RU214034U1

RU214034U1 - Laser rangefinder

Info

Publication number: RU214034U1
Application number: RU2022117014U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Быков; Алексей Ефимович Вайншенкер; Александр Олегович Изюмцев; Александр Викторович Кузин; Владимир Николаевич Кутурин; Владислав Андреевич Прядеин; Андрей Георгиевич Садовой; Виктор Олегович Трубин; Александр Денисович Туманов; Галина Никитична Шабашева; Ирина Николаевна Ярцева
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Полюс" им. М.Ф. Стельмаха
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2022-10-10

Abstract

Полезная модель относится к лазерной технике, а именно к импульсным лазерным дальномерам.The utility model relates to laser technology, namely to pulsed laser rangefinders.

Лазерный дальномер содержит излучающий канал, включающий оптическую систему формирования выходного пучка лазерного излучения, приемный объектив, выполненный с телескопической системой, размещенной перед фокусирующей линзой, в фокальной плоскости которой расположена чувствительная площадка фотоприемного устройства, лазерный излучатель, в резонаторе которого установлены оптически сопряженные с "глухим" и выходным зеркалами модулятор добротности, два активных элемента с продольной оптической накачкой в виде решеток лазерных диодов и расположенные параллельно друг к другу с торцевыми гранями, развернутыми зеркально, три призмы полного внутреннего отражения, каждая из которых выполнена с тремя отражающими гранями, одна из которых предназначена для поворота оптической оси на угол 90 градусов в одной плоскости, а две другие для поворота оптической оси на угол 180 градусов в плоскости, перпендикулярной первой, при этом "глухое" зеркало резонатора и одна из призм размещены рядом с выходным зеркалом резонатора, указанная призма развернута по отношению к другой из призм, ближайшей по ходу луча к выходному зеркалу, таким образом, что их ребра, образованные входной гранью и отражающей гранью полного внутреннего отражения, развернуты под углом 90 градусов друг к другу, устройство включения и питания решеток лазерных диодов выполнено с разделенным на два идентичных канала импульсным силовым преобразователем заряда емкостного накопителя, связанного с решетками лазерных диодов для продольной оптической накачки активных элементов, при этом два канала импульсного силового преобразователя выполнены с возможностью синхронной работы со сдвигом фазы на половину периода тактовой частоты, схему измерения дальности, которая состоит из измерителя временных интервалов, схемы управления длительностью импульса тока накачки с программируемой памятью, подключенной к датчику температуры и устройству включения и питания и дополнительного фотоприемного устройства, установленного с возможностью регистрации рассеянного лазерного излучения излучателя и подключенного к входу запуска измерителя временных интервалов схемы измерения дальности, а измерительный вход последнего подключен к выходу основного фотоприемного устройства.The laser rangefinder contains a radiating channel, including an optical system for forming an output beam of laser radiation, a receiving lens made with a telescopic system placed in front of a focusing lens, in the focal plane of which a sensitive area of the photodetector is located, a laser emitter, in the resonator of which optically conjugated with a "deaf" "and output mirrors Q-switch, two active elements with longitudinal optical pumping in the form of arrays of laser diodes and located parallel to each other with end faces, deployed mirror, three total internal reflection prisms, each of which is made with three reflective faces, one of which designed to rotate the optical axis through an angle of 90 degrees in one plane, and the other two to rotate the optical axis through an angle of 180 degrees in a plane perpendicular to the first, while the "blind" resonator mirror and one of the prisms are placed next to the output mirror resonator shaft, said prism is turned with respect to another of the prisms closest to the output mirror in the direction of the beam, so that their edges, formed by the input face and the reflecting face of total internal reflection, are turned at an angle of 90 degrees to each other, the switching device and the power supply of the laser diode arrays is made with a pulse power converter of the capacitive storage charge divided into two identical channels, connected to the laser diode arrays for longitudinal optical pumping of active elements, while two channels of the pulse power converter are made with the possibility of synchronous operation with a phase shift of half the period of the clock frequency , a range measurement circuit, which consists of a time interval meter, a pump current pulse duration control circuit with a programmable memory connected to a temperature sensor and an on/off device, and an additional photodetector installed with the ability to register radios of the scattered laser radiation of the emitter and connected to the start input of the time interval meter of the range measurement circuit, and the measuring input of the latter is connected to the output of the main photodetector.

