RU2439492C1 - Laser range finder - Google Patents

Laser range finder Download PDF

Info

Publication number
RU2439492C1
RU2439492C1 RU2010121546/28A RU2010121546A RU2439492C1 RU 2439492 C1 RU2439492 C1 RU 2439492C1 RU 2010121546/28 A RU2010121546/28 A RU 2010121546/28A RU 2010121546 A RU2010121546 A RU 2010121546A RU 2439492 C1 RU2439492 C1 RU 2439492C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
lens
lasers
radiation
range finder
Prior art date
Application number
RU2010121546/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер (RU)
Валерий Григорьевич Вильнер
Владимир Георгиевич Волобуев (RU)
Владимир Георгиевич Волобуев
Александр Аполлонович Казаков (RU)
Александр Аполлонович Казаков
Сергей Александрович Подставкин (RU)
Сергей Александрович Подставкин
Артем Сергеевич Рябокуль (RU)
Артем Сергеевич Рябокуль
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2010121546/28A priority Critical patent/RU2439492C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2439492C1 publication Critical patent/RU2439492C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: range finder receiver comprises photo receiver and receiving optical system. Range finder transmitter comprises first solid-state laser and lens with inclined mirror arranged there between to reflect first laser emission toward said lens, and second solid-stage laser. Second laser output beam passes through inclined mirror toward the lens parallel with first laser beam. Lens optical axis is parallel with receiver axis. Said lasers feature different wavelength of emission. Lasers' emitting sites are located on kens optical axis in lens focal plane. Laser emitting transition images created by lens in slot plane overlap preset cross section of said slot with minimum width of dark gaps. Said dark gap between images proximate to range finder optical axis does not exceed minimum angular sizes of preset small-size target. Inclined mirror represents a spectrum-dividing coat second laser emission radiolucent and reflecting emission of first laser. Difference in wavelengths of lasers exceeds interval between spectral transmission and reflection zones of said spectrum-dividing coat. Receiving lens is radiolucent for both lasers. Photo receiver receives emission on both wavelengths.
EFFECT: increased range, smaller sizes.
8 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.The invention relates to laser technology, namely to laser ranging equipment.

Известен лазерный дальномер с полупроводниковым лазером, содержащий передающее и приемное устройства [1]. Приемное устройство такого дальномера содержит приемник и объектив приемника, а передающее устройство - лазерный полупроводниковый излучатель (лазерный диод) и объектив излучателя, причем излучающая площадка излучателя расположена в фокальной плоскости объектива излучателя. Недостатком этого лазерного дальномера является сравнительно низкая энергия выходного лазерного излучения, ограничиваемая энергетическими характеристиками лазерного излучателя (стойкостью излучающего перехода лазерного диода и др.). Это не позволяет проводить измерения до целей, расположенных на больших расстояниях от дальномера.Known laser range finder with a semiconductor laser containing a transmitting and receiving device [1]. The receiving device of such a range finder contains a receiver and a receiver lens, and the transmitting device comprises a laser semiconductor emitter (laser diode) and an emitter lens, the emitting area of the emitter being located in the focal plane of the emitter lens. The disadvantage of this laser range finder is the relatively low energy of the output laser radiation, limited by the energy characteristics of the laser emitter (resistance of the radiating transition of the laser diode, etc.). This does not allow measurements to targets located at large distances from the rangefinder.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лазерный дальномер, описанный в [2]. Этот лазерный дальномер содержит приемное устройство, включающее фотоприемник с приемным объективом и передающее устройство, включающее передающий объектив и два полупроводниковых лазера, выходные пучки излучения которых совмещены с помощью наклонного зеркала. Наклонное зеркало имеет зеркальное покрытие на половине своей площади, отражающее излучение первого лазера в сторону половины передающего объектива. Вторая половина зеркала не имеет зеркального покрытия и пропускает излучение второго лазера в сторону другой половины передающего объектива.The closest in technical essence to the proposed device is a laser rangefinder, described in [2]. This laser range finder contains a receiving device including a photodetector with a receiving lens and a transmitting device including a transmitting lens and two semiconductor lasers, the output radiation beams of which are combined using an inclined mirror. The tilt mirror has a mirror coating on half of its area, reflecting the radiation of the first laser towards half of the transmitting lens. The second half of the mirror has no mirror coating and transmits the radiation of the second laser towards the other half of the transmitting lens.

