RU2088949C1 - Gear finding angular position of pulse source of optical radiation - Google Patents

Gear finding angular position of pulse source of optical radiation Download PDF

Info

Publication number
RU2088949C1
RU2088949C1 RU94030352A RU94030352A RU2088949C1 RU 2088949 C1 RU2088949 C1 RU 2088949C1 RU 94030352 A RU94030352 A RU 94030352A RU 94030352 A RU94030352 A RU 94030352A RU 2088949 C1 RU2088949 C1 RU 2088949C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical system
forming optical
source
radiation
optical
Prior art date
Application number
RU94030352A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94030352A (en
Inventor
А.П. Клюков
А.В. Козлов
Original Assignee
Войсковая часть 51105
Клюков Александр Петрович
Козлов Андрей Викторович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Войсковая часть 51105, Клюков Александр Петрович, Козлов Андрей Викторович filed Critical Войсковая часть 51105
Priority to RU94030352A priority Critical patent/RU2088949C1/en
Publication of RU94030352A publication Critical patent/RU94030352A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2088949C1 publication Critical patent/RU2088949C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Head (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, determination of angular coordinates of object emitting high-power pulse optical radiation. SUBSTANCE: gear comprises forming optical system, matrix photodetector and electron signal processing unit. Optical disc arranged between forming optical system and matrix photodetector in focal plane of forming optical system is inserted into gear for recording of information on spatial position of pulse source of optical radiation. Optical disc is put on shaft of stepping motor and is manufactured in the form of thin metal layer deposited on transparent dielectric which provides for capability of finding direction to pulse sources of optical radiation with high density of power, for instance, laser ones. Apart from this, disc is insensitive to actions of outer fields of electromagnetic and ionizing radiations which makes it possible to determine angular coordinates of pulse sources of optical radiation against background of outside noises. Additional source is used to illuminate optical disc for information reading. Synchronization of moment of flash of light from illumination source with moment of bringing of element of optical disc surface with recorded information uniaxially to center of matrix photodetector window is provided by insertion of delay line. EFFECT: expanded application field, enhanced functional accuracy of gear. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для регистрации углового положения источников импульсного оптического излучения, в частности источников, излучающих однократные и редко повторяющиеся мощные вспышки света. The invention relates to radio engineering and can be used to record the angular position of pulsed optical radiation sources, in particular, sources emitting single and rarely repeated powerful flashes of light.

Известно устройство для определения углового положения импульсного источника оптического излучения, содержащее объектив, в фокальной плоскости которого установлен полудиск, приемник излучения, усилитель, электродвигатель, генератор опорного напряжения, первый и второй фазовые детекторы. A device is known for determining the angular position of a pulsed optical radiation source, comprising a lens in the focal plane of which a half-disk, a radiation receiver, an amplifier, an electric motor, a voltage reference generator, first and second phase detectors are mounted.

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет определить угловое положение мощного импульсного источника оптического излучения, например, лазера вследствие низкой лучевой стойкости материала полудиска и приемника излучения к регистрируемому излучению. A disadvantage of the known device is that it does not allow to determine the angular position of a powerful pulsed source of optical radiation, for example, a laser due to the low radiation resistance of the material of the half-disk and the radiation receiver to the detected radiation.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для определения углового положения импульсного источника оптического излучения, содержащее формирующую оптическую систему, матричный фотоприеник и электронный блок обработки сигналов. Closest to the proposed invention is a device for determining the angular position of a pulsed optical radiation source, comprising a forming optical system, a matrix photodetector and an electronic signal processing unit.

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет вычислить координаты светового луча, формирующего в месте расположения матричного фотоприемника излучение с высокой плотностью мощности из-за низкой лучевой стойкости матричного фотоприемника к падающему излучению. The disadvantage of this device is that it does not allow you to calculate the coordinates of the light beam that forms radiation with a high power density at the location of the matrix photodetector due to the low radiation resistance of the matrix photodetector to incident radiation.