Технический результат - повышение эффективности работы лазерного дальномера в составе оптико-электронной системы потребителя при сохранении минимальных габаритных размеров его конструкции.

The technical result is an increase in the efficiency of the laser rangefinder as part of the optoelectronic system of the consumer while maintaining the minimum overall dimensions of its design.

Description

Известны лазерные дальномеры [1], содержащие излучающий и приемный каналы, в которых измерение дальности происходит путем измерения времени Т между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного целью сигнала с последующим определением дальности R по формуле R=cT/2, где с - скорость света в атмосфере.Known laser rangefinders [1], containing emitting and receiving channels, in which the range is measured by measuring the time T between the moments of emission of the laser pulse and the reception of the signal reflected by the target, followed by determining the range R by the formula R=cT/2, where c is the speed of light in the atmosphere.

Из известных лазерных дальномеров наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является лазерный дальномер [2]. Указанный лазерный дальномер содержит излучающий канал, включающий оптическую систему формирования выходного пучка лазерного излучения, лазерный излучатель, в резонаторе которого установлены оптически сопряженные с "глухим" и выходным зеркалами активный элемент, выполненный в форме параллелепипеда со скошенными параллельно друг другу торцевыми гранями, предназначенными для продольной оптической накачки решетками лазерных диодов, и модулятор добротности, датчик температуры, расположенный в зоне размещения решеток лазерных диодов, и устройство включения и питания последних, приемный канал, включающий приемный объектив, выполненный в виде фокусирующей линзы, схему измерения дальности, состоящую из измерителя временных интервалов и схемы управления длительностью импульса тока накачки с программируемой памятью, подключенной к датчику температуры и устройству включения и питания, фотоприемное устройство, чувствительная площадка которого расположена в фокальной плоскости фокусирующей линзы приемного объектива, дополнительное фотоприемное устройство, установленное с возможностью регистрации рассеянного лазерного излучения излучателя и подключенное к входу запуска измерителя временных интервалов схемы измерения дальности, а измерительный вход последнего подключен к выходу основного фотоприемного устройства.Of the known laser rangefinders, the closest in technical essence to the proposed technical solution is a laser rangefinder [2]. Said laser rangefinder contains a radiating channel, including an optical system for forming an output beam of laser radiation, a laser emitter, in the resonator of which an active element, optically conjugated with the "blind" and output mirrors, is installed, made in the form of a parallelepiped with end faces beveled parallel to each other, intended for longitudinal optical pumping by laser diode arrays, and a Q-switch, a temperature sensor located in the area where the laser diode arrays are located, and a device for switching on and supplying the latter, a receiving channel including a receiving lens made in the form of a focusing lens, a range measurement circuit consisting of a time interval meter and circuits for controlling the duration of the pump current pulse with a programmable memory connected to a temperature sensor and a switching and power device, a photodetector device, the sensitive area of which is located in the focal plane of the focusing lens pr receiving lens, an additional photodetector installed with the possibility of detecting the scattered laser radiation of the emitter and connected to the start input of the time interval meter of the range measurement circuit, and the measuring input of the latter is connected to the output of the main photodetector.

Достоинством этого технического решения является расширение функциональных возможностей за счет использования лазерного дальномера в режиме целеуказателя-дальномера с повышением стабильности и надежности его работы при воздействии внешних климатических факторов. Однако, лазерный дальномер [2] не в полной мере обеспечивает требуемую эффективность его работы при встраивании в оптико-электронную систему потребителя из-за недостаточной дальности действия и помехового влияния на бортовую сеть питания.The advantage of this technical solution is the expansion of functionality through the use of a laser range finder in the target designator-range finder mode with an increase in the stability and reliability of its operation under the influence of external climatic factors. However, the laser rangefinder [2] does not fully provide the required efficiency of its operation when built into the optoelectronic system of the consumer due to insufficient range and interference effect on the onboard power supply.

