RU2197009C1

RU2197009C1 - Self-contained laser protective device and method of its employment for protection against attack

Info

Publication number: RU2197009C1
Application number: RU2001131124A
Authority: RU
Inventors: М.В. Сильников; А.И. Михайлин; С.Л. Кулаков; А.Ф. Кулакова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение специальных материалов"
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-01-20

Abstract

FIELD: individual protecting-illuminating means designed for illumination of objects and protective luminous action in case of threat of attack. SUBSTANCE: device has case housing power supply unit, semiconductor laser diode and lens mounted for movement along optical axis. Device is fitted with cylindrical lens installed in body on optical axis of lens for turn through angle multiple of 90 degrees relative to initial position which is position in which main section of lens is aligned with plane perpendicular to smaller side of radiating butt of luminous body of laser diode and passing through center of its output window. Front focus of lens is set behind or in front of radiating butt of luminous body. Laser radiation is formed in the form of wide stripe, then it is transformed into narrow stripe by turn of cylindrical lens element and object is scanned by this stripe by reciprocation movement of device. EFFECT: enhanced efficiency of security measures and protection against attack thanks to more accurate and directional action. 10 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в качестве индивидуального защитно-осветительного средства, предназначенного для подсветки близких и удаленных объектов, защитного светового воздействия на человека или животного в случае угрозы его нападения, а также в качестве сигнального средства. The invention relates to optoelectronic instrumentation and can be used as an individual protective lighting device designed to illuminate close and distant objects, protective light exposure to a person or animal in the event of a threat of attack, as well as a signaling device.

Известны лазерные световые устройства, например лазерные указки и целеуказатели, содержащие лазерный полупроводниковый диод и объектив, формирующий на выходе этих устройств лазерное излучение видимого диапазона в виде узкого пучка света. Например, в промышленно выпускаемом лазерном целеуказателе "Барс" (Россия) в корпусе установлен лазерный модуль, представляющий собой конструктивно жестко скрепленные между собой лазерный диод с выходной мощностью порядка 5 мВт и объектив, формирующий расходящийся пучок излучения с выхода диода в узконаправленный коллимированный лазерный пучок света. На малых расстояниях (3÷5 метров) на выходе целеуказателя лазерная марка представляет собой относительно круглое световое пятно, но по мере увеличения расстояния форма светового пятна изменяется и на расстоянии примерно 20÷30 м несколько растягивается. Обычно при разработке целеуказателей и указок стремятся обеспечить минимальный диаметр и круглую форму светового пятна на максимальных расстояниях. При случайном прямом попадании лазерного излучения видимого диапазона в глаза человека или животного может наступить временное ослепление, связанное со световой адаптацией зрения. Однако попадание небольшой круглой световой марки непосредственно в глаз, а тем более в оба, маловероятно. Known laser light devices, such as laser pointers and target indicators, containing a laser semiconductor diode and a lens that generates visible laser radiation in the form of a narrow beam of light at the output of these devices. For example, in the industrial-produced laser target designator Bars (Russia), a laser module is installed in the housing, which is a laser diode with a power output of the order of 5 mW and a lens forming a diverging beam of radiation from the output of the diode into a narrowly focused collimated laser beam . At small distances (3 ÷ 5 meters), the laser mark at the output of the target pointer is a relatively round light spot, but as the distance increases, the shape of the light spot changes and stretches somewhat at a distance of about 20 ÷ 30 m. Usually, when designing target designators and pointers, they strive to provide a minimum diameter and a circular shape of a light spot at maximum distances. In the event of a direct direct hit of laser radiation of the visible range in the eyes of a person or an animal, temporary blindness may occur due to light adaptation of vision. However, getting a small round light mark directly into the eye, and even more so in both, is unlikely.

Известен автономный лазерный осветительный модуль и способ его применения в качестве защитного устройства, предназначенного для ослабления или временного ухудшения зрения человека с помощью яркого света или ослепляющей вспышки, по патенту США 6007218, F 21 K 7/00, F 21 V 8/00, 1999г. Согласно патенту устройство содержит корпус, размещенные в нем блок питания, выключатель и лазерный осветительный модуль, включающий лазерный излучатель и коллимирующий объектив, установленный с возможностью его перемещения относительно лазера. С целью энергетического и геометрического выравнивания формы и освещенности лазерной марки между полупроводниковым лазерным диодом (излучателем) и объективом установлен световолоконный жгут, свитый петлями. При этом на выходе устройства формируется излучение в виде пучка света круглого сечения. Known autonomous laser lighting module and method of its use as a protective device designed to weaken or temporarily impair a person’s vision with bright light or a blinding flash, according to US patent 6007218, F 21 K 7/00, F 21 V 8/00, 1999 . According to the patent, the device includes a housing, a power supply unit, a switch and a laser lighting module, including a laser emitter and a collimating lens mounted with the possibility of its movement relative to the laser. For the purpose of energy and geometric alignment of the shape and illumination of the laser mark between the semiconductor laser diode (emitter) and the lens installed fiber optic bundle, twisted loops. At the same time, radiation is formed in the form of a circular beam of light at the output of the device.

