由于光电探测器的光敏面尺寸很小,导致光电系统的瞬时视场一般难以满足对大空间范围成像的要求。在许多光电系统中,都采用光学机械扫描的方法来实现大空间区域的目标搜索和成像。
(1)扫描方式
①平行光束扫描。平行光束扫描是在平行光路中放置扫描器,用以扫描被观测景物,故称物方扫描,如图1所示。其中图1(b)中的扫描器位于聚焦光学系统前,旋转反向镜鼓3完成水平方向快扫描,摆动反向镜2完成垂直方向慢扫描。这种扫描方式一般需要有一个比聚光光学系统口径还要大的扫描镜。这种扫描方式的优点是对聚焦光学系统要求不高,像差校正比较简单,民用热像仪中多采用这种扫描。图1(a)中的扫描器位于无焦望远系统压缩的平行光路中,扫描器的尺寸较小,有利于提高扫描速度,多用于军用光电系统。
图1 平行光束扫描的实例
②会聚光束扫描。会聚光束扫描是在物镜会聚光束中放置扫描器,对像方光束进行扫描,故称像方扫描,如图2所示。会聚光束扫描器可以做得比较小,易于实现调整扫描。但这种扫描方式需要使用后截距长的聚光光学系统,而且由于在像方扫描,将导致像面的扫描散焦,所以对聚光系统有较高的要求。扫描视场不宜太大,像差修正比较困难,扫描角度受到限制。
图2 会聚光束扫描
(2)常用的光机扫描器
①摆动平面镜。如图3(a)所示,摆动平面镜在一定范围内周期性地摆动,它既可用做平行光束扫描器,又可用做会聚光束扫描器。由于机构有一定的惯性,平面镜的摆动速度不能太高,而且在高速摆动的情况下,视场边缘变得不稳定,并且要求电机的驱动功率大,不能实现高速扫描。它的扫描效率高,扫描视场窄,图像质量不好。它在会聚光束扫描中会产生散焦现象。
②旋转平面镜。如图3(b)所示,旋转平面镜可绕三个正交轴中任一轴旋转,以达到不同的扫描要求。扫描器结构简单,扫描视场宽,但扫描效率低,图像质量一股。
图3 常用的光机扫描器
③旋转反射棱镜。如图3(c)所示,旋转反射棱镜的反射镜面绕镜鼓中心轴线旋转,转动连续而平稳,可以实现高速扫描,扫描效率较高(与面数有关),在会聚光束中会产生严重的像散,主要用于平行光束扫描。它的扫描视场宽,图像质量一般。
④旋转折射棱镜。如图3(d)所示,多面折射棱镜绕通过其质心的轴线旋转,构成旋转折射棱镜扫描器。旋转折射棱镜只用做会聚光束扫描器,焦点有轴向位移,产生明显的各种像差,对光学系统消像差要求较高。但它的运动平稳而连续,扫描视场宽,尺寸小,可提高扫描速度。
⑤旋转折射光楔。如图3(e)所示,旋转折射光楔扫描一般用在平行光束中,因为在会聚光束中会产生严重的像差。它是一种非常灵活的光机扫描器,通过改变两个光楔的旋转方向和转速可得到许多不同的扫描图形。
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