Ứng dụng phương pháp quét chiếu sáng mục tiêu theo hiệu ứng quang âm cho các thiết bị quang điện tử quan sát trong môi trường có tầm nhìn hạn chế

tiêu sử dụng nguồn xung laser có thể theo các 
nguyên lý khác nhau: quang-cơ, điện từ, quang âm [4]. 
2.1. Phương pháp quét theo nguyên lý quang – cơ 
Hệ quét theo nguyên lý quang – cơ được sử dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị, 
trong đó có máy in laser. Trong hệ quét này, để làm lệch chùm tia người ta sử dụng 
phần tử quét là nêm quang học, lăng kính hoặc hệ gương phản xạ quay quanh trục 
quang học của hệ (hình 1). 
Hình 1. Sơ đồ hệ quét theo nguyên lý quang – cơ. 
Để tăng tần số quét, phần tử quét thường gồm nhiều bề mặt phản xạ và được 
tăng vận tốc quanh trục quang bằng cách sử dụng turbin khí hoặc bằng các chi tiết 
quang học. Turbin khí có ưu điểm là có thể cho vận tốc quay rất lớn lên tới 2.104 
vòng/giây. Tuy nhiên, phương pháp này ít được sử dụng vì có cấu tạo phức tạp, 
không thuận tiện cho sử dụng, độ ổn định về vận tốc quay không cao, khó thay đổi 
tính năng bộ quét trong quá trình quét. 
Trong hệ quét có thể sử dụng các chi tiết quang học khác nhau để tăng vận tóc 
quay (lăng kính Dobe, gương phẳng, gương nhiều cạnh, hệ chuẩn trực,). 
Ưu điểm của hệ quét này là có khả năng nhận được góc lệch chùm tia lớn, 
không bị mất năng lượng của chùm tia quét và không bị phụ thuộc giá trị góc quét 
đối với các ánh sáng có bước sóng khác nhau nên thường được sử dụng quét trong 
các thiết bị có nguồn laser với nhiều màu sắc khác nhau. 
 Tuy nhiên, hệ quét này có khuyết điểm là: vận tốc quét chùm tia không lớn, 
kích thước lớn, không thuận tiện, trong quá trình quét khó thay đổi các thông số cơ 
bản của bộ phận làm lệch chùm tia như biên độ góc và tần số quét. 
Kỹ thuật điện tử 
H. V. Phòng, P. S. Lâm, L. N. Lê, “Ứng dụng phương pháp quét  có tầm nhìn hạn chế.” 34 
2.2. Phương pháp quét theo nguyên lý điện từ 
Hệ quét chiếu sáng theo nguyên lý điện từ sử dụng phần tử quét được chia thành 
2 nhóm chính: dạng vòng và dạng khung (hình 2). 
a) b) 
Hình 2. Hệ quét chiếu sáng theo nguyên lý quang điện dạng vòng (a) 
và dạng khung (b). 
Phần tử quét dạng vòng (hình 2a ) cấu tạo như sau: Giữa các cực từ, sợi kim loại 
mỏng 8 bằng vật liệu hợp kim cách từ được kéo căng dưới dạng vòng tròn để đảm 
bảo độ bền vững cơ học. Gương phẳng 3 được cố định ở vị trí giữa của sợi kim 
loại để thay đổi hướng của chùm tia. Vòng dây và gương đóng vai trò là bộ phận 
chuyển động của phần tử quét. Hai giá đỡ thẳng đứng 2 giới hạn chiều dài tự do 
dây. Lò xo 1 dùng để kéo căng dây. Hệ thống từ gồm có cuộn từ không đổi 4, guốc 
hãm 6 và ống trụ kim loại 5 để sinh ra từ trường. Dòng điện được dẫn vào theo đầu 
kẹp dây 7. 
Khi cho dòng điện qua cuộn dây sẽ sinh ra từ trường. Do sự tương tác giữa từ 
trường và dòng điện, dây dẫn sẽ bị kéo theo các hướng khác nhau làm cho gương 
phẳng bị quay đi theo các góc khác nhau tỷ lệ với cường độ dòng điện. Để tạo ra 
góc quay lớn cho gương phải gắn thêm phần tử chủ động vào giữa 2 giá đỡ. 
