RU2348056C2

RU2348056C2 - Optic transceiving device

Info

Publication number: RU2348056C2
Application number: RU2007115468/28A
Authority: RU
Inventors: Борис Сергеевич Блинчиков (RU); Борис Сергеевич Блинчиков; Александр Анатольевич Герасимов (RU); Александр Анатольевич Герасимов; Валерий Дмитриевич Ермолаев (RU); Валерий Дмитриевич Ермолаев; Сергей Валерьевич Максин (RU); Сергей Валерьевич Максин; Владимир Викторович Медведев (RU); Владимир Викторович Медведев; Николай Степанович Ракович (RU); Николай Степанович Ракович; Петр Анатольевич Сускин (RU); Петр Анатольевич Сускин
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2009-02-27
Also published as: RU2007115468A

Abstract

FIELD: physics, communications.

SUBSTANCE: claimed invention concerns optic electronic devices for two-way optic communication. Device includes emission source, flat reflector, blister, screen, receiving objective lens of laser emission, photoreceiving device, diaphragm installed in back focal plane of receiving objective lens. Light flow from emission source reaches flat reflector, is reflected and passes through blister. Central part of light flow is reflected from blister in direction of photoreceiving device and detained by screen, while a beam reflected from blister and passing over screen edge reaches diaphragm edge.

EFFECT: enhanced protection of device from internal blinding without increasing dimensions of laser emission receiving objective lens, expanded functional capacities.

3 dwg

Description

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.The invention relates to optical instrumentation, in particular to optical-electronic devices for two-way optical communication, allowing the transmission and reception of optical radiation energy, and can be used in the development of systems operating in different spectral ranges.

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).A device is described in the source L.Z. Krikunov. "Information System with Optical Quantum Generators", Kiev, publ. "Technique", 1970, p.203, Fig. 107. The device contains a radiation source, a flat mirror mounted at an angle to the optical axis, a coaxially mounted spherical radome, a receiving lens and a photodetector (FPU).

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.The disadvantage of this device is that a significant part (5-10% depending on the material of the fairing) of the emitted laser stream, reflected from the spherical surfaces of the fairing, falls into the installation area of the radiation receiver. And since the power of the emitted laser stream is significant, even a small part of the stream reflected from the fairing, passing into the plane of the FPU by an unfocused beam, can lead to the failure of the receiver due to its high sensitivity.

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 условиюThe issue of combating intra-instrument flare (glare) is to some extent solved in the invention according to the patent of the Russian Federation No. 2168751, G02B 23/00, publ. 11/23/00, selected as a prototype. This optical transmitting and receiving device contains a radiation source, a flat mirror placed at an angle to the optical axis, a spherical fairing, a lens made in the form of a concave spherical mirror with a counter-mirror equipped with a screen, and a FPU. In this case, the concave spherical mirror is located along the optical axis from the inner surface of the spherical fairing at a distance Δ satisfying the condition

Δ≤f_обт.+R,Δ≤f _MBT. + R,

где f_обт. - фокусное расстояние от внутренней поверхности обтекателя,where f is _{the MBT.} - focal length from the inner surface of the fairing,

R - радиус кривизны вогнутого сферического зеркала.R is the radius of curvature of a concave spherical mirror.

К недостаткам прототипа следует отнести:The disadvantages of the prototype include:

- 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;- limited functionality of the device, because it is possible to use such protection against intra-instrument flare only if the receiving lens is made according to a mirror-lens scheme;

- 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.- increased overall mass characteristics while providing protection against glare. Since such devices are designed for the combined operation of independent devices (thermal channel, visible channel, and laser channel), it is usually necessary to achieve significant values from the inner surface of the fairing to the lens to ensure the functioning of the laser channel (receiving and transmitting device), and therefore, for protection against intra-flare (as described in the prototype) it is necessary to increase the radius of the spherical mirror of the receiving lens, which leads to an increase in its overall mass pairs ametres, and in accordance with the requirements for such a kind of devices, this is unacceptable.

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.The objective of the invention is the creation of a receiving and transmitting optical device with protection against intra-flare using a wide range of lenses and a design layout that satisfies the condition of using the device in a multi-channel system (multifunctional) operating in different spectral ranges.

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.The technical result to which the present invention is directed is to increase the protection of the device from intra-instrument illumination without increasing the overall dimensions of the receiving laser radiation lens, expanding its functionality by using any type of laser radiation receiving lens circuits, and expanding the installation range of the device.

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 условиюThe specified technical result is achieved by the fact that in the transmitting and receiving optical device containing a radiation source, a flat mirror, a fairing, a screen, a receiving laser lens and a photodetector, the luminous flux from the radiation source entering the flat mirror, reflected from it, passes through the fairing, while the central part of the light flux is reflected from the fairing towards the photodetector, is delayed by the screen, and an additional aperture is installed in the rear the focal plane of the receiving laser radiation lens so that the beam reflected from the fairing passing through the edge of the screen falls on the edge of the specified aperture, and the distance δ between the receiving laser radiation lens and the focus of the inner surface of the fairing satisfies the condition

где f'_об. - фокусное расстояние приемного объектива лазерного излучения,where f ' _about. - focal length of the receiving lens of the laser radiation,

l - радиус экрана,l is the radius of the screen,

у - радиус фотоприемного устройства.y is the radius of the photodetector.

