RU66522U1 - PHOTO RECEIVER - Google Patents
PHOTO RECEIVER Download PDFInfo
- Publication number
- RU66522U1 RU66522U1 RU2007116548/22U RU2007116548U RU66522U1 RU 66522 U1 RU66522 U1 RU 66522U1 RU 2007116548/22 U RU2007116548/22 U RU 2007116548/22U RU 2007116548 U RU2007116548 U RU 2007116548U RU 66522 U1 RU66522 U1 RU 66522U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- avalanche photodiode
- pulse duration
- comparator
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенный лавинный фотодиод, усилитель, фильтр нижних частот, компаратор, дискриминатор длительности импульсов, а также регулируемый источник питания, выход которого соединен с лавинным фотодиодом, а первый и второй входы соединены соответственно с первым и вторым выходами дискриминатора длительности импульсов, блок оценки сигналов, вход которого соединен с выходом усилителя, источник опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом компаратора, высокочастотный генератор, выход которого соединен со вторым входом дискриминатора длительности импульсов, источник оптического излучения, оптически связанный с лавинным фотодиодом и блок синхронизации, первый выход которого соединен с источником оптического излучения и синхронизирующим входом блока оценки сигнала, а второй вход соединен с третьим входом дискриминатора длительности импульсов, отличающееся тем, что с целью уменьшения искажений при формировании изображения в инфракрасных лазерных сканирующих устройствах с суммированием сигналов двух фотоприемных устройств, источник опорного напряжения выполнен регулируемым в течение строки изображения, а его управляющий вход соединен с третьим выходом блока синхронизации.A photodetector comprising a series-connected avalanche photodiode, an amplifier, a low-pass filter, a comparator, a pulse duration discriminator, as well as an adjustable power source, the output of which is connected to an avalanche photodiode, and the first and second inputs are connected respectively to the first and second outputs of the pulse duration discriminator, signal evaluation unit, the input of which is connected to the amplifier output, a reference voltage source, the output of which is connected to the second input of the comparator, a high-frequency gene a radiator whose output is connected to the second input of the pulse duration discriminator, an optical radiation source optically coupled to the avalanche photodiode and a synchronization unit, the first output of which is connected to the optical radiation source and the synchronizing input of the signal estimation unit, and the second input is connected to the third input of the pulse duration discriminator characterized in that in order to reduce distortion during image formation in infrared laser scanning devices with the summation of the signals of two topriemnyh devices, a reference voltage source is adjustable within the image line, and its control input coupled to the third output of the synchronization unit.
Description
Полезная модель относится к быстродействующим измерителям мощности оптического излучения и может быть использована в оптико-электронных системах, формирующих изображение. Результатом использования полезной модели является уменьшение искажений при формировании изображения в оптико-электронных системах с суммированием сигналов двух фотоприемных устройств.The utility model relates to high-speed meters of optical radiation power and can be used in optoelectronic systems that form an image. The result of using the utility model is the reduction of distortions during image formation in optoelectronic systems with the summation of the signals of two photodetector devices.
Известно фотоприемное устройство на лавинном фотодиоде (Патент США №4015118, U.S.C1. 250/211J), содержащее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, полосовой фильтр, компаратор, регулируемый источник питания, выход которого соединен с лавинным фотодиодом, а также источник опорного напряжения, выход которого соединен со вторым выходом компаратора, блок оценки сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя, источник оптического излучения, оптически связанный с лавинным фотодиодом, и высокочастотный генератор, частота генерации которого лежит в полосе пропускания полосового фильтра, а выход соединен с источником оптического излучения. В данном устройстве лавинный фотодиод стабилизируется при постоянном коэффициенте лавинного умножения, что обусловливает узкий динамический диапазон принимаемых сигналов и ограничивает возможности использования фотоприемного устройства в оптико-электронных системах.Known photodetector on an avalanche photodiode (US Patent No. 4015118, USC1. 250 / 211J), containing serially connected avalanche photodiode, amplifier, bandpass filter, comparator, adjustable power source, the output of which is connected to the avalanche photodiode, and also a voltage reference source, the output of which is connected to the second output of the comparator, a signal estimation unit, the input of which is connected to the output of the amplifier, an optical radiation source optically coupled to an avalanche photodiode, and a high-frequency generator, the oscillation frequency and which lies in the passband of the band-pass filter, and the output is connected to an optical radiation source. In this device, the avalanche photodiode is stabilized at a constant coefficient of avalanche multiplication, which leads to a narrow dynamic range of the received signals and limits the possibility of using the photodetector in optoelectronic systems.
