26 февраля в 22:03

Самодельный фазовый лазерный дальномер

image
В статье я расскажу о том, как я делал лазерный дальномер и о принципе его работы. Сразу отмечу, что конструкция представляет собой макет, и ее нельзя использовать для практического применения. Делалась она только для того, чтобы убедится в том, что фазовый дальномер реально собрать самому.


Теория


Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3.3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы.

image
Однако существуют и другие лазерные методы изменения расстояния, одним из них является фазовый. В этом методе, в отличие от предыдущего, лазер работает постоянно, но его излучение амплитудно модулируется сигналом определенной частоты (обычно это частоты меньше 500МГц). Отмечу, что длина волны лазера при этом остается неизменной (она находится в пределах 500 — 1100 нм).
Отраженное от объекта излучение принимается фотоприемником, и его фаза сравнивается с фазой опорного сигнала — от лазера. Наличие задержки при распространении волны создает сдвиг фаз, который и измеряется дальномером.
Расстояние определяется по формуле:

Где с — скорость света, f — частота модуляции лазера, фи — фазовый сдвиг.
Эта формула справедлива только в том случае, если расстояние до объекта меньше половины длины волны модулирующего сигнала, которая равна с / 2f.
Если частота модуляции равна 10МГц, то измеряемое расстояние может доходить до 15 метров, и при изменении расстояния от 0 до 15 метров разность фаз будет меняться от 0 до 360 градусов. Изменение сдвига фаз на 1 градус в таком случае соответствует перемещению объекта примерно на 4 см.
При превышении этого расстояния возникает неоднозначность — невозможно определить, сколько периодов волны укладывается в измеряемом расстоянии. Для разрешения неоднозначности частоту модуляции лазера переключают, после чего решают получившуюся систему уравнений.
Самый простой случай — использование двух частот, на низкой приблизительно определяют расстояние до объекта (но максимальное расстояние все равно ограничено), на высокой определяют расстояние с нужной точностью — при одинаковой точности измерения фазового сдвига, при использовании высокой частоты точность измерения расстояния будет заметно выше.

Так как существуют относительно простые способы измерять фазовый сдвиг с высокой точностью, то точность измерения расстояния в таких дальномерах может доходить до 0.5 мм. Именно фазовый принцип используется в дальномерах, требующих большой точности измерения — геодезических дальномерах, лазерных рулетках, сканирующих дальномерах, устанавливаемых на роботах.
Однако у метода есть и недостатки — мощность излучения постоянно работающего лазера заметно меньше, чем у импульсного лазера, что не позволяет использовать фазовые дальномеры для измерения больших расстояний. Кроме того, измерение фазы с нужной точностью может занимать определенное время, что ограничивает быстродействие прибора.

Наиболее важный процесс в таком дальномере — это измерение разности фаз сигналов, которая и определяет точность измерения расстояния. Существуют различные способы измерения разности фаз, как аналоговые, так и цифровые. Аналоговые значительно проще, цифровые дают большую точность. При этом цифровыми методами измерить разность фаз высокочастотных сигналов сложнее — временная задержка между сигналами измеряется наносекундами (эта задержка возникает также, как и в импульсном дальномере).

Для того, чтобы упростить задачу, используют гетеродинное преобразование сигналов — сигналы от фотоприемника и лазера по отдельности смешивают с сигналом близкой частоты, который формируется дополнительным генератором — гетеродином. Частоты модулирующего сигнала и гетеродина различаются на килогерцы или единицы мегагерц. Из полученных сигналов при помощи ФНЧ выделяют сигналы разностной частоты.

Пример структурной схемы дальномера с гетеродином. М — генератор сигнала модуляции лазера, Г — гетеродин.

Разность фаз сигналов в таком преобразовании не изменяется. После этого разность фаз полученных низкочастотных сигналов измерить цифровыми методами значительно проще — можно легко оцифровать сигналы низкоскоростным АЦП, или измерить задержку между сигналами (при понижении частоты она заметно увеличивается) при помощи счетчика. Оба метода достаточно просто реализовать на микроконтроллере.

