Значит длиннофокусная линза только? Странно это выглядит, и ход лучей непонятен, но если работает значит тем лучше =).
Значит можно взять длиннофокусную и экран из матрицы, и это типа точный дальномер? Но где взять длиннофокусную линзу с исправлением искажений всяких.


Странно, обычно начинают с экскурса в историю, ну у него вроде пару книг. Вроде детальней чем у него нигде не было. Да и зачем вам линзы с 20 метровым фокусом? Хотите вдруг там формулы расчета? Ну тогда поищите еще литературу, по телескопам их пачки, но там не для CCD камеры, этож какой год был...
А на практике из оптики что достанете то и будет, смысл расчетов?
Может покатит вообще полуметровый фокус очковой линзы, ведь лазер тонкий + калибровка, нужен эксперимент в железе. Может если шарите то можно в ZEMAX подвигать линзы от очков на исправление искажений, но это немного утопия, а может и нет.
Можно сделать микро зеркало телескопа например 30 мм диаметром из методики по телескопам но это слишком, хотя люди делают, но нужно быть фанатиком. И врядли кто-то такое повторит даже если добейтесь дальномера на 10 метров, хотя кто знает…

Когда-то попадался автор в земаксе потестировал сферические поверхности очковых линз и рассчитал расстояния оптимума на минимум аббераций и хроматизма( комбинация собирающей и рассеивающей линз).Для телескопа мелкого.
Можно найти длиннофокусный объектив фотика на барахолке, но как повторят тогда ваш дальномер если он будет уникальный, может поискать общепопулярный для базаров.А если взять обычный объектив б\у фотика ( фокус вроде 50 мм )фотика и поставить рассеивающую линзу, но она наверно даст искажения.

Мне кажется призмы всеравно будут рулить и работать дальше, нужно измерять угол применяя оптический рычаг, а сам угол измерять не инерционным энкодером а светоимпульсным. Кроме того оптический рычаг можно уложить двумя зеркалами, а базу замера даже уменьшить.
Количество импульсов света зависит от угла поворота. Например проецируем на призму подобие тени от расчески, а фотодиод будет считать импульсы, вот и все=).Точность оборотов не имеет значения. Теперь нужно придумать как проецировать растр подобие расчески на фотодиод, и чтобы было побольше полос в нем, может дифракционную решетку большого шага купить из опытов для школы...
А можно сжать сечение пучка лазера, и несколько раз проецировать через дифракционную решетку, тогда и спектральный фильтр можно поставить. Можно проецировать светодиод через тюль от занавесок Нужна маска света из вертикальных штрихов, порядка 360 штук точность на 10м выходит 27 мм =).

-Так… Я не поняла зачем тебе тюль??!
-Ну мам... Это будет оптическая маска для проектора бинарного растра на прецизионный высокооборотистый оптический свтоимпульсный инкрементный энкодер для триангуляционного лазерного дальномера с полигональным зеркалом …
-Што?? 0_o

В той же википедии в схеме Ньютона показан ход лучей.
Объектив строит действительное изображение, которое регистрируется матрицей. Если человек хочет такое изображение рассмотреть, то нужно рассматривать его через окуляр, который даст на выходе параллельный пучок излучения. Хрусталик глаза вновь сфокусирует этот пучок в изображение на сетчатке.

Я страшивал про конкретные примеры использования телескопа без окуляра, о которых вы упоминали ранее.

Напоминаю, что требуемая точность измерения угла - 1 угловая минута (для точности 5см на 5 м при базе 10 см).
Насколько я понимаю, если взять шестигранную призму, то область сканирования будет 60 градусов. 60 градусов/ 1 угловую минуту = 3600. Именно такое разрешение должен иметь энкодер. В пылесосах Neato используют линейку на 2048 пикселей и алгоритмы субпиксельного разрешения, и точность там как раз примерно такая.
Для точности 5 см на расстоянии 10м при базе 10 см нужна точность измерения угла - 10 угловых секунд (точность неплохого теоделита).

