ES2234290T3 - Divisor de haz con abertura desplazada para sistema optomecanico transmisor/receptor de laser. - Google Patents
Divisor de haz con abertura desplazada para sistema optomecanico transmisor/receptor de laser.Info
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Abstract
Un dispositivo de medición de distancia, que comprende; - un expansor (18) de haz de telescopio de Galileo, que incluye una lente de objetivo (1) de abertura grande y una lente negativa (4) que define un eje óptico asociado, para recibir un haz (12) de abertura grande que tiene una primera longitud de onda y que se propaga en dirección entrante a lo largo de dicho eje óptico; y - un divisor de haz (5) para separar dicho haz (12) de abertura grande del citado eje óptico después de que el haz (12) de abertura grande ha entrado en dicha lente de objetivo (1) y ha salido de dicha lente negativa (4); caracterizado por: - medios para generar un primer haz (10) de abertura pequeña que tiene dicha primera longitud de onda, y una abertura más pequeña que la de dicho haz (12) de abertura grande, y que está dispuesto de modo que dicho primer haz (10) de abertura pequeña que se propaga en la dirección de salida, opuesta a la dirección de entrada, es transmitido a través de una primera parte periféricade dicho expansor (18) de haz de telescopio de Galileo; - medios para generar un segundo haz (11) de abertura pequeña que tiene una segunda longitud de onda diferente a dicha primera longitud de onda y una abertura más pequeña que la de dicho haz (12) de abertura grande, y que está dispuesto de modo que dicho segundo haz (11) de abertura pequeña que se propaga también en dirección saliente es desplazado de dicho eje óptico y de dicho primer haz (10) de abertura pequeña y es transmitido a través de una segunda parte periférica del citado expansor (18) de haz de telescopio de Galileo, lejos de dicha primera parte periférica; y - en el que las respectivas partes exteriores (110, 111) de cada uno de los haces (10, 11) de abertura pequeña que salen de dicha lente de objetivo (1) son esencialmente paralelos a una parte externa (112) de dicha haz (12) de abertura grande entrante en dicha lente de objetivo (1); y - en el que dicho primer haz (10) de abertura pequeña es reflejado desde un objeto distante para producir dicho haz de abertura grande (12).
Description
Divisor de haz con abertura desplazada para
sistema optomecánico transmisor/receptor de láser.
La presente invención se refiere a un dispositivo
medidor de distancia que comprende un expansor de haz de telescopio
de Galileo que incluye una lente de objetivo de abertura grande y
una lente negativa que define un eje óptico asociado, y para recibir
un haz de abertura grande que tiene una primera longitud de onda y
que se propaga en dirección entrante a lo largo de dicho eje óptico,
y un divisor de haz para separar dicho haz de abertura grande del
citado eje óptico después de que dicho haz de abertura grande ha
entrado en dicha lente de objetivo y ha salido desde la citada lente
negativa.
La presente invención se refiere también a un
método para determinar una distancia a un objeto, que comprende las
operaciones de:
- disponer un expansor de haz de telescopio de
tipo Galileo, que incluye una lente de objetivo de abertura grande y
una lente negativa que define un eje óptico asociado, para recibir
un haz de abertura grande que tiene una primera longitud de onda y
se propaga en una dirección entrante a lo largo de dicho eje óptico;
y
- disponer un divisor de haz para separar dicho
haz de abertura grande del citado eje óptico, después de que dicho
haz de abertura grande ha entrado en la lente de objetivo y ha
salido desde dicha lente negativa.
El citado sistema optomecánico y el método para
determinar la distancia a un objeto son conocidos por el documento
US-A-4.559.445. Este documento
describe un sistema de transmisión-recepción de
láser de ángulo ancho, para la captación de un blanco con el uso de
un haz de láser dirigido.
De acuerdo con este documento, los sistemas
ópticos existentes de transmisión-recepción que
utilizan láser incluyen un subsistema mecánico de espejos móviles de
montaje "Cardan" para dirigir el haz de láser hacia un blanco y
para situar la óptica receptora y recibir el retorno. Los
subsistemas mecánicos son descritos como que requieren unas
tolerancias de fabricación muy estrechas, y el montaje y alineación
de las partes componentes es susceptible de falta de alineación bajo
la influencia de fuerzas de aceleración variables.
De acuerdo con este documento, estas desventajas
pueden ser evitadas mediante la sustitución de los subsistemas
mecánicos por un dispositivo deflector de luz magnetoóptico, para
desviar de modo controlable el haz de luz fuera del eje óptico en la
dirección de un blanco. Como fuente de radiación es utilizado un haz
de luz coherente y colimado, tal como un haz de láser. Después de
ser desviado, el haz colimado es expandido en un expansor de haz a
un tamaño del haz deseado, con objeto de reducir la divergencia del
haz para aplicaciones de captación de blanco de largo alcance.