Кроме того, это устройство чувствительно к воздействиям электромагнитных и ионизирующих излучений, что затрудняет использование этих устройств для определения углового положения импульсного источника оптического излучения на фоне внешних помех. In addition, this device is sensitive to the effects of electromagnetic and ionizing radiation, which makes it difficult to use these devices to determine the angular position of a pulsed optical radiation source against external interference.

Цель изобретения расширение диапазона мощности пеленгируемых источников оптического излучения в сторону увеличения и повышение помехозащищенности устройства от внешних полей электромагнитных и ионизирующих излучений. The purpose of the invention is the expansion of the power range of directional sources of optical radiation in the direction of increasing and increasing the noise immunity of the device from external fields of electromagnetic and ionizing radiation.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения углового положения импульсного источника оптического излучения, содержащее формирующею оптическую систему, матричный фотоприемник и электронный блок обработки сигналов дополнительно введены оптический диск для записи информации, расположенный между формирующей оптической системой и матричным фотоприемником в фокальной плоскости формирующей оптической системы и установленный на валу шагового двигателя с возможностью вращения относительно оси, лежащей вне площади круга, диаметр которого равен линейному полю зрения формирующей оптической системы, фотодатчик, регистрирующий момент прихода импульса оптического излучения, первый выход которого через усилитель соединен со входом шагового двигателя, линия задержки, вход которой соединен со вторым выходом фотодатчика, объектив и импульсный источник подсветки, вход которого соединен с выходом линии задержки. Причем, импульсный источник подсветки оптически связан с матричным фотоприемником и установлен в фокусе объектива, обеспечивающего ширину пучка излучения от импульсного источника подсветки равную диаметру окна матричного фотоприемника, центр окна которого смещен относительно оси формирующей оптической системы на угол q. При этом угол q и время t, обусловленное действием линии задержки, удовлетворяют соотношениям: q≥2arctg(r/2R), q b, t q/v, где 2r линейное поле зрения формирующей оптической системы, R расстояние между осью диска и осью формирующей оптической системы, b угловой шаг двигателя, v угловая скорость шагового двигателя. This goal is achieved by the fact that in the device for determining the angular position of a pulsed optical radiation source containing a forming optical system, an array photodetector and an electronic signal processing unit, an optical disk for recording information located between the forming optical system and the matrix photodetector in the focal plane of the forming optical system and mounted on the shaft of a stepper motor with the possibility of rotation about an axis lying outside the area a circle whose diameter is equal to the linear field of view of the forming optical system, a photosensor that records the moment of arrival of the optical radiation pulse, the first output of which is connected through an amplifier to the input of a stepper motor, a delay line, the input of which is connected to the second output of the photosensor, a lens and a pulse backlight, input which is connected to the output of the delay line. Moreover, the pulsed illumination source is optically coupled to the matrix photodetector and is mounted at the focus of the lens, which ensures the beam width of the radiation from the pulsed illumination source equal to the window diameter of the matrix photodetector, the center of the window of which is offset by an angle q from the axis of the forming optical system. In this case, the angle q and time t due to the action of the delay line satisfy the relations: q≥2arctg (r / 2R), qb, tq / v, where 2r is the linear field of view of the forming optical system, R is the distance between the axis of the disk and the axis of the forming optical system b angular step of the motor; v angular speed of the stepper motor.

Оптический диск в предлагаемом устройстве выполнен в виде тонкого металлического слоя, нанесенного на прозрачный диэлектрик, служащий подложкой. The optical disk in the proposed device is made in the form of a thin metal layer deposited on a transparent dielectric that serves as a substrate.

На фиг.1 представлено устройство для определения углового положения импульсного источника оптического излучения; на фиг.2 вид оптического диска сверху в момент записи (положение I); на фиг.3 то же, в момент считывания (положение II) информации. Figure 1 presents a device for determining the angular position of a pulsed optical radiation source; figure 2 is a top view of the optical disc at the time of recording (position I); figure 3 is the same at the time of reading (position II) of the information.

