Document 4232934

Номинация
«Перспективный проект»
Тема проекта
Безлинзовые методы преобразования малого углового смещения лазерного луча в круговое
сканирование и приема излучения малогабаритным приемником в пределах пространственной
полусферы
Организация: Частное лицо
Руководитель проекта: Полканов Юрий Алексеевич,
б.н.с. (бывший научный сотрудник)
2. Аннотация.
Предлагаемое излучающее устройство преобразовывает возвратно-поступательное линейное
движение лазерного луча в пределах нескольких градусов в возвратно-поступательное круговое
движение. Причем скорость такого кругового сканирования не зависит от угла конуса
сканирования, а определяется временем упомянутого малого (в пределах нескольких градусов)
линейного перемещения лазерного луча с помощью стандартных методов. Основу предлагаемого
устройства представляет простой оптический элемент с малыми потерями преобразования на
скользящее отражение.
Приемное устройство имеющее аналогичный приемный элемент обеспечивает сбор излучения
из широкой пространственной зоны (близкой к полусфере), с пропорциональной зависимостью
интенсивности регистрируемого сигнала от угла падения соответствующего светового луча,
например рассеянного назад неким объектом лазерного излучения. Причем падающее с
определенного направления излучение преобразуется в соответствующую кольцевую зону на
приемнике. Исходя из положения сканирующего луча и кольцевой зоны на приемнике определяется
направление с которого пришел отраженный сигнал и расстояние до источника отражения.
Данные устройства могут найти применение в компактных системах сканирования для
широкого круга задач науки и техники которые даже трудно перечислить. Отсутствие сложных
оптических элементов позволяет избежать дорогостоящих технологий изготовления, недоступность
прямого воздействия на рабочую зону позволяет обеспечить высокую надежность
функционирования системы.
Предполагается выход на рынок охранных систем, использующих для контроля зоны защиты
различные оптические методы слежения, особенно с использованием лазерных систем. Такие
устройства могут найти применение как в простых датчиках движения, так и в сложных охранных
комплексах, определяющих положение и движение инородного объекта в зоне защиты для
последующего на него воздействия. Последующая корректировка и уточнение методики и
технологии изготовления позволит использовать сканирующее устройство системы в решении
задач экологии, картографии, высоких технологий, медицины и биологии. Общим для них является
необходимость использования системы лазерной развертки. В нашем случае это оригинальной
высокоскоростной возвратно-поступательной круговой развертки на плоскости, и трехмерной
развертки, способной охватить почти всю видимую полусферу, при использовании дополнительных
средств.
3. Информация о заявителе.
Организация: Частное лицо.
Адрес: 220019, г. Минск, ул. Сухаревская, д. 3, кв. 39
Телефон: +375-296-15-62-12 (моб.), +375-315-62-12 (дом.)
Адрес электронной почты: ypolk@yandex.ru
Руководитель проекта: Полканов Юрий Алексеевич, ведущий инженер-программист,
отдел АСУ, АК ”Ждановичи”.
Перечень важнейших работ:
[1] Полканов Ю.А. Матюшков В.Е., Котляр В.Л., Юдицкий В.А. Устройство для обработки
материалов излучением оптического квантового генератора. Авт. свид-во СССР N 585777 кл.
В23К26/00 от 14.05.76, опубл. 29.08.77.
[2] Полканов Ю.А О регулярности структуры неоднородностей рассеяния оптического
излучения и их связи с метеопараметрами. Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985,
т. 21, N 7, с. 720-726.
[3] Полканов Ю.А. Возможности повышения точности измерения сигнала рассеяния оптического
излучения в атмосфере. Радиотехника и электроника. 1988, т. 33, № 12 с. 2599-2603.
[4] Полканов Ю.А. Способ определения положения оптической неоднородности атмосферы.
Авт. свид-во СССР N 1448907, кл. G01W1/00 от01.06.86, опубл. 01.09.88.
[5] Полканов Ю.А. Способ
обнаружения
структуры
оптических неоднородностей
атмосферы. Авт. свид-во СССР N 1597816 кл. G01W1/00 от 05.07.88, опубл. 08.06.90.
[6] Полканов Ю.А. Кудинов В.Н. Об
одной
возможности
анализа периодической
структуры сложного сигнала. Известия вузов. Приборостроение. 1989, т. 32, N 4, с. 6-11
[7] Полканов Ю.А О динамике структуры сигнала рассеяния и ее связи с метеоситуацией.
Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана.1989, т. 25, N 6,
с. 599-603
[8] Полканов Ю.А О согласованности изменения структуры оптических неоднородностей
атмосферы и комплекса метеопараметров. Метеорология и гидрология 1991, N 3, c. 39-48.
[9] Полканов Ю.А. Об одной возможности выделения
аномальной неоднородности
атмосферы (Метод нелинейной фильтрации). Оптика атмосферы и океана, 1992, т. 5, N- 7, с. 720725.
[10] Полканов Ю. А. Выявление признаков организации сложной структуры неоднородностей
непрерывной среды http://sciteclibrary.ru/ Статьи и публикации. Физическая механика. опубл.
21/09/2005.
[11] Полканов Ю. А. Выявления аномалии в пространственной структуре неоднородной
непрерывной среды, обусловленной нарушением ее термодинамической устойчивости.
http://sciteclibrary.ru/ Статьи и публикации. Физическая механика, опубл. 21/09/2005., http://xaoc.ru/
Физика, опубл. 21/10/2005.
[12] Полканов Ю.А. Возможности повышения точности измерения сигнала рассеяния от
непрерывной среды. http://sciteclibrary.ru/ Статьи и публикации. опубл. 21/10/2005.
[13] Полканов Ю.А. О регулярности структуры неоднородностей рассеяния оптического
излучения и их связи с метеопараметрами. http://xaoc.ru/ Физика, опубл. 21/10/2005.
4. Современное состояние исследований и разработок в области реализации проекта.
Новизна предлагаемого подхода по сравнению с известными.
Существует множество аналогов нашей системе применяемых при решении широкого круга
задач лазерного сканирования. По типу развертывающего элемента (дефлектора) лазерные
сканирующие устройства можно разделить на устройства, в которых используются оптикомеханические дефлекторы с колеблющимися или вращающимися зеркалами, и на акустооптические
дефлекторы. (http://www.compuart.ru/Archive/CA/2004/6/17/). Все они требуют использования
достаточно технологически сложных и дорогих оптических элементов, имеющих проблемы
компактного исполнения и проблемы защиты в неблагоприятных условиях..
По сфере применения это могут быть простейшие системы оптоэлектронных датчиков,
например SICK AG — мирового лидера в производстве оптоэлектронных датчиков различного типа.
(http://www.sick-rus.ru/prodsensgr.php?num=21);
лазерные
сканирующие
системы
FARO
(http://www.jena.ru/cgi/content/contentTT.pl?tmpl=char&list=lasscan_iQ&id=1109672202); бесконтактные
лазерные системы для охраны помещений (http://www.sensor.ru/articles/299/element_593.html) и т.д.
Направление поиск новых решений в параллельной области ярко иллюстрирует создание
плоского объектива, где блестящего решена задача компактного исполнения с использованием
высоких
технологий,
при
внешней
простоте
решения.
(http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/top/index_science.shtml?2007/02/02/233892)
В
основе
конструкции объектива – родственная идея использования кольцевой апертуры и многократного
переотражения света между двумя параллельными поверхностями.
Предлагаемая система не требует таких сложных технологий при близкой компактности
решения.
Новизна предлагаемого подхода по сравнению с известными в преобразовании с малыми
потерями малоуглового смещения лазерного луча в полноценное возвратно-поступательное круговое
сканирование в плоскости перпендикулярной оптической оси системы, при возможности превратить
такое сканирование в трехмерное, 3D-сканирование, в виде раскрывающегося почти на 360 градусов
конуса.
5. Сущность предлагаемой разработки.
Сущность предлагаемой разработки в использовании для излучающей системы простого
оптического элемента для преобразования направления движения лазерного луча путем его
отражения от внутренней поверхности этого элемента с изменением направления его малого
линейного перемещения в движение по образующей конуса требуемого угла раствора. Это
приводит к преобразованию малоуглового, возвратно-поступательного смещения лазерного луча в
возвратно-поступательное круговое движение с углом раствора равным углу падения луча на
внутреннюю отражающую поверхность упомянутого элемента. Чем больше угол, тем больше
раскрытие зондирующего конуса, в предельном случае приводящее к сканированию близкому к
круговому.
Аналогичный приемный элемент, при обратном ходе лучей, обеспечивает прием излучения с
определенного направления, соответствующего текущему положению сканирующего луча, при
наличии отражающих объекта или объема среды. Причем излучение падающее на фотоприемник
под определенным углом пространственно преобразуется пространственно в кольцевую зону на
поверхности фотоприемника, в плоскости преобразования оптического сигнала в электрический,
когда ширина кольца определяется зоной отражения, а его размер упомянутым углом падения на
преобразующий элемент. Таким образом размер зоны отражения задает ширину кольца, а угловое
положение отражающего объекта, относительно оптической оси приемной системы, задает размер
кольца. Соотнесение мгновенного текущего положения луча сканирования, по времени, с моментом
регистрации сигнала из той или иной кольцевой зоны задает положение зоны отражения в
пространстве.