Debido al principio de reciprocidad, un haz de
retorno reflejado desde un blanco, se desplaza a lo largo del mismo
eje por el que fue transmito el haz que abandonó el expansor de haz.
El haz de retorno es enfocado luego por una lente sobre un
detector.
De acuerdo con ello, este sistema utiliza un
único haz de láser para la captación de un blanco.
Si el haz de láser colimado no es desviado, el
haz de retorno reflejado se propaga en una dirección entrante a lo
largo del eje óptico del expansor de haz.
Si el deflector es activado, el haz emitido forma
un ángulo con el eje óptico del expansor de haz. No obstante, debido
al principio de reciprocidad, en este caso el haz de retorno no se
propaga en una dirección entrante a lo largo del eje óptico.
Otro estado de la técnica es conocido por el
documento US-A-4.042.822. Este
documento se refiere a un dispositivo de radar de láser que utiliza
detección heterodina. De acuerdo con este documento, un haz sencillo
procedente de una fuente de láser es expandido en un expansor de
haz, y el haz expandido choca con la superficie de un espejo que
tiene una abertura formada en él. Debido a esta abertura, la luz
incidente es dividida en dos haces. Uno de ellos pasa a través de la
abertura y es enfocado sobre un detector óptico. El otro haz es
reflejado desde la superficie del espejo hacia un segundo espejo,
que proporciona un haz transmisor para explorar blancos que han de
ser detectados. Un único haz transmisor abandona este espejo, es
reflejado por un blanco sobre el espejo, y por medio de un reflector
de esquina y un primer espejo es combinado con el primer haz, que es
incidente sobre el detector óptico. De acuerdo con ello, la energía
que es reflejada de retorno desde el blanco sobre el espejo sensor,
es mezclada así con la energía del haz de láser que pasa a través de
la abertura, para proporcionar detección heterodina de las señales
recibidas del blanco.
En conclusión, que es utilizado un único haz que
abandona el expansor y el espejo de exploración como haz transmisor,
respectivamente.
La presente invención se refiere, en general, a
un sistema optomecánico que incorpora un par de haces de láser
transmitidos y un haz recibido, que comparten una óptica común.
Dicho sistema optomecánico tiene utilidad particular para
dispositivos portátiles utilizados en aplicaciones de medición de
distancias.
En una aplicación típica de telémetro, la línea
de mira (LOS) de un camino óptico visual de alta calidad utilizado
para localizar e identificar un blanco, está alineada con la LOS de
un segundo camino óptico asociado a un láser de seguro óptico. El
haz de láser de seguro óptico se refleja sobre el blanco y se
convierte en una señal óptica de retorno que es recibida a lo largo
de un camino que está alineado con el láser de seguro óptico
transmitido. Un detector receptor detecta el haz recibido para
adquirir información que puede ser utilizada para determinar la
distancia al objeto. El detector receptor, el sistema óptico de
cavidad de láser para producir el haz de láser de seguro óptico, y
el haz visible de puntería, producido por un diodo de láser y una
óptica de colimación, no pueden ser montados en un banco óptico
coaxialmente, sino que deben estar separados.
Las aplicaciones de telemetría de la técnica
anterior utilizan típicamente divisores de haz dicrónicos de
reflejos múltiples, complejos y costosos, para proporcionar caminos
ópticos de haz de láser coaxiales transmisores y de puntería, y un
haz de láser separado y recibido procedente de los haces
transmitidos. La división de los caminos transmitidos desde el
camino del receptor requieren típicamente recubrimientos ópticos
dicrónicos sobre el divisor de haz. Los divisores de haz de la
técnica anterior pueden requerir hasta cuatro zonas de tolerancia
íntima de diferentes recubrimientos ópticos. Los métodos de
dirección del haz de la técnica anterior requieren típicamente el
reencapsulado de la luz de puntería para el alojamiento de divisores
de haz completos, con coste y peso añadidos al encapsulado
optomecánico general.
Crítica para las aplicaciones telemétricas es la
alineación angular de los tres caminos de haces de láser, que deben
mantener unas tolerancias muy estrechas. Esto da lugar a
requerimientos difíciles de alineación y retención sobre los
elementos ópticos utilizados típicamente para combinar los dos
caminos transmitidos. Por ejemplo, un láser es transmitido con
frecuencia a través del divisor de haz (por lo general inclinado a
45º) y combinado con un primer haz. Esto hace que la sensibilidad de
la alineación angular y la retención del divisor de haz sea el doble
de sensible que el requerimiento angular entre los dos haces, lo que
requiere una alineación óptica y un tiempo de fabricación
costosos.