Способ применения этого защитно-осветительного устройства включает формирование широкого лазерного пучка света видимого диапазона, предварительное обнаружение объекта воздействия (преступника или потенциального нарушителя) путем его освещения этим пучком света, преобразование широкого лазерного пучка в более узкий с безопасной плотностью энергии, наведение его на глаза объекта и, если он не прекращает угрожающего поведения, возбуждение отдельных вспышек яркого света, направленных в глаза нарушителя, с помощью нажатия переключателя лазерного излучателя. The method of application of this protective and lighting device includes the formation of a wide laser beam of light in the visible range, preliminary detection of the object of influence (criminal or potential intruder) by illuminating it with this beam of light, converting the wide laser beam into a narrower one with a safe energy density, pointing it at the eyes of the object and, if he does not stop the threatening behavior, the excitation of individual flashes of bright light directed into the eyes of the intruder by pressing the switch laser emitter.

Однако этот способ обезвреживания потенциального преступника не может быть достаточно эффективным, поскольку в режиме светового защитного воздействия используется только часть круглого светового пятна, попадающая на глаза нарушителя, а при концентрации световой энергии при уменьшении светового пятна в условиях чрезвычайных ситуаций и плохой освещенности попадание небольшой круглой световой марки непосредственно в глаза объекта маловероятно. However, this method of neutralizing a potential criminal cannot be effective enough, since in the light protection mode only part of the round light spot that falls on the eyes of the intruder is used, and when the light energy is concentrated when the light spot is reduced in emergency situations and poor lighting, a small round light marking directly into the eyes of an object is unlikely.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является автономное портативное лазерное защитно-осветительное устройство "The Laser Dissuader", разработанное на основе патента США 5685636, F 21 К 7/00, 1997г., представляющее собой лазерный излучатель, ухудшающий или временно ослабляющий зрение человека путем воздействия яркого света или ослепляющей вспышки, не вызывающей длительной потери зрения. В соответствии с патентом устройство содержит корпус, выполненный в форме, например, карманного фонаря или полицейской дубинки, и последовательно установленные в нем источник питания с выключателем, цепь источника питания, лазерный излучатель и объектив, выполненный с возможностью его перемещения вдоль оси. Подвижкой объектива обеспечивают формирование узконаправленного лазерного пучка света или его расширение с целью освещения и обнаружения с его помощью таких объектов, как человек. Световое пятно на выходе объектива имеет круглую форму. Устройство предназначено для сигнально-предупредительных и защитных действий, предпринимаемых полицейскими, службами охраны и безопасности или военными, а также для подсветки объектов, в том числе людей, в условиях низкой освещенности. The closest in technical essence to the claimed is a standalone portable laser protective and lighting device "The Laser Dissuader", developed on the basis of US patent 5685636, F 21 K 7/00, 1997., which is a laser emitter that impairs or temporarily impairs human vision by exposure to bright light or a blinding flash that does not cause long-term loss of vision. In accordance with the patent, the device comprises a housing made in the form of, for example, a flashlight or a baton, and a power supply with a switch, a power supply circuit, a laser emitter, and a lens made with the possibility of its movement along the axis are sequentially installed in it. The lens movement allows the formation of a narrow laser beam of light or its expansion in order to illuminate and detect objects such as a person with its help. The light spot at the exit of the lens has a circular shape. The device is intended for warning and protective actions taken by police, security and safety services or the military, as well as to illuminate objects, including people, in low light conditions.

Способ применения устройства заключается в том, что предварительно обнаруживают или визуально определяют объект и наводят лазерный луч примерно на уровень его груди, сопровождая это голосовым предупреждением. Если объект не реагирует должным образом, луч лазерного излучателя на короткое время направляют в глаза объекту. Прямое попадание лазерного излучения в глаза человеку приводит к его дезориентации, вызванной физиологической перестройкой его зрительного восприятия, связанной со световой и темновой адаптацией. Время, необходимое для адаптации, зависит от плотности мощности излучения светового потока на объекте и времени воздействия света на объект. Для дезориентации человека или животного используют узконаправленный пучок света, а для его предварительного обнаружения - расширенный. Для переформирования светового пучка необходимо произвести перенастройку устройства, то есть перемещением объектива сформировать световое пятно нужного размера. The method of application of the device consists in preliminary detecting or visually determining an object and directing the laser beam approximately at the level of its chest, accompanied by a voice warning. If the object does not respond properly, the beam of the laser emitter is briefly directed into the eyes of the object. A direct hit of laser radiation in a person’s eyes leads to his disorientation caused by physiological rearrangement of his visual perception associated with light and dark adaptation. The time required for adaptation depends on the radiation power density of the light flux at the object and the time of exposure to light on the object. For disorientation of a person or animal, a narrow beam of light is used, and for its preliminary detection, an expanded one. To reorganize the light beam, it is necessary to reconfigure the device, that is, by moving the lens to form a light spot of the desired size.

При использовании указанного малогабаритного лазерного устройства его держат в руке, поэтому в экстремальных ситуациях попадание узкого лазерного пучка света непосредственно в глаза нападающего крайне затруднительно. Для обеспечения большей вероятности попадания лазерного света и предварительного обнаружения объекта перемещением объектива устройства достигают расширения лазерной марки до поперечного размера примерно 150÷300 мм на расстоянии 3÷4 м от него. Расширение лазерной марки вызывает снижение уровня освещенности объекта. Круглая форма светового пятна не позволяет эффективно использовать мощность излучения, генерируемого устройством, так как "работает" только узкая часть круглого светового пятна, попадающая на глаза. When using the specified small-sized laser device, it is held in the hand, therefore, in extreme situations, getting a narrow laser beam of light directly into the eyes of the attacker is extremely difficult. To ensure a greater likelihood of laser light entering and preliminary detection of an object by moving the lens of the device, the laser marks expand to a transverse dimension of approximately 150–300 mm at a distance of 3–4 m from it. The expansion of the laser mark causes a decrease in the level of illumination of the object. The round shape of the light spot does not allow the efficient use of the radiation power generated by the device, since only the narrow part of the round light spot that “hits” the eyes is “working”.

