ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕЕ ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2009 года по МПК G01S17/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптико-электронным приборам для двусторонней оптической связи, позволяющим передавать и принимать энергию оптического излучения, и может быть использовано при разработке систем, работающих в различных спектральных диапазонах.

Известно устройство, описанное в источнике Л.З.Крикунов. «Система информации с оптическими квантовыми генераторами», г.Киев, издат. «Техника», 1970 г., с.203, рис.107. В устройстве содержится источник излучения, плоское зеркало, установленное под углом к оптической оси, коаксиально установленные сферический обтекатель, приемный объектив и фотоприемное устройство (ФПУ).

Недостатком данного устройства является то, что значительная часть (5-10% в зависимости от материала обтекателя) излучаемого лазерного потока, отражаясь от сферических поверхностей обтекателя, попадает в зону установки приемника излучения. А так как мощность излучаемого потока лазера значительна, то даже малая часть отраженного от обтекателя потока, проходящего в плоскость ФПУ не сфокусированным пучком, может привести к выходу приемника из строя из-за его высокой чувствительности.

Вопрос борьбы с внутриприборными засветками (бликами) в какой-то мере решен в изобретении по патенту РФ №2168751, G02В 23/00, публ. 23.11.00 г., выбранному в качестве прототипа. Это приемно-передающее оптическое устройство содержит источник излучения, плоское зеркало, размещенное под углом к оптической оси, сферический обтекатель, объектив, выполненный в виде вогнутого сферического зеркала с контр-зеркалом, снабженным экраном, и ФПУ. При этом вогнутое сферическое зеркало расположено по оптической оси от внутренней поверхности сферического обтекателя на расстоянии Δ, удовлетворяющем условию

Δ≤f_обт.+R,

где f_обт. - фокусное расстояние от внутренней поверхности обтекателя,

R - радиус кривизны вогнутого сферического зеркала.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- ограниченные функциональные возможности устройства, т. к. использовать такую защиту от внутриприборных засветок можно только в том случае, если приемный объектив выполнен по зеркально-линзовой схеме;

- увеличенные габаритно-массовые характеристики при обеспечении защиты от бликов. Так как такие устройства предназначены для объединенной работы самостоятельных устройств (тепловой канал, видимый канал и лазерный канал), то обычно для обеспечения функционирования лазерного канала (приемно-передающего устройства) расстояние от внутренней поверхности обтекателя до объектива может достигать значительных величин, а следовательно, для защиты от внутриприборных засветок (как описано в прототипе) необходимо увеличивать радиус сферического зеркала приемного объектива, что приводит к увеличению его габаритно-массовых параметров, а в соответствии с требованиями, предъявляемыми к такому роду приборов, это недопустимо.

Задачей изобретения является создание приемно-передающего оптического устройства с защитой от внутриприборных засветок с использованием широкого спектра объективов и конструктивной компоновкой, удовлетворяющей условию использования прибора в многоканальной системе (многофункциональной), работающей в различных спектральных диапазонах.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении защиты устройства от внутриприборных засветок без увеличения габаритных размеров приемного объектива лазерного излучения, в расширении его функциональных возможностей путем использования любого типа схем приемного объектива лазерного излучения и в расширении диапазона места установки устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в приемно-передающее оптическое устройство, содержащее источник излучения, плоское зеркало, обтекатель, экран, приемный объектив лазерного излучения и фотоприемное устройство, при этом световой поток от источника излучения, поступая на плоское зеркало, отразившись от него, проходит через обтекатель, при этом центральная часть светового потока отражается от обтекателя в сторону фотоприемного устройства, задерживается экраном, а дополнительно введенная диафрагма установлена в задней фокальной плоскости приемного объектива лазерного излучения так, чтобы отраженный от обтекателя луч, проходящий через край экрана, попадал на край указанной диафрагмы, а расстояние δ между приемным объективом лазерного излучения и фокусом внутренней поверхности обтекателя удовлетворяло условию

где f'_об. - фокусное расстояние приемного объектива лазерного излучения,

l - радиус экрана,

у - радиус фотоприемного устройства.

Причинно-следственную связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым результатом заключается в совместном использовании экрана и диафрагмы. Так как излучающий и приемный каналы имеют общую визирную ось, то это обеспечивает центральное экранирование приемного канала и обосновывает установку в центральной зоне приемного объектива лазерного излучения материального экрана, который выполняет две функции:

- собственную защиту от центральных засветок,

- в совокупности с введенной диафрагмой защиту от боковых засветок, минующих экран.