Durante el uso, cada uno de los dos caminos LOS
debe ser dirigido desde sus respectivas posiciones teóricas. Los dos
caminos LOS y el camino receptor son manipulados al unísono, de
manera que se asegure que todos los caminos tienen esencialmente la
misma desviación a partir de su posición teórica. Los métodos de
dirección de haz para los sistemas de longitud de onda múltiple
requieren pares de prismas triangulares para la dirección LOS.
A la vista de lo expuesto, una finalidad de la
presente invención es proporcionar un sistema optomecánico mejorado
y un método para determinar una distancia a un objeto.
Esta finalidad se logra por medio de un
dispositivo de medición de distancia como se menciona al principio,
caracterizado por unos medios para generar un primer haz de abertura
pequeña que tiene la primera longitud de onda, y una abertura menor
que la del haz de abertura grande, y que están dispuestos de modo
que el primer haz de abertura pequeña que se propaga en dirección de
salida opuesta a la dirección de entrada, es desplazado desde el eje
óptico y es transmitido a través de una primera parte periférica del
expansor de haz de telescopio de Galileo; medios para generar un
segundo haz de abertura pequeña que tiene una segunda longitud de
onda diferente a la primera longitud de onda y una abertura menor
que la del haz de abertura grande, y que están dispuestos de modo
que el segundo haz de abertura pequeña que se propaga también en la
dirección de salida, es desplazado del eje óptico y del primer haz
de abertura pequeña y es transmitido a través de una segunda parte
periférica del expansor de haz de telescopio de Galileo alejada de
la primera parte periférica, y en el que las respectivas partes
exteriores de cada uno de los haces de abertura pequeña que salen de
la lente de objetivo son ambas esencialmente paralelas a una parte
exterior del haz de abertura grande entrante en la lente de
objetivo, y en el que dicho primer haz de abertura pequeña es
reflejado desde de un objeto distante para producir dicho haz de
abertura grande.
Además, este objeto se logra con un método como
se ha mencionado al principio, caracterizado por las operaciones
ulteriores de disponer medios para generar un primer haz de abertura
pequeña que tenga la primera longitud de onda y una abertura menor
que la del haz de abertura grande, y que estén dispuestos de modo
que el primer haz de abertura pequeña que se propaga en la dirección
de salida, opuesta a la de entrada, es desplazado del eje óptico y
es transmitido desde la lente negativa a la lente de objetivo a
través de una primera parte periférica del expansor de haz de
telescopio de Galileo; disponer medios para generar un segundo haz
de abertura pequeña que tiene una segunda longitud de onda diferente
a la primera, y una abertura menor que la del haz de abertura
grande, y que están dispuestos de modo que el segundo haz de
abertura pequeña que se propaga también en la dirección de salida es
desplazado desde el eje óptico y desde el primer haz de abertura
pequeña, y es transmitido a través de una segunda parte periférica
del expansor de haz de telescopio de Galileo lejos de la primera
parte periférica, y en el que las respectivas partes externas de
cada uno de los haces de abertura pequeña que salen de la lente de
objetivo son ambas esencialmente paralelas a una parte externa del
haz de abertura grande que entra en la lente de objetivo; y disponer
un objeto a cierta distancia y reflejar el primer haz de abertura
pequeña lejos del objeto a distancia para producir el haz de
abertura grande.
La presente invención utiliza un haz de láser
transmitido de seguro óptico, un haz de luz visible transmitido, y
un único haz de láser recibido que comparten un sistema óptico de
abertura sencilla. Los dos haces transmitidos, de grosor de lapicero
están coalineados dentro de 150 microrradianes en la misma
dirección, pero tienen unos ejes ópticos que están desplazados
lateralmente. El desplazamiento lateral de los dos ejes transmitidos
elimina el requerimiento de ópticas complejas de combinación de haz,
lo que reduce las tolerancias optomecánicas. El haz entrante es
recibido a lo largo de un camino que es esencialmente paralelo al
camino de los haces de láser transmitidos dentro de 500
microrradianes. Una variación de la presente invención proporciona
un camino receptor y un detector para detectar el haz de láser
recibido. Otras variaciones específicas de la presente invención
proporcionan métodos mecánicos y ópticos para expandir, alinear, y
dirigir los tres haces paralelos, así como para separar el haz de
láser receptor entrante de los dos haces de láser transmitidos
salientes.
Un ejemplo de realización de la presente
invención utiliza para uno de los haces transmitidos salientes un
láser de seguro óptico de infrarrojos, que tiene una longitud de
onda de 1,533 \mum. El segundo haz transmitido saliente es
producido por un diodo de láser en el espectro rojo visible, y tiene
una longitud de onda de 0,655 \mum, y es utilizado como luz de
puntería para visión por el ánima de un arma. El haz recibido
entrante es la reflexión o dispersión del haz de láser infrarrojo de
seguro óptico transmitido lejos del blanco.