При таком построении передающего устройства диаметр передающего объектива равен сумме диаметров световых пучков от каждого из лазеров, что ведет к увеличению его габаритов и резкому возрастанию аберрационных искажений из-за того, что передающий объектив работает для каждого пучка не центральной, а боковой зоной, причем в значительно большем апертурном угле. Все это усложняет конструкцию лазерного дальномера, затрудняет сопряжение оптических осей лазерных излучателей и существенно увеличивает габариты устройства.With this construction of the transmitting device, the diameter of the transmitting lens is equal to the sum of the diameters of the light beams from each of the lasers, which leads to an increase in its size and a sharp increase in aberration distortions due to the fact that the transmitting lens does not work for each beam with a central but a side zone, and significantly larger aperture angle. All this complicates the design of the laser rangefinder, complicates the coupling of the optical axes of the laser emitters and significantly increases the dimensions of the device.

Задачей изобретения является обеспечение высокой дальности действия лазерного дальномера при его минимальных габаритах.The objective of the invention is to provide a high range laser rangefinder with its minimum dimensions.

Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем приемное устройство, включающее фотоприемник и приемную оптическую систему, и передающее устройство, включающее первый полупроводниковый лазер и объектив, между которыми введено наклонное зеркало, отражающее излучение первого лазера в сторону объектива, а также второй полупроводниковый лазер, расположенный так, чтобы его выходной пучок излучения проходил сквозь наклонное зеркало в направлении объектива параллельно пучку излучения первого лазера, причем излучающие площадки лазеров находятся в фокальной плоскости объектива, оптическая ось которого параллельна оптической оси приемного устройства, являющейся оптической осью дальномера, первый и второй лазеры выполнены с разной длиной волны излучения, их излучающие площадки расположены на оптической оси объектива в его фокальной плоскости так, что изображения их излучающих переходов, создаваемые объективом в плоскости цели, покрывают заданное поперечное сечение цели с минимальной шириной неосвещенных промежутков, причем неосвещенным промежуток между изображениями излучающих переходов первого и второго лазеров, ближайших к оптической оси дальномера, не превышает минимальных угловых размеров заданной малоразмерной цели, а наклонное зеркало представляет собой спектроделительное покрытие, прозрачное для излучения второго лазера и отражающее излучение первого лазера, при этом разность длин волн первого и второго лазеров превышает интервал между спектральными зонами пропускания и отражения спектроделительного покрытия, приемный объектив прозрачен для длин волн излучения обоих лазеров, а фотоприемник выполнен с возможностью приема излучения на обеих длинах волн.This problem is solved due to the fact that in the known laser range finder containing a receiving device including a photodetector and a receiving optical system, and a transmitting device including a first semiconductor laser and a lens, an inclined mirror is introduced between them, which reflects the radiation of the first laser towards the lens, and also a second semiconductor laser arranged so that its output radiation beam passes through an inclined mirror in the direction of the lens parallel to the radiation beam of the first laser, moreover, the emitting laser pads are located in the focal plane of the lens, the optical axis of which is parallel to the optical axis of the receiving device, which is the optical axis of the range finder, the first and second lasers are made with different radiation wavelengths, their emitting pads are located on the optical axis of the lens in its focal plane so that images of their radiating transitions created by the lens in the target plane cover a predetermined target cross-section with a minimum width of unlit gaps, and The gap between the images of the radiating transitions of the first and second lasers closest to the optical axis of the range finder does not exceed the minimum angular dimensions of a given small-sized target, and the inclined mirror is a spectrodividing coating that is transparent to the radiation of the second laser and reflects the radiation of the first laser, while the wavelength difference of the first and second lasers exceeds the interval between the spectral transmission and reflection zones of the spectrodividing coating, the receiving lens is transparent for lengths of ln the radiation of the two lasers, and a photodetector adapted to receive light at both wavelengths.

Спектроделительное покрытие может быть нанесено на грань плоскопараллельной пластинки, обращенную к первому лазеру, а вторая грань этой пластинки просветлена на длину волны второго лазера.A spectrodividing coating can be applied to a face of a plane-parallel plate facing the first laser, and the second face of this plate is enlightened at the wavelength of the second laser.

Спектроделительное покрытие может быть также нанесено на гипотенузную грань светоделительного кубика, катетные грани которого, обращенные к лазерам, просветлены на длины волн этих лазеров, а грань, обращенная к объективу, просветлена на обе длины волны.A spectro-splitting coating can also be applied to the hypotenuse face of a beam splitting cube, whose side faces facing the lasers are clarified at the wavelengths of these lasers, and the face facing the lens is cleared at both wavelengths.