Задачей полезной модели является повышение эффективности работы лазерного дальномера в составе оптико-электронной системы потребителя при сохранении минимальных габаритных размеров его конструкции.The objective of the utility model is to increase the efficiency of the laser rangefinder as part of the optoelectronic system of the consumer while maintaining the minimum overall dimensions of its design.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем излучающий канал, включающий оптическую систему формирования выходного пучка лазерного излучения, лазерный излучатель, в резонаторе которого установлены оптически сопряженные с "глухим" и выходным зеркалами активный элемент, выполненный в форме параллелепипеда со скошенными параллельно друг другу торцевыми гранями, предназначенными для продольной оптической накачки решетками лазерных диодов, и модулятор добротности, датчик температуры, расположенный в зоне размещения решеток лазерных диодов, и устройство включения и питания последних, приемный канал, включающий приемный объектив, выполненный в виде фокусирующей линзы, схему измерения дальности, состоящую из измерителя временных интервалов и схемы управления длительностью импульса тока накачки с программируемой памятью, подключенной к датчику температуры и устройству включения и питания, фотоприемное устройство, чувствительная площадка которого расположена в фокальной плоскости фокусирующей линзы приемного объектива, дополнительное фотоприемное устройство, установленное с возможностью регистрации рассеянного лазерного излучения излучателя и подключенное к входу запуска измерителя временных интервалов схемы измерения дальности, а измерительный вход последнего подключен к выходу основного фотоприемного устройства, приемный объектив снабжен телескопической системой, размещенной перед фокусирующей линзой, в резонатор лазерного излучателя введены дополнительный идентичный основному активный элемент с продольной оптической накачкой в виде решеток лазерных диодов и расположенный параллельно основному с торцевыми гранями, развернутыми зеркально торцевым граням последнего, три призмы полного внутреннего отражения, каждая из которых выполнена с тремя отражающими гранями, одна из которых предназначена для поворота оптической оси на угол 90 градусов в одной плоскости, а две другие для поворота оптической оси на угол 180 градусов в плоскости, перпендикулярной первой, при этом "глухое" зеркало резонатора и одна из призм размещены рядом с выходным зеркалом резонатора, указанная призма развернута по отношению к другой из призм, ближайшей по ходу луча к выходному зеркалу, таким образом, что их ребра, образованные входной гранью и отражающей гранью полного внутреннего отражения развернуты под углом 90 градусов друг к другу, а устройство включения и питания решеток лазерных диодов выполнено с разделенным на два идентичных канала импульсным силовым преобразователем заряда емкостного накопителя, связанного с решетками лазерных диодов для продольной оптической накачки активных элементов, при этом два канала импульсного силового преобразователя выполнены с возможностью синхронной работы со сдвигом фазы на половину периода тактовой частоты.The problem is solved due to the fact that in a well-known laser rangefinder containing a radiating channel, including an optical system for forming an output beam of laser radiation, a laser emitter, in the resonator of which there are installed an active element optically conjugated with a "blind" and output mirrors, made in the form of a parallelepiped with end faces beveled parallel to each other, intended for longitudinal optical pumping by laser diode gratings, and a Q-switch, a temperature sensor located in the area where the laser diode gratings are located, and a device for switching on and powering the latter, a receiving channel, including a receiving objective, made in the form of a focusing lens , a range measurement circuit consisting of a time interval meter and a pump current pulse duration control circuit with a programmable memory connected to a temperature sensor and a switching and power device, a photodetector, the sensitive area of which is located in the focal plane of the focusing lens of the receiving lens, an additional photodetector installed with the ability to detect the scattered laser radiation of the emitter and connected to the start input of the time interval meter of the range measurement circuit, and the measuring input of the latter is connected to the output of the main photodetector, the receiving lens is equipped with a telescopic system, placed in front of the focusing lens, an additional active element identical to the main one with longitudinal optical pumping in the form of laser diode gratings and located parallel to the main one with end faces deployed mirror-like to the end faces of the latter, three total internal reflection prisms, each of which is made with three reflecting faces, one of which is designed to rotate the optical axis by 90 degrees in one plane, and the other two to rotate the optical axis by 180 degrees in the plane and perpendicular to the first, while the "deaf" resonator mirror and one of the prisms are placed near the output resonator mirror, the specified prism is deployed with respect to the other of the prisms closest to the output mirror along the beam, so that their edges formed by the input the face and the reflecting face of total internal reflection are turned at an angle of 90 degrees to each other, and the device for switching on and powering the laser diode arrays is made with a pulsed power converter of the capacitive storage charge divided into two identical channels, connected to the laser diode arrays for longitudinal optical pumping of active elements, at the same time, two channels of the pulse power converter are made with the possibility of synchronous operation with a phase shift of half the period of the clock frequency.

