RU2518588C2 - Лазерный дальномер - Google Patents
Лазерный дальномер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518588C2 RU2518588C2 RU2012135064/28A RU2012135064A RU2518588C2 RU 2518588 C2 RU2518588 C2 RU 2518588C2 RU 2012135064/28 A RU2012135064/28 A RU 2012135064/28A RU 2012135064 A RU2012135064 A RU 2012135064A RU 2518588 C2 RU2518588 C2 RU 2518588C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- lens
- laser
- dimension
- plane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя. Объектив состоит из цилиндрического первого оптического компонента с фокусным расстоянием f1, образующая которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения, и второго оптического компонента. Второй компонент симметричен относительно оси объектива и имеет фокусное расстояние f2 ≥ А/α, где α - угловой размер удаленного объекта, соответствующий по ориентации максимальному габариту А тела свечения. Параметры оптических компонентов удовлетворяют условиям
;
, где f - фокусное расстояние системы; β - угловой размер удаленного объекта, соответствующий габариту B, ϕ2=1/f2; ϕ=1/f; l1=f2-l; l - расстояние между компонентами; θα - угол расходимости в плоскости габарита А; θβ - угол расходимости габарита В. Причем второй оптический компонент имеет возможность регулировки расстояния l2=f2+Δf2 для изменения углов расходимости выходного излучения. Технический результат заключается в упрощении изготовления устройства при сохранении габаритов и КПД. 5 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.
Известен лазерный дальномер [1], содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого расположено в фокальной плоскости объектива излучателя.
Недостаток такой конструкции - невозможность обеспечить в малых габаритах малую выходную расходимость выходного излучения и одновременно апертурный угол объектива, достаточный для сбора всего светового пучка с выхода излучателя.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лазерный дальномер, описанный в [2]. Указанный лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого расположено в фокальной плоскости объектива излучателя, а объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f1, образующая цилиндра которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения лазерного излучателя и параллельна его максимальному габариту А, и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f2, с образующей цилиндра, перпендикулярной максимальному габариту А тела свечения, которые удалены от эквивалентного тела свечения излучателя на расстояния l1 для первого цилиндрического компонента и l2 для второго цилиндрического компонента, причем l1=f1>В/β для первого цилиндрического компонента и l2=f2>A/α для второго цилиндрического компонента, где α и β - угловые размеры удаленного объекта, соответствующие по ориентации габаритам А и В эквивалентного тела свечения излучателя.
Недостаток такого технического решения - относительно высокая трудоемкость изготовления цилиндрических компонентов, особенно если их оптические поверхности имеют полиномиальную образующую, в чем возникает необходимость при больших апертурных углах и высоких требованиях к расходимости выходного изучения дальномера.
Задачей изобретения является снижение трудоемкости изготовления оптической системы излучателя лазерного дальномера при сохранении ее малых габаритов, малой расходимости выходного излучения и максимальных апертурных углов оптической системы, обеспечивающих полный сбор энергии излучения с выхода лазерного излучателя.
Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого с габаритами АхВ расположено в фокальной плоскости объектива излучателя, а объектив излучателя состоит из первого оптического компонента - цилиндрической линзы с фокусным расстоянием f1 и образующей цилиндра перпендикулярной минимальному габариту В тела свечения лазерного излучателя и параллельной его максимальному габариту А, и второго оптического компонента, второй оптический компонент оптически симметричен относительно оптической оси объектива излучателя и имеет фокусное расстояние f2≥А/α, где α - угловой размер удаленного объекта, соответствующий по ориентации максимальному габариту А тела свечения, а параметры оптических компонентов удовлетворяют условиям
где f - фокусное расстояние системы из первого и второго компонентов в плоскости, перпендикулярной к образующей цилиндра первого компонента;
ϕ2=1/f2; ϕ=1/f; l1=f2-l;
l - расстояние между оптическими компонентами;
θα - угол расходимости излучения лазерного излучателя в плоскости его габарита А;
θβ - угол расходимости излучения лазерного излучателя в плоскости его габарита В,
причем величина l1 не превышает значения, при котором астигматизм системы As удовлетворяет требованиям допуска, а второй оптический компонент имеет возможность регулировки расстояния l2=f2+Δf2 для изменения углов расходимости выходного излучения системы.
На фиг.1 представлена блок-схема лазерного дальномера. Фиг.2а и 2б служат для пояснения вида эффективного тела свечения и апертурного угла θβ(θα) соответственно у твердотельного лазерного излучателя с линзой и полупроводникового лазера. Фиг.2в иллюстрирует связь между габаритами В и А тела свечения с фокусными расстояниями f и f2 и углами β и α расходимости выходного излучения. На фиг.3а показано взаимное положение эквивалентного тела свечения и компонентов объектива излучателя. На фиг.3б изображены вид и габариты двухполоскового тела свечения полупроводникового лазера с двумя излучающими переходами. На фиг.4 представлены сечения передающего устройства вдоль оси излучения в двух перпендикулярных плоскостях. На фиг 5 показаны зависимости фокусного расстояния f1 и астигматизма As от расстояния между оптическими компонентами l.