Между каждым из лазеров и наклонным зеркалом может быть введен коллимирующий элемент, а между наклонным зеркалом и объективом введен рассеивающий элемент, причем фокусные расстояния объектива F, коллимирующего элемента F1 и рассеивающего элемента F2 удовлетворяют соотношению F·F1/F2=а·φ, где а - размер излучающей площадки лазера, а φ - требуемая угловая расходимость выходного излучения лазерного дальномера.A collimating element can be introduced between each of the lasers and an inclined mirror, and a scattering element can be introduced between the inclined mirror and the lens, and the focal lengths of the lens F, the collimating element F 1 and the scattering element F 2 satisfy the relation F · F 1 / F 2 = а · φ, where a is the size of the laser emitting area, and φ is the required angular divergence of the output radiation of the laser rangefinder.

Целесообразно, чтобы длина волны хотя бы одного из лазеров находилась в окне прозрачности атмосферы, в частности не совпадала с длиной волны поглощения паров воды в атмосфере.It is advisable that the wavelength of at least one of the lasers is in the transparency window of the atmosphere, in particular, does not coincide with the wavelength of absorption of water vapor in the atmosphere.

По крайней мере один из лазеров может иметь несколько излучающих переходов, а переходы первого и второго лазеров расположены так, что их изображения, создаваемые объективом в плоскости цели, чередуются.At least one of the lasers can have several radiating transitions, and the transitions of the first and second lasers are arranged so that their images created by the lens in the target plane alternate.

Рекомендуется, чтобы ширина неосвещенного промежутка между изображениями излучающих переходов первого и второго лазеров, ближайших к оптической оси дальномера, была равна нулю.It is recommended that the width of the unlit gap between the images of the radiating transitions of the first and second lasers closest to the optical axis of the rangefinder be equal to zero.

Перед фотоприемником может быть введен узкополосный фильтр, пропускающий излучение на рабочих длинах волн лазеров и подавляющий излучение на других длинах волн.A narrow-band filter can be introduced in front of the photodetector, transmitting radiation at the working wavelengths of the lasers and suppressing radiation at other wavelengths.

На фиг.1 представлена блок-схема передающего устройства лазерного дальномера. На фиг.2 показано положение длин волн лазеров относительно характеристик пропускания и отражения спектроделительного покрытия. Фиг.3 иллюстрирует варианты взаимного положения цели, прицельной марки и изображений излучающих площадок лазеров в картинной плоскости дальномера.Figure 1 presents a block diagram of a transmitter of a laser rangefinder. Figure 2 shows the position of the wavelengths of the lasers relative to the transmission and reflection characteristics of the spectrodividing coating. Figure 3 illustrates options for the relative position of the target, reticle and images of the emitting areas of the lasers in the picture plane of the rangefinder.

Передающее устройство (фиг.1) содержит два лазерных излучателя 1 и 2 и передающий объектив 3. Между ними расположено наклонное зеркало 4, представляющее собой спектроделительное покрытие, нанесенное на обращенную к первому лазеру грань плоскопараллельной пластинки. Лазерный излучатель 1 с рабочей длиной волны излучения λ1 состоит из полупроводникового лазера 5 и цилиндрической линзы 6. Аналогично построен лазерный излучатель 2 с рабочей длиной волны излучения λ2. Перед каждым лазерным излучателем установлены коллимирующие элементы 7 и 8, преобразующие расходящиеся пучки лазерного излучения в параллельные. После наклонного зеркала лазерные пучки с длинами волн λ1 и λ2 совмещаются и с помощью рассеивающего элемента 9 преобразуются в единый расходящийся пучок с общим фокусом 10 (действительным для рассеивающего элемента в виде положительной линзы, как на фиг.1, или мнимым для рассеивающего элемента в виде отрицательной линзы). Фокус расходящегося пучка находится в фокальной плоскости объектива 3. Таким образом, на выходе объектива 3 формируется параллельный пучок излучения.The transmitting device (Fig. 1) contains two laser emitters 1 and 2 and a transmitting lens 3. Between them is an inclined mirror 4, which is a spectrodividing coating deposited on the face of a plane-parallel plate facing the first laser. A laser emitter 1 with a working radiation wavelength λ 1 consists of a semiconductor laser 5 and a cylindrical lens 6. A laser emitter 2 with a working radiation wavelength λ 2 is constructed in the same way. In front of each laser emitter, collimating elements 7 and 8 are installed, which convert diverging beams of laser radiation into parallel ones. After an inclined mirror, laser beams with wavelengths λ 1 and λ 2 are combined and converted using a scattering element 9 into a single diverging beam with a common focus 10 (valid for a scattering element in the form of a positive lens, as in Fig. 1, or imaginary for a scattering element in the form of a negative lens). The focus of the diverging beam is in the focal plane of the lens 3. Thus, a parallel radiation beam is formed at the output of the lens 3.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подаче управляющего сигнала лазерные излучатели 1 и 2 одновременно излучают лазерные импульсы. Излучающие площадки лазеров представляют собой, как показано на примере фиг.1, единичный полупроводниковый переход 11 или пакет из нескольких, например двух, переходов 12, излучающих в апертурном угле порядка 10-30° [3, стр.118]. Расходящееся излучение первого лазера 5 преобразуется в параллельный пучок цилиндрической линзой 6 и коллимирующим элементом 7. Аналогично коллимируется излучение второго лазера. После наклонного зеркала совмещенный пучок излучения снова преобразуется в расходящийся с помощью рассеивающего элемента 9 и окончательно преобразуется в параллельный пучок с помощью объектива 3. Промежуточное преобразование излучения лазеров в параллельные пучки целесообразно по ряду причин.When a control signal is supplied, the laser emitters 1 and 2 simultaneously emit laser pulses. The emitting areas of the lasers are, as shown in the example of FIG. 1, a single semiconductor junction 11 or a packet of several, for example two, junction 12, emitting in the aperture angle of the order of 10-30 ° [3, p.118]. The diverging radiation of the first laser 5 is converted into a parallel beam by a cylindrical lens 6 and a collimating element 7. Similarly, the radiation of the second laser is collimated. After the inclined mirror, the combined radiation beam is again converted to divergent using the scattering element 9 and finally converted to a parallel beam using the lens 3. Intermediate conversion of laser radiation into parallel beams is advisable for several reasons.