Позиции на чертеже обозначают: оптическое излучение пеленгируемого источника 1; формирующая оптическая система 2; тонкий металлический слой оптического диска 3; прозрачный диэлектрик оптического диска 4; шаговый двигатель 5; фотодатчик, регистрирующий момент прихода импульса оптического излучения 6; усилитель 7; импульсный источник подсветки 8; объектив 9; матричный фотоприемник 10; электронный блок обработки сигналов 11; линия задержки 12; защитный экран 13. The positions in the drawing indicate: optical radiation of the direction finding source 1; forming optical system 2; thin metal layer of the optical disk 3; transparent dielectric of the optical disk 4; stepper motor 5; a photosensor detecting the moment of arrival of the pulse of optical radiation 6; amplifier 7; pulsed backlight 8; lens 9; matrix photodetector 10; electronic signal processing unit 11; delay line 12; protective screen 13.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Процесс нахождения координат источника выполняется в два этапа: на первом этапе производится запись информации об угловых координатах пеленгируемого источника, а на втором ее считывание. The process of finding the source coordinates is carried out in two stages: at the first stage, information on the angular coordinates of the direction finding source is recorded, and at the second, it is read.

В режиме записи мощное импульсное оптическое излучение пеленгируемого источника 1, находящегося в поле зрения формирующей оптической системы 2 (фиг. 1,2), проецируется на плоскость оптического диска, выполненного в виде тонкого металлического слоя 3, нанесенного на прозрачный диэлектрик 4 и расположенный в фокальной плоскости формирующей оптической системы. В результате воздействия интенсивного оптического излучения в тонком металлическом слое оптического диска после испарения и удаления металла образуется отверстие. Получившееся отверстие является информационным, так как содержит сведения о пространственном положении источника оптического излучения. In recording mode, high-power pulsed optical radiation from a direction-finding source 1 located in the field of view of the forming optical system 2 (Fig. 1, 2) is projected onto the plane of the optical disk made in the form of a thin metal layer 3 deposited on a transparent dielectric 4 and located in the focal the plane of the forming optical system. As a result of exposure to intense optical radiation, a hole is formed in the thin metal layer of the optical disk after evaporation and removal of the metal. The resulting hole is informational, as it contains information about the spatial position of the optical radiation source.

В режиме считывания поверхность оптического диска облучается дополнительным источником. Свет, частично прошедший через отверстие в тонком металлическом слое и прозрачный диэлектрик, регистрируется измерительным каналом, аналогичным измерительному каналу устройства. In the read mode, the surface of the optical disk is irradiated with an additional source. Light partially transmitted through an opening in a thin metal layer and a transparent dielectric is detected by a measuring channel similar to the measuring channel of the device.