Изобретение решает задачу повышения эффективности охранных мероприятий и защиты от нападения за счет обеспечения более точного и направленного светового воздействия на объект. The invention solves the problem of increasing the effectiveness of security measures and protection against attack by providing a more accurate and directed light exposure on the object.

Для этого автономное лазерное защитное устройство, содержащее корпус с размещенными в нем блоком питания, лазерным излучателем и объективом, установленным с возможностью его перемещения вдоль оптической оси, дополнительно снабжено цилиндрической линзой, установленной в корпусе на оптической оси объектива с возможностью ее поворота на угол, кратный 90^o, относительно исходного положения, в котором главное сечение линзы совмещено с плоскостью, перпендикулярной меньшей стороне излучающего торца тела свечения лазерного излучателя и проходящей через центр его выходного окна. Объектив выполнен таким образом, что его передний апертурный угол больше или равен максимальному углу расходимости излучения на выходе лазерного излучателя в плоскости, перпендикулярной к большей стороне излучающего торца его тела свечения и проходящей через центр выходного окна лазерного излучателя. Цилиндрическая линза закреплена в оправе, установленной в корпусе с возможностью ее поворота вокруг оси объектива и фиксации при повороте через 90^o относительно исходного положения. Передний фокус объектива установлен за или перед излучающим торцом тела свечения лазерного излучателя. В качестве лазерного излучателя использован полупроводниковый лазерный диод с максимальными углами

расходимости лазерного излучения в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, находящимися в соотношении n: 1 соответственно, где n - больше или равно двум.For this, an autonomous laser protective device containing a housing with a power supply, a laser emitter and a lens mounted with the ability to move along the optical axis is additionally equipped with a cylindrical lens mounted in the housing on the optical axis of the lens with the ability to rotate it by an angle multiple 90 ^o , relative to the initial position in which the main section of the lens is aligned with a plane perpendicular to the smaller side of the radiating end of the body of the glow of the laser emitter and the passage flowing through the center of its exit window. The lens is designed in such a way that its front aperture angle is greater than or equal to the maximum angle of radiation divergence at the output of the laser emitter in a plane perpendicular to the larger side of the emitting end of its body and passing through the center of the output window of the laser emitter. The cylindrical lens is fixed in a frame mounted in the housing with the possibility of rotation around the axis of the lens and fixation when turning through 90 ^o relative to the original position. The front focus of the lens is mounted behind or in front of the radiating end of the body of the glow of the laser emitter. A semiconductor laser diode with maximum angles was used as a laser emitter

laser radiation divergences in two mutually perpendicular planes in the ratio n: 1, respectively, where n is greater than or equal to two.

Согласно способу защиты от нападения с помощью автономного лазерного защитного устройства, включающему формирование широкого лазерного пучка света видимого диапазона, предварительное обнаружение обезвреживаемого объекта путем его освещения указанным пучком света, преобразование широкого лазерного пучка в более узкий с безопасной плотностью энергии и наведение его на глаза обезвреживаемого объекта, для обнаружения объекта в плоскости объекта формируют лазерное излучение в виде широкой полосы, затем путем поворота цилиндрической линзы устройства преобразуют его в узкую полосу длиной, обеспечивающей наибольшую вероятность попадания на объект, а для попадания излучения в глаза объекта сканируют объект этой полосой возвратно-поступательными перемещениями устройства, которые можно производить в горизонтальном, вертикальном или наклонном направлениях в зависимости от расположения объекта со скоростью, обеспечивающей прямое попадание в глаза объекта в течение 0,1-0,25 секунды. При этом пучок лазерного излучения формируют таким образом, чтобы длина большей оси его сечения на объекте была не меньшей максимального расстояния между глазами человека. According to a method of protection against attack using an autonomous laser protective device, including the formation of a wide laser beam of light of the visible range, preliminary detection of the object to be neutralized by illumination with the specified light beam, converting the wide laser beam into a narrower one with a safe energy density and directing it to the eyes of the object to be neutralized , to detect an object in the plane of the object, laser radiation is formed in the form of a wide band, then by turning a cylindrical The device’s sockets transform it into a narrow strip with a length that provides the greatest probability of hitting the object, and to get radiation into the object’s eyes, scan the object with this strip using reciprocal translations of the device, which can be performed in horizontal, vertical or inclined directions depending on the location of the object with speed providing direct contact with the eyes of the object within 0.1-0.25 seconds. In this case, a laser beam is formed so that the length of the larger axis of its cross section at the object is not less than the maximum distance between the eyes of a person.