Во-первых, при этом обеспечивается более плотная конструктивная компоновка узла, включающего наклонное зеркало 4 и излучатели 1 и 2.Firstly, this provides a denser structural layout of the node, including the inclined mirror 4 and the emitters 1 and 2.

Во-вторых, в параллельных лучах интерференционное спектроделительное покрытие обладает лучшим соотношением коэффициентов пропускания τ(λ) и отражения ρ(λ), чем в сходящихся или расходящихся лучах [4, стр.120]. Типичные спектральные зависимости указанных коэффициентов и относительное положение длин волн первого и второго лазеров показаны на фиг.2.Secondly, in parallel beams, the interference spectrodivision coating has a better ratio of transmittance τ (λ) and reflection ρ (λ) than in converging or diverging beams [4, p. 120]. Typical spectral dependences of these coefficients and the relative position of the wavelengths of the first and second lasers are shown in Fig.2.

В-третьих, описанная схема позволяет производить юстировку передающего устройства дальномера не в составе изделия, а отдельно, что снижает трудоемкость сборки, более высокое качество регулировки и сохранение юстировки в процессе эксплуатации.Thirdly, the described scheme allows alignment of the transmitting device of the rangefinder not as part of the product, but separately, which reduces the complexity of the assembly, higher quality adjustment and maintaining alignment during operation.

В-четвертых, наличие оптических элементов 7, 8 и 9 позволяет создать промежуточное изображение излучающих площадок лазеров в фокусе 10 объектива 3, где путем выбора фокусных расстояний первого и второго коллимирующих элементов выровнять относительные габариты изображений излучающих переходов 11, 12 первого и второго лазеров. Изображения этих площадок в фокальной плоскости объектива имеют вид, показанный на фиг.1. Фокусные расстояния объектива F, коллимирующего элемента F1 и рассеивающего элемента F2 удовлетворяют соотношению F·F1/F2=а·φ, где а - размер излучающей площадки лазера, а φ - требуемая угловая расходимость выходного излучения лазерного дальномера. При этом обеспечивается максимальная концентрация излучения на цели, и, следовательно, дальность действия и помехозащищенность лазерного дальномера.Fourth, the presence of optical elements 7, 8 and 9 allows you to create an intermediate image of the emitting laser pads at the focus 10 of the lens 3, where, by choosing the focal lengths of the first and second collimating elements, align the relative dimensions of the images of the radiating transitions 11, 12 of the first and second lasers. Images of these sites in the focal plane of the lens have the form shown in figure 1. The focal lengths of the lens F, the collimating element F 1 and the scattering element F 2 satisfy the relation F · F 1 / F 2 = a · φ, where a is the size of the laser emitting area and φ is the required angular divergence of the output radiation of the laser rangefinder. This ensures the maximum concentration of radiation on the target, and, consequently, the range and noise immunity of the laser rangefinder.