Считывание информации происходит после перемещения элемента поверхности оптического диска с информационным отверстием из области записи (т.е. области, ограниченной площадью круга, диаметр окружности которого равен линейному полю зрения формирующей оптической системы) в область расположения измерительного канала, состоящего из матричного фотоприемника 10 и электронного блока обработки сигналов 11. Дополнительно в состав измерительного канала введены импульсный источник подсветки 8 и объектив 9. Длина волны излучения импульсного источника подсветки лежит в рабочем диапазоне длин волн матричного фотоприемника. От воздействия внешних помех (полей электромагнитных и ионизирующих излучений) измерительный канал защищен экраном 13. Управляющим сигналом для шагового двигателя 5, на валу которого закреплен оптический диск, является с первого выхода фотодатчика 6, регистрирующего момент прихода импульса оптического излучения. При поступлении этого усиленного усилителем 7 сигнала на вход шагового двигателя происходит срабатывание двигателя. Оптический диск проворачивается вокруг своей оси на угол q, равный угловому шагу b двигателя. Соответственно центр изображения оптического источника в плоскости оптического диска из точки A перемещается в точку A', а точка B, ранее находившаяся на оптической оси формирующей системы перемешается в точку B', совпадающую с центром окна матричного фотоприемника (фиг.3). В этот момент на вход импульсного источника подсветки подается сигнал со второго выхода фотодатчика, задержанный линией задержки 12 на время t q/v, где v угловая скорость шагового двигателя. Источник подсветки излучает импульс света, который с помощью объектива преобразуется с помощью объектива преобразуется в параллельный пучок, накрывающий все окно матричного фотоприемника. При облучении оптического диска сформированным пучком света на поверхность матричного фотоприемника проецируется изображение отверстия в металлическом слое оптического диска. Происходит считывание информации измерительным каналом. Электронный блок обработки сигналов выдает координаты точки A'. Далее, зная значение угла q, вычисляют координаты точки A. По результатам вычислений определяют искомое угловое местоположение пеленгируемого источника оптического излучения. The reading of information occurs after the surface element of the optical disk with the information hole is moved from the recording area (i.e., the area limited by the area of the circle whose circle diameter is equal to the linear field of view of the forming optical system) to the location of the measuring channel, consisting of a matrix photodetector 10 and an electronic signal processing unit 11. Additionally, a pulse illumination source 8 and a lens 9 are introduced into the measuring channel. The wavelength of the radiation from the pulse source The illumination detector lies in the operating wavelength range of the array photodetector. From the influence of external noise (fields of electromagnetic and ionizing radiation) the measuring channel is protected by a screen 13. The control signal for the stepper motor 5, on the shaft of which an optical disk is mounted, is from the first output of the photosensor 6, which registers the moment of arrival of the optical radiation pulse. Upon receipt of this signal amplified by amplifier 7 at the input of a stepper motor, the engine is triggered. The optical disk is rotated around its axis by an angle q equal to the angular pitch b of the engine. Accordingly, the center of the image of the optical source in the plane of the optical disk from point A moves to point A ', and point B, previously located on the optical axis of the forming system, shifts to point B', which coincides with the center of the window of the photodetector matrix (Fig. 3). At this moment, the signal from the second output of the photosensor delayed by the delay line 12 by the time t q / v, where v is the angular velocity of the stepper motor, is supplied to the input of the pulsed backlight source. The backlight source emits a light pulse, which is converted using a lens and converted into a parallel beam, covering the entire window of the matrix photodetector. When the optical disk is irradiated with the generated light beam, an image of the hole in the metal layer of the optical disk is projected onto the surface of the matrix photodetector. Information is read by the measuring channel. The electronic signal processing unit provides the coordinates of point A '. Next, knowing the value of the angle q, the coordinates of point A. are calculated. Based on the results of the calculations, the desired angular location of the direction-finding source of optical radiation is determined.

Для того, чтобы обеспечить выполнение условия, при котором области записи и считывания не перекрываются, угол q выбирается из соотношения: q≥2arctq(r/2R), где 2r линейное поле зрения формирующей оптической системы, R расстояние между осью диска и осью формирующей оптической системы. In order to ensure that the conditions under which the recording and reading areas do not overlap are satisfied, the angle q is selected from the relation: q≥2arctq (r / 2R), where 2r is the linear field of view of the forming optical system, R is the distance between the disk axis and the axis of the forming optical system.

Толщина металлического слоя оптического диска выбирается в зависимости от мощности оптического излучения и может составлять от нескольких единиц мкм до нескольких десятков и сотен мкм. Емкость оптического диска в данном устройстве зависит от числа импульсов оптического излучения, которое можно записывать за полный оборот диска (т.е. на одной дорожке) и от полного числа оборотов (дорожек) и может составлять от десятков до сотен импульсов. The thickness of the metal layer of the optical disk is selected depending on the power of the optical radiation and can range from several units of microns to several tens and hundreds of microns. The capacity of the optical disk in this device depends on the number of pulses of optical radiation that can be recorded per full revolution of the disk (i.e., on one track) and on the total number of revolutions (tracks) and can range from tens to hundreds of pulses.