Debido al tamaño muy pequeño de los haces
transmitidos, en comparación con la abertura del receptor, no es
necesario un divisor de haz de vidrio estándar con recubrimientos de
antirreflexión y dicrónicos para separar el haz recibido de los
haces transmitidos. En una variación de una realización específica,
cada uno de los haces transmitidos de abertura pequeña pasa a través
de un orificio en un divisor de haz de espejo metálico, que está
situado para reflejar una cuantía sustancial de la energía láser
recibida en un ángulo de 90º. Un ejemplo de divisor de haz es un
simple espejo de aluminio con un recubrimiento metálico altamente
reflectante, con orificios que permiten que el transmisor de láser y
los haces de puntería pasen a través del espejo. Dicho espejo
proporciona aproximadamente un 98% de reflectividad para el haz
receptor y un 100% de rendimiento para los haces transmitidos. El
divisor de haz tiene un sistema de indización que permite su
autoalineación con respecto al montaje del láser, lo que reduce así
el coste de la alineación óptica.
En otro ejemplo específico de la presente
invención, los haces de salida transmitidos son amplificados cuatro
veces por la óptica del expansor de haz de telescopio de Galileo. La
amplificación de los haces de láser transmitidos por la óptica del
expansor de haz permite unas fuentes de láser sustancialmente más
pequeñas y ligeras de lo que sería posible sin dicha óptica del
expansor de haz. Los dos haces de salida son transmitidos a través
de las partes superior e inferior de la abertura óptica del expansor
de haz afocal. Dicho expansor de haz es utilizado también por el
camino receptor en conjunción con el divisor de haz, la lente
receptora, y el filtro. La lente de objetivo del expansor de haz en
la realización preferida está formada por un doblete de ellas
cimentado, compuesto por una lente crown positiva de índice
altamente refractivo que tiene forma biconvexa, y una lente flint de
índice refractivo muy alto, que tiene forma de menisco cóncava. En
la realización preferida, la lente negativa "ocular" del
expansor de haz tiene forma bicóncava, y está formada por vidrio
crown de índice bajo. El diseño del expansor de haz del telescopio
de Galileo afocal no es un diseño acromático convencional. Los
nuevos aspectos del diseño de la óptica del expansor de haz se basan
en métodos en los que la lente de objetivo está específicamente
acromatizada a las longitudes de onda de 1,533 \mum y 0,655 \mum
en las aberturas desplazadas de los dos haces transmitidos, de modo
que éstos salen del telescopio expansor de haz fuera del eje desde
la línea del centro óptico, y mantienen una alineación angular
relativa dentro de unos pocos microrradianes. El diseño de la óptica
del expansor de haz aplica también un frente de onda muy plano (casi
sin aberraciones residuales) para la abertura total del camino
receptor, para obtener la calidad de imagen requerida en el detector
del receptor. El expansor de haz del telescopio de Galileo no tiene
imagen intermedia, por lo que el haz de láser transmitido no se
concentra en un foco, lo que evita así la ionización del aire.
En una realización específica de un telémetro, el
haz recibido pasa a través de un filtro de paso de banda estrecho,
para filtrar todas las longitudes de onda excepto la deseada, de
1,533 \mum, y es enfocada por una lente de vidrio asférico que
dirige la energía del haz recibida sobre un detector receptor. En la
realización preferida, dicho detector receptor es un diodo detector
de luz.
El sistema óptico tiene la capacidad de ser
dirigido sobre un campo de visión (FOV) de +/- 0,5º. La lente de
objetivo es desplazable en un plano ortogonal al eje óptico de la
lente de objetivo. En un ejemplo, la lente de objetivo puede ser
movida hasta 0,775 mm lejos de la posición inicial del eje óptico,
para dirigir los haces transmitidos y el camino del haz receptor
hasta un ángulo de 0,5º, al tiempo que se mantienen las alineaciones
angulares requeridas entre los dos haces transmitidos y el haz
recibido.
Los métodos de la presente invención proporcionan
varios sistemas optomecánicos para aplicaciones telemétricas y de
visión por el ánima. La robustez, pequeño tamaño, y peso ligero, son
ventajas significativas para aplicaciones que requieren capacidad
portátil. Realizaciones específicas pueden mostrar una o más
ventajas con respecto a los métodos de la técnica anterior, que
incluyen: 1) menos peso; 2) menor tamaño físico; 3) reducción
del coste de fabricación; y 4) aumento de la robustez.
La fig. 1 muestra un diagrama del trazado de los
rayos de la presente invención.
Las figs. 2a y 2b muestran un divisor de haz de
la presente invención.