Наиболее близким к полезной модели является фотоприемное устройство (Патент России №1679212, МКИ G01J 1/44, Бюл. №35, 1991 г.), содержащее последовательно соединенный лавинный фотодиод, усилитель, фильтр нижних частот, компаратор, дискриминатор длительности импульсов, а также регулируемый источник питания, выход Closest to the utility model is a photodetector (Russian Patent No. 1679212, MKI G01J 1/44, Bull. No. 35, 1991) containing a series-connected avalanche photodiode, amplifier, low-pass filter, comparator, pulse duration discriminator, and adjustable power supply output
которого соединен с лавинным фотодиодом, а первый и второй входы соединены соответственно с первым и вторым выходами дискриминатора длительности импульсов, блок оценки сигналов, вход которого соединен с выходом усилителя, источник опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом компаратора, высокочастотный генератор, выход которого соединен со вторым входом дискриминатора длительности импульсов, источник оптического излучения, оптически связанный с лавинным фотодиодом, блок синхронизации, первый выход которого соединен с источником оптического излучения и синхронизирующим входом блока оценки сигнала, а второй выход соединен с третьим входом дискриминатора длительности импульсов.which is connected to the avalanche photodiode, and the first and second inputs are connected respectively to the first and second outputs of the pulse duration discriminator, a signal estimation unit, the input of which is connected to the amplifier output, a reference voltage source, the output of which is connected to the second input of the comparator, a high-frequency generator, the output of which connected to the second input of the pulse duration discriminator, an optical radiation source optically coupled to an avalanche photodiode, a synchronization unit, the first output of which is connected n with an optical radiation source and a clock input of the signal estimation unit, and the second output is connected to the third input of the pulse duration discriminator.
В этом устройстве осуществляется 10-20 кратная регулировка коэффициента умножения лавинного фотодиода за счет регулировки напряжения на лавинном фотодиоде, что позволяет увеличить верхний предел мощности регистрируемых оптических сигналов.In this device, a 10-20-fold adjustment of the multiplication factor of the avalanche photodiode is carried out by adjusting the voltage on the avalanche photodiode, which allows you to increase the upper power limit of the recorded optical signals.
Фотоприемные устройства на кремневых лавинных фотодиодах являются наиболее чувствительными устройствами, принимающими излучение в ближнем инфракрасном диапазоне. Из всего многообразия оптико-электронных систем, формирующих изображение, наиболее интересные результаты дает использование фотоприемного устройства в лазерных системах с построчным сканированием (W.F.Matthews, R.F.Jung. Laser line scanning sensors. Optical Engineering, vol.14, №2, 1975).Photoreceiving devices on silicon avalanche photodiodes are the most sensitive devices that receive radiation in the near infrared range. Of the variety of optical-electronic systems that form the image, the most interesting results are obtained from the use of a photodetector in laser systems with line scanning (W.F. Matthews, R. F. Jung. Laser line scanning sensors. Optical Engineering, vol. 14, No. 2, No. 2, 1975).
Кремневые лавинные фотодиоды ФД-115Л(Б) являются одними из лучших отечественных приборов (Гулаков И.Р. Шуневич С.А. Счет фотонов лавинными фотодиодами. Приборы и техника эксперимента, №4, 1987 г.). Для увеличения размеров входного окна лавинные фотодиоды ФД-115Л(Б) выпускаются с фокусирующим конусом (фоконом) с входным диаметром 2,2 мм. Фокон - оптический световод, использует эффект полного внутреннего отражения и предназначен для уменьшения площади светового потока. Апертурный угол входа излучения в фокон ФД-115Л(Б) Flint avalanche photodiodes FD-115L (B) are some of the best domestic devices (Gulakov IR, Shunevich SA Photon counting by avalanche photodiodes. Instruments and experimental equipment, No. 4, 1987). To increase the size of the input window, FD-115L (B) avalanche photodiodes are available with a focusing cone (focon) with an input diameter of 2.2 mm. Fokon - an optical fiber, uses the effect of total internal reflection and is designed to reduce the area of the light flux. Aperture angle of radiation input into the focon FD-115L (B)
около 30° и использовать их в лазерных системах с построчным сканированием возможно только в случае, если оптическое суммирование сигналов от двух внеосевых параболических зеркал заменено на электрическое суммирование сигналов двух фотоприемных устройств, каждое из которых принимает излучение от своего параболического зеркала (Патент России №2027202, МКИ G02B 26/10, Бюл. №2, 1995 г.).about 30 ° and they can be used in line-by-line laser systems only if the optical summation of signals from two off-axis parabolic mirrors is replaced by the electrical summation of the signals of two photodetector devices, each of which receives radiation from its own parabolic mirror (Russian Patent No. 2027202, MKI G02B 26/10, Bull. No. 2, 1995).