Для обеспечения временной дезориентации объекта, не сопровождающейся необратимыми изменениями зрения, используют лазерный излучатель, обеспечивающий световой поток с плотностью мощности на объекте не более 110 мВт/см² на всем расстоянии светового воздействия.To ensure temporary disorientation of the object, which is not accompanied by irreversible changes in vision, a laser emitter is used that provides a luminous flux with a power density of no more than 110 mW / cm ² at the entire distance of light exposure.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено заявленное лазерное защитное устройство в разрезе с цилиндрической линзой в исходном положении; на фиг. 2 - то же, при повороте цилиндрической линзы на 90^o; на фиг.3 - лазерный излучатель, выполненный в виде полупроводникового лазерного диода, и углы расходимости лазерного излучения на его выходе в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях; на фиг.4 - формирование светового пятна на выходе объектива.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows the claimed laser protective device in section with a cylindrical lens in its original position; in FIG. 2 - the same, when you rotate the cylindrical lens 90 ^o ; figure 3 - laser emitter, made in the form of a semiconductor laser diode, and the angles of divergence of the laser radiation at its output in two mutually perpendicular planes; figure 4 - the formation of a light spot at the output of the lens.

Лазерное защитное устройство содержит корпус 1 с последовательно установленными в нем блоком питания 2, лазерным излучателем 3 и объективом 4. The laser protective device comprises a housing 1 with a power supply unit 2, a laser emitter 3, and a lens 4 installed in series therein.

Корпус 1 может быть выполнен в виде фонаря или в любой другой удобной форме из легкого металла или пластмассы. The housing 1 can be made in the form of a lamp or in any other convenient form of light metal or plastic.

В качестве лазерного излучателя 3 в устройстве может быть использован полупроводниковый лазерный диод непрерывного или импульсного действия либо малогабаритный лазерный модуль со щелевой диафрагмой на выходе. As a laser emitter 3 in the device, a continuous or pulsed semiconductor laser diode or a small-sized laser module with a slit diaphragm at the output can be used.

В корпусе 1 за объективом 4 на его оптической оси установлена цилиндрическая линза 5 с возможностью ее поворота на угол, кратный 90^o, относительно исходного положения. За исходное положение цилиндрической линзы 5 принято такое, в котором главное ее сечение совмещено с плоскостью, перпендикулярной меньшей стороне излучающего торца 6 тела свечения 7 лазерного излучателя 3 и проходящей через центр его выходного окна. Цилиндрическая линза 5 конструктивно может быть выполнена круглой, квадратной или прямоугольной формы. Для обеспечения удобства ее поворота она может быть закреплена в оправе 8, установленной на корпусе 1 с возможностью ее поворота вокруг оси объектива 4 и фиксации при повороте через 90^o относительно исходного положения, например, с помощью шариковых пружинных фиксаторов (на чертеже не показаны), установленных через 90^o на оправе или на корпусе. При этом для фиксации подпружиненных шариков и соответственно оправы в определенном положении при ее повороте могут служить четыре отверстия в корпусе или в оправе цилиндрической линзы. При фиксации оправы через 90^o шарики попадают в отверстия в корпусе, при этом рукой ощущается легкий щелчок, что может облегчить настройку устройства, например, еще до его включения или в темноте, что позволяет оперативно перевести устройство в защитный режим работы или в режим поиска.In the housing 1, behind the lens 4, a cylindrical lens 5 is mounted on its optical axis with the possibility of rotation through an angle that is a multiple of 90 ^o relative to the initial position. The initial position of the cylindrical lens 5 is such that its main section is aligned with a plane perpendicular to the smaller side of the emitting end 6 of the luminescence body 7 of the laser emitter 3 and passing through the center of its output window. The cylindrical lens 5 can structurally be made round, square or rectangular in shape. To ensure the convenience of its rotation, it can be fixed in a frame 8 mounted on the housing 1 with the possibility of its rotation around the axis of the lens 4 and fixing when turning through 90 ^o relative to the initial position, for example, using ball spring clips (not shown), installed through 90 ^o on the frame or on the housing. At the same time, four holes in the housing or in the frame of a cylindrical lens can serve to fix the spring-loaded balls and, accordingly, the frames in a certain position when it is rotated. When fixing the frame through 90 ^{o, the} balls fall into the holes in the housing, and a slight click is felt with your hand, which can facilitate device setup, for example, even before it is turned on or in the dark, which allows you to quickly put the device into protective mode or in search mode.

Оправа 8 вместе с установленной в ней линзой 5 может служить также для защиты внутреннего объема корпуса 1 от внешних воздействий. The frame 8 together with the installed lens 5 can also serve to protect the internal volume of the housing 1 from external influences.

В варианте исполнения установочные размеры цилиндрической линзы 5 могут совпадать с размерами выходного отверстия корпуса 1, и тогда линза может быть установлена непосредственно в корпусе без оправы. In an embodiment, the mounting dimensions of the cylindrical lens 5 may coincide with the dimensions of the outlet of the housing 1, and then the lens can be installed directly in the housing without a rim.

Лазерный излучатель 3 в виде полупроводникового лазерного диода (фиг.3) выбран с максимальными углами

расходимости лазерного излучения в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, находящимися в соотношении n:1 соответственно, где n - больше или равно двум. При этом на выходе лазерного диода формируется пучок света с эллипсоидальным сечением.The laser emitter 3 in the form of a semiconductor laser diode (figure 3) is selected with maximum angles

laser radiation divergences in two mutually perpendicular planes located in the ratio n: 1, respectively, where n is greater than or equal to two. In this case, a light beam with an ellipsoidal cross section is formed at the output of the laser diode.

