RU2029239C1

RU2029239C1 - Device for orienting light beam

Info

Publication number: RU2029239C1
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Чжан; Б.М. Уманский; И.Я. Шмуленсон
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью - Предприятие "Микротест"
Priority date: 1992-06-08
Filing date: 1992-06-08
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: laser rangers. SUBSTANCE: device for orienting light beam has a refraction system made in the form of three optic units arranged in horizontal plane at different angular distances from one another. Each optical unit includes two lenses with a field diaphragm interposed between them and prism. The device furthermore has an outlet prismatic unit rotatably mounted relative to the vertical axis of housing, sensors for sensing angular position of the prismatic unit. The latter is made in the form of two pairs of prisms and obturator. The prisms of each pair are coupled with each other by hypotenuse faces to form an air gap between them. Each of the planes of air gaps is located vertically and one of them passes through the housing vertical axis, the prism of prismatic unit being optically coupled with the outlet prismatic unit. EFFECT: enhanced accuracy. 5 dwg

Description

Изобретение относится к оптической локации, в частности к конструкциям оптических дальномеров, основанных на использовании импульсных лазеров, и направлено на дальнейшее совершенствование известных конструкций лазерных дальномеров, применяемых в указанной области. The invention relates to optical locations, in particular to designs of optical rangefinders based on the use of pulsed lasers, and is aimed at further improving the known designs of laser rangefinders used in this field.

Предлагаемое согласно изобретению устройство для ориентации светового луча найдет применение в лазерных дальномерах, используемых, например, при проведении высокоточных линейных измерений в авиации, геофизике, геодезии и других областях науки и техники. The device for orienting a light beam according to the invention will find application in laser range finders, used, for example, when performing high-precision linear measurements in aviation, geophysics, geodesy and other fields of science and technology.

Известны различные конструктивные исполнения устройств для ориентации светового луча в лазерных дальномерах [1], [2]. There are various designs of devices for orienting a light beam in laser rangefinders [1], [2].

В известных оптических дальномерных устройствах, выполненных на импульсных лазерах, обычно возникает необходимость за короткий промежуток времени переориентировать ось дальнометрирования на другое направление или быстро изменить расходимость выходящего излучения (например, при варианте активного подсвечивания объекта в ночное время), или то и другое одновременно. In known optical rangefinder devices based on pulsed lasers, it is usually necessary to reorient the ranging axis in a different direction for a short period of time or quickly change the divergence of the output radiation (for example, with the option of actively illuminating an object at night), or both at the same time.

В известных конструкциях лазерных дальномеров для изменения направления излучения и приема отраженного сигнала дальномера или изменения расходимости излучения применяют оптические элементы - зеркала, телескопические насадки и прочее, управляемые сервоприводами. In known designs of laser rangefinders, to change the direction of radiation and receive the reflected signal of the range finder or to change the divergence of radiation, optical elements are used - mirrors, telescopic nozzles, etc., controlled by servo drives.

При таком конструктивном исполнении система ориентации светового луча имеет большие постоянные времени, громоздка, имеет большие весогабаритные характеристики. With this design, the light beam orientation system has large time constants, is bulky, and has large weight and size characteristics.

Ближайшим к изобретению аналогом по числу совпадающих существенных признаков является устройство для ориентирования светового луча, описанное в [3]. The closest analogue to the invention in terms of the number of matching essential features is the device for orienting a light beam described in [3].

Известное устройство для ориентации светового луча содержит установленную в корпусе по ходу луча приемно-передающую оптическую систему, выполненную в виде двух кювет с оптически прозрачным дном и жидкостью с равными коэффициентами преломления и систему преломления светового луча, включающую пентапризму и коллиматор, на который соосно с ним может быть установлена поворотная головка с пентапризмой для разворота луча в вертикальной плоскости. The known device for orienting a light beam comprises a receiving and transmitting optical system installed in the body along the beam, made in the form of two cuvettes with an optically transparent bottom and a liquid with equal refractive indices, and a light beam refraction system including a pentaprism and a collimator, which is aligned with it a pentaprism pivoting head can be installed to turn the beam in a vertical plane.