Введение в резонатор лазерного излучателя дополнительного идентичного основному активного элемента с продольной оптической накачкой в виде решеток лазерных диодов и расположенного параллельно основному с торцевыми гранями, развернутыми зеркально торцевым граням последнего, а также трех призм полного внутреннего отражения, каждая из которых выполнена с тремя отражающими гранями, одна из которых предназначена для поворота оптической оси на угол 90 градусов в одной плоскости, а две другие для поворота оптической оси на угол 180 градусов в плоскости, перпендикулярной первой, не влияющих на состояние поляризации проходящего через них лазерного излучения, позволяет без практического увеличения длины конструкции лазерного излучателя увеличить в два раза энергию импульса лазерного излучения и в четыре раза длину резонатора лазерного излучателя, последнее позволяет снизить расходимость выходного лазерного излучения пропорционально 1/(L)^1/2, где L - длина резонатора, что в совокупности дает возможность повысить дальность действия лазерного дальномера, в том числе при работе по малоразмерным целям. При этом размещение "глухого" зеркала резонатора и одной из призм полного внутреннего отражения рядом с выходным зеркалом резонатора и установка указанной призмы по отношению к другой из призм, ближайшей по ходу луча к выходному зеркалу, таким образом, что их ребра, образованные входной гранью и отражающей гранью полного внутреннего отражения, развернуты под углом 90 градусов друг к другу, позволяют обеспечить стойкость конструкции резонатора лазерного излучателя к внешним механическим и температурным воздействиям. В малогабаритных конструкциях эффективное увеличение в четыре раза длины резонатора лазерного излучателя позволяет увеличить длительность импульса лазерного излучения, что обеспечивает ее удержание на уровне требований, принятых для серийных приемников лазерного излучения.Introduction into the resonator of a laser emitter of an additional active element identical to the main one with longitudinal optical pumping in the form of arrays of laser diodes and located parallel to the main one with end faces turned mirror-like to the end faces of the latter, as well as three prisms of total internal reflection, each of which is made with three reflecting faces, one of which is designed to rotate the optical axis by an angle of 90 degrees in one plane, and the other two to rotate the optical axis by an angle of 180 degrees in a plane perpendicular to the first, without affecting the state of polarization of the laser radiation passing through them, allows without a practical increase in the length of the structure laser emitter to double the energy of the laser pulse and four times the length of the resonator of the laser emitter, the latter allows to reduce the divergence of the output laser radiation in proportion to 1/(L) ^1/2 , where L is the length of the resonator, which together gives the ability to increase the range of the laser rangefinder, including when working on small targets. In this case, the placement of a "deaf" resonator mirror and one of the prisms of total internal reflection near the output mirror of the resonator and the installation of the specified prism in relation to the other of the prisms closest to the output mirror along the beam, so that their edges formed by the input face and reflecting face of total internal reflection, turned at an angle of 90 degrees to each other, make it possible to ensure the resistance of the laser emitter resonator design to external mechanical and thermal influences. In small-sized designs, an effective fourfold increase in the length of the laser emitter cavity makes it possible to increase the duration of the laser radiation pulse, which ensures its retention at the level of requirements adopted for serial laser radiation receivers.

Комплексным положительным результатом вышеописанного исполнения резонатора лазерного излучателя является повышение эффективности работы лазерного дальномера в оптико-электронной системе потребителя как в режиме измерения дальности, так и в режиме целеуказания.A complex positive result of the above-described execution of the resonator of the laser emitter is an increase in the efficiency of the laser range finder in the optoelectronic system of the consumer both in the range measurement mode and in the target designation mode.

Снабжение в приемном канале лазерного дальномера приемного объектива телескопической системой, размещенной перед фокусирующей линзой и уменьшающей размер входного зрачка для фокусирующей линзы, позволяет за счет перемещения малогабаритного элемента - фокусирующей линзы повысить точность установки чувствительной площадки фотоприемного устройства в фокальную плоскость фокусирующей линзы приемного объектива и повысить точность союстировки излучающего и приемного каналов лазерного дальномера, т.е. повышает эффективность работы лазерного дальномера в оптико-электронной системе потребителя.The provision of a telescopic system in the receiving channel of the laser rangefinder of the receiving lens, which is placed in front of the focusing lens and reduces the size of the entrance pupil for the focusing lens, allows, by moving a small-sized element - the focusing lens, to increase the accuracy of setting the sensitive area of the photodetector device in the focal plane of the focusing lens of the receiving lens and improve accuracy alignment of the emitting and receiving channels of the laser rangefinder, i.e. increases the efficiency of the laser rangefinder in the optoelectronic system of the consumer.