Инфракрасное лазерное сканирующее устройство (Патент России №2027202) используется в ночных условиях для формирования изображения местности под летательным аппаратом. Развертка изображения перпендикулярно направлению полета осуществляется за счет оптико-механического сканирования, при котором формируются строки изображения. Развертка по второй координате, по направлению полета, осуществляется за счет полета летательного аппарата. Лазерный луч сканирующего устройства отражается различными участками местности под летательным аппаратом и после фокусирования внеосевыми параболическими зеркалами принимаемое излучение попадает на два фотоприемных устройства на лавинных фотодиодах. После обработки принимаемых сигналов в фотоприемных устройствах они складываются в аналоговом сумматоре и поступают в блок регистрации, который формирует изображение местности. При 10-кратном изменении высоты полета (принимаемый сигнал обратно пропорционален квадрату высоты полета), коэффициент пропускания атмосферы в двух направлениях хода лазерного излучения может изменяться в 2-3 раза. Таким образом принимаемый оптический сигнал от наиболее светлых участков местности (ρ=0,4-0,5), которые на изображении отображаются как белые участки, может изменяться в 200-300 раз. В каждом из фотоприемных устройств инфракрасного лазерного сканирующего устройства максимальный уровень сигнала в течение строки изображения изменяется не только в зависимости от высоты полета, но и в зависимости от угла сканирования, когда изменяется эффективная рабочая площадь внеосевых параболических An infrared laser scanning device (Patent of Russia No. 2027202) is used at night to form an image of the area under the aircraft. The image is scanned perpendicular to the direction of flight due to the optical-mechanical scanning, in which the image lines are formed. Sweep along the second coordinate, in the direction of flight, is carried out due to the flight of the aircraft. The laser beam of the scanning device is reflected by various sections of the terrain under the aircraft, and after focusing with off-axis parabolic mirrors, the received radiation is incident on two photodetector devices on avalanche photodiodes. After processing the received signals in photodetectors, they are added to the analog adder and fed to the registration unit, which forms an image of the area. With a 10-fold change in flight altitude (the received signal is inversely proportional to the square of the flight altitude), the transmittance of the atmosphere in two directions of the laser radiation can vary by 2-3 times. Thus, the received optical signal from the brightest areas (ρ = 0.4-0.5), which are displayed as white areas in the image, can vary 200-300 times. In each of the photodetectors of the infrared laser scanning device, the maximum signal level during the image line varies not only depending on the flight altitude, but also depending on the scanning angle, when the effective working area of off-axis parabolic
зеркал. При изменении угла сканирования от -φmax до +φmax (φmax≈60°, угол обзора 2φmax≈120°) эффективная площадь внеосевых параболических зеркал изменяется примерно в три раза.mirrors. When the scan angle changes from -φ max to + φ max (φ max ≈60 °, viewing angle 2φ max ≈120 °), the effective area of off-axis parabolic mirrors changes by about three times.
В прототипе (патент России №1679212), при его использовании в инфракрасном лазерном сканирующем устройстве, (используются одновременно два фотоприемных устройства), строка изображения разделена на два интервала: T1 - прием отраженного лазерного излучения, Т2 - подстройка коэффициента умножения лавинного фотодиода. Синхронизация цикла приема осуществляется блоком синхронизации, на двух выходах которого в течение Т2 формируется первый импульс длительностью τ1, и следующий за ним импульс τ2. Во время первого импульса τ1 осуществляется засветка лавинного фотодиода эталонным излучением источником оптического излучения. Если во время T1 мощность принимаемого излучения меньше мощности эталонного излучения во время импульса τ1, то в этом случае стабилизация коэффициента умножения лавинного фотодиода осуществляется по мощности эталонного излучения. В лавинном фотодиоде поддерживается коэффициент лавинного умножения М0, равныйIn the prototype (Russian patent No. 1679212), when used in an infrared laser scanning device (two photodetectors are used simultaneously), the image line is divided into two intervals: T 1 - reception of reflected laser radiation, T 2 - adjustment of the multiplier of the avalanche photodiode. The reception cycle is synchronized by a synchronization unit, at the two outputs of which, during T 2 , a first pulse of duration τ 1 is formed , and a pulse of τ 2 following it. During the first pulse τ 1 , the avalanche photodiode is illuminated with a reference radiation by an optical radiation source. If during T 1 the power of the received radiation is less than the power of the reference radiation during the pulse τ 1 , then in this case the stabilization of the multiplication coefficient of the avalanche photodiode is carried out according to the power of the reference radiation. In the avalanche photodiode, the avalanche multiplication coefficient M 0 , equal to
Mo=Vоп/PиSoRвхKу M o = V op / P and S o R in K K y
где Vоп - напряжение на выходе источника опорного напряжения;where V op - voltage at the output of the reference voltage source;
Ри - мощность импульса засветки лавинного фотодиода источником оптического излучения;P and - the pulse power of the exposure of the avalanche photodiode by the source of optical radiation;
So - токовая чувствительность лавинного фотодиода без лавинного умножения;S o - current sensitivity of the avalanche photodiode without avalanche multiplication;
Rвx - входное сопротивление усилителя;R in - input impedance of the amplifier;
Kу - коэффициент усиления усилителя по напряжению.K y - the gain of the amplifier voltage.