Лазерный дальномер (фиг.1) содержит передающее устройство, состоящее из лазерного излучателя 1, сопряженного с объективом 2 излучателя, и приемное устройство, состоящее из приемника 3, сопряженного с объективом 4 приемника. Лазерный дальномер сориентирован так, чтобы оси приемного и передающего устройств были направлены в сторону удаленного объекта. Если лазер 5 формирует квазипараллельный пучок излучения, то введением в состав лазерного излучателя линзы 6 можно создать эквивалентное тело свечения 7, расположенное на конечном расстоянии от объектива излучателя (фиг.2а). Тело свечения 7 полупроводникового лазера 5 совпадает с его выходной гранью (фиг.2б). Перед телом свечения размещен первый оптический компонент 8, представляющий собой цилиндрическую линзу (фиг.2в, 4а). Второй оптический компонент 9, представляющий собой сферическую линзу, удален от тела свечения 7 на расстояние l2, примерно равное его фокусному расстоянию f2 (фиг.4б).
Устройство работает следующим образом.
При срабатывании лазерного излучателя 1 на его выходе образуется тело свечения 7, испускающее расходящийся пучок лазерного излучения. Первый цилиндрический компонент 8, не влияя на расходимость пучка лазерного излучения в горизонтальной плоскости, перехватывает этот пучок излучения в вертикальной плоскости в апертурном угле θβ и направляет его в сторону оптического компонента 9, совместно с ним формируя выходной пучок с угловой расходимостью в вертикальной плоскости β=B/f, где В - вертикальный габарит тела свечения 7, a f - эквивалентное фокусное расстояние системы из первого и второго оптических элементов (Н - главная плоскость этой системы). Второй оптический компонент 9 работает также в горизонтальном апертурном угле θα и формирует в горизонтальной плоскости выходной пучок с угловой расходимостью α=A/f2, где А - горизонтальный габарит тела свечения 7.
В описанной конфигурации первый и второй оптические компоненты объектива в общем случае создают астигматизм. Предлагаемые ограничения на соотношение параметров элементов объектива позволяют уменьшить его до приемлемого уровня, обеспечивая при этом выполнение решаемой задачи.
Основная функция объектива излучателя - сформировать выходной пучок зондирующего излучения с угловой расходимостью αхβ. Это требование выполняется при соблюдении условий, которые следуют из расчетных соотношений для двухлинзовой системы фиг.4а [3, стр.35-36] и требований к ее астигматизму As и углам α и β расходимости выходного излучения.
где
f - фокусное расстояние системы из первого и второго компонентов в плоскости, перпендикулярной к образующей цилиндра первого компонента;
ϕ2=1/f2; ϕ=1/f; l1=f2-l;
l - расстояние между оптическими компонентами;
As - астигматизм объектива излучателя;
Δf - удлинение фокального отрезка объектива за счет толщины первого компонента в плоскости, параллельной образующей цилиндра;
ΔН - удлинение фокального отрезка объектива за счет расстояния между главными плоскостями первого компонента в плоскости, перпендикулярной образующей цилиндра.
Вторая важнейшая функция объектива излучателя - собрать излучаемый телом свечения лазера пучок в апертурных углах, соответствующих углам расходимости излучения. Этому требованию отвечает условие, получаемое из рассмотрения хода лучей в оптической системе фиг.4 [3, стр.21-22, 35-36].
где
θα - угол расходимости излучения лазера в плоскости его габарита А;
θβ - угол расходимости излучения лазера в плоскости его габарита В.
Отраженное удаленным объектом излучение с помощью объектива 4 приемника 3 фокусируется на чувствительную площадку приемника. Дальность до объекта R=ct/2,
где t - задержка принятого сигнала, с - скорость света.
Пример
Исходные данные. В=0,01 мм; А=0,1 мм; α=β=10-3 рад; θα=10°; θβ=20°.
Из условий (1) и (4) следует f2=100 мм. l2~f2=100 мм. f=10 мм.
По конструктивным условиям принято l=99,5 мм.
Тогда по формуле (2) определяется величина фокусного расстояния цилиндрического компонента.
Такое расстояние может быть получено, например, при использовании в качестве первого оптического компонента отрезка стекловолокна с круглым сечением.
Фокусное расстояние подобного элемента определяется формулой [3, стр.37]
где n - показатель преломления материала стекловолокна;
r - радиус стекловолокна.
Для стекловолокна из оптического стекла К8 с показателем преломления n=1,516 [4] фокусному расстоянию f1=0,05 мм соответствует волокно диаметром 2r=0,14 мм.
При этом согласно (3) астигматизм As~0,4 мм.
При сборке дальномера углы расходимости излучения α и β можно оптимизировать продольной подвижкой второго оптического компонента с введением поправки Δf2<<f2.
Предлагаемое изобретение позволяет существенно упростить изготовление оптических элементов лазерного дальномера за счет применения типовых оптических деталей, тем самым обеспечивая поставленную задачу - снижение трудоемкости изготовления оптической системы излучателя лазерного дальномера при сохранении ее малых габаритов, малой расходимости выходного излучения и максимальных апертурных углов оптической системы, обеспечивающих полный сбор энергии излучения с выхода лазерного излучателя.