Значит минуты определить нереально, либо нужен оптический нелинейный энкодер угла по количеству граней призмы принтера…
Ясно откуда минуты у вас, яж сам говорил, чета я стал не так считать. Тогда реально решение только системы сдвига луча, их можно настроить и самое важное линейность показаний, а не экспоненциальность замеров или чето такое в угловом методе.
А если по поводу что на дальних дистанциях сильно ошибка будет, тогда нужно взять просто систему которая сдвигает луч а не поворачивает, тогда точность будет линейной.
Лазер сдвигается призмой преломления, а текущий угол этой призмы считается за счет отражения от такой же призмы но зеркальной, и оптический рычаг( при повороте зеркала на 45 град дает поворот луча на 90) и механический рычаг ( между парой зеркал пустить луч, выходит замер к примеру как на 3 метровом в диаметре энкодере, это и даст точность угла).А еще лучше придумать сдвиг луча на зеркалах.
А если еще увеличить точность, то тогда нужна система сдвигающая луч на зеркалах в одну сторону при повороте на 360 градусов, вы знаете такие?

Либо линейный энкодер двигать с нелинейной скоростью( оптически), либо нелинейный энкодер проецировать на призму…
Это нужно прикинуть растр нелинейного энкодера с учетом граней призмы принтера, положения лазера, его лощины, диаметра поля зрения приемника на 10 метрах в программе, даже 360 штрихов если линейная точность в итоге будет по расстоянию, 27 мм точность и нет диких 3600.

Так решили попробовать с длиннофокусной линзой и матрицей? Или вопрос как идея останется на N времени? Всеже самый адекватный вариант.

Не пробовали подойти к матрице CCD камеры\ мобильника отдельно вообще со своим железом? И читать отдельно одну строку. Если камер 640 пикселей, то взяв ИК лазер разрешение утроиться, а может будет и пробивать на все субпиксели и красный лазер.

Даже если двигать луч, а не поворачивать его, углы никуда не денутся, и их нужно будет измерять с огромной точностью. За счет использования преломляющей призмы можно получить преобразование большого поворота призмы в малое перемещение луча. Однако, если луч перемещается на небольшое расстояние, то и измерить можно только небольшой участок дистанций. Либо - потеря точности.
Тоже самое - с длиннофокусными объективами. У меня есть специальная программа для mathcad, способная рассчитывать параметры дальномера в зависимости от его конструкции. Если взять объектив с фокусом хотя бы 100 мм, то при базе 100мм и максимальном расстоянии в 5м, минимальное расстояние будет - 1 метр. Если уменьшить базу, то и минимальное расстояние сокращается, но и точность заметно падает.
Призму (прозрачную) достать еще сложнее, чем полигональное зеркало. Точность изготовления должна быть очень высокой, углы должны быть изготовлены с теми же минутными допусками.


Матрицы не позволяют считывать отдельную строку, особенность технологии.

Значит две линзы, одна ближнее поле, вторая дальнее. Совмещать как в оптике.
Поле зрения обеих систем разделить экраном. Можно и несколько диапазонов.

А если фокус метр?

Спасибо за пост и за статью .
После прочтения хабровской статьи захотелось сделать эту штуковину (мне для дипломной работы нужно). Ранее не работал с оптоэлектроникой и плохо дружу с аналоговой. Сейчас понимаю что даже пробовать не стоит.

Хотя у меня есть 2 лазерных сканера штрих кодов. Мне они вряд ли помогут, да..?

Спойлер

В дипломе нужен дальномер с характеристиками:
Дальность: до 5 метров.
Точность: +-3 см
Скорость измерения: до 36 000 раз в сек. (пальцем в небо, пока не знаю точно. Он будет прицеплен на БПЛА, и получать информацию с замеров расстояния и строить 3D модель окружающего "мира")

Университет разработку не спонсирует, по этому ограничусь теоретической работой этого дальнометра (да и я не смогу его сделать нормально).
Нужны просто схемки этого девайса. Можно взять со статьи из хабра (хотя там медленный, 0.5сек, но вряд ли комиссия будет это проверять), или посоветуете источник?
Может предложенный Вами взять http://forum.arduino.cc/index.php?HPSES ... msg1565567

Требования довольно суровые, на фазовом дальномере такое создать совсем непросто.
Возможно, стоит взглянуть в сторону импульсных дальномеров (хотя там проблематично получить заданную точность)?

Со скоростью я скорее загнул. Сейчас система выдает кое какие результаты и при 120-180 измерениях лаз. дальн. в сек.