Есть и другой способ измерения разности фаз — цифровое синхронное детектирование. Если частота модулирующего сигнала не сильно велика (меньше 15 МГц), то такой сигнал можно оцифровать высокоскоростным АЦП, синхронизированным с сигналом модуляции лазера. Из теоремы Котельникова следует, что частота дискретизации при этом должна быть в два раза выше частоты модуляции лазера. Однако, так как оцифровывается узкополосный сигнал (кроме частоты модуляции, других сигналов на входе АЦП нет), то можно использовать метод субдискретизации, благодаря которому частоту дискретизации АЦП можно заметно снизить — до единиц мегагерц. Понятно, что аналоговая часть дальномера при этом упрощается.
Более подробно (с всеми нужными формулами) этот метод рассматривается здесь (на английском) и здесь (на русском).
В первой статье указывается, что если частота дискретизации сигнала (fsp) связана с частотой модуляции (fo) следующим соотношением:

где p — целое число, то процесс вычисления фазы значительно упрощается.
Достаточно взять N выборок сигнала X[i], после чего разность фаз можно вычислить по следующим формулам:

Отмечу, что оба вышеуказанных метода часто применяются вместе — низкочастотные сигналы подаются напрямую на АЦП, высокочастотные переносятся в область более низких частот за счет гетеродинного преобразования, и также подаются на АЦП.

Именно второй вариант фазометра, с использованием частоты модуляции 10МГц я и решил реализовать в своем макете дальномера.

Практика


Структурная схема моего дальномера:


Фактически, вся конструкция состоит из 3 частей — отладочной платы с микроконтроллером, усилителя сигнала лазера с самим лазером, и фотоприемника с усилителем и фильтром.
В вышеописанной теории предполагалось, что излучение лазера модулируется синусоидальным сигналом. Сформировать такой сигнал частотой 10Мгц с использованием контроллера непросто, поэтому в своей конструкции я подаю на лазер меандр частотой 10МГц. После усиления сигнала с фотоприемника от полученного сигнала отсекаются лишние гармоники полосовым LC-фильтром, настроенным на частоту 10МГц, в результате чего на выходе фильтра возникает сигнал, очень близкий к синусоидальному.

Схема аналоговой части (усилителя лазера и приемной части):

Схема была взята из проекта лазерной связи Ronja, описание на русском. В этом проекте как раз реализована передача данных со скоростью 10Mbit, что соответствует выбранной частоте модуляции.
Как видно из схемы — усилитель мощности для лазера простейший, собран на микросхеме 74HC04 (содержит 6 инверторов). Включение микросхемы не совсем корректное, но оно работает. Ток через лазер ограничивается резисторами (тоже не самое лучшее решение). Напряжение питания 5В для усилителя берется с отладочной платы.
Для того, чтобы сигнал с усилителя не наводился на остальную часть схемы, корпус усилителя сделан металлическим, все провода экранированы.
Сам лазер (красного цвета) взят из пишущего DVD-привода, его мощность можно установить достаточно высокой, и он гарантированно будет работать на частоте 10МГц.

Приемник состоит из фотодиода и усилителя, собранного на полевом транзисторе и микросхеме-высокоскоростном усилителе. Так как с увеличением расстояния освещенность фотодиода сильно падает, то усиление должно быть достаточно большим (в этой схеме оно примерно равно 4000). Кроме того, с ростом частоты заметно падает сигнал на выходе фотодиода (сказывается его емкость). Отмечу, что усилитель в данной конструкции — важнейшая и наиболее капризная часть. Как оказалось, его усиления явно не хватает. Изначально я предполагал, что коэффициент усиления можно будет менять (чтобы ослаблять сигнал при его слишком большой величине), используемая схема позволяет это делать, меняя напряжение на втором затворе транзистора. Однако оказалось, что при изменении усиления достаточно сильно изменяется вносимый усилителем сдвиг фаз, что ухудшает точность измерения расстояния, так что пришлось установить коэффициент усиления на максимум, подавая на затвор транзистора напряжение 3В с батарейки.
Приемнику для работы требуется напряжение 12В, так что для его питания приходится использовать отдельный блок питания.
Усилитель очень чувствителен к внешним наводкам, так что он тоже должен быть экранированным. Я взял готовый корпус от нерабочего оптического датчика, и разместил усилитель в нем (белая полоска — фольга для дополнительного экранирования фотодиода):

Отмечу, что наводка сигнала от лазера на приемник довольно сильно ухудшает точность измерения разности фаз, так что нужно контролировать, чтобы такая наводка отсутствовала.