Оптимальным можно считать соотношение 3:1 или 4:1, однако современные лазерные полупроводниковые диоды, выпускаемые зарубежными ведущими фирмами-производителями, такими как Hitachi, Sanyo, Sony (Япония), Polaroid Corporation (США), и российскими - НПО "ПОЛЮС" (г. Москва), АО "Восход" (г. Калуга), имеют максимальную расходимость лазерного излучения в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, проходящих через центр выходного окна диода, приблизительно находящуюся в соотношении 3:1. The optimum ratio can be considered 3: 1 or 4: 1, however, modern laser semiconductor diodes produced by foreign leading manufacturers, such as Hitachi, Sanyo, Sony (Japan), Polaroid Corporation (USA), and Russian - NPO POLYUS ( Moscow), JSC "Voskhod" (Kaluga), have a maximum divergence of laser radiation in two mutually perpendicular planes passing through the center of the output window of the diode, approximately in a ratio of 3: 1.

Объектив 4 выполнен таким образом, что его передний апертурный угол σ_A больше или равен максимальному углу Θ_⊥ расходимости излучения на выходе лазерного излучателя 3 в плоскости, перпендикулярной к большей стороне излучающего торца 6 его тела свечения 7 и проходящей через центр выходного окна лазерного диода - излучателя 3. Такое выполнение объектива 4 обеспечивает максимальный захват его излучения. При этом в плоскости, перпендикулярной к плоскости наибольшей расходимости излучения и проходящей через оптическую ось системы "лазерный диод-объектив", угол расходимости лазерного излучения

примерно в три раза меньше чем ∠Θ_⊥, и на входе объектива 4 лазерное излучение формируется в виде световой полосы со сторонами, длины которых находятся также в соотношении примерно 1:3.The lens 4 is made in such a way that its front aperture angle σ _{A is} greater than or equal to the maximum angle Θ _{⊥ of the} divergence of radiation at the output of the laser emitter 3 in a plane perpendicular to the greater side of the emitting end 6 of its glow body 7 and passing through the center of the output window of the laser diode - emitter 3. This embodiment of the lens 4 provides maximum capture of its radiation. Moreover, in the plane perpendicular to the plane of greatest divergence of radiation and passing through the optical axis of the laser diode-objective system, the angle of divergence of laser radiation

about three times less than ∠Θ _⊥ , and at the input of the lens 4, the laser radiation is formed in the form of a light strip with sides whose lengths are also in a ratio of about 1: 3.

Объектив 4 в вариантах исполнения может быть выполнен многокомпонентным в виде линзы Френеля или в виде асферической линзы. The lens 4 in the embodiments can be made multicomponent in the form of a Fresnel lens or in the form of an aspherical lens.

Передний фокус F объектива 4 установлен на его оптической оси за или перед телом свечения 7 лазерного излучателя 3 на некотором расстоянии x, определяемом в зависимости от фокусного расстояния f объектива, максимального угла Θ_⊥ расходимости излучения на выходе лазерного излучателя и требуемых параметров световой полосы на объекте. Смещение фокуса F относительно тела свечения излучателя 3 в ту или другую сторону позволяет уменьшить расходимость светового пучка на выходе объектива 4 по сравнению с его расходимостью на входе последнего. При этом расстояние х выбирают меньшим, чем фокусное расстояние f объектива.The front focus lens F 4 is set to its optical axis behind or in front of the laser emitter glow body July 3 at a certain distance x, is determined depending on the focal length f of the lens, the maximum angle of Θ _⊥ divergence of emission at the output of the laser emitter and the required parameters of the light band on the object . The shift of the focus F relative to the body of the glow of the emitter 3 in one direction or another can reduce the divergence of the light beam at the output of the lens 4 in comparison with its divergence at the input of the latter. In this case, the distance x is chosen smaller than the focal length f of the lens.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Как известно, цилиндрическая линза имеет два главных сечения, проходящих через ось линзы, - одно в плоскости, перпендикулярной к образующей ее цилиндрической поверхности, другое - в плоскости, параллельной этой образующей. Если представить тело свечения излучателя в виде тонкой линии, то в плоскости, проходящей через эту линию, главное сечение цилиндрической линзы в зависимости от ее положения относительно излучателя будет эквивалентно либо сечению плоскопараллельной пластины, либо сечению сферической линзы. Согласно изобретению за исходное положение цилиндрической линзы 5 принято такое, в котором главное сечение линзы совмещено с плоскостью, перпендикулярной меньшей стороне излучающего торца 6 тела свечения 7 лазерного излучателя 3 и проходящей через центр его выходного окна. При этом главное сечение линзы 5 будет эквивалентно сечению сферической линзы. As you know, a cylindrical lens has two main sections passing through the axis of the lens, one in a plane perpendicular to its cylindrical surface and the other in a plane parallel to this generatrix. If we imagine the body of the emitter’s glow in the form of a thin line, then in the plane passing through this line, the main section of a cylindrical lens, depending on its position relative to the emitter, will be equivalent to either a section of a plane-parallel plate or a section of a spherical lens. According to the invention, the initial position of the cylindrical lens 5 is such that the main section of the lens is aligned with a plane perpendicular to the smaller side of the emitting end 6 of the body of the glow 7 of the laser emitter 3 and passing through the center of its output window. In this case, the main section of the lens 5 will be equivalent to the section of a spherical lens.

