ИНФРАКРАСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к телевизионным устройствам с оптико-механическим сканированием и может быть использована в авиационной лазерной аппаратуре воздушной съемки местности.
Известно инфракрасное лазерное сканирующее устройство (патент Российской Федерации 2027202), в котором используется два лавинных фотодиода. В качестве фотоприемного устройства может быть использовано устройство, описанное в статье Н.Н. Евтихиев, А.Е. Соколов. Фотоприемное устройство на двух лавинных фотодиодах. Радиопромышленность, вып. 2. – Москва, 1996. В устройстве обеспечивается сбалансированность чувствительности двух каналов на основе лавинных фотодиодов ФД-115Л(Б) путем сравнения сигналов в середине строки, когда равны оптические сигналы, поступающие с внеосевых параболических зеркал.
Инфракрасное лазерное сканирующее устройство содержит последовательно расположенные инфракрасный лазер 1, коллиматор 2, первое зеркало 3, второе зеркало 4, передающий сканер 5 в виде четырехгранной призмы с отражающими гранями, а также содержит двигатель 6, приемный сканер 7 в виде четырехгранной призмы с отражающими гранями, первое внеосевое параболическое зеркало 8, второе внеосевое параболическое зеркало 9, первый лавинный фотодиод 10, второй лавинный фотодиод 11, аналоговый сумматор 12, блок обработки сигналов 13, а также передающий защитный люк 14 и приемный защитный люк 15, защищающие устройство от внешних воздействий. Первый и второй лавинные фотодиоды установлены соответственно в фокусах первого и второго внеосевых параболических зеркал. Лавинные фотодиоды являются компонентами первого и второго фотоприемных устройств, выходы которых соединены с входами аналогового сумматора 12, выход которого соединен с блоком 13 обработки сигналов.
На Фиг.1 приведено инфракрасное лазерное сканирующее устройство.
Как показано в патенте РФ 2027202 оптическому излучению необходимо время Δt чтобы пройти путь от передающего сканера до объектов обзора и обратно до приемного сканера
где Н - высота полета носителя устройства;
с - скорость света;
- угол сканирования.
ск
За это время приемный сканер поворачивается на угол , а пятно принятого оптического излучения смещается в фокальной плоскости на Δλ=F⋅2 Δφ, где f - частота сканирования, F - фокусное расстояние внеосевых параболических зеркал.
Фокусирующий конус (фокон) лавинных фотодиодов ФД-115Л(Б) при входном диаметре 2,2 мм, угле обзора системы лазерной аэросъемки 120° (удвоенный максимальный угол сканирования) и частоте строк 500 Гц не обеспечивает максимальной высоты аэросъемки.
При F=150 мм, , на высоте полета 1000 м величина смещения Δλ>3 мм.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении требований, предъявляемых к инфракрасному лазерному сканирующему устройству, а именно требований в приемной оптической части - в обеспечении требуемой эффективной площади приемного сканера, и в том чтобы на заданной частоте сканирования 500 Гц, при любом угле сканирования  и высоте полета Н<1000 м принимаемое излучение попадало в лавинные фотодиоды.
Данная цель достигается тем, что перед каждым лавинным фотодиодом установлен дополнительный световод, у которого оптический вход прямоугольник, а оптический выход квадрат, соединенный с оптическим входом фокона лавинного фотодиода, четыре боковые стороны дополнительного световода - плоскости, большая сторона прямоугольника в 1,8-1,9 больше стороны квадрата, сторона квадрата в 1,7-2 раза больше меньшей стороны прямоугольника, длина дополнительного световода примерно равна длине фокона, причем поверхность оптического входа дополнительного световода должна быть выпуклой.
В дополнительном световоде целесообразно обозначить:
А - большая сторона прямоугольника,
В - меньшая сторона пряоугольника,
С - сторона квадрата.
Сторона квадрата дополнительных световодов при их использовании с лавинными фотодиодами ФД-115Л(Б) равна 1,77 мм, и полезная модель позволяет выполнить требования к инфракрасному лазерному сканирующему устройству, в ней принимаемое излучение попадает в лавинные фотодиоды на всех высотах аэросъемки (до 1000 м) и при любых углах сканирования.
Выбор размера квадрата в дополнительном световоде обусловлен тем, что фокон лавинных фотодиодов ФД-115Л(Б) установлен в цилиндрической части корпуса ЛФД, внутренний диаметр которого 2,5 мм. Большая сторона прямоугольника оптического входа дополнительного световода существенно больше, чем входной диаметр фокона: А=1,77⋅(1,8-1,9) мм. Цифрами 16 и 17 на фиг. 2 обозначены дополнительные световоды. На фиг. 2 приведена блок-схема приемной части устройства.
Для оценки коэффициентов пропускания дополнительных световодов целесообразно воспользоваться инвариантом Штраубеля см. разд. 5, главы 1, Светосила световодов переменного сечения в кн. В.Б. Вейнберг, Д.К. Саттаров Оптика световодов. Изд. 2-е, доп. Л.: «Машиностроение», 1977. В этой книге не рассматриваются оптические световоды такие, как в заявляемой полезной модели.
Изменение S - площади дополнительного световода при прохождении по нему принимаемого излучения приведено в табл. 1.
2
В прототипе при фокусном расстоянии параболических зеркал F=150 мм предполагалось использовать приемный сканер длиной L=90 мм и шириной граней приемной четырехгранной призмы а=40 мм, что обеспечивает эффективную площадь приемного сканера около 50 см. При оценке приемной части устройства на основе инварианта Штраубеля можно сделать вывод, что благодаря наличию дополнительных световодов возвожно увеличить длину приемного сканера устройства до L=130-150 мм.
Совокупность дополнительного световода и фокона приводит к тому, что у лавинных фотодиодов будет угловая диаграмма чувствительности согласованная с угловой диаграммой принимаемого излучения, которое поступает от внеосевых параболических зеркал.