ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕЕ ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК G02B23/02 G01S7/48 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптико-электронным приборам для обнаружения источников излучения, и может быть использовано для создания систем, работающих в различных спектральных диапазонах.

Известно устройство, описанное в книге (см. Криксунов Л.З. Системы информации с оптическими квантовыми генераторами - г.Киев: Техника, 1970 г. - 203, рис.107). Устройство содержит источник излучения, плоское зеркало, установленное под углом к оптической оси, сферический обтекатель, приемный объектив и фотоприемное устройство.

Недостатком данного устройства является то, что значительная часть (в зависимости от материала обтекателя от 5% до 10%) излучаемого лазерного потока, отражаясь от сферических поверхностей обтекателя, попадает на фотоприемное устройство. Так как мощность излучаемого потока лазера велика, то даже незначительная часть отраженного от обтекателя потока, попадающего на чувствительные элементы фотоприемного устройства сфокусированным пучком, может привести к выходу из строя приемника из-за его высокой чувствительности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство по патенту РФ №2398252, МКИ G02B 23/02, опубликованному 27.08.2010 г. БИ №24, выбранное в качестве прототипа. Это приемно-передающее оптическое устройство содержит сферический обтекатель, плоское зеркало с осевым отверстием, расположенное под углом к оптической оси, объектив, оптически связанный с фотоприемным устройством, аттенюатор и лазерный излучатель. Аттенюатор на эффекте нарушения полного внутреннего отражения, управляющий вход которого соединен с одним из выходов блока приема команд и обработки информации, снабженного схемой управления аттенюатором по сигналу с лазерного излучателя, установлен между объективом и плоским зеркалом.

Недостатком этого приемно-передающего устройства является то, что время срабатывания пьезоэлементов, используемых в качестве приводов, составляет 10-15 мксек без нагрузки. Если учесть время на выработку команд и нагрузку на пьезоэлементы, то общее время срабатывания аттенюатора значительно увеличится. При облучении объекта наблюдения пачкой импульсов, исходящих от лазерного излучателя, аттенюатор должен совершать полный цикл срабатывания, что вдвое увеличивает время срабатывания пьезоэлементов.

Низкая частота срабатывания аттенюатора не обеспечивает полного перекрытия отраженного от сферического обтекателя внутреннего лазерного излучения. Уменьшение уровня полезного сигнала не позволяет создать приемно-передающее устройство, гарантирующее его надежную работу.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности защиты фотоприемного устройства за счет более полного поглощения аттенюатором отраженного лазерного излучения от сферического обтекателя и исключения процесса переключения аттенюатора.

Технический результат достигается тем, что в приемно-передающем оптическом устройстве, содержащем сферический обтекатель, плоское зеркало с осевым отверстием, расположенное под углом к оптической оси, объектив, оптически связанный с фотоприемным устройством, аттенюатор и лазерный излучатель, аттенюатор установлен между сферическим обтекателем и плоским зеркалом и выполнен в виде цилиндра с коническим отверстием, выходной диаметр которого равен или больше диаметра лазерного пучка от лазерного излучателя, а входной диаметр определяется по формуле:

d₁=d+l·2tgα/2,

где d₁ - входной диаметр конического отверстия аттенюатора;

d - диаметр лазерного пучка;

l - расстояние по оптической оси от центра сферического обтекателя до входного торца аттенюатора;

α - угол поля зрения объектива.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежом. На чертеже схематически изображено приемно-передающее устройство. Устройство включает в себя сферический обтекатель 1 с центром в точке O, аттенюатор 2, установленный между сферическим обтекателем 1 и плоским зеркалом 3 с осевым отверстием, установленным под углом к оптической оси, лазерный излучатель 4, объектив 5, оптически связанный с фотоприемным устройством (ФПУ) 6. Аттенюатор 2 выполнен в виде цилиндра с коническим отверстием, выходной диаметр которого равен или больше диаметра лазерного пучка от лазерного излучателя, а входной диаметр определяется по формуле:

d₁=d+l·2tgα/2,

где d₁ - входной диаметр конического отверстия аттенюатора;

d - диаметр лазерного пучка;

l - расстояние по оптической оси от центра сферического обтекателя до входного торца аттенюатора;

α - угол поля зрения объектива.