Регулировка коэффициента лавинного умножения осуществляется во время импульса τ2. Вне интервала τ2 на выходах дискриминатора длительности импульсом формируются логические состояния, которые поддерживают в течении (T1+τ1) неизменным коэффициент лавинного умножения лавинного фотодиода.The adjustment of the avalanche multiplication coefficient is carried out during the pulse τ 2 . Outside the interval τ 2 , the logical states are generated at the outputs of the duration discriminator by the pulse, which maintain during the (T 1 + τ 1 ) constant the avalanche multiplication coefficient of the avalanche photodiode.
Если в течение интервала T1 на временном отрезке τ1/2 мощность сигнала превышает мощность импульса засветки источником оптического излучения Pи и равна Pс, то напряжение на выходе регулируемого источника питания изменится таким образом, что у лавинного фотодиода коэффициент умножения М станет равнымIf during interval T 1 at time interval τ 1/2 power of the signal exceeds the power of pulse illumination optical radiation source and P and P is equal to, the voltage at the output of the controlled power source changes in such a way that the multiplication factor of the avalanche photodiode becomes equal to M
М=Vоп/PсSoRвxKу M = V op / P with S o R in x K y
Таким образом, в прототипе коэффициент умножения лавинного фотодиода при малой мощности сигналов, принимаемых в течение строки, поддерживается при постоянном значении Мо - близком к оптимальному, обеспечивающему наилучшее значение отношения сигнал/шум. При большой мощности сигнала коэффициент умножения лавинного фотодиода регулируется в зависимости от мощности сигналов, принимаемых в течение строки.Thus, in the prototype, the multiplication factor of the avalanche photodiode at low power of the signals received during the string is maintained at a constant value of M o - close to optimal, providing the best signal-to-noise ratio. With a large signal power, the multiplication factor of the avalanche photodiode is adjusted depending on the power of the signals received during the line.
Недостатком прототипа является то, что при использовании устройства в сканирующих системах с суммированием сигналов двух фотоприемных устройств могут возникать искажения при формировании изображения из-за различия чувствительности этих двух фотоприемных устройств. В сканирующей системе, с использованием суммирования сигналов двух фотоприемных устройств, эффективная площадь объектива каждого фотоприемника (внеосевых параболических зеркал), в зависимости от угла сканирования φ, может изменяться в 2-3 раза. Мощность сигнала от наиболее светлых участков местности Pс по которым осуществляется стабилизация М, также может различаться в 2-3 раза, если светлые участки The disadvantage of the prototype is that when using the device in scanning systems with the summation of the signals of two photodetector devices, distortions may occur during image formation due to differences in the sensitivity of these two photodetector devices. In a scanning system, using the summation of the signals of two photodetectors, the effective lens area of each photodetector (off-axis parabolic mirrors), depending on the scanning angle φ, can vary by 2-3 times. The signal power from the brightest sections of the terrain P with which M is stabilized can also vary by a factor of 2–3 if the bright sections
местности расположены на краю полосы обзора. То есть, когда стабилизация коэффициента умножения лавинного фотодиода М осуществляется по принимаемому сигналу, из-за различия эффективной площади объективов в течение строки изображения чувствительность двух фотоприемников может различаться в 2-3 раза, что приведет к искажению изображения.The terrain is located on the edge of the line of sight. That is, when the multiplication coefficient of the avalanche photodiode M is stabilized by the received signal, due to the difference in the effective area of the lenses during the image line, the sensitivity of the two photodetectors may differ by 2-3 times, which will lead to image distortion.
