластинки, определяемая яркостью лампы, зависит от величины сигнала, вырабатываемого болометром, т. е. от яркости объекта.