Есть готовые дальномерные модели типа SF02/F. К ардуино подключается. Как раз то, что нужно мне. До 40 метров, скоростью могу немного пренебречь (14 измерений\сек у SF02/F).

С интересом прочитал статью “Самодельный фазовый лазерный дальномер”на Хаборе/3/. Решил написать пару слов по этому поводу. В СССР выпускалось довольно много фазовых дальномеров но, к сожалению, в интернете нет ни одной принципиальной схемы этих устройств. Есть литература /1,2 /, где описаны только структурные схемы фазовых дальномеров. Здесь /4/ срисована с платы принципиальная схема немецкой лазерной рулетки. Все эти устройства выполнены по схеме с преобразованием частоты и измерением сдвига фаз на низкой частоте. В устройствах описанных /1,2/ в качестве фотоприемника использованы фотоэлектронные умножители. При этом преобразование частоты происходит непосредственно на умножителе, для чего на дополнительный накладной электрод подается гетеродинное напряжение, которое модулирует электронный поток. В результате возникает разностная частота. Из анализа схемы лазерной рулетки так же можно заключить, что преобразование частоты происходит непосредственно на фотодиоде. Скорей всего, гетеродинное напряжение присутствует на выходах обозначенных, как CF 7 и CF 8. Это напряжение запирает диод, в результате возникает разностная частота. К сожалению, 100% уверенности в представленной схеме нет. Видел патент, где сигнал гетеродина подается путем засветки фотоприемника от дополнительного светодиода с гетеродинной частотой. Возможно, что в схеме рулетки реализован такой способ и для этого предназначен диод, обозначенный как LD1.2, назначение которого не ясно. На мой взгляд, использование усилителя сигнала с фотодиода непосредственно на масштабной частоте вносит фазовые сдвиги, зависящие от амплитуды сигнала и многих других факторов, поэтому вряд ли целесообразно. Если будет время, попробую сделать дальномер примерно так:

Источники:
1. А.И. Захаров Геодезические приборы
2. А.А. Генике А.М. Афанасьев Геодезические свето- и радио- дальномеры
3. http://habrahabr.ru/post/213749/
4. http://roboforum.ru/forum4/topic10124.html

Гетеродинное преобразование действительно популярно. Однако реализовать его непросто - я пробовал: http://forum.easyelectronics.ru/viewtop ... 88#p233188
Вся проблема - именно в смесителе сигналов. В лазерной рулетке, насколько я понимаю, смещение идет за счет модуляции питающего напряжения лавинного фотодиода - APD. Коэффициент усиления APD сильно нелинейно зависит от питающего напряжения, так что аменьшив немного величину питающего напряжения, можно в десятки раз ослабить сигнал с фотодиода.
Если пробовать смешивать сигналы на внешнем смесителе, то оказывается, что там тоже появляется фазовый сдвиг, зависящий от амплитуды сигналов.
Вот тут разные методы сравнивают: http://engjournal.ru/articles/911/911.pdf

Диод LD1.2 - для обратной связи узла управления лазером - позволяет установить нужный уровень мощности лазера.

Я как раз и хотел сказать, что смешивать сигналы целесообразно именно на фотоприемнике, например попробовать включить его, как на приведенной выше схеме.

Насколько я понял, сделать смеситель на самом фотоприемнике можно только в том случае, если приемник обладает собственным усилением - то есть только для лавинных фотодиодов и ФЭУ.

Совсем не обязательно. Смеситель может быть сделан на любом нелинейном элементе (например диоде)
То что я изобразил, скорее ближе к ключевому смесителю. В ключевом смесителе сигнал гетеродина управляет ключом, который прерывает входной сигнал. На выходе ключа появляется разностная частота(см. Википендию). Широко используется в коротковолновых приемниках, на более высоких частотах сложно получить прямоугольник. Такой смеситель обладает малыми потерями и низкими шумами. Применительно к моей схеме, когда на диоде нет питания диод не работает - ключ разомкнут; есть питание диод работает - ключ замкнут. Вроде и получается ключевой смеситель. С фото диода сразу снимается нч сигнал, который через ФНЧ подается на усилитель. Да и в фотоумножителе, хотя я и не уверен, он наверное просто запирается гетеродинным напряжением и получается тот же ключевой смеситель. Для этого усиление не нужно. На мой взгляд фазовые дальномеры существуют благодаря тому, что преобразование происходит именно на фотоприемнике. У ВЧ усилителя и внешнего смесителя фазовые сдвиги сильно зависят от амплитуды.
В опорном канале сигналы проще смешивать просто на элементе И-НЕ. Такое решение широко используется в металлоискателях.