LC-фильтр, используемый в дальномере — взят от приемника. Так как фильтр отсекает постоянную составляющую сигнала, а АЦП отрицательные сигналы не воспринимает, то ее приходится добавлять при помощи резисторного делителя R15, R16. Постоянное напряжение, подаваемое на делитель, берется c отладочной платы (VCC).

Отладочная плата — STM32F4-DISCOVERY. Ее выбрал потому, что для формирования двух достаточно различающихся частот нужен генератор достаточно высокой частоты (PLL STM32F4 может давать частоты больше 100МГц).
В формуле, связывающей частоту модуляции и дискретизации, коэффициент «p» я принял равным 6, так что при частоте модуляции 10МГц частота дискретизации должна быть 1.6МГц.

Для формирования частоты 10МГц используется таймер TIM2, работающий в режиме формирования ШИМ сигнала. При системной частоте 160МГц его период — 16 «тиков».
АЦП получает запросы на запуск от таймера TIM2. Для формирования частоты 1.6МГц его период — 100 «тиков». Все данные от АЦП при помощи DMA сохраняются в массив, размер которого должен быть равен двойке в N степени. Оба таймера, АЦП и DMA запускаются один раз при включении и больше уже не отключаются. Таким образом, так как таймеры тактируются от одного источника, а одному периоду измеряемого сигнала соответствуют четыре выборки данных, получается, что в массив всегда попадет целое число периодов сигнала.
Так как останавливать DMA не желательно (это упрощает управление захватом данных), при заполнении первой половины массива генерируется прерывание. Обнаружив, что половина массива заполнена, контроллер копирует ее содержимое в другой массив (в целях упрощения программы вторая половина основного массива при этом не используется). После этого полученные данные обрабатываются — вычисляется средняя амплитуда и фаза сигнала, проводится пересчет фазового сдвига в расстояние.
Полученные величины выводятся на ЖК индикатор от кассового аппарата, также подключенный к отладочной плате.

Дальномер должен знать где находится начало отсчета. Для его калибровки при включении на «нулевом» расстоянии от дальномера устанавливается объект, после чего на отладочной плате нужно нажать кнопку, при этом измеренное значение дальности записывается в память, после чего это значение будет вычитаться из измеренной дальномером дальности.

Как я уже отмечал выше, реализовать автоматическое управление усилением не удалось. При этом изменение амплитуды принятого сигнала приводит к изменению фазовых сдвигов в усилителе, и следовательно, к дополнительным ошибкам.
Поэтому мне пришлось регулировать освещенность фотодиода при помощи механической заслонки, поворачиваемой сервоприводом — при слишком большой освещенности заслонка перекрывает световой поток. ШИМ сигнал для управления приводом формируется таймером TIM3.

Про оптику. Без нее дальномер невозможен. Ее конструкция хорошо видна на фотографиях ниже. Лазер находится внутри пластиковой трубки, установленной вертикально. В нее вставлена небольшая втулка с зеркальной призмой. Втулку можно поворачивать, поднимать и опускать, перемещая таким образом луч лазера. Так как я догадывался, что усиления не хватит, то для приема сигнала использовал крупную линзу Френеля.
Так так лазер, линза и фотодиод установлены соосно, то на близких расстояниях лазер закрывает от фотодиода собственный луч. Для компенсации этого эффекта я установил вторую линзу (лупа с оправой), хотя полностью эффект не устраняется, поэтому максимальный сигнал наблюдается на расстоянии примерно 50-70 см от лазера.

А вот и фотографии получившейся конструкции:

На индикаторе первое число — амплитуда в единицах АЦП, второе число — расстояние в сантиметрах от края доски.





Видео работы дальномера:


Дальность работы у получившегося дальномера вышла достаточно небольшая: 1,5-2 м в зависимости от коэффициента отражения объекта.
Для того, чтобы увеличить дальность, можно использовать специальный отражатель, на который нужно будет направлять луч лазера.
Для экспериментов я сделал линзовый отражатель, состоящий из линзы, в фокусе которой расположена матовая бумага. Такая конструкция отражает свет в ту же точку, откуда он был выпущен, правда, диаметр луча при этом увеличивается.
Фотография отражателя:


Использование отражателя:

Как видно, расстояние до отражателя — 6.4 метра (в реальности было примерно 6.3). Сигнал при этом возрастает настолько, что его приходится ослаблять, направляя луч лазера на край отражателя.