Выполнение устройства включения и питания решеток лазерных диодов с разделенным на два идентичных канала импульсным силовым преобразователем заряда емкостного накопителя, связанного с решетками лазерных диодов для продольной оптической накачки активных элементов, при этом два канала импульсного силового преобразователя выполнены с возможностью синхронной работы со сдвигом фазы на половину периода тактовой частоты, позволяет уменьшить пульсации тока и напряжения, создаваемые работающим лазерным дальномером в бортовой сети питания оптико-электронной системы потребителя, т.е. повышает эффективность работы в ней лазерного дальномера. При этом обеспечивается снижение массы и объема устройства включения и питания за счет уменьшения массы и объема входных и выходных фильтрующих конденсаторов и дросселей силовых преобразователей.Execution of a device for switching on and powering laser diode arrays with a pulsed power converter of the capacitive storage charge divided into two identical channels, connected to the laser diode arrays for longitudinal optical pumping of active elements, while two channels of the pulsed power converter are made with the possibility of synchronous operation with a phase shift by half period of the clock frequency, allows you to reduce the current and voltage ripples created by the operating laser rangefinder in the on-board power supply network of the optoelectronic system of the consumer, i.e. increases the efficiency of the laser rangefinder in it. This ensures a reduction in the mass and volume of the switching and power supply device by reducing the mass and volume of input and output filter capacitors and power converter chokes.

На фиг. 1 представлена схема лазерного дальномера, на фиг. 2 показан вид призмы полного внутреннего отражения, на фиг. 3 представлена схема лазерного излучателя.In FIG. 1 shows a diagram of a laser rangefinder, Fig. 2 shows a view of a total internal reflection prism, FIG. 3 shows the scheme of the laser emitter.