Phần tử quét dạng khung (hình 2b) có cấu tạo đơn giản như một điện kế với 
khung được cố định trên các thanh kéo. Khung 5 được làm từ dây đồng hoặc nhôm 
mỏng. Thanh kép 2 giữ cho khung dây luôn ở vị trí giữa. Dòng điện được đưa đến 
đầu kẹp 1 và đi vào khung dây. Dưới sự tác động của dòng điện và từ trường 4 sẽ 
làm cho khung dây quay đi một góc. Trên khung dây có gắn gương phẳng 3 nên 
gương cũng được quay. Góc quay của gương tỷ lệ với dòng điện chạy qua khung 
dây. Để đạt được tần số quét cao, khung dây phải được cố định bằng các thanh kéo 
rất chắc và mảnh. 
Ưu điểm của hệ quét này là dễ dàng điều chỉnh góc quét, cho độ phân giải cao. 
Tuy nhiên, hệ quét này có nhược điểm là khối lượng của gương phẳng lớn mà lại 
được gắn trên dây mảnh nên độ vững chắc không cao, tính ổn định góc quét 
không lớn. 
2.3. Phương pháp quét theo hiệu ứng quang điện 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 35 
Phương pháp quét theo hiệu ứng quang điện dựa trên hiện tượng thay đổi hằng 
số phân cực dẫn đến thay đổi chiết suất của tinh thể quang điện dưới tác dụng của 
điện trường. Sự thay đổi này được tạo ra khi sử dụng các cuộn dây có hình dạng 
đặc biệt (hình tứ giác, hình hộp mặt thoi hoặc hình lập phương) khi đã xác định 
được hướng phân cực của loại tinh thể và được chia thành 3 dạng sau: Sự phân cực 
tia sáng của tinh thể vuông góc, song song hoặc tạo một góc 45° với vector cường 
độ điện trường (hình 3). 
Hình 3. Các dạng quét theo hiệu ứng quang điện. 
Ưu điểm của phương pháp quét ttheo hiệu ứng quang điện là cho phép quét liên 
tục với tần số cao và độ phân giải lớn. Góc lệch của tia sáng và độ phân giải của 
thiết bị quét phụ thuộc vào cấu tạo và độ dài đường đi của tia sáng trong tinh thể 
quang điện. 
Nhược điểm của phương pháp quét này là khó căn chỉnh, cấu tạo phức tạp do có 
có lượng lớn các phần tử điện. 
2.4. Phương pháp quét theo hiệu ứng quang âm 
Hình 4. Kết cấu một khối phản xạ quang âm: 1 - Bộ biến đổi áp điện, 
2 - Ống dẫn quang âm, 3 – Bộ phận hấp thụ sóng âm, 4 - Nguồn phát laser. 
Theo hiệu ứng này, để làm lệch đường đi của chùm tia laser, người ta sử dụng 
khối phản xạ quang âm gồm một ống dẫn quang âm thanh được làm bằng tinh thể 
gốm áp điện (PbMoO4, TeO2, LiIO3), bộ biến đổi áp điện và bộ phận hấp thụ sóng 
Kỹ thuật điện tử 
H. V. Phòng, P. S. Lâm, L. N. Lê, “Ứng dụng phương pháp quét  có tầm nhìn hạn chế.” 36 
âm. Sóng âm tạo ra do điện áp giữa 2 bản cực dạng khe phẳng của bộ biến đổi áp 
điện gây ra sự thay đổi chiết suất của tinh thể và sự biến đổi pha nhiễu xạ của khe 
phẳng, do đó, khi ánh sáng truyền qua tinh thể quang âm sẽ bị khúc xạ (bị lệch so 
với phương ban đầu). Sự thay đổi điện áp tạo ra góc lệch khác nhau (dòng, mành) 
của chùm tia laser [5]. 
Để hiệu suất nhiễu xạ trên các khe phẳng của bộ phản xạ quang âm cao nhất, 
góc của chùm tia tới phải thỏa mãn điều kiện Bragg [6]: 
02 .sin   (1) 
trong đó, Λ,λ - Chiều dài bước sóng của âm thanh và ánh sáng. 
