устройство для определения углового положения импульсного источника оптического излучения

Формула изобретения

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

q2 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.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптический диск выполнен в виде тонкого металлического слоя, нанесенного на прозрачный диэлектрик.

Описание изобретения к патенту

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Цель изобретения расширение диапазона мощности пеленгируемых источников оптического излучения в сторону увеличения и повышение помехозащищенности устройства от внешних полей электромагнитных и ионизирующих излучений.

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: q2arctg(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.

Оптический диск в предлагаемом устройстве выполнен в виде тонкого металлического слоя, нанесенного на прозрачный диэлектрик, служащий подложкой.

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.

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.

Устройство работает следующим образом.

Процесс нахождения координат источника выполняется в два этапа: на первом этапе производится запись информации об угловых координатах пеленгируемого источника, а на втором ее считывание.

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.

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.

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.

Для того, чтобы обеспечить выполнение условия, при котором области записи и считывания не перекрываются, угол q выбирается из соотношения: q2arctq(r/2R), где 2r линейное поле зрения формирующей оптической системы, R расстояние между осью диска и осью формирующей оптической системы.

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.

Предельная регистрируемая плотность мощности оптического излучения лучевой прочностью формирующей оптической системы и составляет примерно 10³Втсм^-2. Для сравнения: в прототипе предельная плотность мощности на выходе формирующей оптической системы составляет 1-10 Втсм^-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.

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