Предельная регистрируемая плотность мощности оптического излучения лучевой прочностью формирующей оптической системы и составляет примерно 103Вт•см-2. Для сравнения: в прототипе предельная плотность мощности на выходе формирующей оптической системы составляет 1-10 Вт•см-2, так как при больших уровнях плотности мощности лазерного излучения длиной волны 1,06 мкм и длительностью равной одной миллисекунде на поверхности матричного фотоприемника с помощью формирующей системы с коэффициентом усиления 106 создаются уровни, проходящие к выводу из строя фотоприемника.The maximum recorded power density of optical radiation with the radiation strength of the forming optical system is approximately 10 3 W cm –2 . For comparison: in the prototype, the maximum power density at the output of the forming optical system is 1-10 W cm -2 , since at high levels of laser radiation power density of 1.06 μm and a duration of one millisecond on the surface of the matrix photodetector using forming systems with a gain of 10 6 create levels that pass to the failure of the photodetector.

Таким образом, введение носителя информации в виде оптического диска, обладающего повышенной лучевой стойкостью к оптическому излучению и нечувствительного к воздействию электромагнитного и ионизирующего излучений, а также оптическая развязка каналов записи и считывания информации позволяют многократно увеличить мощность пеленгируемых источников излучения в широком диапазоне длин волн и производить определение координат источников оптического излучения на фоне внешних помех. Ы Ыт Thus, the introduction of an information carrier in the form of an optical disk with enhanced radiation resistance to optical radiation and insensitive to electromagnetic and ionizing radiation, as well as optical isolation of the recording and reading channels of information, can significantly increase the power of directional radiation sources in a wide range of wavelengths and produce determination of the coordinates of optical radiation sources against external interference. Yt

Claims (2)

1. Устройство для определения углового положения импульсного источника оптического излучения, содержащее формирующую оптическую систему, матричный фотоприемник и электронный блок обработки сигналов, отличающееся тем, что в него введены оптический диск для записи информации, расположенный между формирующей оптической системой и матричным фотоприемником в фокальной плоскости формирующей оптической системы и установленный на валу шагового двигателя с возможностью вращения относительно оси, лежащей вне площади круга, диаметр окружности которого равен линейному полю зрения формирующей оптической системы, фотодатчик, регистрирующий момент прихода импульса оптического излучения, первый выход которого через усилитель соединен с входом шагового двигателя, линия задержки, вход которой соединен с вторым входом фотодатчика, объектив и импульсный источник подсветки, выход которого соединен с выходом линии задержки, причем, импульсный источник подсветки оптически связан с матричным фотоприемником и установлен в фокуcе объектива, обеспечивающего ширину пучка излучения от импульсного источника подсветки, равную диаметру окна матричного фотоприемника, центр окна которого смещен относительно оси формирующей оптической системы на угол q, при этом угол q и время t, обусловленное действием линии задержки, удовлетворяют соотношению
q≥2 arctg(r/2R), q b, t q/v,
где 2r линейное поле зрения формирующей оптической системы;
R расстояние между осью диска и осью формирующей оптической системы;
b угловой шаг двигателя;
v угловая скорость шагового двигателя.1. A device for determining the angular position of a pulsed optical radiation source, comprising a forming optical system, a matrix photodetector and an electronic signal processing unit, characterized in that an optical disk for recording information is inserted between the forming optical system and the matrix photodetector in the focal plane of the forming optical system and mounted on the shaft of a stepper motor with the possibility of rotation about an axis lying outside the area of the circle, the circumference and which is equal to the linear field of view of the forming optical system, a photosensor recording the moment of arrival of the optical radiation pulse, the first output of which is connected through an amplifier to the input of a stepper motor, a delay line, the input of which is connected to the second input of the photosensor, a lens and a pulse backlight source, the output of which is connected with the output of the delay line, moreover, the pulsed source of illumination is optically coupled to the matrix photodetector and is installed in the focus of the lens, which ensures the width of the radiation beam from and pulse source of illumination, equal to the diameter of the window of the matrix photodetector, the center of the window of which is offset relative to the axis of the forming optical system by an angle q, while the angle q and time t due to the action of the delay line satisfy the relation
q≥2 arctan (r / 2R), qb, tq / v,
where 2r is the linear field of view of the forming optical system;
R is the distance between the axis of the disk and the axis of the forming optical system;
b angular pitch of the engine;
v angular speed of the stepper motor. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптический диск выполнен в виде тонкого металлического слоя, нанесенного на прозрачный диэлектрик. 2. The device according to claim 1, characterized in that the optical disk is made in the form of a thin metal layer deposited on a transparent dielectric.
RU94030352A 1994-08-16 1994-08-16 Gear finding angular position of pulse source of optical radiation RU2088949C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94030352A RU2088949C1 (en) 1994-08-16 1994-08-16 Gear finding angular position of pulse source of optical radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94030352A RU2088949C1 (en) 1994-08-16 1994-08-16 Gear finding angular position of pulse source of optical radiation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94030352A RU94030352A (en) 1996-06-27
RU2088949C1 true RU2088949C1 (en) 1997-08-27