В результате их взаимного расположения обеспечивается перекрытие всей зоны установки ФПУ от попадания в нее отраженного излучения, таким образом осуществляется надежная защита устройства от внутриприборных засветок. Диаметр отверстия введенной диафрагмы определяется сечением рабочего пучка в месте ее установки, а место установки диафрагмы относительно фотоприемного устройства связано с удалением приемного объектива лазерного излучения от фокуса внутренней поверхности обтекателя - δ (см. фиг.1), т.е. отраженный луч, который проходит через край экрана должен попасть в край введенной диафрагмы, эта величина d_max. (см. фиг.1) - предельное положение диафрагмы от фотоприемного устройства является предельной величиной для конкретного δ, т.е. диафрагма может быть установлена в любом рабочем месте между ее предельным положением и ФПУ, что позволяет выбирать положение диафрагмы исходя из конструктивных соображений. Например, если в заднем фокальном отрезке объектива устанавливаются компенсационные линзы, то в качестве диафрагмы могут быть использованы их оправы. С увеличением расстояния δ, d_max уменьшается, стремясь к плоскости ФПУ, при этом крайняя максимальная величина δ определяется из условия

Изложенная сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами и описанием.

На фиг.1 схематически изображено заявляемое приемно-передающее оптическое устройство.

На фиг.2 иллюстрируется заявляемое устройство с зеркально-линзовым приемным объективом лазерного излучения.

На фиг.3 показано заявляемое устройство с линзовым приемным объективом лазерного излучения

Приемно-передающее оптическое устройство содержит источник излучения 1, плоское зеркало 2, размещенное под углом к оптической оси O-O, являющейся единой для приемного и передающего каналов. По оптической оси O-O последовательно установлены сферический обтекатель 3, плоское зеркало 2, экран 4 (центральный), размер которого определяется рабочим световым потоком излучающего канала (см. фиг.1), приемный объектив лазерного излучения (Н-Н^/) 5, диафрагма 6 и ФПУ 7. Для более полного раскрытия сущности изобретения на фиг.1 представлены обозначения, упомянутые в тексте описания:

f' - фокусное расстояние внутренней поверхности сферического обтекателя 3

R_обт. - радиус сферического обтекателя 3,

F'_обт. - фокус внутренней поверхности сферического обтекателя 3,

Н-Н' - объектив приемного канала излучения 5,

d_max - предельное положение диафрагмы 6 от ФПУ 7,

δ - предельное расстояние удаления приемного объектива лазерного излучения 5 от фокуса внутренней поверхности сферического обтекателя 3.

На фиг.2 показано устройство, выполненное с зеркально-линзовым объективом, в котором функции экрана выполняет контр-зеркало.

На фиг.3 показано устройство, в котором устанавливается самостоятельный экран 4 перед объективом.

Устройство работает следующим образом.

От источника излучения 1 рабочий световой поток излучающего канала поступает на плоское зеркало 2, отразившись от которого и, пройдя через обтекатель 3, попадает на цель. При этом часть рабочего светового потока отражается от поверхностей сферического обтекателя 3 и из фокуса F/в виде рассеянного отраженного пучка направляется в сторону ФПУ 7. Его центральная часть (зона центральных бликов) задерживается экраном 4, а боковая часть (зона боковых бликов), пройдя через приемный объектив лазерного излучения 5, отсекается диафрагмой 6 и не попадает на ФПУ 7.

Такая схема обеспечивает 100% защиту от паразитных засветок (бликов), возникающих при Френелевском отражении от поверхности обтекателя.

Устройство может функционировать с широким спектром объектов и может быть использовано в многофункциональных системах, работающих с применением теплового, TV и лазерного каналов.

Устройство реализуется с применением стандартных материалов и оборудования.

Изобретение относится к оптико-электронным приборам для двусторонней оптической связи. Устройство содержит источник излучения, плоское зеркало, обтекатель, экран, приемный объектив лазерного излучения, фотоприемное устройство, диафрагму, установленную в задней фокальной плоскости приемного объектива. При этом световой поток от источника излучения, поступая на плоское зеркало, отразившись от него, проходит через обтекатель. Центральная часть светового потока, отраженная от обтекателя в сторону фотоприемного устройства, задерживается экраном, а отраженный от обтекателя луч, проходящий через край экрана, попадает на край указанной диафрагмы. Технический результат: повышение защиты устройства от внутриприборных засветок без увеличения габаритных размеров приемного объектива лазерного излучения и расширение функциональных возможностей. 3 ил.

Приемно-передающее оптическое устройство, содержащее источник излучения, плоское зеркало, обтекатель, экран, приемный объектив лазерного излучения и фотоприемное устройство, при этом световой поток от источника излучения, поступая на плоское зеркало, отразившись от него, проходит через обтекатель, при этом центральная часть светового потока, отраженная от обтекателя в сторону фотоприемного устройства, задерживается экраном, отличающееся тем, что в него введена диафрагма, установленная в задней фокальной плоскости приемного объектива лазерного излучения так, чтобы отраженный от обтекателя луч, проходящий через край экрана, попадал на край указанной диафрагмы, а расстояние δ между приемным объективом лазерного излучения и фокусом внутренней поверхности обтекателя удовлетворяло условию

где f'_об - фокусное расстояние приемного объектива лазерного излучения,

l - радиус экрана,

y - радиус фотоприемного устройства.