Названное устройство не лишено отмеченных выше недостатков и имеет ограниченный диапазон использования (например, для монтажа технологической оснастки и оборудования). The named device is not without the drawbacks noted above and has a limited range of use (for example, for mounting tooling and equipment).

Предлагаемое устройство для ориентирования светового луча исключает указанные недостатки. Это достигается новым конструктивным исполнением устройства и новой взаимосвязью (взаимным расположением) его функциональных элементов. The proposed device for orienting a light beam eliminates these disadvantages. This is achieved by a new design of the device and a new relationship (mutual arrangement) of its functional elements.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве, содержащем установленные в корпусе по ходу луча выходной призматический блок и систему преломления светового луча, предусмотрены следующие особенности конструктивного исполнения и взаимосвязи его функциональных элементов: выходной призматический блок смонтирован на поворотном валу в корпусе ротора и выполнен в виде двух пар призм и обтюратора, причем призмы каждой пары соединены между собой гипотенузными гранями с воздушной прослойкой между ними; система преломления светового луча выполнена в виде, например, неравномерно размещенных по окружности корпуса, трех оптических блоков, каждый из которых включает призму и пару линз с размещенной между ними полевой диафрагмой; одна пара призм призматического блока размещена по оси вращения ротора, а вторая смещена относительно его оси на расстояние, обеспечивающее совпадение проходящего через нее светового луча с соответствующей ей призмой системы преломления при повороте ротора; устройство снабжено размещенными на корпусе и роторе датчиками положения призм призматического блока. The essence of the invention lies in the fact that in the proposed device, containing the output prismatic unit and the refraction system of the light beam installed in the housing along the beam, the following design features and the relationship of its functional elements are provided: the output prismatic unit is mounted on a rotary shaft in the rotor housing and made in the form of two pairs of prisms and an obturator, the prisms of each pair being interconnected by hypotenous faces with an air gap between them; the light beam refraction system is made in the form, for example, of three optical units unevenly distributed around the circumference of the body, each of which includes a prism and a pair of lenses with a field diaphragm located between them; one pair of prisms of the prismatic block is placed along the axis of rotation of the rotor, and the second is offset relative to its axis by a distance, ensuring that the light beam passing through it coincides with the corresponding prism of the refraction system when the rotor is rotated; the device is equipped with prism block prism position sensors located on the housing and rotor.

На фиг.1 - принципиальная схема устройства; на фиг.2 - устройство в разрезе, общий вид; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4, 5 - положения функциональных элементов устройства при изменении ориентации светового луча. Figure 1 - schematic diagram of a device; figure 2 - device in section, General view; figure 3 is a section aa in figure 2; figure 4, 5 - the position of the functional elements of the device when changing the orientation of the light beam.

Предлагаемое устройство для ориентирования светового луча содержит корпус 1, в котором на опорах качения установлен вращающийся от привода (не показан) ротор 2, несущий смонтированный на нем выходной призматический блок, включающий две пары призм 3-4 и 5-6 и обтюратор 7. Призмы каждой пары соединены между собой гипотенузными гранями с воздушной прослойкой 8 между ними, обеспечивающей эффект полного внутреннего отражения светового луча при определенных углах. The proposed device for orienting the light beam comprises a housing 1, in which a rotor 2 mounted on a rolling support, mounted from a drive (not shown), carries an output prismatic unit mounted on it, including two pairs of prisms 3-4 and 5-6 and a shutter 7. Prisms each pair are interconnected by hypotenuse faces with an air gap 8 between them, providing the effect of total internal reflection of the light beam at certain angles.

На корпусе 1 размещена система преломления светового луча, выполненная в виде трех расположенных в горизонтальной плоскости на неравных угловых расстояниях друг от друга оптических блоков 9, каждый из которых включает призму 10 и пару линз 11 с размещенной между ними полевой диафрагмой 12. On the housing 1 there is a system of refraction of a light beam made in the form of three optical units 9 located in the horizontal plane at unequal angular distances from each other, each of which includes a prism 10 and a pair of lenses 11 with a field diaphragm 12 located between them.