Do λ«Λ, từ công thức (1) suy ra: 
2o
 

 (2) 
Góc lệch của chùm tia tới sau khi đi qua khối phản xạ quang âm được xác định: 
02 a
aV

   (3) 
trong đó, Va – Vận tốc sóng âm, ϑa – Tần số sóng âm. 
Nếu tần số sóng âm ϑa thay đổi theo từng khoảng ∆ϑa, góc lệch của chùm tia tới 
được xác định bởi tần số trung tâm của các dao động âm ∆ϑa0: 
0.
2
a
a

 

 (4) 
Nguyên lý làm việc của bộ quét chiếu sáng mục tiêu theo hiệu ứng quang âm 
như sau: 
Ánh sáng từ nguồn phát laser qua adapter quang học đến cơ cấu quang âm. 
Adapter quang học đảm bảo đồng bộ khẩu độ mở của chùm bức xạ laser và khẩu 
độ mở của phần tử quang âm. Cơ cấu quang âm làm cho ánh sáng truyền qua nó sẽ 
bị khúc xạ (bị lệch so với phương ban đầu) với các góc khác nhau theo hai chiều 
ngang và dọc để tạo thành dòng và mành. Cơ cấu quang âm được kết nối với máy 
tính bằng cổng USB2.0. Tần số quét và góc quét được điều chỉnh thông qua phần 
mềm trên máy tính. Ánh sáng laser sau đó đi qua hệ quang học mở rộng chùm tia 
để quét chiếu sáng mục tiêu. 
Bộ quét chiếu sáng mục tiêu theo hiệu ứng quang âm có cấu tạo gọn nhẹ, có thể 
điều khiển được bằng máy tính cho độ chính xác cao, cho phép quét chùm tia laser 
với tần số cao giúp cho việc chiếu sáng mục tiêu được tương đối liên tục. Tuy 
nhiên, để chế tạo được bộ phản xạ quang âm cần yêu cầu cao về công nghệ và kỹ 
thuật nên giá thành tương đối cao. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 37 
3. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUÉT CHÙM TIA SÁNG 
THEO HIỆU ỨNG QUANG ÂM 
Phương pháp quét chùm tia sáng theo hiệu ứng quang âm được áp dụng trong 
nhiều thiết bị quang điện tử để làm lệch đường đi của tia sáng khi đi qua các khe 
quang âm được bố trí theo hai chiều vuông góc để quét chùm tia theo hai hướng. Ví 
dụ trong hệ thống ghi nhớ quang học (hình 5), bộ phận phản xạ quang âm đóng vai 
trò ghi và đọc thông tin dưới dạng các ma trận hologram kích thướng 220 x 220, tần 
số quét từ 150 đến 250 MHz. Hiệu suất làm lệch chùm tia đạt 45%. Tuy nhiên, trong 
hệ thống này yêu cầu các chi tiết quang học phức tạp dạng cầu và trụ [3]. 
Hình 5. Sơ đồ hệ quang hệ thống ghi nhớ quang học: 
1 – Nguồn laser, 2 - Hệ chuẩn trực, 3 – Thấu kính hình trụ, 
4 – Thấu kính hình cầu – X, Y – Bộ phận phản xạ quang âm theo 2 chiều X, Y. 
Một trong những ứng dụng quan trọng của phương pháp quét chùm tia sáng 
theo hiệu ứng quang âm là thiết bị quan sát trong điều kiện môi trường tầm nhìn 
hạn chế. Thiết bị này sử dụng bức xạ laser bao gồm những khối chính như sau 
(hình 6): 
+ Hệ quét sử dụng bức xạ laser (3) bao gồm: nguồn phát laser 4, adapter quang 
học 5, cơ cấu quét dòng 6, quét mành 7, hệ quang thay đổi kích thước chùm tia 
laser 8. Bức xạ laser ra khỏi hệ quét đi trong môi trường nước, phản xạ trên mục 
tiêu, địa hình sẽ được thu lại trên hệ thu (9). 