Сущность технического решения в полезной модели направлена на уменьшение искажений при формировании изображений в сканирующих устройствах с суммированием сигналов двух фотоприемных устройств.The essence of the technical solution in the utility model is aimed at reducing distortions when forming images in scanning devices with the summation of the signals of two photodetector devices.
Поставленная цель достигается тем, что в фотоприемном устройстве (в инфракрасном лазерном сканирующем устройстве - Патент России №2027202 используются два фотоприемных устройства, описываемых в данной полезной модели), источник опорного напряжения выполнен регулируемым в течение строки изображения, а его управляющий вход соединен с третьим выходом блока синхронизации.This goal is achieved by the fact that in the photodetector (in the infrared laser scanning device - Patent of Russia No. 2027202 uses two photodetector devices described in this utility model), the reference voltage source is adjustable during the image line, and its control input is connected to the third output block synchronization.
На фиг.1 приведена блок схема фотоприемного устройства, на фиг.2 приведена приемная часть оптической схемы инфракрасного лазерного сканирующего устройства с суммированием сигналов двух фотоприемных устройств, на фиг.3 приведена зависимость эффективной площади каждого из двух внеосевых параболических зеркал инфракрасного лазерного сканирующего устройства от угла сканирования.Figure 1 shows the block diagram of the photodetector, figure 2 shows the receiving part of the optical circuit of an infrared laser scanning device with the summation of the signals of two photodetectors, figure 3 shows the effective area of each of the two off-axis parabolic mirrors of the infrared laser scanning device scan.
Устройство содержит последовательно соединенный лавинный фотодиод 1, усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, компаратор 4, дискриминатор длительности импульсов 5, а также регулируемый источник 6 питания, выход которого соединен с лавинным фотодиодом 1, а первый и второй входы соединены соответственно с первым и вторым выходами дискриминатора длительности импульсов 5, блок оценки сигналов 7, вход которого соединен с выходом усилителя 2, источник 8 опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом компаратора 4, высокочастотный генератор 9, выход которого соединен со вторым входом дискриминатора длительности импульсов 5, источник 10 оптического The device comprises a series-connected avalanche photodiode 1, an amplifier 2, a low-pass filter 3, a comparator 4, a pulse duration discriminator 5, and an adjustable power supply 6, the output of which is connected to the avalanche photodiode 1, and the first and second inputs are connected respectively to the first and second the outputs of the discriminator of the pulse duration 5, the signal evaluation unit 7, the input of which is connected to the output of the amplifier 2, the reference voltage source 8, the output of which is connected to the second input of the comparator 4, a high-frequency generator OP 9, the output of which is connected to the second input of the discriminator of the pulse duration 5, the source 10 of the optical
излучения, оптически связанный с лавинным фотодиодом 1 и блок синхронизации 11, первый выход 12 которого соединен с источником 10 оптического излучения и синхронизирующим входом блока оценки сигнала 7, а второй выход 13 соединен с третьим входом дискриминатора длительности импульсов 5, причем источник 8 опорного напряжения выполнен регулируемым в течение строки изображения, а его управляющий вход соединен с третьим выходом 14 блока синхронизации 11.radiation optically coupled to the avalanche photodiode 1 and the synchronization unit 11, the first output of which 12 is connected to the optical radiation source 10 and the synchronizing input of the signal estimation unit 7, and the second output 13 is connected to the third input of the pulse duration discriminator 5, and the voltage reference source 8 is made adjustable during the image line, and its control input is connected to the third output 14 of the synchronization unit 11.
Фотоприемное устройство работает следующим образом. При использовании в инфракрасных лазерных сканирующих системах (см. фиг.2) устройство принимает периодически повторяющиеся сигналы (строки изображения). В сканирующей системе используются два фотоприемных устройства - первое фотоприемное устройство 15 и второе фотоприемное устройство 16, которые принимают лазерные сигналы, отраженные боковыми гранями четырехгранного сканера 17, и сфокусированные первым 18 и вторым 19 внеосевыми параболическими зеркалами. После обработки принимаемых сигналов в фотоприемных устройствах они складываются в аналоговом сумматоре 20 и поступают в блок регистрации 21, формирующий изображение местности. По сути работы, каждое из фотоприемных устройств работает независимо от другого фотоприемного устройства.The photodetector operates as follows. When used in infrared laser scanning systems (see figure 2), the device receives periodically repeating signals (image lines). The scanning system uses two photodetectors - the first photodetector 15 and the second photodetector 16, which receive laser signals reflected by the side faces of the tetrahedral scanner 17 and focused by the first 18 and second 19 off-axis parabolic mirrors. After processing the received signals in photodetectors, they are added to the analog adder 20 and fed to the registration unit 21, which forms the image of the area. In essence, each of the photodetectors works independently of the other photodetector.