Особенностью конструктивного исполнения устройства является то, что одна из плоскостей воздушной прослойки 8 пары призм 3, 4 призматического блока размещена по оси вращения ротора 2, а вторая пара 5, 6 смещена относительно его оси на расстояние l (см. на фиг.3), обеспечивающее совпадение проходящего через нее светового луча с соответствующей ей призмой 10 системы преломления светового луча при повороте ротора 2 (см. на фиг.4 и 5). A feature of the design of the device is that one of the planes of the air gap 8 of the pair of prisms 3, 4 of the prismatic unit is placed along the axis of rotation of the rotor 2, and the second pair 5, 6 is offset relative to its axis by a distance l (see figure 3), ensuring the coincidence of the light beam passing through it with the corresponding prism 10 of the refraction system of the light beam when the rotor 2 is rotated (see Figs. 4 and 5).

Для автоматизации процессов моментов излучения и приема отраженного светового сигнала на корпусе 1 и роторе 2 смонтированы датчики 13 и 14 углового положения выходного призматического блока относительно корпуса 1, определяющие положения соответствующей пары призм 3, 4 или 5, 6. To automate the processes of moments of radiation and reception of the reflected light signal on the housing 1 and rotor 2 mounted sensors 13 and 14 of the angular position of the output prismatic unit relative to the housing 1, which determine the position of the corresponding pair of prisms 3, 4 or 5, 6.

При вращении ротора 2 (в направлении, обозначенном стрелкой на фиг.3-5) обеспечивается последовательное распределение направления импульсного излучения (например, лазерного) и последовательный прием светового луча с каждого направления отраженного излучения через то же выходное отверстие, причем поворот ротора 2 с призмами 3-6 на угол, определяемый полным срезанием принимаемого отраженного излучения размерами катечной грани указанных призм, дает возможность в течение этого времени принимать это же отраженное излучение, синхронизация которого обеспечивается датчиками 13 и 14 положения призм выходного призматического блока. When the rotor 2 is rotated (in the direction indicated by the arrow in FIGS. 3-5), a sequential distribution of the direction of the pulsed radiation (for example, laser) and a successive reception of the light beam from each direction of the reflected radiation through the same outlet are provided, and the rotor 2 is rotated with prisms 3-6 by the angle determined by the complete cutting of the received reflected radiation by the dimensions of the roll face of these prisms, it makes it possible to receive the same reflected radiation during this time, It is provided by sensors 13 and 14 of the position of the prisms of the output prismatic unit.

Время переключения светового луча определяется угловой скоростью вращения ротора (например, при 24000 об/мин время переключения составляет 0,6˙10^-3 с). В каждом направлении светового луча возможно применение своей телескопической насадки, что дает такое же время переключения по величине расходимости выходящего излучения.The switching time of the light beam is determined by the angular speed of rotation of the rotor (for example, at 24000 rpm, the switching time is 0.6˙10 ^-3 s). In each direction of the light beam, it is possible to use its own telescopic nozzle, which gives the same switching time in terms of the divergence of the output radiation.

Технико-экономическая эффективность изобретения обусловлена расширением эксплуатационных возможностей и снижением весогабаритных характеристик предлагаемого устройства. Technical and economic efficiency of the invention is due to the expansion of operational capabilities and the reduction of weight and size characteristics of the proposed device.

Claims

DEVICE FOR ORIENTING THE LIGHT BEAM, comprising a sequentially refracting system and an output prismatic unit configured to be rotated relative to the vertical axis of the casing, characterized in that it is equipped with angular position sensors of the output prismatic unit, the refractive system is made in the form of three unequal horizontal angular distances from each other of optical blocks, each of which includes two lenses placed between them at the left diaphragm and a prism mounted with the possibility of optical conjugation with the output prismatic unit made in the form of two pairs of prisms and a shutter, the prisms in each pair being connected by hypotenous faces with the formation of an air gap between them, each of the planes of the air spaces is located vertically, and one of them passes through the vertical axis of the housing.