Хотел спросить: не встречал ли кто описания на микросхему CF325 на фото платы лазерной рулетки.

Здесь предлагают дальномер за 39 баксов.
http://www.dx.com/ru/p/rz40-1-9-lcd-dig ... aaa-249172

Здесь за 15 баксов один фотодиод.
http://www.aliexpress.com/item/APD-Aval ... 70149.html

В первом случае вы получаете еще и лазер, схему раскачки лазера, конструктив с оптикой для передачи и приема.
Возможно в нем еще буде и управляемя шторка для калибровки дальности.

Чтобы сделать что либо полезное - нужно разломать что либо полезное.



Точность 0.5% это довольно сложная задача.
Может 1 см - разрешающая способность?



Чатоту выбирают в зависимости от максимального измеряемого расстояния.
С таким рассчетом чтобы разность фаз сигнала не превышала одного периода.
Длина волны 20Мгц = 300 000 000/ 20 000 000 = 15 м.
То есть максимальная дальность 7.5 м
Вывод - чатота выбрана правильно.



Обычно используют разность фаз передаваемого и принимаемого сигнала.
Кроме того как только вы переходите к "амплитуде разности", то сразу же возникает вопрос о стабилизации коэффициента усиления, АРУ и т.д. Не зря же ЧМ прием более защищон по сравнению с АМ.



Это называется схема выборки и хранения. Если взять "большой" конденсатор то быстрые изменения сигнала пропадут. Если взять "маленький" то при измерении он будет саморазряжаться.

Попробовал реализовать дальномер с гетеродинным преобразованием по этой схеме. Вот, что из этого получилось рис 1.[img][img]http://img.radiokot.ru/files/102339/thumbnail/lv2354eqk.jpg[/img][/img] Моей целью являлось не создание рабочей модели, а проверка работоспособности этой схемы. Лазер использовал от лазерной указки за 40р. Он очень хорошо модулируется до 10МГц. Пробовал модулировать до 15МГц, но яркость начинает уменьшается, правда уменьшается и напряжение на выходе микросхемы, возможно лазер будет хорошо модулируется и на более высоких частотах, если применить более скоростной логический элемент. Масштабную и гетеродинную частоты подавал от двух генераторов Г4-102 и устанавливал около 10 МГц. Разностную частоту устанавливал 3-3,5 КГц. На элементе DD2.3 собран смеситель опорного канала. Преобразованный сигнал с фотодиода через ФНЧ и усилитель на двух ОУ DA1 и DA2 подается на компаратор DA3. Сигнал опорного канала и сигнал с выхода компаратора подавал на осциллограф для измерения сдвига фазы. Никакой оптики не использовал. Сигнал отражал зеркалом на подставке. Попасть лучом в фотодиод сложно, но можно. Уровень сигнала на выходе DA2 при максимальной засветке (с расстояния 20 -50 см.) составляет 0,3-0.5 В. Уровень шумов и наводок при затемненном фотодиоде составляет около 2 мВ. Измерял изменение фазового сдвига при изменении расстояния на 3-4см. Хотя фаза от некварцованных генераторов и не стабильна, изменение фазового сдвига есть, и он соответствует изменению расстояния. Дрожание фазы в пересчете на расстояние составляет 1-1,5 см. При кварцованных генераторах и лучшем монтаже это дрожание должно уменьшится. Так, что вроде как все работает. По поводу наводки. При затемненном и даже отключенном фотодиоде на выходе усилителя присутствует сигнал разностной частоты амплитудой примерно 1.5мВ. Насколько я смог определить, этот сигнал образуется при преобразовании наводки с масштабной частотой на выходных каскадах элемента DD3.3 (а возможно и где-то еще). Поэтому на выходе этой микросхемы хорошо бы включить фильтр, вырезающий разностную частоту. Первоначально пробовал включить фотодиод как на рис.2. В таком включении, когда на выходе логического элемента уровень нуля, фотодиод начинает работать в фотогенераторном режиме и направление тока в нагрузочном резисторе совпадает с тем, когда фотодиод работает фотодиодном режиме при высоком уровне на выходе логического элемента. В результате преобразованный сигнал очень мал, и от этой схемы пришлось отказаться. Попробовал вариант с внешним пассивным смесителем на диоде (рис.3). [img][img]http://img.radiokot.ru/files/102339/thumbnail/lv25e4lrg.jpg[/img][/img]Сигнал на выходе получается в полтора два раза больше, чем при преобразовании непосредственно на фотодиоде. При этом уровень шумов и наводок меньше раза в два. Так что внешний пассивный смеситель вроде как показал лучшие результаты. В обеих вариантах сдвиг фаз зависит от амплитуды сигнала. Думаю, что устранить эту зависимость практически невозможно. Насколько я понял, в советских дальномерах уровень оптического сигнала при коротком замыкании устанавливается точно такой, какой был при измерении расстояния с помощью регулируемой диафрагмы. Это устраняет влияние зависимости фазы от амплитуды. Непонятно, как это сделано в лазерной рулетке. Наверное, уровень сигнала регулируется поворотом шторки.