Строка изображения (цикл приема) разделена на два интервала: T1 - прием оптического излучения, Т2 - подстройка коэффициента умножения лавинного фотодиода. Синхронизация цикла приема осуществляется блоком 11 синхронизации, на выходе 12 которого в интервале Т2 формируется первый импульс длительностью τ1, и следующий за ним на выходе 13 второй импульс длительностью τ2. Во время первого импульса осуществляется засветка лавинного фотодиода 1 эталонным излучением источника 10 оптического излучения. Если во время интервала T1 мощность принимаемого излучения значительно меньше мощности эталонного излучения во время импульса τ1, то в этом случае стабилизация The image line (reception cycle) is divided into two intervals: T 1 - reception of optical radiation, T 2 - adjustment of the multiplication factor of the avalanche photodiode. The reception cycle is synchronized by the synchronization unit 11, at the output 12 of which, in the interval T 2 , a first pulse with a duration of τ 1 is formed , and a second pulse with a duration of τ 2 following it at the output 13. During the first pulse, the avalanche photodiode 1 is illuminated by the reference radiation of the optical radiation source 10. If during the interval T 1 the power of the received radiation is much less than the power of the reference radiation during the pulse τ 1 , then in this case, stabilization
коэффициента умножения лавинного фотодиода осуществляется по мощности эталонного излучения. Этот световой импульс длительностью τ1, преобразуется лавинным фотодиодом 1 в импульс тока, амплитуда которого пропорциональна коэффициенту умножения лавинного фотодиода 1. На входном сопротивлении усилителя 2 импульс тока преобразуется в импульс напряжения, который усиливается усилителем 2 и поступает через фильтр 3 нижних частот на компаратор 4. Сигнал на выходе компаратора 4 равен логической «1», если сигнал на его входе превышает опорное напряжение с источника 8 опорного напряжения. В течение Т2 опорное напряжение равно Vоп. Дискриминатор длительности импульсов 5 проверяет, не превышает ли логическая «1» с компаратора 4 в течение τ1 длительности τ1/2. Если длительность логической «1» с компаратора 4 превышает τ1/2 то дискриминатор длительности импульсов 5 в течение τ2 уменьшает напряжение на выходе регулируемого источника 6 питания, и уменьшает коэффициент лавинного умножения. Если длительность логической «1» с компаратора 4 меньше τ1/2, то дискриминатор длительности импульсов 5 в течение τ2 увеличивает напряжение на выходе регулируемого источника 6 питания и увеличивает коэффициент лавинного умножения. Таким образом в лавинном фотодиоде 1 поддерживается коэффициент лавинного умножения М0, равныйthe multiplication factor of the avalanche photodiode is carried out by the power of the reference radiation. This light pulse of duration τ 1 is converted by an avalanche photodiode 1 into a current pulse, the amplitude of which is proportional to the multiplication factor of the avalanche photodiode 1. At the input resistance of amplifier 2, the current pulse is converted into a voltage pulse, which is amplified by amplifier 2 and fed through low-pass filter 3 to comparator 4 The signal at the output of the comparator 4 is equal to the logical "1" if the signal at its input exceeds the reference voltage from the source 8 of the reference voltage. During T 2, the reference voltage is V op . The discriminator of the pulse duration 5 checks whether the logical “1” from the comparator 4 exceeds for τ 1 the duration of τ 1/2 . If the duration of the logical “1” from the comparator 4 exceeds τ 1/2, then the discriminator of the pulse duration 5 during τ 2 reduces the voltage at the output of the regulated power source 6, and reduces the coefficient of avalanche multiplication. If the duration of the logical “1” from the comparator 4 is less than τ 1/2 , then the discriminator of the pulse duration 5 during τ 2 increases the voltage at the output of the regulated power supply 6 and increases the coefficient of avalanche multiplication. Thus, in the avalanche photodiode 1, the avalanche multiplication coefficient M 0 is maintained, which is equal to
Mo=Vоп/PиSoRвxKу M o = V op / P and S o R in x K y
где Vоп - напряжение на выходе источника опорного напряжения;where V op - voltage at the output of the reference voltage source;
Ри - мощность импульса засветки лавинного фотодиода источником оптического излучения;P and - the pulse power of the exposure of the avalanche photodiode by the source of optical radiation;
So - токовая чувствительность лавинного фотодиода без лавинного умножения;S o - current sensitivity of the avalanche photodiode without avalanche multiplication;
Pвx - входное сопротивление усилителя;P in - input impedance of the amplifier;
Kу - коэффициент усиления усилителя по напряжению.K y - the gain of the amplifier voltage.