Поскольку в качестве лазерного излучателя 3 использован полупроводниковый лазерный диод (фиг.3) с максимальными углами

расходимости лазерного излучения в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, находящимися в соотношении n: 1 соответственно, то сечение лазерного излучения на входе и выходе объектива 4 при выбранной апертуре представляет собой эллипс с таким же соотношением его большей и меньшей осей. Благодаря тому, что передний фокус F объектива 4 установлен за или перед излучающим торцом 6 тела свечения 7 лазерного излучателя 3, на выходе объектива 4 расходимость лазерного излучения одинаково уменьшится как в плоскости максимальной расходимости (∠Θ_⊥), так и в плоскости минимальной расходимости

лазерного излучения на выходе диода. При этом на вход цилиндрической линзы 5 попадет лазерный пучок света с сечением в виде эллипса, расходящийся менее, чем на входе объектива 4.Since as a laser emitter 3 used a semiconductor laser diode (figure 3) with maximum angles

If the laser radiation diverges in two mutually perpendicular planes in the ratio n: 1, respectively, then the laser radiation cross section at the input and output of the lens 4 at the selected aperture is an ellipse with the same ratio of its major and minor axes. Due to the fact that the front focus F of the lens 4 is installed behind or in front of the emitting end 6 of the luminescence body 7 of the laser emitter 3, at the output of the lens 4 the divergence of the laser radiation will equally decrease both in the plane of maximum divergence (∠Θ _⊥ ) and in the plane of minimum divergence

laser radiation at the output of the diode. In this case, a laser beam of light with a cross section in the form of an ellipse diverging less than at the input of the lens 4 will enter the input of the cylindrical lens 5.

При отсутствии цилиндрической линзы (как показано на фиг.4) в плоскости, удаленной от объектива, на некотором расстоянии от него формируется световая полоса с длиной l и шириной m, находящимися в соотношении l:m, равном n. С помощью цилиндрической линзы форма световой полосы на объекте изменяется. In the absence of a cylindrical lens (as shown in FIG. 4) in a plane remote from the lens, at some distance from it, a light strip is formed with a length l and width m in the ratio l: m equal to n. Using a cylindrical lens, the shape of the light strip on the object changes.

В исходном положении цилиндрической линзы 5 (фиг.1) ее главное сечение совмещено с плоскостью, перпендикулярной меньшей стороне излучающего торца 6 тела свечения 7 лазерного излучателя 3, проходящей через центр его выходного окна, и представляет собой сечение сферической линзы. При этом расходимость излучения на выходе линзы 5 в плоскости минимальной расходимости излучения лазерного излучателя увеличивается, а в плоскости максимальной расходимости излучателя останется такой же, как после прохождения плоскопараллельной пластины. В этом случае на выходе цилиндрической линзы 5 в плоскости объекта формируется световая полоса 9 шириной m₁, большей ширины m в зависимости от фокусного расстояния цилиндрической линзы, и длиной, равной l.In the initial position of the cylindrical lens 5 (figure 1), its main section is aligned with a plane perpendicular to the smaller side of the emitting end 6 of the body of the glow 7 of the laser emitter 3 passing through the center of its output window, and is a section of a spherical lens. In this case, the divergence of radiation at the output of the lens 5 in the plane of the minimum divergence of radiation of the laser emitter increases, and in the plane of the maximum divergence of the emitter will remain the same as after passing through a plane-parallel plate. In this case, at the exit of the cylindrical lens 5 in the plane of the object, a light strip 9 of width m _{1 is formed} , greater than width m depending on the focal length of the cylindrical lens, and a length equal to l.

Очевидно, что при увеличении ширины полосы в n раз длина и ширина световой полосы 9 становятся равными. Obviously, with an increase in the bandwidth by a factor of n, the length and width of the light strip 9 become equal.

При повороте цилиндрической линзы 5 на 90^o (фиг.2) ее главное сечение окажется совмещенным с плоскостью, перпендикулярной большей стороне излучающего торца 6 тела свечения 7 лазерного излучателя 3, и представляет собой сечение плоскопараллельной пластины. При этом расходимость излучения на выходе линзы 5 в плоскости минимальной расходимости излучателя останется прежней, а в плоскости максимальной расходимости излучения лазерного излучателя увеличится, как после прохождения сферической линзы. В этом положении на выходе цилиндрической линзы 5 в плоскости объекта формируется световая полоса 9 шириной, равной m, и длиной l₁, большей длины l также в зависимости от фокусного расстояния цилиндрической линзы.When the cylindrical lens 5 is rotated 90 ^° (FIG. 2), its main section will be aligned with the plane perpendicular to the larger side of the emitting end 6 of the luminescence body 7 of the laser emitter 3, and is a section of a plane-parallel plate. In this case, the divergence of the radiation at the output of the lens 5 in the plane of the minimum divergence of the emitter will remain the same, and in the plane of the maximum divergence of the radiation of the laser emitter will increase, as after passing a spherical lens. In this position, at the exit of the cylindrical lens 5 in the plane of the object, a light strip 9 is formed with a width equal to m and a length l ₁ , of a greater length l also depending on the focal length of the cylindrical lens.