Лазерный дальномер включает расположенные в механически сопряженных корпусах излучающий канал 1 и приемный канал 2. Излучающий канал 1 содержит лазерный излучатель с двумя расположенными параллельно друг другу активными элементами 3 и 4 со скошенными параллельно друг другу торцевыми гранями, предназначенными для продольной оптической накачки решетками лазерных диодов 5 и 6, установленными у противоположных торцевых граней активного элемента 3, и решетками лазерных диодов 7 и 8, установленными у противоположных торцевых граней активного элемента 4, а также модулятора добротности 9, при этом торцевые грани одного активного элемента развернуты зеркально торцевым граням другого. Резонатор лазерного излучателя образован выходным зеркалом 10 и "глухим" зеркалом 11 и конструктивно выполнен свернутым за счет введения в него трех призм полного внутреннего отражения 12, 13 и 14. Каждая из призм 12, 13, 14 полного внутреннего отражения (фиг. 2) выполнена с тремя отражающими гранями, одна из которых предназначена для поворота оптической оси на 90 градусов в одной плоскости, а две другие для поворота оптической оси на угол 180 градусов в плоскости, перпендикулярной первой. При этом (фиг. 3) "глухое" зеркало резонатора 11 и призма 12 полного внутреннего отражения размещены рядом с выходным зеркалом резонатора 10 и указанная призма 12 развернута по отношению к призме 13, ближайшей по ходу луча к выходному зеркалу резонатора 10 таким образом, что их ребра (АА' на фиг. 2), образованные входной гранью и отражающей гранью полного внутреннего отражения, развернуты под углом 90 градусов друг к другу. За выходным зеркалом 10 (фиг. 1) расположена оптическая система 15 формирования выходного пучка лазерного излучения. Решетки лазерных диодов 5 и 6, 7 и 8 подключены к устройству их включения и питания 16, которое выполнено с импульсным силовым преобразователем 17, включающим два идентичных канала 18 и 19, подключенных через выпрямители 20 и 21 к емкостному накопителя 22 и выполненных с возможностью синхронной работы со сдвигом фазы на половину периода тактовой частоты. Последний связан с двумя парами последовательно соединенных решеток лазерных диодов 5, 6 и 7, 8 для продольной оптической накачки активных элементов 3 и 4. Приемный канал 2 содержит приемный объектив 23, выполненный в виде оптически сопряженных телескопической системы 24 и фокусирующей линзы 25, отклоняющее зеркало 26, фотоприемное устройство 27, чувствительная площадка 28 которого расположена в фокальной плоскости фокусирующей линзы 25 приемного объектива 23, и схему измерения дальности 29, состоящую из измерителя временных интервалов 30 и схемы управления длительностью импульса тока накачки 31. Выход фотоприемного устройства 27 подключен к измерительному входу 32 измерителя временных интервалов 30 схемы измерения дальности 29. Излучающий канал 1 и приемный канал 2 снабжены сопрягаемыми оптическими окнами 33 и 34, через которые в зону приемного канала 2 может проникать рассеянное лазерное излучение излучателя. В приемном канале 2 напротив оптического окна 34 установлено дополнительное фотоприемное устройство 35, выход которого подключен к входу 36 запуска измерителя временных интервалов 30 схемы измерения дальности 29. В излучающем канале 1 в зоне установки решеток лазерных диодов 5, 6, 7, 8 размещен датчик температуры 37, который подключен к схеме управления длительностью импульса тока накачки 31, а последняя подключена к устройству включения и питания 16 решеток лазерных диодов 5, 6, 7, 8. Схема управления длительностью импульса тока накачки 31 имеет программируемую память, куда может быть записана требуемая зависимость длительности импульса тока накачки от температуры, обеспечивающая требуемую энергию импульса лазерного излучения в диапазоне рабочих температур и экспериментально определенная в процессе тестирования работы излучающего канала при изготовлении лазерного дальномера.The laser rangefinder includes a radiating channel 1 and a receiving channel 2 located in mechanically coupled housings. The radiating channel 1 contains a laser emitter with two active elements 3 and 4 located parallel to each other with beveled end faces parallel to each other, intended for longitudinal optical pumping by laser diode arrays 5 and 6 installed at the opposite end faces of the active element 3, and arrays of laser diodes 7 and 8 installed at the opposite end faces of the active element 4, as well as the Q-switch 9, while the end faces of one active element are turned mirror to the end faces of the other. The resonator of the laser emitter is formed by an output mirror 10 and a "deaf" mirror 11 and is structurally folded due to the introduction of three total internal reflection prisms 12, 13 and 14 into it. Each of the total internal reflection prisms 12, 13, 14 (Fig. 2) is made with three reflective faces, one of which is designed to rotate the optical axis by 90 degrees in one plane, and the other two to rotate the optical axis by 180 degrees in a plane perpendicular to the first. In this case (Fig. 3) the "deaf" mirror of the resonator 11 and the prism 12 of total internal reflection are placed near the output mirror of the resonator 10 and the specified prism 12 is deployed with respect to the prism 13, which is closest along the beam to the output mirror of the resonator 10 in such a way that their edges (AA' in Fig. 2), formed by the input face and the reflecting face of total internal reflection, are turned at an angle of 90 degrees to each other. Behind the output mirror 10 (Fig. 1) there is an optical system 15 for forming the output beam of laser radiation. Lattices of laser diodes 5 and 6, 7 and 8 are connected to the device for their inclusion and power supply 16, which is made with a pulse power converter 17, including two identical channels 18 and 19, connected through rectifiers 20 and 21 to the capacitive storage 22 and made with the possibility of synchronous work with a phase shift of half the clock period. The latter is connected to two pairs of series-connected arrays of laser diodes 5, 6 and 7, 8 for longitudinal optical pumping of active elements 3 and 4. The receiving channel 2 contains a receiving lens 23, made in the form of an optically coupled telescopic system 24 and a focusing lens 25, a deflecting mirror 26, a photodetector 27, the sensitive area 28 of which is located in the focal plane of the focusing lens 25 of the receiving lens 23, and the distance measurement circuit 29, consisting of a time interval meter 30 and a pump current pulse duration control circuit 31. The output of the photodetector 27 is connected to the measuring input 32 of the time interval meter 30 of the range measurement circuit 29. The emitting channel 1 and the receiving channel 2 are provided with mating optical windows 33 and 34, through which scattered laser radiation of the emitter can penetrate into the zone of the receiving channel 2. In the receiving channel 2, opposite the optical window 34, an additional photodetector 35 is installed, the output of which is connected to the start input 36 of the time interval meter 30 of the range measurement circuit 29. 37, which is connected to the circuit for controlling the duration of the pump current pulse 31, and the latter is connected to the device for switching on and powering 16 laser diode arrays 5, 6, 7, 8. The circuit for controlling the duration of the pump current pulse 31 has a programmable memory, where the required dependence can be written the duration of the pump current pulse on temperature, which provides the required energy of the laser radiation pulse in the operating temperature range and experimentally determined in the process of testing the operation of the radiating channel in the manufacture of a laser range finder.