+ Hệ thu (9) gồm: 10 - Hệ quang thu; 11 - CCD, 12, 13 – Xử lý tín hiệu; 14- 
Hộp điều khiển; 15- Bộ phận giao tiếp với mắt người – monitor. 
Hình 6. Sơ đồ kết cấu thiết bị quan sát trong điều kiện 
môi trường có tầm nhìn hạn chế. 
Kỹ thuật điện tử 
H. V. Phòng, P. S. Lâm, L. N. Lê, “Ứng dụng phương pháp quét  có tầm nhìn hạn chế.” 38 
Bề mặt vật thể dưới nước 1 được quét bởi hệ quét chiếu sáng mục tiêu 3, trong 
đó sử dụng chùm bức xạ laser 4 có tiết diện hẹp. Chùm bức xạ laser này có góc mở 
thay đổi được nhờ hệ quang 5, do đó, có thể thay đổi kích thước của vết laser cho 
phù hợp với khoảng cách từ thiết bị tới mục tiêu cần quan sát. 
Bộ quét với hai cơ cấu quét dòng và mành 6, 7 cho phép quét bề mặt mục tiêu 
theo cả hai tọa độ X, Y. Hệ quang 5 đảm bảo đồng bộ khẩu độ mở của chùm bức 
xạ laser và khẩu độ mở của hai cơ cấu quét 6, 7. Chùm bức xạ laser được hội tụ 
nhờ hệ quang 8. Cơ cấu quang âm được kết nối với máy tính bằng cổng USB2.0. 
Tần số quét và góc quét được điểu chỉnh thông qua phần mềm trên máy tính. 
Bức xạ phản xạ từ bề mặt mục tiêu 1 sau khi đi qua môi trường truyền 2 (nước, 
không khí, sương mù,...) vào hệ quang thu 10 và đi đến CCD. Tín hiệu CCD qua 
bộ phận xử lý tín hiệu 12,13 được hiển thị trên màn hình 15 với hình ảnh hai chiều 
của mục tiêu. Hộp điều khiển 14 để điều chỉnh các chế độ làm việc của thiết bị. 
Hiện nay, trên thế giới, các nhà khoa học Nga đã đưa ra bằng sáng chế chế tạo 
thiết bị quan sát dưới nước, trong đó có sử dụng bộ quét chiếu sáng mục tiêu theo 
nguyên lý quang âm [7]. Thiết bị này cho phép quan sát mục tiêu ở cự ly xa nhất 
14 m đối với môi trường nước biển có độ trong suốt Zб ≈ 8 m (hình 7). 
Hình 7. Hình ảnh mục tiêu thu được khi sử dụng thiết bị quan sát dưới nước. 
Tại Việt Nam, việc ứng dụng hiệu ứng quang âm trong đời sống và kỹ thuật còn 
tương đối hạn chế. Viện Vật lý kỹ thuật/Viện KH-CN quân sự cho mở đề tài 
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ quét chiếu sáng mục tiêu theo hiệu ứng quang âm 
phục vụ thiết kế, chế tạo thiết bị quan sát dưới nước” . Hệ quét chiếu sáng mục tiêu 
này gồm 3 bộ phận chính: nguồn chiếu sáng laser 1, cơ cấu quét quang âm 2 và 
mạch điều khiển kết nối với máy tính 3 (hình 8). Cơ cấu quét quang âm gồm 2 khối 
quang âm làm bằng tinh thể TeO2 đặt vuông góc với nhau cho phép quét chùm tia 
laser theo 2 phương. Mạch điều khiển thay đổi tần số và góc quét thông qua phần 
mềm trên máy tính. Hệ chiếu sáng mục tiêu theo hiệu ứng quang âm có thể quét 
chùm tia laser bước sóng 532 nm với tần số 2÷100 MHz và góc quét lớn nhất 3º. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 39 
Hình 8. Hệ quét chiếu sáng mục tiêu theo nguyên lý quang âm. 