Фактически использованием упомянутого оптического элемента достигается своеобразная
инверсия – пространственно сложные оптические элементы (типа линз, призм) заменяются на
простой оптический элемент, но одновременно относительно простой ход отраженных или
преломленных лучей “заменяется”
на пространственно сложный ход лучей, получаемый
естественным образом в упомянутом элементе.
Такие устройства позволят обеспечить эффективное решение широкого круга задач экологии,
картографии, высоких технологий, медицины и биологии требующих использования
высокоскоростных сканирующих систем.
Простота производства, без требования строгого выдерживания сложной геометрии
поверхностей, компактность,
высокая скорость сканирования, определяемая временем
малоуглового смещения лазерного луча отклоняющей системой, расположенной на входе
сканирующей системы, а не параметрами самой сканирующей системы, являются отличительными
признаками подобных систем.
6. Права на интеллектуальную собственность.
В 90-е годы была подана заявка на авторское свидетельство на подобное устройство (ДСП). В
связи с потерей части документов не могу привести точные данные. В идейном плане сторонние
организации или лица отношения не имеют. В формальном плане заявка шла от НИИ прикладных
физических проблем при БГУ (г. Минск). Мероприятия по дальнейшей защите интеллектуальной
собственности не проводились. Предполагается найти ряд новых технических решений потенциальной
патентоспособности.
7. Конкурентные преимущества.
Простота производства, без требования строгого выдерживания сложной геометрии
поверхностей, компактность,
высокая скорость сканирования, определяемая временем
малоуглового смещения лазерного луча отклоняющей системой расположенной на входе
сканирующей системы, а не параметрами самой сканирующей системы.
8. Рынок сбыта.
Не владею такой информацией профессионально.
9. Порядок коммерциализации результатов разработки.
“Команда проекта” отсутствует. Энтузиасты, в наше время, готовы появиться лишь при наличии
финансирования, возможно на базе СКТБ НИИ прикладных физических проблем при БГУ г. Минск.
Проект находиться в начальной стадии подготовки к НИОКР. Существующий местный научнопроизводственный потенциал позволяет говорить о возможности организации серийного производства
предлагаемого продукта, например на базе завода им. Вавилова или отделения ЙЕНА Инструмент,
при возможности продажи права на производство предлагаемого типа продукта.
В инициативном плане, частным образом, проверка была проведена при макетной реализация
в институте электроники АН БССР в 1987 г Она показала практическую эффективность такой
сканирующей системы. Документы о проведении таких работ не сохранились. Бизнес-плана нет изза смены рода деятельности и отсутствия контактов со специалистами этой сферы.
10. Состояние и источники инвестирования в реализацию проекта.
Разработка носит инициативный характер. В свое время в системе Академии Наук не удалось
заинтересовать соответствующие органы в необходимости инвестиций. Привлечение внешних
инвестиций (кредитов) в ходе дальнейшего выполнения проекта необходимо. На какие цели, в каких
формах, в каких объемах – это требует дальнейшей проработки с лицами владеющими знаниями в
этой сфере, при появлении хотя бы возможности финансирования. Переговоры по этому поводу
можно провести с представителями Минского завода им. Вавилова и рядом фирм г. Минска,
занимающихся системами сканирования и охранными системами.
На первом этапе предполагается отработка технологии производства системы сканирования,
поиск более подходящих материалов, соотношений геометрических параметров, компьютерного
моделирования хода лучей в предлагаемом устройстве с целью его оптимизации, повышения точности
отождествления пространственного положения сканирующего луча и формы его поперечного сечения,
возможно с учетом поляризации.
На втором этапе предполагается проведение аналогичных работ с приемной системой, включая
геометрию расположения и тип фотоприемников, компьютерное моделирование процессов
перераспределения излучения в зоне расположения фотоприемников,
алгоритмизации
пространственно-временной обработки результатов приема приходящего излучения, выбора
оптимального варианта в зависимости от задачи решаемой приемной системой.
На третьем этапе предполагается совмещение двух систем в единый комплекс с отработкой
алгоритма согласования момента регистрации возможного прихода отраженного излучения с
пространственно-временным положением лазерного луча и скорости его углового премещения.
11. Предстоящие затраты по проекту.
Не имею опыта по формированию такой информации.