Точность получившегося дальномера — 1-2 сантиметра, что соответствует точности измерения сдвига фаз — 0,2-0,5 градуса. При этом, для достижения такой точности, данные приходится слишком долго усреднять — на одно измерение уходит 0.5 сек. Возможно, это связано с использованием PLL для формирования сигналов — у него довольно большой джиттер. Хотя я считаю, что для самодельного макета, аналоговая часть которого сделана довольно коряво, в котором присутствуют достаточно длинные провода, даже такая точность — довольно неплохо.
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.

Программа контроллера: ссылка
+187
70053
313
iliasam 45,5

Комментарии (68)

+15
ipswitch #
Потрясающая работа, не смотря ни на что — заслуживает пристального внимания и большого уважения.
+2
segrus #
Здорово! Спасибо!
Я, если честно, тоже думал, что измеряют время полёта света.
Познавательно.
0
Lockdog #
Время полёта света так же измеряют, тут просто другой тип дальномера
0
Error1024 #
Респект и уважуха автору, довести такое до конца, при этом не имея уверенности в успехе, это действительно круто!
+13
iliasam #
Тут стоит заметить, что дальномер я делал с перерывом в два года. Сначала я пытался сделать гетеродинное преобразование, но из-за наводок и отсутствия экранирования, отсутствия регулирования освещенности конструкция практически не работала, после чего была заброшена.
Осенью ко мне попал корпус фотоприемного устройства, и я захотел снова попробовать сделать дальномер. Изначально я думал делать дальномер на ПЛИС, но потом случайно нашел в интернете уже упомянутые статьи, из которых следовало, что данные можно захватывать контроллером напрямую. От старого дальномера я оставил только усилитель сигнала фотодиода.
Однако даже когда весь дальномер был сделан практически в том виде, в каком он описывается в статье (не было только заслонки), чуть было не бросил его опять — точность была слишком низкой. Немного позже, моделируя в Mathcad влияние помех на точность измерения, практически случайно заметил, что наличие даже небольшой наводки с лазера очень сильно искажает результат. Добавил дополнительное экранирование проводов усилителя лазера — и точность стала такой, как теперь.
+1
enclis #
… реализовать автоматическое управление усилением не удалось...

Зачастую для таких задач ставят несколько усилителей и затем переключаются между ними с помошью реле для достижения требуемого усиления.
0
Mrrl #
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.


Я, конечно, понимаю, что давать в качестве «проекта со схемой конструкции» ссылку на патент это издевательство, но, на всякий случай, вот:

www.google.com/patents/US6483595
+1
iliasam #
Вот именно, что есть очень много научных статей, патентов, книг — но схем нигде нет. Постоянно встречается использование лавинных фотодиодов — они обладают собственным усилением, но при этом достаточно дороги и требуют высокого напряжения для работы.
Вот здесь есть пример достаточно простого TOF дальномера для Arduino. Даже схема есть, но названия деталей не указаны.
+1
Mrrl #
Видимо, дело в том, что упрощенную схему выкладывать никому не интересно, а реальную предпочитают держать при себе. Ведь из мелких решений, направленных на подавление шума, подавление или стабилизацию наводки, контроль напряжения на фотоприёмнике для стабилизации задержки, выравнивание задержек на смесителях и фильтрах (чтобы дальномер не детектировал вариации фазы модулируемого сигнала) — складывается качество дальномера в целом. И дарить эти наработки конкурентам мало кто хочет.
Лавинный фотодиод — насколько я понимаю, полезен для уменьшения шума и стабилизации задержки в фотодиоде. Когда начинаешь считать каждый фотон (что приходится делать на больших расстояниях), отношение сигнала к радиотехническому шуму приходится поднимать, насколько это возможно. Остаётся фотонный шум, но от него никуда не денешься.
Вообще, точность 0.2-0.5 градуса — отличный результат. Если поднять частоту модуляции хотя бы до гигагерца, ошибка превратится в 10-20 микрон, что сравнимо с современными лазерными трекерами :)
+1
enclis #
Лавинный фотодиод не уменьшает шумы, а увеличивает отношение сигнал/шум.
0
Xenotester #
Самодельный дальномер есть — дело за самодельным 3D сканером.