Việc chế tạo thành công bộ quét là cơ sở cho việc thiết kế và chế tạo thiết bị 
quan sát dưới nước, các thiết bị quan sát trong điều kiện tầm quan sát hạn chế như 
sương mù, đêm tối nhằm nâng cao khả năng tác chiến của quân đội ta trong mọi 
điều kiện địa hình, thời tiết. 
4. KẾT LUẬN 
Để quét chiếu sáng mục tiêu quan sát có nhiều phương pháp khác nhau, mỗi 
phương pháp đều có những ưu và khuyết điểm như đã phân tích trong bài báo. Tùy 
thuộc vào mục đích, độ chính xác và độ phân giải của các thiết bị quan sát để lựa 
chọn phương pháp quét phù hợp. Đối với các thiết bị quan sát trong điều kiện môi 
trường có tầm nhìn hạn chế hiện nay thường sử dụng phương pháp quét theo hiệu 
ứng quang âm. 
Hiện nay, ở nước ta, những công bố về quang âm học nói chung và các ứng 
dụng của hiệu ứng quang âm nói riêng còn rất hạn chế. Nhóm tác giả của bài báo 
đang nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ quét chiếu sáng mục tiêu theo hiệu ứng 
quang âm phục vụ cho thiết kế và chế tạo thiết bị quan sát dưới nước. Thiết bị này 
giữ vai trò quan trọng trong việc phát hiện, quan sát và cảnh giới mục tiêu dưới 
nước từ xa đối với lực lượng đặc công nước và các trạm quan sát, cảnh giới của lự 
lượng hải quân và cảnh sát biển. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Войтов Д.В. “Автономные необитаемые подводные аппараты”. М.: 
МОРКНИГА. 2015. 
[2]. Патент РФ № 2465619. “Устройство для видения объектов в мутных 
оптических средах” [Текст] / В.В. Бузоверя [и др.]. 
[3]. Магдич Л. Н., Молчанов В. Я. “Акустооптические устройства и их 
применения”. — М.: Сов. радио, 2004. 
[4]. Yu V. Gulyaev, M. A. Kazaryan, M. Mokrushnin, O.V. Shatkin. “Acousto-
Optical Laser Systems for the Formation of Television Images” - Taylor & 
Francis Ltd December 14, 2018 by CRC Press 
[5]. Патент РФ № 2337387. “Акустооптический дефлектор” [Текст] / В.В. 
Роздобудько [и др.]. 
[6].  
Kỹ thuật điện tử 
H. V. Phòng, P. S. Lâm, L. N. Lê, “Ứng dụng phương pháp quét  có tầm nhìn hạn chế.” 40 
 [7]. Патент РФ № 2397510. “Способ видения подводных объектов и 
устройство для его реализации” [Текст] / В.В. Бузоверя [и др.]. 
ABSTRACT 
AN APPLICATION OF THE METHOD SCANNING OBJECT BY 
ACOUSTO-OPTIC EFFECTS FOR OPTO-ELECTRONIC DEVICE VIEWING 
IN ENVIRONMENT WITH RESTRICTED VISION 
Optoelectronic devices viewing in environments with restricted vision are 
used for the purpose of detecting, identifying and observing object in water or 
environments when bad weather (rain, fog, dusty,...). This device consists of 
two main parts: the scanning and the reflective receiver for the rendering 
image of object, in which the scanning part plays a very important role in 
increasing distance the detection, receiving and observe object. In current 
devices, for increasing lighting efficiency, the source is monochromatic laser 
and scanning part include two acousto-optic reflectors for scan laser beam in 
two coordinate. In this paper, the advantages and disadvantages of method 
scanning object by acousto-optic effects for opto-electronic device viewing in 
environment with restricted vision are analyzed. 
Keywords: Optoelectronic devices; Method scanning object; Lasers; Acousto-optic effects; Acousto-optic 
deflector. 
Nhận bài ngày 11 tháng 02 năm 2020 
Hoàn thiện ngày 19 tháng 8 năm 2020 
Chấp nhận đăng ngày 28 tháng 8 năm 2020 
Địa chỉ: Viện Vật lý kỹ thuật/Viện KH-CN quân sự. 
*
Email: vanphongkqh@gmail.com.