La fig. 3 ilustra un método de la presente
invención para dirigir la línea de mira (LOS).
La fig. 1 muestra un diagrama del trazado de los
rayos de una realización, que es un ejemplo de aspectos específicos
diferentes de la presente invención. Los haces de láser 10, 11
transmitidos pasan a través de unos pequeños orificios 28, 29 en un
difusor de haz de espejo metálico, y son amplificados cuatro veces
por la óptica 18 del expansor de haz de telescopio de Galileo,
compuesta por una lente de objetivo 1 y una lente negativa 4. Los
haces transmitidos pasan a través de las respectivas partes superior
e inferior de la óptica 18 del expansor, que están en proximidad
inmediata a la periferia de las lentes de objetivo 1 y negativa 4.
Un haz recibido 12 lo es a través de la abertura de la lente de
objetivo 1, que es compartida por los dos haces transmitidos de
salida 10, 11. Las partes exteriores 110, 111 de ambos haces
transmitidos 10, 11 que salen de la óptica del expansor del
telescopio de Galileo, tienen unos ejes ópticos que son
esencialmente paralelos al eje óptico de la parte exterior 112 del
haz recibido 12, que es entrante en la óptica del expansor de haz
del telescopio de Galileo. En las figs. 1 y 3, las partes exteriores
110, 111 del haz transmitido, y la parte exterior 112 del haz
recibido entrante, se muestran en el diagrama de la traza de rayos
extendidos desde la superficie R1 de la lente de objetivo 1 a través
de la ventana obturadora 9. El haz 10 de láser de seguro óptico
tiene una longitud de onda de 1,533 \mum, un diámetro de 0,8 mm
antes de la amplificación, y un eje óptico situado a 3,35 mm del eje
óptico del expansor 18 de haz. El haz de puntería 11 tiene una
longitud de onda de 0,655 \mum, un diámetro de 2 mm antes de la
amplificación, y está situado a 2,77 mm del eje óptico del expansor
de haz. El haz de láser 12 entrante tiene una longitud de onda de
1,533 \mum, y es recibido a través de la lente de objetivo 1 de la
óptica 18 del expansor de haz compartida por los dos haces
transmitidos 10, 11. El haz recibido 12 es esencialmente coaxial con
el eje óptico del expansor de haz 18, y tiene un diámetro de 34,76
mm.
Un procedimiento similar es utilizado para
diseñar la óptica de expansor de telescopio de Galileo afocal, con
el uso de un programa lógico de ordenador de diseño y simulación.
Los programas de diseño y simulación son bien conocidos por los
expertos en la técnica. Los parámetros de entrada del programa
esencial incluyen el tipo de telescopio, las longitudes de onda de
los haces de láser recibidos y transmitidos, y se requiere una buena
corrección de la aberración.
En el ejemplo de diseño mostrado en la fig. 1, la
ventana obturadora 9 está formada por un vidrio Schott BK7 que tiene
un grosor de 2,41 mm. La lente de objetivo 1 del expansor 18 de haz
es un doblete cimentado compuesto por una lente de forma biconvexa 2
y una lente de menisco cóncava 3. La lente de forma biconvexa está
hecha de vidrio crown Schott LaKN13 de índice refractivo muy alto.
Tiene un grosor de 7,24 mm a lo largo de la línea del centro óptico,
un radio exterior R1 de 62,87 mm, y una radio interior R2 de -52,19
mm, que es igual al radio interior de la lente cóncava de menisco.
Esta lente está hecha de vidrio flint Schott SFL6 con un índice de
refracción muy alto, y tiene un radio exterior R3 de -377,4 mm y un
grosor de 1,52 mm a lo largo de la línea central óptica.
La lente negativa 4 está situada a lo largo del
eje óptico de la lente de objetivo, a 62,74 mm de ésta. La lente
negativa 4 está formada de vidrio crown Schott BK7 de índice bajo, y
tiene forma bicóncava con un primer radio R4 de -96,08 mm, un
segundo radio de R5 de 13,07 mm, y un grosor de 1,52 mm a lo largo
de la línea del centro óptico.
La energía procedente del haz de láser 12
recibido es separada de dos haces transmitidos 10, 11 por un divisor
de haz 5 de espejo metálico. Aproximadamente el 98% de la energía
del haz recibido es reflejada fuera del divisor de haz 5 de espejo
metálico, y es pasada a través de un filtro 6 de paso de banda
estrecho formado por un sustrato de silicio para filtrar todas las
longitudes de onda excepto la deseada de 1,533 \mum. Una lente 7
de vidrio asférico (número de pieza Geltech 350240) enfoca la
energía del haz recibido 12 sobre el detector receptor 8. El
detector receptor 8 en la realización preferida es un diodo detector
de luz (número de pieza EG&G 30718E).