Меня лично заинтересовал проект дальномера для смартфона www.youtube.com/watch?v=Wcegnq0UctY, правда он TOF и для больших расстояний.
+2
Mrrl #
Любой сканер когда-то был самодельным.
+1
iliasam #
Самодельный 2D дальномер я тоже делал: ссылка.
0
serafims #
Отличная статья. Можете чуть подробнее рассказать про отражатель? Приходилось дальномером измерять расстояния 20-30 метров, на солнечной погоде, было сложно…
0
grossws #
Кроме описываемого в статье отражателя можно посмотреть на уголковые, как используются в геодезических работах.
0
encyclopedist #
Проще всего должно быть взять катафот для велосипеда
0
Mrrl #
Светоотражающая лента тоже отлично работает.
+1
Ariman #
А почему фотодиод включен таким образом?
Вот такое включение не даст лучшие характеристики?
image
0
level3 #
Интересно как работает лазерный дальномер в армейских системах, например в И-251 «Шквал» Там этот дальномер на расстоянии нескольких километров работает.
+3
grossws #
Задержка между отправкой и приходом импульса. Иногда — плюс фазовый набег модулированного сигнала.

Я в какой-то момент думал о разработке дальномера, смотрел на TDC-чипы (time-to-digital converter) на линиях задержки. Это специализированные чипы для измерения интервалов времени. Микросхема такого типа www.acam-usa.com/F1_Data_Sheet.pdf дает диапазон измерений от 5ns до ~8us (от 1.5m до 2400m) с шагом в 120ps (~4cm). Стоят они, правда, как крыло от самолета (я интересующий чип находил в МСК от 2к). На некоторые чипы действуют ограничения по экспорту к варварским народам типа нас.

Основные сложности — нужны хорошие фронты (при формировании импульса на лазер) и приличный детектор =)
0
level3 #
Я вот не понимаю как там что-то отражается на таком большом расстоянии и не под прямым углом? :)

(я интересующий чип находил в МСК от 2к).
Если 2к рублей то не так это и дорого :)
0
iliasam #
Там используют твердотельные импульсные лазеры с модуляцией добротности. Мощность излучения в импульсе может доходить до мегаватта.
+1
micbsv #
>На некоторые чипы действуют ограничения по экспорту к варварским народам типа нас.

Кстати да, есть такое. Ко мне обратилась китайская компания на тему покупки в США и отправки к ним входных усилителей для осциллографов на частоту 10ГГц. Усилители-то я нашел, только производитель меня сразу предупредил — только для использования внутри США, никакого экспорта.
+2
BalinTomsk #
у меня в танке T172 лазерный дальномер работал на дистанциях до 10 км. И точность около метра
0
AlexDS #
Вы продемонстрировали высокий уровень подготовки в МВТУ и способность решать как вопросы разработки системы, так и отдельные технические задачи. Это радует.
Данная система имеет перспективы для измерения малых (до 10 м) расстояний, и тут важное значение будет иметь проблема точности и скорости измерений.
0
encyclopedist #
Так бытовые лазерные дальномеры давно продаются.
0
Mrrl #
То, что «давно продаётся», мне показалось ультразвуковым дальномером с лазерным прицелом. Точность там была около 10 см на расстоянии 5-6 м.
+1
iliasam #
Подаются как ультразвуковые дальномеры ценой до 20$, так и лазерные, ценой от 40$. На робофоруме есть даже описание реверс-инжиниринга такого дальномера: ссылка.
+1
enclis #
Подскажите пожалуйста ссылку на лазерный дальнометр ценой от 40$. Крайне интересно поглядеть.
+2
Mrrl #
Берите любой. Он наверняка будет «от 40$». Например, за $300000…
0
encyclopedist #
Bosch PLR 15 — 50 евро на амазоне, ссылка ниже.
0
Mrrl #
По ссылке ничего не понятно — ни принцип, ни рабочие частоты… Впрочем, верю, что в последнее время могли появиться и лазерные.
Есть ли хоть одна ссылка на дальномер за $40? На Амазоне в этом диапазоне удалось найти только рулетку с втягивающимся тросиком… не совсем лазерную.
0
encyclopedist #
Вот, на амазоне, 50 евро
www.amazon.de/Bosch-Laser-Entfernungsmesser-0-15-15-Messbereich-Messgenauigkeit/dp/B00DTSI3Q8/