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:A causal relationship between the totality of essential features and the result achieved is the sharing of the screen and the diaphragm. Since the emitting and receiving channels have a common sight axis, this provides central shielding of the receiving channel and justifies the installation of a material screen in the central zone of the receiving lens that performs two functions:

- собственную защиту от центральных засветок,- own protection against central flare,

- в совокупности с введенной диафрагмой защиту от боковых засветок, минующих экран.- in conjunction with the diaphragm entered, protection against side flare passing the screen.

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 условияAs a result of their mutual arrangement, the entire area of the FPU installation is overlapped from ingress of reflected radiation into it, thus, the device is reliably protected from intra-instrument flare. The diameter of the hole of the introduced diaphragm is determined by the cross section of the working beam at the place of its installation, and the place of installation of the diaphragm relative to the photodetector is associated with the removal of the receiving lens of the laser radiation from the focus of the inner surface of the fairing - δ (see Fig. 1), i.e. the reflected beam that passes through the edge of the screen should fall into the edge of the entered diaphragm, this value d _max. (see figure 1) - the limit position of the diaphragm from the photodetector is the limit value for a particular δ, i.e. the diaphragm can be installed in any workplace between its limit position and the FPU, which allows you to choose the position of the diaphragm based on design considerations. For example, if compensation lenses are installed in the rear focal segment of the lens, then their frames can be used as a diaphragm. With increasing distance δ, d _max decreases, tending to the plane of the FPU, while the extreme maximum value of δ is determined from the condition

Изложенная сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами и описанием.The essence of the proposed device is illustrated by drawings and description.

На фиг.1 схематически изображено заявляемое приемно-передающее оптическое устройство.Figure 1 schematically depicts the inventive transceiver optical device.

На фиг.2 иллюстрируется заявляемое устройство с зеркально-линзовым приемным объективом лазерного излучения.Figure 2 illustrates the inventive device with a mirror-lens receiving lens of laser radiation.

На фиг.3 показано заявляемое устройство с линзовым приемным объективом лазерного излученияFigure 3 shows the inventive device with a lens receiving lens of laser radiation

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:The transmitting and receiving optical device contains a radiation source 1, a flat mirror 2, placed at an angle to the optical axis OO, which is the same for the receiving and transmitting channels. A spherical radome 3, a flat mirror 2, a screen 4 (central), the size of which is determined by the working light flux of the emitting channel (see Fig. 1), a receiving laser lens (H-H ^/ ) 5, aperture 6, are installed in series along the optical axis OO and FPU 7. For a more complete disclosure of the invention, figure 1 presents the notation mentioned in the text of the description:

f' - фокусное расстояние внутренней поверхности сферического обтекателя 3f 'is the focal length of the inner surface of the spherical fairing 3

R_обт. - радиус сферического обтекателя 3,R _vol . - radius of the spherical fairing 3,

F'_обт. - фокус внутренней поверхности сферического обтекателя 3,F _'MBT. - focus of the inner surface of the spherical fairing 3,

Н-Н' - объектив приемного канала излучения 5,H-N '- the lens of the receiving radiation channel 5,

d_max - предельное положение диафрагмы 6 от ФПУ 7,d _max - limit position of the diaphragm 6 from FPU 7,

δ - предельное расстояние удаления приемного объектива лазерного излучения 5 от фокуса внутренней поверхности сферического обтекателя 3.δ is the limit distance of the removal of the receiving lens of the laser radiation 5 from the focus of the inner surface of the spherical fairing 3.

На фиг.2 показано устройство, выполненное с зеркально-линзовым объективом, в котором функции экрана выполняет контр-зеркало.Figure 2 shows a device made with a mirror-lens, in which the counter-mirror performs the functions of the screen.

На фиг.3 показано устройство, в котором устанавливается самостоятельный экран 4 перед объективом.Figure 3 shows a device in which a stand-alone screen 4 is installed in front of the lens.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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.From the radiation source 1, the working light flux of the radiating channel enters the flat mirror 2, reflected from which and, passing through the fairing 3, hits the target. In this case, part of the working luminous flux is reflected from the surfaces of the spherical fairing 3 and is directed from the focus F / in the form of a scattered reflected beam toward the FPU 7. Its central part (the center glare zone) is delayed by the screen 4, and the side part (side glare zone), passing through the receiving lens of the laser radiation 5, cut off by the diaphragm 6 and does not fall on FPU 7.

Такая схема обеспечивает 100% защиту от паразитных засветок (бликов), возникающих при Френелевском отражении от поверхности обтекателя.This scheme provides 100% protection against spurious flare (glare) arising from the Fresnel reflection from the fairing surface.

Устройство может функционировать с широким спектром объектов и может быть использовано в многофункциональных системах, работающих с применением теплового, TV и лазерного каналов.The device can operate with a wide range of objects and can be used in multifunctional systems operating using thermal, TV and laser channels.

Устройство реализуется с применением стандартных материалов и оборудования.The device is implemented using standard materials and equipment.

Claims

An optical transmitting and receiving device containing a radiation source, a flat mirror, a fairing, a screen, a receiving laser lens and a photodetector, while the light flux from the radiation source entering the flat mirror, reflected from it, passes through the fairing, while the central part the luminous flux reflected from the fairing towards the photodetector is delayed by the screen, characterized in that a diaphragm is installed in it, mounted in the rear focal plane of the receiving lens azernogo radiation so that reflected from the fairing beam passing through the edge of the screen, incident on the edge of said aperture and the distance δ between the receiving lens and the laser focus radome inner surface satisfies the condition

where f ' _about - the focal length of the receiving lens of the laser radiation,
l is the radius of the screen,
y is the radius of the photodetector.