Таким образом, при поворотах цилиндрической линзы 5 на 90^o возможно формирование на объекте либо узкой и длинной световой полосы (фиг.2), либо более широкой и короткой полосы (фиг.1) со сторонами, определяемыми величинами смещения фокуса объектива 4 относительно тела свечения лазерного излучателя 3, фокусными расстояниями объектива 4 и цилиндрической линзы 5, величиной n, определяемой как соотношение углов расходимости лазерного излучения на выходе лазерного диода, а также положением цилиндрической линзы относительно объектива.Thus, when the cylindrical lens 5 is rotated 90 ^°, it is possible to form on the object either a narrow and long light strip (Fig. 2) or a wider and shorter strip (Fig. 1) with sides determined by the values of the focus shift of the lens 4 relative to the glow body laser emitter 3, the focal lengths of the lens 4 and the cylindrical lens 5, a value of n, defined as the ratio of the angles of divergence of the laser radiation at the output of the laser diode, as well as the position of the cylindrical lens relative to the lens.

Способ применения лазерного устройства для защиты от нападения согласно изобретению осуществляют следующим образом. A method of using a laser device to protect against attack according to the invention is as follows.

В случае возникновения опасной ситуации с помощью автономного лазерного устройства формируют лазерный пучок света видимого диапазона с сечением в виде относительно широкой полосы и направляют его в сторону обезвреживаемого объекта или потенциального нарушителя с целью определения его местонахождения и расположения. Затем с помощью поворота цилиндрической линзы устройства преобразуют этот пучок в узкую полосу длиной, обеспечивающей наибольшую вероятность попадания на объект. Для этого пучок лазерного излучения формируют таким образом, чтобы длина большей оси его сечения на объекте была не меньшей усредненного максимального расстояния между глазами человека. In the event of a dangerous situation, a laser beam of visible light with a cross section in the form of a relatively wide band is formed using an autonomous laser device and directed towards a neutralized object or potential intruder in order to determine its location and location. Then, by turning the cylindrical lens of the device, this beam is converted into a narrow strip with a length that provides the greatest probability of hitting the object. For this, a laser beam is formed so that the length of the larger axis of its cross section at the object is not less than the average maximum distance between the human eyes.

Практически для повышения эффективности работы устройства длина полосы на объекте должна превышать максимальное расстояние между глазами человека, т. е. 80÷100 мм, и быть примерно равной 100÷200 мм, а минимальное расстояние воздействия должно быть примерно равно 1÷2 м. При этом может быть обеспечено относительно безопасное (временное) воздействие лазерного излучения на глаза человека. Естественно, что на больших расстояниях энергетическая плотность световой полосы будет уменьшаться, а безопасность воздействия излучения возрастать. In practice, to increase the efficiency of the device, the strip length at the object should exceed the maximum distance between the eyes of a person, i.e. 80 ÷ 100 mm, and be approximately equal to 100 ÷ 200 mm, and the minimum distance of exposure should be approximately equal to 1 ÷ 2 m. this can provide a relatively safe (temporary) effect of laser radiation on human eyes. Naturally, at large distances the energy density of the light strip will decrease, and the safety of radiation exposure will increase.

После формирования вытянутого в виде полосы лазерного излучения сканируют этим световым пятном подозрительный объект путем возвратно-поступательных движений руки с устройством, наводя лазерное излучение на его глаза. Возвратно-поступательные перемещения устройства можно производить в горизонтальном, вертикальном или наклонном направлениях в зависимости от расположения объекта, причем большую ось светового сечения желательно установить перпендикулярно направлению перемещения устройства. After the formation of an elongated laser radiation in the form of a strip, a suspicious object is scanned with this light spot by reciprocating movements of the hand with the device, directing laser radiation into his eyes. The reciprocating movement of the device can be performed in horizontal, vertical or inclined directions depending on the location of the object, and it is desirable to set the major axis of the light section perpendicular to the direction of movement of the device.

При этом возвратно-поступательные перемещения устройства осуществляют со скоростью, обеспечивающей прямое попадание светового излучения в глаза объекта в течение 0,1-0,25 секунды. Тем самым обеспечивают одновременную засветку обоих глаз нарушителя в течение времени, необходимого и достаточного для появления физиологической реакции на световое воздействие. Длительность экспозиции, т.е. прямого попадания светового излучения в глаза объекта, имеет существенное значение. Как показывают исследования, при времени однократного воздействия света, превышающем 0,25 секунды, глаз человека самопроизвольно закрывается, и дальнейшее его облучение практически бесполезно. При времени светового воздействия менее 0,1 секунды рецепторы глаза не успевают полностью отреагировать на изменение его освещенности и эффект "временного ослепления" достигнут не будет. When this reciprocating movement of the device is carried out at a speed that provides a direct hit of light radiation in the eyes of the object for 0.1-0.25 seconds. Thus, they provide simultaneous illumination of both eyes of the intruder for the time necessary and sufficient for the appearance of a physiological reaction to light exposure. Exposure duration, i.e. direct exposure to light in the eyes of an object is essential. Studies show that when the time of a single exposure to light exceeding 0.25 seconds, the human eye spontaneously closes, and its further irradiation is practically useless. When the exposure time is less than 0.1 second, the eye receptors do not have time to fully respond to changes in its illumination and the effect of "temporary blindness" will not be achieved.