(ради справедливости, на американском амазоне такого не нашлось)
0
Mrrl #
Интересно. На английском амазоне отзывы, в основном, положительные (и даже восторженные), хотя кто-то пишет, что их заявленная точность 3 мм — только при +25C. Интересно, как другие подобные устройства реагируют на погоду.
0
enclis #
Вот такой девайс за 53$ поинтересней будет.
0
grossws #
Leica Disto начинаются от $200.
0
grossws #
Популярны у спелеологов лет 10 минимум.
0
AlexDS #
Фазовые дальномеры по своей природе обладают многократно более высокой точностью.
Потенциально она соизмерима с длинной волны. Это позволяет использовать их для высокоточных измерений вплоть до применения в качестве измерительных устройств в промышленности.
«Бытовые лазерные дальномеры» для этого не годятся.
0
Mrrl #
До длины волны добраться непросто. Во-первых, лазерное пятно остаётся довольно большим: даже при переменном фокусе сжать его хотя бы в 100-микронную точку на большом расстоянии не удастся, если не ставить на лазер очень большую линзу. 1 мм на 10 м — предел мечтаний. Во-вторых, даже метеостанция в самом дальномере не расскажет, какие условия будут на всём ходе луча. А изменение температуры на 1 градус — это, между прочим, 10 микрон на 10 метрах. И при неравномерных условиях трудно предсказать даже, в какую сторону пойдёт луч. Нам удавалось поворачивать лучик с помощью обычного фена — на 30 метрах пятно сдвигалось на сантиметр :)
0
enclis #
AlexDS, видимо, имел в виду радиоизлучение.
+1
AlexDS #
Там еще и много других проблем.
В частности и неперпендикулярность контрольной площадки, в том числе однородность и коэффициент преломления среды по которой распространяется свет как указали Вы.
Но все хорошо в меру. Точность измерения расстояния соизмеримую с длинной волны я привел как то что может быть предельно достигнуто, На мой взгляд, достаточно было иметь доли миллиметра на 10 метрах.
0
Mrrl #
Вообще, есть не так много поверхностей, для которых имеет смысл говорить о расстоянии до них (измеренном оптическим способом) с точностью лучше десятков микрон. Большинство оказываются либо блестящими (и измеряется расстояние до отраженного объекта), либо шершавыми (с физически негладкой поверхностью), либо полупрозрачными (почти вся органика, в том числе краска) — в них луч может пройти не один миллиметр, прежде чем вернётся обратно. Более-менее пригодным материалом оказался, разве что, алюминий, обработанный пескоструйкой.
А доли миллиметра на 10 метрах сейчас можно получить за 3-4 микросекунды. С помощью 12-милливаттного лазера.
0
AlexDS #
В качестве отражателя на таких (с точностью до длины волны) измерителях может быть только высокоточная зеркальная поверхность. Потому что и шероховатость и неровность будет давать погрешность.
0
encyclopedist #
Я к тому, что говорить про «перспективность» уже поздно. Лазерные дальномеры всевозможных типов широко используются в промыщленности.

Например, они применяются для позиционирования с нанометровой точностью кремниевых пластин в микроэлектронной помышленности (это к вопросу о точности).
0
AlexDS #
К сожалению, возможно Вы просто не в курсе, но при позиционировании масок (не пластин) с точностью долей нанометров используется другой способ.
Это реперные метки.
0
encyclopedist #
Там применяются оба метода.
Почитайте например здесь, слайд 18: people.rit.edu/~lffeee/ALIGN-ASML.pdf
0
AlexDS #
Ваша ссылка не работает, но документ ALIGN-ASML.pdf есть в Интернет.
А точность существенно разная для совмещения масок — высокая, для перемещения кристалла — много меньше.
Потому что неправильное совмещение масок приводит к невозможности самого изготовления чипа, а ошибка в расстояние между чипами не приводит к из потере.
0
encyclopedist #
Указанная в этом документе точность лазерного метода — 0.08 мкм = 80 нм.

И потом, для сканнера (а не степпера), перемещение должно осуществляться с той же точностью, что и начальное выравнивание.