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.The proposed utility model works as follows.

При включении питания датчик температуры 37 измеряет температуру в зоне размещения решеток лазерных диодов (РЛД) 5, 6 и 7, 8 и выдает информацию в схему управления длительностью импульса тока накачки 31, при этом питание поступает на устройство включения и питания 16 решеток лазерных диодов 5, 6 и 7, 8, в котором два идентичных канала 18 и 19 импульсного силового преобразователя 17 начинают синхронно работать на заданной тактовой частоте: один канал является ведущим, второй канал -ведомым, синхронизируемым от первого со сдвигом по фазе на половину периода тактовой частоты, что обеспечивает заряд через выпрямители 20 и 21 емкостного накопителя 22. При разряде последнего через связанные с ним РЛД протекают импульсы тока длительностью, задаваемой схемой управления 31, при этом происходит возбуждение активных элементов 3 и 4 излучением, соответственно, РЛД 5, 6 и 7, 8, а при достижении необходимого уровня возбуждения включается модулятор добротности 9 и в свернутом резонаторе 10, 13, 12, 14, 11 развивается лазерный процесс. Лазерное излучение выходит из резонатора через его полупрозрачное зеркало 10 и после прохода через оптическую систему 15 направляется на удаленный объект, до которого измеряется дальность. Часть лазерного излучения, рассеянного элементами лазерного излучателя и стенками корпуса излучающего канала 1, через окна 33, 34 поступает на вход дополнительного фотоприемного устройства 35, выходным сигналом с которого по входу 36 запускается измеритель временных интервалов 30 в схеме измерения дальности 29. Отраженное удаленным объектом лазерное излучение проходит через телескопическую систему 24 приемного объектива 23, уменьшающую размер входного зрачка, и далее, предварительно отразившись от зеркала 26, имеющего узкополосное отражающее покрытие для защиты фотоприемного устройства от фонового излучения, с высокой точностью фокусируется фокусирующей линзой 25 приемного объектива 23 на чувствительную площадку 28 фотоприемного устройства 27. С выхода фотоприемного устройства 27 сигнал поступает на измерительный вход 32 измерителя временных интервалов 30 схемы измерения дальности 29, останавливая отсчет временного интервала Т между излученным и принятым импульсами. По величине интервала Т схема измерения дальности вычисляет расстояние R по формуле R=cT/2.When the power is turned on, the temperature sensor 37 measures the temperature in the area where the arrays of laser diodes (RLD) 5, 6 and 7, 8 are located and outputs information to the control circuit for the duration of the pump current pulse 31, while power is supplied to the switching device and power supply 16 of the arrays of laser diodes 5 , 6 and 7, 8, in which two identical channels 18 and 19 of the pulse power converter 17 begin to operate synchronously at a given clock frequency: one channel is the master, the second channel is the slave, synchronized from the first with a phase shift of half the period of the clock frequency, which provides a charge through the rectifiers 20 and 21 of the capacitive storage 22. When the latter is discharged through the associated RLD, current pulses flow with a duration specified by the control circuit 31, while active elements 3 and 4 are excited by radiation, respectively, RLD 5, 6 and 7, 8, and when the required level of excitation is reached, the Q-switch 9 is turned on and in the folded resonator 10, 13, 12, 1 4, 11 the laser process develops. The laser radiation leaves the resonator through its translucent mirror 10 and, after passing through the optical system 15, is directed to a distant object, to which the distance is measured. Part of the laser radiation scattered by the elements of the laser emitter and the walls of the housing of the emitting channel 1, through windows 33, 34 enters the input of an additional photodetector 35, the output signal from which, at the input 36, starts the time interval meter 30 in the range measurement circuit 29. The laser reflected by a distant object the radiation passes through the telescopic system 24 of the receiving lens 23, which reduces the size of the entrance pupil, and then, having previously been reflected from the mirror 26, which has a narrow-band reflective coating to protect the photodetector from background radiation, it is focused with high accuracy by the focusing lens 25 of the receiving lens 23 onto the sensitive area 28 photodetector 27. From the output of the photodetector 27, the signal is fed to the measuring input 32 of the time interval meter 30 of the range measurement circuit 29, stopping the countdown of the time interval T between the emitted and received pulses. From the interval T, the ranging circuit calculates the distance R by the formula R=cT/2.