1)А если на самовозбуждении?
Фотодиод-ОУ+Ждущий генератор импульса-лазер.

Сигнал от лазера принят фотодиодом, усилен и сгенерирован импульс света лазером.
В зависимости от дальности до места где отражение сигнала будет завесить частота работы этого “генератора”.Меряем частоту импульсов в ед времени. Или ставим интегратор получим расстояние это напряжение.

2) А если отказаться от замера фазы в прямом смысле?
Фотодиод-разрешаемый ОУ- лазер.

Лазер модулировать меандром от Генератора.
Генератор при лог1 разрешает работу ОУ.
В итоге только если лог1 от генератора И принятый сигнал лог1 генерируется импульс длительность которого определяет разность фаз двух сигналов, сдвиг фазы не имеет смысла. Получаем разность фаз- длительность импульса. Ставим интегратор получим расстояние это напряжение.

Есть такой метод, относительно недавно про него узнал:
http://www.acuity.ru/resources/principl ... ment.shtml
http://www.google.co.ve/patents/US5309212
Все хочу попробовать этот метод, но никак не нахожу времени, чтобы собрать усилитель для фотодиода (по моему - это самая сложная часть дальномера).


А это и есть традиционный аналоговый метод измерения фазы.
http://radionet.com.ru/shem/shem90.html
Аналоговый метод считается менее точным, чем цифровой.

Оба цифровые, в них искажения фазы при усилении не влияют на точность.
В методе 2) похоже и есть секрет простого и быстрого и легко повторяемого дальномера “на коленке”. Мне кажется это и есть тот секрет который комментировали на Ютубе про ваш дальномер типа ошибочно утверждали в коментах что “бош не фазовый… я два года не мог его сделать… там другой принцип…своей фазой вы увидите людей не туда”.
В методе 2) я думаю самая рабочая идея и контроллер 8 битный AVR наверно потянет. В методе 1) будут большие частоты для МК больше 50 мгц но и он возможен.

С фазой очень сложно получается связываться. В книгах так просто описано( теория).
В итоге длительность импульса это фаза.
Измерять можно
-(доступный)аппаратным АЦП с интегратора ”за 1 такт”
-(экзотика)Измерять длительность импульса таймером на логике порядка 3 ГГц 360 тиков на Гц, зато 10 млн замеров фазы усреднить 1000 к примеру. Возможно есть спец микросхемы счетчики только для этого.

Фаза - это не величина, существующая сама по себе, в случае дальномеров говорят про разность фаз, т.е. фактически - относительную задержку сигнала.
Если в первом случае при усилении задержка самого усилителя фотодиода будет зависеть от амплитуды сигнала, то и частота будет меняться.

Во втором случае - аналогично - увеличение задержки в усилителе приведет к увеличению ширины импульса.


Если добавить в цепь обратной связи линию задержки (хотя бы на инверторах), то частоту колебаний можно уменьшить до 5-15мгц, а это уже можно контроллером измерять. Точность при этом падает не сильно (если линия задержки действительно обеспечивает постоянную задержку).