En el ejemplo de realización mostrado en la fig.
1, el camino de entrada al detector receptor 8 es esencialmente
ortogonal con respecto al eje óptico de la óptica 18 del expansor de
haz. Un divisor de haz 5, situado con un ángulo de 45º respecto al
eje óptico de la óptica 18 de expansor de haz, separa el haz
recibido 12 de los dos haces transmitidos 10, 11 y lo desvía por un
camino a 90º hacia el detector receptor 8. En la fig. 2 se muestra
un ejemplo de divisor de haz 5 de la presente invención. Dicho
divisor de haz 5 está formado preferiblemente de aluminio 23 con un
chapado de níquel 21 sobre una superficie que está pulimentada
ópticamente para proporcionar una superficie altamente lisa 24. Esta
superficie de níquel puede ser recubierta entonces con aluminio, con
otro recubrimiento protector de SiO_{x}, o alternativamente
chapada con oro o recubierta con oro con otro recubrimiento
protector de SiO_{x}. Cualquier procedimiento da por resultado una
superficie de espejo altamente reflectante. Alternativamente, el
divisor de haz 5 puede estar formado de cobre, que está pulimentado
ópticamente por un lado 24 y recubierto luego con una capa
protectora de SiO_{x}. Dos pequeños orificios 28, 29 que están
algo sobredimensionados en comparación con el diámetro de los haces
transmitidos 11, 10, están formados en los espejos metálicos, para
permitir que los dos haces transmitidos 11, 10 pasen a su través,
Una realización específica utiliza una característica de indización
25 sobre el divisor 5 de haz, para conseguir la autoalineación de
dicho divisor 5 de haz con respecto a un montaje de láser, lo que
elimina así la costosa alienación óptica manual. La autoalineación
es llevada a cabo por situación de la muesca 25 sobre el divisor 5
de haz hasta la coincidencia de un saliente 30 sobre el montaje de
láser, de modo que los dos bordes ortogonales de la muesca 25 son
presionados firmemente contra las dos respectivas superficies del
saliente 30 del montaje de láser. Los dos bordes de la muesca 25 y
las respectivas superficies del saliente coincidente 30 del montaje
de láser son mecanizados con precisión hasta unos pocos micrómetros,
para proporcionar un emplazamiento preciso x-y, así
como una posición giratoria precisa del divisor 5 de haz con
respecto al montaje. Dicho divisor 5 de haz puede ser unido después
rígidamente a tres bloques mecanizados del montaje, que se mantienen
con tolerancias estrechas para conseguir una fijación cinemática de
tres puntos del divisor 5 de haz sobre el montaje de láser.
Ahora y con referencia a la fig. 3, una variación
de la presente invención proporciona la capacidad de dirigir la
línea de mira (LOS) de los haces transmitidos 119, 111 y recibido
112 sobre un campo de visión de +/- 0,5º (FOV). La lente de objetivo
1 es desplazable en todas direcciones dentro del plano que es
ortogonal al eje óptico de la lente de objetivo 1. En el ejemplo de
la realización, la lente de objetivo puede ser movida hasta 0,775 mm
lejos de la posición inicial de ella, para dirigir las partes
exteriores 110, 111 de los dos haces transmitidos 10, 11, y la parte
exterior 112 del haz recibido 12 hasta un ángulo de 0,5º de sus
respectivas posiciones teóricas. Las partes exteriores 110, 111, 112
de los tres haces mantienen la alineación angular relativa
requerida. La fig. 3 muestra la lente de objetivo 1' en una posición
desplazada desde la posición centrada 1, de modo que cada una de las
partes externas del haz entrante 112 y las partes externas de los
haces transmitidos 110 y 111, tienen un eje óptico que forma el
ángulo deseado desde sus respectivas posiciones teóricas 110, 111,
112.