В-пятых, при такой схеме поперечной регулировкой взаимного положения излучателей обеспечено оптимальное взаимное положение изображений переходов, а продольной подвижкой элементов 7 и 8 - их совмещение в фокальных плоскостях объектива 3, соответствующих длинам волн лазеров, тем самым обеспечивая параллельность выходных пучков излучения.Fifthly, with such a scheme, transverse adjustment of the relative position of the emitters ensures the optimal relative position of the transition images, and the longitudinal movement of the elements 7 and 8 ensures their combination in the focal planes of the lens 3 corresponding to the laser wavelengths, thereby ensuring parallel output radiation beams.

Пример 1. Характеристики некоторых импульсных полупроводниковых лазеров.Example 1. Characteristics of some pulsed semiconductor lasers.

МодельModel ПроизводительManufacturer Длина волны, нмWavelength nm Расходимость излучения, градDivergence of radiation, degrees Габариты излучающей площадки, мкмDimensions of the radiating area, microns Импульс. мощность, ВтPulse. Power, W LPI-50M-805LPI-50M-805 НИИ Полюс» [5]NII Polyus »[5] 805805 25×1025 × 10 400×400400 × 400 50fifty IDLP50M-905IDLP50M-905 НИИ Полюс» [5]NII Polyus »[5] 905905 40×1240 × 12 400×400400 × 400 50fifty 155G4S14X155G4S14X Laser Comp. [6]Laser Comp. [6] 15401540 20×3020 × 30 300×300300 × 300 4040

В предлагаемом техническом решении могут быть использованы любые сочетания указанных в таблице и других лазеров. При построении оптической системы необходимо учитывать отличия в габаритах излучающей площадки и расходимости излучения, что обеспечивается выбором апертурного угла и фокусного расстояния коллимирующих компонентов 7 и 8.In the proposed technical solution, any combination of the other lasers indicated in the table can be used. When constructing an optical system, it is necessary to take into account the differences in the dimensions of the radiating area and the radiation divergence, which is ensured by the choice of the aperture angle and focal length of the collimating components 7 and 8.

Если условиями эксплуатации дальномера предусматривается его использование на длинных (более 3 км) трассах в условиях повышенной температуры и влажности, то один из лазеров предпочтительно выбрать с рабочей длиной волны 1540 нм, поскольку его излучение меньше ослабляется парами воды в атмосфере. С другой стороны, более высокая выходная мощность лазеров с длиной волны 805 и 905 нм дает им преимущество в сухой атмосфере. При этом близкое положение длин волн лазеров облегчает выбор оптимального фотоприемника и построение узкополосного фильтра с высоким пропусканием на рабочих длинах волн и эффективным подавлением фонового излучения.If the operating conditions of the rangefinder provide for its use on long (more than 3 km) routes under conditions of elevated temperature and humidity, then it is preferable to choose one of the lasers with an operating wavelength of 1540 nm, since its radiation is less attenuated by water vapor in the atmosphere. On the other hand, the higher output power of lasers with wavelengths of 805 and 905 nm gives them an advantage in a dry atmosphere. At the same time, the close position of the laser wavelengths facilitates the selection of the optimal photodetector and the construction of a narrow-band filter with high transmission at working wavelengths and effective suppression of background radiation.

Варианты ориентации и взаимного положения излучающих площадок представлены на фиг.3.Variants of the orientation and relative position of the radiating pads are presented in figure 3.

При измерении дальности до цели на нее наводят оптическую ось дальномера (ось визирования) с помощью прицельной марки 13, соосной с чувствительной площадкой фотоприемника и излучающей площадкой лазера 12. На фиг.3 а) показан вариант излучающей площадки, состоящей из двух излучающих лазерных переходов, так называемых «полосков» [7]. Как видно из фиг.3 а), при горизонтальном положении полосков доля их излучения, попадающая на узкую вертикальную цель, очень мала, что снижает дальность действия дальномера до таких целей. При вертикальной ориентации полосков их перекрытие с целью увеличивается, но существует опасность, что такая цель может «провалиться» в промежуток между полосками при наведении прицельной марки в центр цели, как это показано на фиг.3 б). В этом случае измерение невозможно. При формировании зондирующего пятна излучения согласно предлагаемому изобретению промежутки между полосками первого лазера заполняются полосками второго лазера, чем исключается вероятность того, что цель окажется в промежутке между полосками (фиг.3 в)). Однако и при этом часть цели может быть не освещена зондирующим пятном, что снижает энергию отраженного ей излучения, а следовательно, и дальность действия.When measuring the distance to the target, the optical axis of the range finder (sight axis) is pointed at it using the aiming mark 13, coaxial with the sensitive area of the photodetector and the emitting area of the laser 12. Figure 3 a) shows a variant of the emitting area, consisting of two emitting laser transitions, the so-called "stripes" [7]. As can be seen from figure 3 a), with the horizontal position of the strips, the fraction of their radiation falling on a narrow vertical target is very small, which reduces the range of the range finder to such targets. With the vertical orientation of the strips, their overlap with the target increases, but there is a danger that such a target may “fail” in the gap between the strips when aiming the aiming mark in the center of the target, as shown in Fig. 3 b). In this case, measurement is not possible. When forming a probe spot of radiation according to the invention, the gaps between the strips of the first laser are filled with strips of the second laser, which eliminates the possibility that the target will be in the gap between the strips (Fig. 3 c)). However, at the same time, part of the target may not be illuminated by a probing spot, which reduces the energy of the radiation reflected to it, and, consequently, the range of action.