Вне интервала τ2 в устройстве в течение (T1+τ1) поддерживается неизменный коэффициент умножения лавинного фотодиода 1.Outside the interval τ 2 in the device during (T 1 + τ 1 ) is maintained constant multiplication factor of the avalanche photodiode 1.
Если в течение интервала T1, на выходе компаратора 4 в течение суммарного времени τ1/2 формируется логическая «1», то коэффициент умножения лавинного фотодиода будет меньше М0. В течение интервала T1 (в течение строки изображения) регулируется напряжение на выходе источника 8 опорного напряжения - оно равно Vоп * (в течение Т2 оно равно Vоп). В лазерной сканирующей системе с суммированием сигналов двух фотоприемных устройств (см. фиг.2) эффективная площадь внеосевых параболических зеркал 18, 19 зависит от угла сканирования. По сути эффективная площадь параболических зеркал 18, 19 определяется тем, какая часть зеркал эффективно работает - «засвечивается» принимаемыми световыми потоками, отраженными от боковых зеркальных граней четырехгранного сканера 17. В каждый момент времени t в течение T1 оба фотоприемных устройства 15, 16 принимают световые потоки от одного и того же участка местности. После сложения сигналов с выходов фотоприемных устройств 15, 16 в аналоговом сумматоре 20 происходит запись изображения подстилающей местности в блоке регистрации 21.If during the interval T 1 , at the output of the comparator 4, a logical “1” is formed during the total time τ 1/2 , then the multiplication coefficient of the avalanche photodiode will be less than M 0 . During the interval T 1 (during the image line), the voltage at the output of the reference voltage source 8 is regulated - it is equal to V op * (during T 2 it is equal to V op ). In a laser scanning system with the summation of the signals of two photodetectors (see figure 2), the effective area of off-axis parabolic mirrors 18, 19 depends on the scanning angle. In fact, the effective area of parabolic mirrors 18, 19 is determined by what part of the mirrors works efficiently - it is “illuminated” by the received light fluxes reflected from the side mirror faces of the tetrahedral scanner 17. At each time t during T 1 both photodetectors 15, 16 receive luminous fluxes from the same area. After adding the signals from the outputs of the photodetectors 15, 16 in the analog adder 20, the image of the underlying terrain is recorded in the registration unit 21.
У первого параболического зеркала в начале строки эффективная площадь максимальна, а затем уменьшается (изменение угла сканирования от -φmax до +φmax), а у второго параболического зеркала в начале строки эффективная площадь минимальна, а затем увеличивается. Эффективные площади двух зеркал в середине строки T1 равны между собой (φ=0), а в течение строки изменяются в пределах одинаковых границ. Графики зависимости эффективных площадей первого и второго параболических зеркал от угла сканирования φ приведены на фиг.3 и имеют следующие математические зависимости:For the first parabolic mirror at the beginning of the line, the effective area is maximum and then decreases (change in the scanning angle from -φ max to + φ max ), and for the second parabolic mirror at the beginning of the line, the effective area is minimum and then increases. The effective areas of two mirrors in the middle of the line T 1 are equal to each other (φ = 0), and during the line they vary within the same boundaries. Graphs of the dependence of the effective areas of the first and second parabolic mirrors on the scan angle φ are shown in figure 3 and have the following mathematical dependencies:
Sперв=Smax cos(45+φ/2) Sвтор=Smax cos(45-φ/2)S first = S max cos (45 + φ / 2) S second = S max cos (45-φ / 2)
Напряжение источника 8 повторяет зависимость эффективной площади параболических зеркал Sэф от угла сканирования φ - времени в течение строки Т1 (у первого фотоприемного устройства Sэф=Sперв, у второго фотоприемного устройства Sэф=Sвтор) Следует выбрать Vоп * - напряжение на выходе источника 8 опорного напряжения таким, чтобы в течение T1 Vоп было бы равно:The voltage of the source 8 repeats the dependence of the effective area of parabolic mirrors S eff on the scan angle φ - time during the line T 1 (for the first photodetector S eff = S first , for the second photodetector S eff = S sec ) Choose V op * - voltage the output of the source 8 of the reference voltage so that during T 1 V op it would be equal to:
Vоп *=VопSэф/Smax V op * = V op S eff / S max
Vоп * регулируется в течение T1, а в течение Т2 Vоп *=Vоп. Синхронизация и управление регулируемых источников 8 опорного напряжения осуществляется за счет того, что его управляющий вход соединен с третьим выходом 14 блока синхронизации 11, причем в качестве выхода 14 может использоваться шина данных об угле сканирования φ (времени от начала строки - t в течение времени приема оптических сигналов T1). Простейший вариант реализации регулируемого источника 8 опорного напряжения это последовательное соединение программируемого постоянного запоминающего устройства и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), при этом в качестве сигнала управления 14 используется шина угла сканирования φ.V op * is regulated during T 1 , and during T 2 V op * = V op . The synchronization and control of the regulated sources of reference voltage 8 is carried out due to the fact that its control input is connected to the third output 14 of the synchronization unit 11, and as the output 14, a data bus about the scanning angle φ (time from the beginning of the line - t during the reception time can be used) optical signals T 1 ). The simplest embodiment of an adjustable reference voltage source 8 is a serial connection of a programmable read-only memory and a digital-to-analog converter (DAC), while the scan angle bus φ is used as the control signal 14.