Claims (10)
1. Un dispositivo de medición de distancia, que
comprende;
- un expansor (18) de haz de telescopio de
Galileo, que incluye una lente de objetivo (1) de abertura grande y
una lente negativa (4) que define un eje óptico asociado, para
recibir un haz (12) de abertura grande que tiene una primera
longitud de onda y que se propaga en dirección entrante a lo largo
de dicho eje óptico; y
- un divisor de haz (5) para separar dicho haz
(12) de abertura grande del citado eje óptico después de que el haz
(12) de abertura grande ha entrado en dicha lente de objetivo (1) y
ha salido de dicha lente negativa (4);
caracterizado por:
- medios para generar un primer haz (10) de
abertura pequeña que tiene dicha primera longitud de onda, y una
abertura más pequeña que la de dicho haz (12) de abertura grande, y
que está dispuesto de modo que dicho primer haz (10) de abertura
pequeña que se propaga en la dirección de salida, opuesta a la
dirección de entrada, es transmitido a través de una primera parte
periférica de dicho expansor (18) de haz de telescopio de
Galileo;
- medios para generar un segundo haz (11) de
abertura pequeña que tiene una segunda longitud de onda diferente a
dicha primera longitud de onda y una abertura más pequeña que la de
dicho haz (12) de abertura grande, y que está dispuesto de modo que
dicho segundo haz (11) de abertura pequeña que se propaga también en
dirección saliente es desplazado de dicho eje óptico y de dicho
primer haz (10) de abertura pequeña y es transmitido a través de una
segunda parte periférica del citado expansor (18) de haz de
telescopio de Galileo, lejos de dicha primera parte periférica;
y
- en el que las respectivas partes exteriores
(110, 111) de cada uno de los haces (10, 11) de abertura pequeña que
salen de dicha lente de objetivo (1) son esencialmente paralelos a
una parte externa (112) de dicha haz (12) de abertura grande
entrante en dicha lente de objetivo (1); y
- en el que dicho primer haz (10) de abertura
pequeña es reflejado desde un objeto distante para producir dicho
haz de abertura grande (12).
2. El sistema de la reivindicación 2,
caracterizado porque dicho divisor de haz (5) es un espejo
opaco (5) formado con dos orificios (28, 29) para separar
sustancialmente dicho haz (12) de abertura grande de ambos haces
primero y segundo (10, 11) de abertura pequeña.
3. El sistema de las reivindicaciones 1 o 2,
caracterizado por:
- un montaje (30) de láser; y
- dicho divisor (5) de haz está formado con un
sistema de indización (25) para la autoalineación de dicho divisor
(5) de haz con respecto al montaje (30) de láser.
4. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque:
- dicha primera longitud de onda es de 1,533
\mum, y dicha segunda longitud de onda es de 0,655 \mum.
5. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque:
- dicha lente de objetivo (1) de abertura grande
es un doblete cimentado compuesto por una lente (2) de forma
bicóncava formada de vidrio crown positivo de alto índice de
refracción, y una lente en forma de menisco (3) cóncava formada de
vidrio flint de índice de refracción muy alto; y
- dicha lente negativa (4) tiene forma bicóncava
y está formada de vidrio crown de índice bajo.
6. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque:
- dicha lente de objetivo (1) es desplazable en
las direcciones esencialmente ortogonales al eje óptico de dicho
expansor (18) de haz de telescopio de Galileo para dirigir las
respectivas partes externas (110, 111) de dichos haces primero y
segundo (11, 12) de abertura pequeña que salen de la citada lente de
objetivo (1), y para dirigir dichas partes externas (112) del haz
(12) de abertura grande que entra en dicha lente de objetivo
(1).
7. Un método para determinar una distancia a un
objeto, que comprende las operaciones de:
- disponer un expansor (18) de haz de telescopio
de Galileo, que incluye una lente de objetivo (1) de abertura grande
y una lente negativa (4) que define un eje óptico asociado para
recibir un haz (12) de abertura grande que tiene una primera
longitud de onda y que se propaga en una dirección entrante a lo
largo de dicho eje óptico; y
- disponer un divisor de haz (5) para separar
dicho haz (12) de abertura grande de dicho eje óptico después de que
el haz (12) de abertura grande ha entrado en la lente de objetivo
(1) y ha salido de la lente negativa (4);
caracterizado por:
- disponer de medios para generar un primer haz
(10) de abertura pequeña que tiene dicha primera longitud de onda y
una abertura menor que la de dicho haz de abertura grande, y que
están dispuestos de modo que dicho primer haz (10) de abertura
pequeña que se propaga en la dirección de salida opuesta a dicha
dirección de entrada, es desplazado desde dicho eje óptico y es
transmitido desde la citada lente negativa (4) hacia dicha lente de
objetivo (1) a través de una primera parte periférica del citado
expansor (18) de haz de telescopio de Galileo;
- disponer de medios para generar un segundo haz
(11) de abertura pequeña que tiene una segunda longitud de onda
diferente a dicha primera longitud de onda, y una abertura menor que
la del haz de abertura grande, y que están dispuestos de modo que
dicho segundo haz (11) de abertura pequeña que se propaga también en
la dirección de salida es desplazado desde dicho eje óptico y desde
dicho primer haz (10) de abertura pequeña, y es transmitido a través
de una segunda parte periférica del citado expansor (18) de haz de
telescopio de Galileo, lejos de dicha primera parte periférica;
- en el que las respectivas partes externas (110,
111) de cada uno de dichos haces (10, 11) de abertura pequeña que
salen de dicha lente (1) de objetivo son ambos esencialmente
paralelos a una parte externa (112) de dicho haz (12) de abertura
grande que entra en dicha lente de objetivo (1);
- disponer un objeto a cierta distancia; y
- reflejar el citado primer haz (10) de abertura
pequeña desde dicho objeto situado a distancia para producir el haz
(12) de abertura grande.