При максимальном сближении центральных полосков цель полностью освещается пятном излучения, что особенно важно при измерении больших дальностей, когда угловые размеры цели минимальны (фиг.3 г)).With the maximum approximation of the central strips, the target is completely illuminated by the radiation spot, which is especially important when measuring long ranges, when the angular dimensions of the target are minimal (Fig. 3 g)).

На фиг.3 в) и г) протяженность изображений полосков первого и второго лазеров в картинной плоскости дальномера одинакова. Это возможно как при одинаковой физической ширине полосков, так и при разной ширине - в этом случае одинаковая ширина их изображений в плоскости цели обеспечивается описанным выше выбором фокусных расстояний коллимирующих компонентов 7 и 8. Габариты зондирующего пятна на цели определяются выбором фокусного расстояния объектива 3.In Fig.3 c) and d) the length of the images of the strips of the first and second lasers in the picture plane of the range finder is the same. This is possible both with the same physical width of the strips and with different widths - in this case, the same width of their images in the target plane is provided by the selection of the focal lengths of the collimating components 7 and 8 described above. The dimensions of the probe spot on the target are determined by the choice of the focal length of the lens 3.

Благодаря использованию двух лазерных излучателей вдвое возрастает энергия зондирующего излучения, что обеспечивает существенное повышение дальности действия лазерного дальномера.Thanks to the use of two laser emitters, the energy of the probe radiation doubles, which provides a significant increase in the range of the laser rangefinder.

Оптимальное наложение изображений излучающих площадок двух лазеров в плоскости цели обеспечивает ее равномерную засветку и, тем самым, увеличение энергии отраженного сигнала и соответствующее повышение дальности действия.The optimal overlay of images of the emitting areas of two lasers in the target plane ensures its uniform illumination and, thereby, an increase in the energy of the reflected signal and a corresponding increase in the range.

Выбор длины волны одного из лазеров в спектральном окне прозрачности атмосферы позволяет проводить измерения больших дальностей при повышенной влажности.The choice of the wavelength of one of the lasers in the spectral window of the transparency of the atmosphere allows long-range measurements at high humidity.

Указанные преимущества обеспечивают высокую дальности действия лазерного дальномера при его минимальных габаритах.These advantages provide a high range laser rangefinder with its minimum dimensions.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №5221956 от 22 июня 1993 г., Кл. США 356/28.1. US patent No. 5221956 of June 22, 1993, Cl. USA 356/28.

2. Патент США №6714285 от 30 марта 2004 г., Кл. США 356/4.01 - прототип.2. US Patent No. 6,714,285 of March 30, 2004, Cl. US 356 / 4.01 - prototype.

3. Криксунов Л.З. «Справочник по основам инфракрасной техники». М., «Советское радио», 1978 г.3. Kriksunov L.Z. "Guide to the basics of infrared technology." M., "Soviet Radio", 1978

4. Якушенков Ю.Г. «Теория и расчет оптико-электронных приборов». М., «Логос», 2004 г.4. Yakushenkov Yu.G. "Theory and calculation of optoelectronic devices." M., "Logos", 2004

5. Каталог продукции ФГУП НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха. 2010 г.5. Product catalog FSUE Research Institute "Polyus" named after M.F. Stelmaha. 2010 year

http://www.polyus.msk.ru/RU/mainieru.html. http://www.polyus.msk.ru/RU/mainieru.html .

6. Каталог продукции Laser Components. 2010 г. www.lasercomponents.com 6. Product catalog Laser Components. 2010 www.lasercomponents.com

7. Голикова Е.Г. и др. Мощные InGaAsP/InP лазеры, излучающие на длине волны 1.8 мкм. Письма в ЖТФ. 2002. Т.28. №3. С.66-72.7. Golikova EG et al. Powerful InGaAsP / InP lasers emitting at a wavelength of 1.8 μm. Letters to the PTF. 2002.V.28. Number 3. S.66-72.