Приемно-передающее устройство работает следующим образом. При включении лазерного излучателя 4 лазерное излучение в виде пучка, диаметром d, практически близкого к параллельному, проходит через отверстие в плоском зеркале 3, коническое отверстие аттенюатора 2, сферический обтекатель 1 и, отразившись от исследуемого объекта, возвращается через сферический обтекатель 1, проходит, отразившись от плоского зеркала 3, через объектив 5 и фокусируется на ФПУ 6. При этом лазерный пучок, частично отразившись от внутренней и наружной поверхностей сферического обтекателя 1, фокусируется в виде сходящихся пучков с фокусами, равными половине радиусов кривизны поверхностей сферического обтекателя 1, далее разделяется аттенюатором 2 на два пучка: внутренний и наружный. Внутренний пучок формируется входным диаметром d₁ конического отверстия аттенюатора 2, и все лучи, попавшие в это отверстие, за счет формы конического отверстия многократно отразившись от его поверхностей, затухают и не попадают на ФПУ 6, а лучи, оставшиеся за пределами входного диаметра конического отверстия, не попадают на чувствительные элементы ФПУ 6 за счет того, что их минимальный угол расходимости больше, чем поле зрения объектива 5.

Входной диаметр конического отверстия рассчитывается по формуле:

d₁=d+l·2tgα/2,

где d₁ - входной диаметр отверстия аттенюатора;

d - диаметр лазерного пучка;

l - расстояние от центра кривизны сферического обтекателя до входного торца аттенюатора;

α - угол поля зрения объектива.

Выходной диаметр конического отверстия аттенюатора 2 выбирается равным или несколько большим диаметра лазерного пучка.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет полностью защитить ФПУ приемно-передающего устройства от отраженного внутриприборного лазерного излучения без нарушения основной функции по определению полезного сигнала от наблюдаемого объекта.

Устройство может быть использовано в различных спектральных диапазонах для обнаружения источников излучения. Устройство содержит сферический обтекатель, плоское зеркало с осевым отверстием, расположенное под углом к оптической оси, объектив, оптически связанный с фотоприемным устройством, аттенюатор и лазерный излучатель. Аттенюатор установлен между сферическим обтекателем и плоским зеркалом и выполнен в виде цилиндра с коническим отверстием, выходной диаметр которого равен или больше диаметра лазерного пучка от лазерного излучателя, а входной диаметр определяется по формуле: d₁=d+l·2tgα/2, где d₁ - входной диаметр конического отверстия аттенюатора; d - диаметр лазерного пучка; l - расстояние по оптической оси от центра сферического обтекателя до входного торца аттенюатора; α - угол поля зрения объектива. Технический результат заключается в повышении надежности защиты фотоприемного устройства за счет более полного поглощения аттенюатором отраженного от сферического обтекателя лазерного излучения и исключения процесса переключения аттенюатора. 1 ил.

Приемно-передающее оптическое устройство, содержащее сферический обтекатель, плоское зеркало с осевым отверстием, расположенное под углом к оптической оси, объектив, оптически связанный с фотоприемным устройством, аттенюатор и лазерный излучатель, отличающееся тем, что аттенюатор установлен между сферическим обтекателем и плоским зеркалом и выполнен в виде цилиндра с коническим отверстием, выходной диаметр которого равен или больше диаметра лазерного пучка от лазерного излучателя, а входной диаметр определяется по формуле:
d₁=d+l2tgα/2,
где d₁ - входной диаметр конического отверстия аттенюатора;
d - диаметр лазерного пучка;
l - расстояние по оптической оси от центра сферического обтекателя до входного торца аттенюатора;
α - угол поля зрения объектива.