(моя ссылка работает если скопировать её целиком, а не кликать по ней, это недостатки хабрапарсера)
0
AlexDS #
Реперные метки позволяют совмещать маски с точностью много большей.
Например для 22 нм техпроцесса до единиц нм, а точность перемещения кристалла может быть та что указали Вы.
0
encyclopedist #
Ну ладно, заменим в моём исходном комментарии «нанометровую» точность на «десятки нанометров». Общий смысл не меняется.
+1
i_dozi #
Восхищаюсь и завидую (белым цветом) людьми у которых руки растут из плеч, а голова из шеи. Серьезно, вы большой молодец.
0
Alexeyslav #
Хм, до сего времени я думал что ФД-256 довольно низкочастотный фотодиод из-за довольно ощутимой площади кристалла и следовательно большой емкости перехода. Не думал что он вытянет 10Мгц. Может, можно было бы для этого использовать фотоприемник из оптического интерфейса передачи звука? Он там часто идет целым модулем с интегрированным усилителем.
0
iliasam #
Тоже вот несколько дней назад решил попробовать использовать приемник Toslink. Уже заказал в Китае, жду.
+1
iliasam #
Приехал приемник TORX147. Подключил его к дальномеру. Точность получилась никакая, несмотря на довольно приличный уровень сигнала — похоже АРУ приемника сильно влияет на фазу.
0
cron #
А получится сделать лазерную арфу с помощью этого метода?
0
Alexufo #
Сколько времени проходит на сканирование комнаты в одной плоскости?
0
iliasam #
Это вы про что?
0
Alexufo #
img-fotki.yandex.ru/get/6623/14557097.0/0_a2d87_50077d76_L.jpg про координаты на изображении, они за сколько вычисляются? За одно вращение головки?
0
iliasam #
Да, один оборот дает 360 точек. Скорость вращения — 3 об/сек.
+1
DIHALT #
Ух ты, крутизна. Спасибо.
0
darksimpson #
Крутизна — не то слово! Преклоняю колено перед автором. Мне тем очень интересна, но все мои попытки как следует набижать на реверс или запиливание «с нуля» фазового, или хотя-бы ETS дальномера разбивались о твердые и непоколебимые скалы отсутствия удобоваримого материала, достаточного количества существующих проектов и, видимо, пока еще определенной моей мозгожопостью в этих областях. Аналог, все-таки, извиняюсь, — не анал, тут голова нужна :(
DLE-50, по стопам автора статей в одной из приведенных выше ссылок удалось зареверсить (еще достаточно давно этим занимался) и получить рабочий результат, но при попытке досконально разобраться что и как там работает я уперся в микросхемсу-черный ящик и эту самую свою мозгожопость.
Далее, был приобретен для ковыряния как раз прибор за ~45 баксов фирмы UNI-T на ебэе. Там оказалась stm32 (что хорошо), оптика с драйвером и усилителем в виде отдельного модуля (что тоже хорошо), но мозгожопость застряла меня на этапе разбора механизма работы — опять же не смог толком понять зачем и как там работают два синтезатора частоты на основной плате. Схему платы с наскока тоже снять не получилось, все очень мелкое и плата многослойная, убиться проще… Или нужно убить очень-очень-очень много времени :( Пока отложил.
Сейчас присматриваюсь к вот такой штуке lightware.co.za/shop/en/6-laser-sensors Он открытый, электроника и принципы работы там несколько проще и понятнее. Буду грызть дальше.
А автору — еще раз респект!
0
iliasam #
Проект по ссылке видел, достаточно интересный, только вот они к своей схеме номиналы не указывают, что печально. Кроме того, там нужен недешевый импульсный лазер.
0
darksimpson #
Почему же, номиналы там указаны в даташите сразу после схемы, списком. Другое дело, что они не соответствуют схеме (что-то одно видимо было переделано, а второе автор поправить забыл), но это как раз легко устранить, я думаю, просто попросив автора поправить неточность. Я ему, к стати, написал, посмотрим.
0
iliasam #
Спасибо за замечание, оказывается, они обновили документацию (18 марта), в старой этой информации не было.
Смотрю, диод там дорогой: >20$.
0
darksimpson #
Да там и тот и другой диоды не сильно дешевые. Зато один лавинный, а другой импульсный и мощный :) Вроде железо адекватное, должно работать хорошо, для изучения принципов, азов и всяких экспериментов сгодится (ну, мне по крайней мере). Я бы, честно говоря, вообще половину схемы сделал бы на PSoC, благо у меня валяется почти без дела платка, ну и поигрался бы, покрутил-повертел, что из этого получится.
0
iliasam #
Фотодиод там обычный, PIN. Лавинный там транзистор, управляющий лазером. Оба вроде бы достаточно дешевые, каждый <2$.
0
darksimpson #
Да, точно, бес попутал, там просто PIN. Значит лавинный я еще в какой-то подобной девайсине видел, а где — вспомнить не могу.
0
iliasam #
Удалено

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.