Claims (8)

1. Лазерный дальномер, содержащий приемное устройство, включающее фотоприемник и приемную оптическую систему, и передающее устройство, включающее первый полупроводниковый лазер и объектив, между которыми введено наклонное зеркало, отражающее излучение первого лазера в сторону объектива, а также второй полупроводниковый лазер, расположенный так, чтобы его выходной пучок излучения проходил сквозь наклонное зеркало в направлении объектива параллельно пучку излучения первого лазера, причем излучающие площадки лазеров находятся в фокальной плоскости объектива, оптическая ось которого параллельна оптической оси приемного устройства, являющейся оптической осью дальномера, отличающийся тем, что первый и второй лазеры выполнены с разной длиной волны излучения, их излучающие площадки расположены на оптической оси объектива в его фокальной плоскости так, что изображения их излучающих переходов, создаваемые объективом в плоскости цели, покрывают заданное поперечное сечение цели с минимальной шириной неосвещенных промежутков, причем неосвещенный промежуток между изображениями излучающих переходов первого и второго лазеров, ближайших к оптической оси дальномера, не превышает минимальных угловых размеров заданной малоразмерной цели, а наклонное зеркало представляет собой спектроделительное покрытие, прозрачное для излучения второго лазера и отражающее излучение первого лазера, при этом разность длин волн первого и второго лазеров превышает интервал между спектральными зонами пропускания и отражения спектроделительного покрытия, приемный объектив прозрачен для длин волн излучения обоих лазеров, а фотоприемник выполнен с возможностью приема излучения на обеих длинах волн.1. A laser range finder, comprising a receiving device including a photodetector and a receiving optical system, and a transmitting device including a first semiconductor laser and a lens, between which an inclined mirror is introduced, which reflects the radiation of the first laser towards the lens, and a second semiconductor laser located as so that its output radiation beam passes through an inclined mirror in the direction of the lens parallel to the radiation beam of the first laser, and the emitting laser pads are in the focal the objective plane of the lens, the optical axis of which is parallel to the optical axis of the receiving device, which is the optical axis of the range finder, characterized in that the first and second lasers are made with different radiation wavelengths, their emitting areas are located on the optical axis of the lens in its focal plane so that their images radiating transitions created by the lens in the target plane cover a predetermined target cross-section with a minimum width of unlit gaps, and the unlit gap between the image The radiating transitions of the first and second lasers closest to the optical axis of the range finder do not exceed the minimum angular dimensions of a given small-sized target, and the inclined mirror is a spectrodividing coating transparent for the radiation of the second laser and reflecting the radiation of the first laser, while the wavelength difference of the first and second lasers exceed the interval between the spectral transmission and reflection zones of the spectrodividing coating, the receiving lens is transparent for the radiation wavelengths of both lasers, and the phot the receiver is configured to receive radiation at both wavelengths. 2. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что спектроделительное покрытие нанесено на грань плоскопараллельной пластинки, обращенную к первому лазеру, а вторая грань этой пластинки просветлена на длину волны второго лазера.2. The laser range finder according to claim 1, characterized in that the spectrodividing coating is applied to a face of a plane-parallel plate facing the first laser, and the second face of this plate is enlightened at the wavelength of the second laser. 3. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что спектроделительное покрытие нанесено на гипотенузную грань светоделительного кубика, катетные грани которого, обращенные к лазерам, просветлены на длины волн этих лазеров, а грань, обращенная к объективу, просветлена на обе длины волны.3. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that the spectrodivision coating is applied to the hypotenuse face of the beam splitter cube, the side of which facing the lasers are illuminated at the wavelengths of these lasers, and the face facing the lens is illuminated at both wavelengths. 4. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что между каждым из лазеров и наклонным зеркалом введен коллимирующий элемент, а между наклонным зеркалом и объективом введен рассеивающий элемент, причем фокусные расстояния объектива F, коллимирующего элемента F1 и рассеивающего элемента F2 удовлетворяют соотношению F·F1/F2=a·φ,
где а - размер излучающей площадки лазера, а φ - требуемая угловая расходимость выходного излучения лазерного дальномера.
4. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that a collimating element is inserted between each of the lasers and the inclined mirror, and a scattering element is introduced between the inclined mirror and the lens, the focal lengths of the lens F, the collimating element F 1 and the scattering element F 2 satisfy the relation F · F 1 / F 2 = a · φ,
where a is the size of the laser emitting area, and φ is the required angular divergence of the output radiation of the laser rangefinder.
5. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что длина волны хотя бы одного из лазеров находится в окне прозрачности атмосферы, в частности не совпадает с длиной волны поглощения паров воды в атмосфере.5. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that the wavelength of at least one of the lasers is in the transparency window of the atmosphere, in particular, does not coincide with the wavelength of absorption of water vapor in the atmosphere. 6. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один из лазеров имеет несколько излучающих переходов, а переходы первого и второго лазеров расположены так, что их изображения, создаваемые объективом в плоскости цели, чередуются.6. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that at least one of the lasers has several emitting transitions, and the transitions of the first and second lasers are arranged so that their images created by the lens in the target plane alternate. 7. Лазерный дальномер по п.1, отличающимся тем, что ширина неосвещенного промежутка между изображениями излучающих переходов первого и второго лазеров, ближайших к оптической оси дальномера, равна нулю.7. The laser range finder according to claim 1, characterized in that the width of the unlit gap between the images of the radiating transitions of the first and second lasers closest to the optical axis of the range finder is zero. 8. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что перед фотоприемником введен узкополосный фильтр, пропускающий излучение на рабочих длинах волн лазеров и подавляющий излучение на других длинах волн. 8. The laser range finder according to claim 1, characterized in that a narrow-band filter is introduced in front of the photodetector, transmitting radiation at the working wavelengths of the lasers and suppressing radiation at other wavelengths.
RU2010121546/28A 2010-05-28 2010-05-28 Laser range finder RU2439492C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010121546/28A RU2439492C1 (en) 2010-05-28 2010-05-28 Laser range finder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010121546/28A RU2439492C1 (en) 2010-05-28 2010-05-28 Laser range finder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2439492C1 true RU2439492C1 (en) 2012-01-10