Благодаря описанному техническому решению выполняется задача повышения эффективности работы лазерного дальномера в оптико-электронной аппаратуре потребителя за счет повышения его дальности действия и улучшения электромагнитной совместимости при сохранении минимальных габаритных размеров.Thanks to the described technical solution, the task of increasing the efficiency of the laser rangefinder in the optoelectronic equipment of the consumer is carried out by increasing its range and improving electromagnetic compatibility while maintaining minimum overall dimensions.

Данные выводы подтверждены результатами изготовления и испытаний опытного образца лазерного дальномера.These conclusions are confirmed by the results of manufacturing and testing a prototype laser rangefinder.

Источники информацииSources of information

1. Патент РФ на полезную модель 166686. Лазерный дальномер / Быков В.Н., Вильнер В.Г., Прядеин В.А., Садовой А.Г., Текутов А.И., Трубин В.О. // Бюл. - 2016. - №34.1. RF patent for utility model 166686. Laser range finder / Bykov V.N., Vilner V.G., Pryadein V.A., Sadovoy A.G., Tekutov A.I., Trubin V.O. // Bull. - 2016. - No. 34.

2. Патент РФ на полезную модель 199219. Лазерный дальномер / Белов Н.Н., Быков В.Н., Кутурин В.Н., Прядеин В.А., Садовой А.Г., Сафутин А.Е., Ступников В.А., Трубин В.О. //Бюл. - 2020. - №24 - прототип.2. RF patent for utility model 199219. Laser rangefinder / Belov N.N., Bykov V.N., Kuturin V.N., Pryadein V.A., Sadovoy A.G., Safutin A.E., Stupnikov V. .A., Trubin V.O. //Bul. - 2020. - No. 24 - prototype.

Claims

A laser rangefinder containing a radiating channel, including an optical system for forming an output beam of laser radiation, a laser emitter, in the resonator of which there are installed an active element optically conjugated with the "blind" and output mirrors, made in the form of a parallelepiped with end faces beveled parallel to each other, intended for longitudinal optical pumping by laser diode arrays, and a Q-switch, a temperature sensor located in the area where the laser diode arrays are located, and a device for switching on and supplying the latter, a receiving channel including a receiving lens made in the form of a focusing lens, a range measurement circuit consisting of a time interval meter and control circuits for the duration of the pump current pulse with a programmable memory connected to the temperature sensor and the switching and power device, a photodetector device, the sensitive area of which is located in the focal plane of the focusing lens of the receiving lens, an additional photodetector installed with the ability to detect the scattered laser radiation of the emitter and connected to the trigger input of the time interval meter of the range measurement circuit, and the measuring input of the latter is connected to the output of the main photodetector, characterized in that the receiving lens is equipped with a telescopic system placed in front of the focusing lens, an additional active element identical to the main active element with longitudinal optical pumping in the form of laser diode gratings and located parallel to the main one with end faces deployed mirror-like to the end faces of the latter, three total internal reflection prisms, each of which is made with three reflective faces, is introduced into the resonator of the laser emitter, one of which is designed to rotate the optical axis by an angle of 90 degrees in one plane, and the other two to rotate the optical axis by an angle of 180 degrees in a plane perpendicular to the first, while " "deaf" mirror of the resonator and one of the prisms are placed near the output mirror of the resonator, the specified prism is deployed with respect to the other of the prisms closest to the output mirror along the beam, so that their edges formed by the input face and the reflecting face of total internal reflection, turned at an angle of 90 degrees to each other, and the device for switching on and powering the laser diode arrays is made with a pulsed power converter of the capacitive storage charge divided into two identical channels, connected to the laser diode arrays for longitudinal optical pumping of active elements, while two channels of the pulsed power converter made with the possibility of synchronous operation with a phase shift of half the period of the clock frequency.