Family

ID=20159758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94030352A RU2088949C1 (en) 1994-08-16 1994-08-16 Gear finding angular position of pulse source of optical radiation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2088949C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610135C2 (en) * 2016-01-28 2017-02-08 Вячеслав Данилович Глазков Method for synthesis of fixed relative direction-finding characteristic of static amplitude sensor of faceted type of remote radiant flux source and device therefor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GB, патент, 1426745, кл. H 4 D, 1976. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610135C2 (en) * 2016-01-28 2017-02-08 Вячеслав Данилович Глазков Method for synthesis of fixed relative direction-finding characteristic of static amplitude sensor of faceted type of remote radiant flux source and device therefor

Also Published As

Publication number Publication date
RU94030352A (en) 1996-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4219704A (en) Record playback apparatus for optical data records
US4090031A (en) Multi-layered opitcal data records and playback apparatus
US5131744A (en) Mirror rotation angle detection mechanism
US4163600A (en) Light beam scanner
JPS58501846A (en) Galvo position sensor for improved track selection in optical data disk systems
CA2071852A1 (en) Three laser optical disk drive system
EP0220757A1 (en) Optical transducer element and displacement meter comprising such an element
US5569912A (en) Optical velocity measuring with efficient use of radiation passing through patterns on discs
KR0147628B1 (en) Optical pickup for multi-layer disk
KR100421427B1 (en) High precision displacement gauge and variable displacement measuring method used a unit displacement using conforcal theory
CA1078060A (en) Multi-layered optical data records and playback apparatus
ATE141435T1 (en) OPTICAL SCANNING DEVICE
EP0096448B1 (en) Apparatus for determing angular displacements of an object
RU2088949C1 (en) Gear finding angular position of pulse source of optical radiation
EP0646796B1 (en) Device for optically measuring the angular velocity of an object.
EP0523334B1 (en) Optical information recording medium and reproducing apparatus for reproducing information from the medium
JP2004037461A (en) Device for optically measuring distance
CN1570569A (en) High repetition frequency high precision rotary disc type mechanical shutter device
JP2785202B2 (en) Optical disk drive
JP2540113B2 (en) Encoder
RU2169373C2 (en) Device controlling range and velocity of travel of objects
JPS62126376A (en) Reflection type optical coupling element
CA1213979A (en) Coarse position error signal generation in an optical disk storage system employing course servo tracks
JPH0495279A (en) Position detecting device for pickup
JPS6336111A (en) Optical encoder