Family

ID=45784186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010121546/28A RU2439492C1 (en) 2010-05-28 2010-05-28 Laser range finder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2439492C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516165C1 (en) * 2012-06-09 2014-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser range finder
RU2518588C2 (en) * 2012-08-16 2014-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser range finder
RU2629684C2 (en) * 2016-02-12 2017-08-31 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser rangemetre with optical totalizer
RU215688U1 (en) * 2022-07-12 2022-12-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" LASER ALL-DAY SCOUT DEVICE

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516165C1 (en) * 2012-06-09 2014-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser range finder
RU2518588C2 (en) * 2012-08-16 2014-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser range finder
RU2629684C2 (en) * 2016-02-12 2017-08-31 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser rangemetre with optical totalizer
RU215688U1 (en) * 2022-07-12 2022-12-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" LASER ALL-DAY SCOUT DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10018726B2 (en) Integrated illumination and detection for LIDAR based 3-D imaging
US10018725B2 (en) LIDAR imaging system
US7894044B1 (en) Laser for coherent LIDAR
WO2018068363A1 (en) Laser radar optical system
CN109477896B (en) Optical system for sensing scan field
CN1942780B (en) Electronic distance meter featuring spectral and spatial selectivity
RU99122593A (en) SENSOR UNIT FOR SURFACE SURFACE CONTROL AND METHOD FOR IMPLEMENTING THIS CONTROL
JP4868485B2 (en) Method and apparatus for optically measuring distance or velocity
CN113625295A (en) Optical system for laser radar and laser radar
CN105911535A (en) Laser radar similar multi-wavelength wavelength division multiplexing detection system
WO2021258707A1 (en) Planar array dispersive spectral photosensitive assembly, receive end, and laser radar system
CN110832347B (en) Focal zone optical element for high performance optical scanner
US11047959B2 (en) Apparatus and method for generating multiple-wavelength distributed continuous wave and pulse optical transmission signal
US10746875B2 (en) Sensor system and method to operate a sensor system
RU2439492C1 (en) Laser range finder
CN107356914B (en) Calibration system for satellite-borne laser radar detector
KR100953749B1 (en) Distance measuring optical system
US10908284B2 (en) Device for optically measuring the distance from a reflective target object
JP2024056743A (en) SYSTEM AND METHOD FOR REAL-TIME LIDAR DISTANCE CALIBRATION
JP2018151278A (en) Measurement device
JP6421368B2 (en) Laser radar equipment
CN209590264U (en) Phased-array laser radar
US20230161017A1 (en) Optoelectronic sensor
CN211741559U (en) Dual-wavelength multi-line laser radar device
WO2021258708A1 (en) Dispersion spectrum photosensitive assembly, receiving end, and lidar system