С другой стороны, для обеспечения временного дезориентирующего воздействия на объект, не приводящего к необратимым физиологическим изменениям глаз человека, используют лазерный излучатель, обеспечивающий световой поток с плотностью мощности на объекте не более 110 мВт/см², что соответствует нормам предельно допустимого уровня освещенности глаз, установленным санитарными нормами и правилами эксплуатации лазеров, например СанПиН 5804-91.On the other hand, to provide a temporary disorienting effect on the object that does not lead to irreversible physiological changes in the human eye, a laser emitter is used that provides a light flux with a power density of no more than 110 mW / cm ² on the object, which corresponds to the norms of the maximum permissible level of eye illumination, established sanitary standards and rules for the operation of lasers, for example SanPiN 5804-91.

При этом принимают, что для эффективной реализации заявленного способа защиты от нападения минимальная дистанция относительно безопасного (временного) воздействия лазерного излучения на глаза человека составляет примерно 1÷2 метра, а максимально гарантированная дистанция защитного действия - около 300 метров. При дальнейшем увеличении расстояния до объекта световая полоса увеличивается в размерах и освещенность объекта существенно снижается. At the same time, it is assumed that for the effective implementation of the claimed method of protection against attack, the minimum distance relative to the safe (temporary) exposure to laser radiation on a person’s eyes is about 1 ÷ 2 meters, and the maximum guaranteed distance of protective action is about 300 meters. With a further increase in the distance to the object, the light strip increases in size and the illumination of the object decreases significantly.

Таким образом, изобретение позволяет формировать на объекте лазерную марку в виде широкой полосы и преобразовывать ее в более узкую полосу. Такое формирование излучения на выходе устройства позволяет использовать его для подсветки близких и удаленных объектов, а также как защитное средство, временно дезориентирующее нападающего. Возможность формирования лазерной марки в виде черты или полосы позволяет наиболее эффективно использовать излучение полупроводникового лазерного излучателя, концентрируя его по ширине. Поворот цилиндрической линзы позволяет быстро производить перенастройку устройства и оперативно переводить его из защитно-осветительного режима работы в режим поиска и освещения объекта, что также повышает эффективность использования устройства, особенно в экстремальных ситуациях. Thus, the invention allows to form a laser mark on the object in the form of a wide strip and convert it into a narrower strip. This formation of radiation at the output of the device allows you to use it to illuminate close and distant objects, as well as a protective tool, temporarily disorienting the attacker. The possibility of forming a laser mark in the form of a dash or strip allows the most efficient use of the radiation of a semiconductor laser emitter, concentrating it across the width. Rotation of a cylindrical lens allows you to quickly reconfigure the device and quickly transfer it from the protective-lighting mode to the search and lighting mode of the object, which also increases the efficiency of use of the device, especially in extreme situations.

Claims

1. An autonomous laser protective device comprising a housing with a power supply located therein, a laser emitter and a lens mounted in the housing with the ability to move along the optical axis, characterized in that it is additionally equipped with a cylindrical lens mounted in the housing on the optical axis of the lens with the possibility of its rotation through an angle multiple of 90 ^o relative to the initial position, for which it is taken in which the main section of the lens is aligned with a plane perpendicular to the smaller side of the radiating At the end of the luminescence body of the laser emitter and passing through the center of its output window, a semiconductor laser diode is used as the laser emitter, and the front focus of the lens is mounted behind or in front of the emitting end of its luminescence body.

2. The laser device according to claim 1, characterized in that the lens is made in such a way that its front aperture angle is greater than or equal to the maximum angle of radiation divergence at the output of the laser emitter in a plane perpendicular to the larger side of the radiating end face of its luminescence body and passing through the center output window of the laser emitter.

3. The laser device according to claim 1, characterized in that the laser diode is selected with maximum angles

4. The laser device according to claim 1, characterized in that the cylindrical lens is fixed in a frame mounted in the housing with the possibility of its rotation around the axis of the lens and fixation when turning through 90 ^o relative to the initial position.

5. The laser device according to claim 1, characterized in that to ensure temporary disorientation of the object to be neutralized, the semiconductor laser diode is selected from the condition of providing a luminous flux with a power density of not more than 110 mW / cm ² over the entire exposure distance.

6. A method of protection against attack using an autonomous laser protective device, including the formation of a wide laser beam of visible light, preliminary detection of the object to be neutralized by illuminating it with the specified light beam, converting the wide laser beam into a narrower one with a safe energy density and directing it to the eyes of the neutralized object, characterized in that for detecting an object in the plane of the object, laser radiation is formed in the form of a wide band, then by turning Skog lens element convert it to a narrow strip of a length that provides the highest probability of falling on the object, and for radiation entering the eye of the object scanned object of this stripe reciprocating device.

7. The method according to p. 6, characterized in that the reciprocating movement is carried out in horizontal, vertical or inclined directions, depending on the location of the object.

8. The method according to p. 6, characterized in that when forming laser radiation, the length of the horizontal axis of its section is set to not less than the maximum distance between the eyes of a person.

9. The method according to p. 6, characterized in that the reciprocating movement is carried out at a speed that ensures direct contact with the eyes of the object within 0.1-0.25 s.

10. The method according to p. 6, characterized in that to ensure temporary disorientation of the object being neutralized, a laser emitter is used that provides a luminous flux with a power density of no more than 110 mW / cm ² at the entire exposure distance of the device.