Датчик оптического излучения Советский патент 1992 года по МПК G01J1/04 G02B5/32 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к технике регистрации оптического излучения, и может быть использовано в автономных устройствах для измерения параметров оптических сигналов (мощность, энергия, длина волны излучения и т.д.) и направления на источник оптического сигнала.

Известен датчик оптического излучения, предназначенный для регистрации оптического излучения, содержащий фоточувствительные элементы (ФЧЭ) с предуси- лителями, подключенными к устройствам обработки. Исследуемое излучение попадает на ФЧЭ и приводит к появлению на его выводах электрических сигналов, которые усиливаются до нужной величины предуси- лителями и подаются на системы обработки.

Недостатками данного устройства являются малое поле зрения, невозможность определения спектрального состава принимаемого излучения.

Наиболее близким к предлагаемому по назначению и принципам действия является фотоприемное устройство, содержащее фоточувствительный элемент, подключенный к нему предусилитель, заключенные в общий корпус с отверстием для ввода излучения, перед фоточувствительным элементом установлен входной оптический элемент - выпукло-вогнутый поглощающий фильтр. Вогнутая поверхность фильтра является сферической, а выпуклая асферической поверхностями вращения и задаются математическими выражениями. Поток излучения, приходящий под произвольным углом к оси в пределах угла поля зрения

VJ

сл

ы

GJ О

ю

фотоприемного устройства (ФПУ), проходя через выпукло-вогнутый фильтр, попадает на ФЧЭ, подключенный к предусилителю. Так как ширина пучка и толщина фильтра изменяются незначительно, то угол падения излучения на ФЧЭ, примерно, равен углу между направлением прихода излучения и осью ФПУ. Зависимость пропускания фильтра от угла прихода сигнала обратна диаграмме направленности ФЧЭ. В результате диаграмма направленности всего ФПУ становится равномерной.

Недостатками известного устройства являются невозможность распознавания по длинам волн, невозможность определения направления на источник.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей датчика за счет идентификации источников по спектральному составу и положению в пространстве.

На чертеже представлен датчик оптического излучения, общий вид.

Датчик содержит входной оптический элемент 1, корпус 2, фотоприемники 3, голо- графический селективно отражающий элемент (ГСОЭ) 4, механизм 5 юстировки зеркал и крышку б кожуха.

Входной оптический элемент 1 оптически согласован с фотоприемниками 3 с помощью ГСОЭ 4, т.е. в плоскости изображения выходного торца входного оптического элемента расположены фотоприемники.

Датчик работает следующим образом.

Принимаемое излучение засвечивает входные торцы волокон входного оптического элемента 1, расположенные на поверхности полусферы с произвольного направления в телесном угле 2 я стерадиан. Засвеченная группа элементарных световодов передает излучение к своим выходным торцам.

Из выходного торца входного оптического элемента излучение выходит расходящимся пучком с углом при вершине, близким к 24° (так как числовая апертура одиночного световода обычно не превышает 0,2), и поступает на ГСОЭ А, который отклоняет различные спектральные составляющие отражаемого пучка на различные углы в различных сечениях относительно оси и строит изображения выходного торца входного оптического элемента на различных фотоприемных площадках 3 в различных спектральных диапазонах. На выходах засвеченных элементов фотоприемников 3 образуется выходной сигнал, который является выходом датчика.

Таким образом, благодаря выполнению входного оптического элемента в виде набора из оптических волокон, входные торцы

которых являются элементами полусферы, распределены на ней равномерно и имеют радиус кривизны, совпадающий с радиусом полусферы, излучение всегда перехватывается группой элементарных световодов и передается по оптическим волокнам к выходному торцу. Это обеспечивает равномерную диаграмму направленности в угле 2 ягстерадиан. Причем из-за малой числовой

апертуры одиночного волокна каждый элементарный световод контролирует определенную зону полусферического пространства. Поскольку числовая апертура волокна определяется выражением

A bslnu

v

tic

Пт

а апертурный угол и связан с телесным углом о) (1-cosu),

то нетрудно вычислить, что дпя того, чтобы контролировать полусферу, потребуется

25

Ј

30

световодов, раскрыв выведенное условие получим

.

Излучение, приходящее из этой контролируемой зоны пространства, проходит только в один или несколько рядом стоящих световодов, поэтому вследствие регулярной световодной структуры входного оптического элемента излучение будет выходить из

определенного участка выходного торца в зависимости от направления на излучатель в пространстве, т.е. на выходном торце образуется светящееся пятно. Изображение выходного торца строится в различных

спектральных диапазонах с помощью ГСОЭ на различных приемных площадках в зависимости от спектрального состава падающего излучения. Изображение светящегося пятна засвечивает один или несколько элементов соответствующего фотоприемника, по выходному сигналу с которых определяют положение источника в пространстве, а в зависимости от того, какой приемник выдает сигнал, определяют спектральный состав излучения. Таким образом происходит идентификация излучения по спектру и положению в пространстве.

Изобретение позволит выполнить унифицированный датчик оптического излучения для систем передачи информации, навигационных приборов, приборов ориентации и т.д.

Формула изобретения Датчик оптического излучения, содержащий входной оптический элемент и фотоприемник, заключенные в общий корпус с отверстием для ввода оптического излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика за счет идентификации излучения по спектральному составу и положению в пространстве, в него дополнительно введены М фотоприемников, входной оптически элемент выполнен в виде набора из N оптических волокон, входные торцы которых являются элементами полусферы, распределены на ней равномерно и имеют радиус кривизны, совпадающий с радиусом полусферы, выходные торцы волокон собраны в жгут с регулярной структурой и плоским торцом, причем количестэо летворяет условию

волокон удовN -1 N

vr-nTTnT,

где лс - коэффициент преломления сердечника волокна, Пт - коэффициент преломления оболочки, за входным элементом по оси

системы расположен селективно отражающий элемент, состоящий из не менее двух компонентов, один из которых состоит из М голографичес.чих отражающих элементов, б второй компонент выполнен в виде интерференционного отражающего фильтра, причем изофазные поверхности голографических отражающих элементов и главная плоскость фильтра развернуты относительно друг друга на угол 360°/(М +1), фотоприемники расположены в плоскости выходного торца входного оптического элемента симметрично относительно его оси, оптически сопряжены с ним, и выполнены многоэлементными.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к технике регистрации оптического излучения, и может быть использовано в автономных устройствах измерения параметров оптических сигналов (мощность, энергия, длина волны излучения и т.д.). Целью изобретения является расширение функциональных возможностей датчика за счет идентификации источников излучения по спектральному составу и положению в пространстве. Датчик выполнен из М+1 оптических волокон, входные торцы которых расположены на полусфере, а выходные концы собраны в жгут с регулярной структурой, в датчик введен селективно отражающий элемент, интерференционный фильтр и М+1 фотоприемников, расположенных в плоскости выходного торца входного оптического элемента и выполненных многоэлементными. 1 ил. «м bf &