Использование регулируемого источника 8 опорного напряжения позволяет сделать срабатывание компаратора 4 зависящим только от коэффициентов отражения лазерного излучения от местности, сбалансировать чувствительности двух фотоприемных устройств и таким образом уменьшить искажение при формировании изображений в устройствах с суммированием сигналов двух фотоприемных устройств.Using an adjustable reference voltage source 8 makes it possible to make the comparator 4 operate only depending on the reflection coefficients of the laser radiation from the terrain, to balance the sensitivity of two photodetector devices, and thus reduce distortion in the formation of images in devices with the summation of the signals of two photodetector devices.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007116548/22U RU66522U1 (en) | 2007-05-04 | 2007-05-04 | PHOTO RECEIVER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007116548/22U RU66522U1 (en) | 2007-05-04 | 2007-05-04 | PHOTO RECEIVER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU66522U1 true RU66522U1 (en) | 2007-09-10 |
Family
ID=38598847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007116548/22U RU66522U1 (en) | 2007-05-04 | 2007-05-04 | PHOTO RECEIVER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU66522U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2589747C2 (en) * | 2014-10-24 | 2016-07-10 | Александр Евгеньевич Соколов | Photodetector |
-
2007
- 2007-05-04 RU RU2007116548/22U patent/RU66522U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2589747C2 (en) * | 2014-10-24 | 2016-07-10 | Александр Евгеньевич Соколов | Photodetector |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8675181B2 (en) | Color LiDAR scanner | |
| KR101162177B1 (en) | Device for compensating gain of avalanche photo diode in optic measuring device | |
| KR102699690B1 (en) | Airborne terrain-water depth lidar system and method thereof | |
| US9473768B2 (en) | Optical non-uniformity correction (NUC) for active mode imaging sensors | |
| US8681260B2 (en) | Dual site imaging camera | |
| CN111045030B (en) | Depth measuring device and method | |
| JPWO2018211831A1 (en) | Photodetectors and portable electronics | |
| Liebe et al. | Distance measurement utilizing image-based triangulation | |
| CN107356914B (en) | Calibration system for satellite-borne laser radar detector | |
| CN111492261B (en) | Laser receiving circuit, range unit and mobile platform | |
| US11959801B2 (en) | Hyperspectral imaging systems | |
| ES2739712T3 (en) | Procedure for the detection of pulsed laser radiation, as well as laser imager | |
| CN110456371B (en) | Laser radar system and related measurement method | |
| CN207833020U (en) | A kind of laser radar scanning imaging system | |
| RU66522U1 (en) | PHOTO RECEIVER | |
| RU2442959C1 (en) | Laser rangefinder binoculars | |
| RU190705U1 (en) | Lidar for atmospheric sensing | |
| CN111610535A (en) | Active lighting correlation imaging system and active lighting correlation imaging method | |
| CN115963061A (en) | Multi-spectral transmission type atmospheric extinction coefficient measuring device and calibration method | |
| RU2017064C1 (en) | Image converter for measuring size of heated objects | |
| CN116559825A (en) | Laser system and laser measurement method | |
| CN114488464A (en) | Anti-shake optical zoom system based on acquisition of high-speed moving object | |
| RU172076U9 (en) | INFRARED LASER SCANNING DEVICE | |
| RU2820168C1 (en) | Four-spectrum video surveillance system | |
| RU2808963C1 (en) | Three-spectrum video surveillance system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20090505 |