Источники информации
1. Патент США №6903811.
2. Патент РФ №2341771 - прототип.
3. И.Л.Сакин. Инженерная оптика. Изд. «Машиностроение», Л., 1976 г.
4. М.Я.Кругер и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Изд. «Машиностроение», Л., 1968 г.
Claims (1)
- Лазерный дальномер, содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя, а объектив излучателя состоит из цилиндрического первого оптического компонента с фокусным расстоянием f1, образующая цилиндра которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения, и второго оптического компонента, отличающийся тем, что второй оптический компонент оптически симметричен относительно оптической оси объектива излучателя и имеет фокусное расстояние f2 ≥ А/α, где α - угловой размер удаленного объекта, соответствующий по ориентации максимальному габариту А тела свечения, а параметры оптических компонентов удовлетворяют условиям
где f - фокусное расстояние системы из первого и второго компонентов в плоскости, перпендикулярной к образующей цилиндра первого компонента;
ϕ2=1/f2; ϕ=1/f; l1=f2-l;
l - расстояние между оптическими компонентами;
β - угловой размер удаленного объекта, соответствующий по ориентации габариту B тела свечения излучателя;
θα - угол расходимости излучения лазерного излучателя в плоскости его габарита А;
θβ - угол расходимости излучения лазерного излучателя в плоскости его габарита В,
причем величина l1 не превышает значения, при котором астигматизм системы As удовлетворяет требованиям допуска, а второй оптический компонент имеет возможность регулировки расстояния l2=f2+Δf2 для изменения углов расходимости выходного излучения системы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135064/28A RU2518588C2 (ru) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Лазерный дальномер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135064/28A RU2518588C2 (ru) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Лазерный дальномер |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012135064A RU2012135064A (ru) | 2014-02-27 |
RU2518588C2 true RU2518588C2 (ru) | 2014-06-10 |
Family
ID=50151467
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012135064/28A RU2518588C2 (ru) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Лазерный дальномер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2518588C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU214034U1 (ru) * | 2022-06-24 | 2022-10-10 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Полюс" им. М.Ф. Стельмаха | Лазерный дальномер |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2135954C1 (ru) * | 1998-07-02 | 1999-08-27 | ГП Научно-исследовательский институт "Полюс" | Лазерный дальномер |
RU2341771C1 (ru) * | 2007-06-01 | 2008-12-20 | ЗАО "Скат-Р" | Лазерный дальномер |
RU2439492C1 (ru) * | 2010-05-28 | 2012-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Лазерный дальномер |
-
2012
- 2012-08-16 RU RU2012135064/28A patent/RU2518588C2/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2135954C1 (ru) * | 1998-07-02 | 1999-08-27 | ГП Научно-исследовательский институт "Полюс" | Лазерный дальномер |
RU2341771C1 (ru) * | 2007-06-01 | 2008-12-20 | ЗАО "Скат-Р" | Лазерный дальномер |
RU2439492C1 (ru) * | 2010-05-28 | 2012-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Лазерный дальномер |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU214034U1 (ru) * | 2022-06-24 | 2022-10-10 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Полюс" им. М.Ф. Стельмаха | Лазерный дальномер |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012135064A (ru) | 2014-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TW515913B (en) | One-piece lens arrays for collimating and focusing light and LED light generators using same | |
US6069748A (en) | Laser line generator system | |
US10185211B2 (en) | Projection light source device | |
WO2020094129A1 (zh) | 激光雷达系统及激光雷达 | |
US20180045969A1 (en) | Light-emitting device | |
JP2017072466A (ja) | 光波距離測定装置 | |
RU2526230C1 (ru) | Прибор наблюдения-прицел со встроенным импульсным лазерным дальномером | |
CN104197865A (zh) | 一种具备激光束导向功能的激光自准直仪及其实现方法 | |
JP6482015B2 (ja) | レーザレーダ装置およびレーザレーダ装置の受光装置 | |
RU2570055C1 (ru) | Инфракрасный зеркально-линзовый объектив | |
CN108549159A (zh) | 一种用于机载激光照测器的光学系统 | |
RU2518588C2 (ru) | Лазерный дальномер | |
CN215598324U (zh) | 一种光杠杆激光光路稳定器 | |
JP2011149760A (ja) | 光波距離測定装置 | |
RU2572463C1 (ru) | Оптический прицел с лазерным дальномером | |
KR101513542B1 (ko) | 광학계 | |
US10384152B2 (en) | Backscatter reductant anamorphic beam sampler | |
RU2579817C1 (ru) | Оптическая система дальномера | |
EP1729102A2 (en) | Detector with miniature optics for constant energy collection from different distances | |
US9383080B1 (en) | Wide field of view concentrator | |
CN108369347B (zh) | 光束成形单元、测距装置和激光照明装置 | |
CN102590998A (zh) | 聚光透镜及透镜组 | |
CN103260497B (zh) | 探头 | |
RU2646405C1 (ru) | Инфракрасная зеркально-линзовая система | |
JP2006053055A (ja) | レーザ測定装置 |