8. El método de la reivindicación 7,
caracterizado porque:
- dicho divisor de haz (5) es un espejo opaco (5)
formado con dos orificios (28, 29).
9. El método de las reivindicaciones 7 u 8,
caracterizado por:
- disponer un detector (8) para detectar dicho
haz de (12) de abertura grande; y
- detectar el citado haz (12) de abertura
grande.
10. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque:
- dicha lente (1) de objetivo es desplazable en
direcciones esencialmente ortogonales a dicho eje óptico del citado
expansor (18) de haz de telescopio de Galileo, para dirigir dichas
respectivas partes exteriores (110, 111) de los citados haces
primero y segundo (10, 11) de abertura pequeña que salen de dicha
lente de objetivo (1), y para dirigir dicha parte exterior (112) del
citado haz (12) que entra en dicha lente de objetivo (1).
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6704484B1 (en) * | 2000-09-29 | 2004-03-09 | Scram Technologies, Inc. | Poly-planar optical display imaging system |
| ATE333106T1 (de) | 2001-08-30 | 2006-08-15 | Instrumentarium Corp | Geometrischer strahlteiler und sensor mit einem detektor aus mehreren elementen |
| US6604637B2 (en) * | 2001-09-04 | 2003-08-12 | Frank E. Lane | Product display system |
| US7127669B2 (en) * | 2002-05-31 | 2006-10-24 | Kiribati Wireless Ventures, Llc | Redundant path communication methods and systems |
| CN101207441B (zh) * | 2006-12-20 | 2012-03-14 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 红外光收发模组 |
| CN100485449C (zh) * | 2007-12-07 | 2009-05-06 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 用于高功率激光系统的大倍率扩束器 |
| CN101498838B (zh) * | 2009-03-04 | 2011-02-16 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 45度分色片透射分色光路的像差补偿方法 |
| GB201108470D0 (en) * | 2011-05-19 | 2011-07-06 | Spi Lasers Uk Ltd | Apparatus and method for optical isolation |
| US9995627B2 (en) * | 2014-07-31 | 2018-06-12 | Smiths Detection Inc. | Raster optic device for optical hyper spectral scanning |
| CN104197865B (zh) * | 2014-09-25 | 2017-02-15 | 成都玄武光电有限公司 | 一种具备激光束导向功能的激光自准直仪的实现方法 |
| CN105629481B (zh) * | 2014-11-05 | 2018-05-18 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构 |
| DE102015100706A1 (de) * | 2014-12-15 | 2016-06-16 | Vorwerk & Co. Interholding Gmbh | Selbsttätig verfahrbares Reinigungsgerät |
| JP6692453B2 (ja) * | 2016-12-14 | 2020-05-13 | 三菱電機株式会社 | レーザ発振器およびレーザ加工装置 |
| US10585291B2 (en) * | 2017-04-28 | 2020-03-10 | Yonatan Gerlitz | Eye safety system for lasers |
| EP3743699B1 (en) | 2018-01-23 | 2025-05-21 | Lightnovo ApS | An apparatus for carrying out raman spectroscopy |
| CN109470638B (zh) * | 2018-10-31 | 2021-05-07 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 激光气体检测装置 |
| US11385332B2 (en) * | 2019-03-20 | 2022-07-12 | Aeva, Inc. | LIDAR system with a mode field expander |
| RU2721096C1 (ru) * | 2019-09-04 | 2020-05-15 | Публичное Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" (ПАО РОМЗ) | Оптико-электронный пассивный дальномер |
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Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4042822A (en) * | 1975-07-24 | 1977-08-16 | Rockwell International Corporation | Laser radar device utilizing heterodyne detection |
| US4559445A (en) * | 1983-10-04 | 1985-12-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Wide angle optical transmitter/receiver |
| US5225928A (en) * | 1991-10-07 | 1993-07-06 | Spectra-Physics Laserplane, Inc. | Focus compensating lens for use in extreme temperatures |
| US5193025A (en) * | 1992-01-21 | 1993-03-09 | Hughes Aircraft Company | Optical viewing and near infrared tracking system for a portable missle launcher |
| US5194986A (en) * | 1992-03-23 | 1993-03-16 | Hughes Aircraft Company | Objective lens assembly for a portable missile launcher |
| US5701326A (en) * | 1996-04-16 | 1997-12-23 | Loral Vought Systems Corporation | Laser scanning system with optical transmit/reflect mirror having reduced received signal loss |
-
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-
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