RU2620765C1 - Laser rangefinder - Google Patents
Laser rangefinder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620765C1 RU2620765C1 RU2016104736A RU2016104736A RU2620765C1 RU 2620765 C1 RU2620765 C1 RU 2620765C1 RU 2016104736 A RU2016104736 A RU 2016104736A RU 2016104736 A RU2016104736 A RU 2016104736A RU 2620765 C1 RU2620765 C1 RU 2620765C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- lens
- radiation
- output
- optical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/02—Details
- G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
- G01C3/08—Use of electric radiation detectors
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
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 [1], содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора. Оптический сумматор выполнен в виде поляризационного светоделительного кубика, а оптические оси лазерных излучателей расположены перпендикулярно его смежным граням и взаимно перпендикулярны между собой.Known laser range finder [1], containing a receiving device and a transmitting device including a lens and two laser emitters, the output radiation beams of which are polarized and aligned using an optical adder. The optical adder is made in the form of a polarizing beam-splitting cube, and the optical axes of the laser emitters are perpendicular to its adjacent faces and mutually perpendicular to each other.
При таком построении оптического сумматора лазерные излучатели разнесены друг относительно друга, что усложняет конструкцию лазерного дальномера, увеличивает его габариты и затрудняет сопряжение оптических осей лазерных излучателей.With this construction of the optical adder, the laser emitters are spaced relative to each other, which complicates the design of the laser rangefinder, increases its size and makes it difficult to pair the optical axes of the laser emitters.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лазерный дальномер, описанный в [2]. Этот лазерный дальномер содержит приемное устройство, включающее приемный объектив и фотоприемник, и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны, причем перед лазерными излучателями установлены цилиндрические линзы.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 receiving lens and a photodetector, and a transmitting device including a lens and two laser emitters, the output radiation beams of which are polarized and aligned using an optical adder made in the form of a birefringent plane-parallel plate, the laser emitters are located on the side of one of its faces so that their optical axes are parallel, and the plane of polarization of the laser radiation is mutually perpendicular, and in front of the laser radiation Cylindrical lenses installed.
Вследствие технологического разброса параметров деталей и неточности сборки устройства возможно несовпадение оптических осей выходных пучков, что, с одной стороны, уменьшает концентрацию энергии зондирующего излучения на малоразмерных целях с соответствующим снижением дальности действия, а с другой стороны, приводит к искажениям диаграммы направленности, вследствие которых повышается вероятность ложных измерений до посторонних предметов.Due to the technological variation of the parameters of the parts and the inaccuracy of the assembly of the device, the optical axes of the output beams may not coincide, which, on the one hand, reduces the energy concentration of the probe radiation for small targets with a corresponding decrease in the range, and, on the other hand, leads to distortions of the radiation pattern, which increase probability of false measurements to foreign objects.
Задачей изобретения является повышение дальности действия и повышение помехозащищенности лазерного дальномера.The objective of the invention is to increase the range and increase the noise immunity of the laser rangefinder.
Данная задача решается за счет того, что в известном дальномере, содержащем приемное устройство, включающее приемный объектив и фотоприемник, и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны, причем перед лазерными излучателями установлены цилиндрические линзы, каждая цилиндрическая линза неподвижно соединена с лазерным диодом, образуя лазерный модуль, по крайней мере один из лазерных модулей имеет возможность перемещения перпендикулярно оптической оси объектива и перпендикулярно геометрической оси цилиндрической линзы и имеет возможность фиксации в рабочем положении с заданной предельно допустимой погрешностью Δϕ взаимного углового рассогласования оптических осей выходных пучков зондирующего излучения, при этом эквивалентное фокусное расстояние Fэкв системы из объектива передающего устройства и цилиндрической линзы ограничено условиями , где где s1 - минимальный размер излучающей площадки лазерного диода, ψ1- расходимость излучения на выходе излучающей площадки в сечении s1, D - диаметр объектива передающего устройства, ϕ1 - расходимость излучения на выходе дальномера в сечении излучающей площадки s1, а фокусное расстояние F объектива передающего устройства удовлетворяет условию , где s2 - максимальный размер излучающей площадки, ϕ2 - расходимость излучения на выходе дальномера в сечении излучающей площадки s2, причем увеличение оптической системы передающего устройства, ΔST - технологический допуск на установку лазерного модуля, ΔSϕ=Δϕ⋅F.This problem is solved due to the fact that in the known range finder containing a receiving device including a receiving lens and a photodetector, and a transmitting device including a lens and two laser emitters, the output radiation beams of which are polarized and aligned using an optical adder made in the form of a birefringent plane-parallel plates, laser emitters are located on the side of one of its faces so that their optical axes are parallel, and the plane of polarization of the laser radiation is mutually perpendicular pendicular, with cylindrical lenses mounted in front of the laser emitters, each cylindrical lens fixedly connected to the laser diode, forming a laser module, at least one of the laser modules has the ability to move perpendicular to the optical axis of the lens and perpendicular to the geometric axis of the cylindrical lens and has the ability to fix in the working position with a given maximum permissible error Δϕ of the mutual angular mismatch of the optical axes of the output beams of the probe radiation i, while the equivalent focal length F eq of the system from the lens of the transmitting device and the cylindrical lens is limited by the conditions where where s 1 is the minimum size of the emitting area of the laser diode, ψ 1 is the divergence of radiation at the output of the emitting area in section s 1 , D is the diameter of the lens of the transmitting device, ϕ 1 is the divergence of radiation at the output of the range finder in the section of the emitting area s 1 , and the focal length F of the lens of the transmitting device satisfies the condition , where s 2 is the maximum size of the radiating area, ϕ 2 is the divergence of radiation at the output of the range finder in the section of the radiating area s 2 , and the increase in the optical system of the transmitting device , ΔS T is the technological tolerance for the installation of the laser module, ΔS ϕ = Δϕ⋅F.
На фиг. 1 представлена блок-схема лазерного дальномера. На фиг. 2 - оптическая схема передающего канала при перпендикулярном (фиг. 2а) и параллельном (фиг. 2б) расположении излучающих площадок. На фиг 3 показана эквивалентная оптическая схема одной ветви передающего канала при соосном положении объектива и цилиндрической линзы.In FIG. 1 shows a block diagram of a laser rangefinder. In FIG. 2 is an optical diagram of a transmitting channel with a perpendicular (Fig. 2a) and parallel (Fig. 2b) arrangement of emitting sites. In Fig. 3, an equivalent optical diagram of one branch of the transmission channel is shown with the lens and cylindrical lens aligned.
Лазерный дальномер (фиг. 1) содержит передающее устройство 1, приемное устройство 2, блок управления и обработки информации 3. Лазерные излучатели 4 и 5 закреплены перед оптическим сумматором 6, на выходе которого установлен передающий объектив 7. Оптический сумматор включает цилиндрические линзы 10 и 11 и двулучепреломляющую плоскопараллельную пластину 12. Линза 10 и лазерный диод 4 образуют лазерный модуль 14. Приемный объектив 8 фокусирует отраженное целью излучение на фотоприемник 9, выход которого подключен к блоку управления и обработки информации 3.The laser range finder (Fig. 1) contains a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Пучки зондирующего излучения от излучателей 6 и 7, управляемых сигналами с блока управления и обработки информации 3, собираются коллекторными линзами 10 и 11 и с помощью двулучепреломляющей пластины 12 объединяются и направляются на объектив 7, формирующий параллельный пучок излучения, посылаемого на цель. При параллельном размещении излучающих площадок их совмещение двулучепреломляющей пластиной обеспечивается установкой в один из пучков излучения полуволновой пластинки 13. Отраженное целью излучение принимается объективом 8 приемного устройства 2 и фокусируется на чувствительной площадке фотоприемника 9. По задержке τ принятого сигнала относительно момента излучения зондирующего сигнала можно определить дальность до цели R=сτ/2, где с - скорость света.The probe radiation beams from
В обозначениях Фиг. 2-4 справедливы соотношения.In the notation of FIG. 2-4, the relations are valid.
гдеWhere
s1 - минимальный габарит излучающей площадки;s 1 - the minimum size of the radiating area;
ϕ1 - расходимость излучения на выходе объектива в сечении s1;ϕ 1 - the divergence of radiation at the output of the lens in section s 1 ;
где ψ1 - расходимость излучения на выходе лазерного диода в сечении s1.where ψ 1 is the divergence of the radiation at the output of the laser diode in the cross section s 1 .
Из (1) и (4) следуетFrom (1) and (4) it follows
В сечении, совпадающем с продольным габаритом s2 излучающей площадки, цилиндрическая линза не действует, и в нем действуют условия.In a cross section that matches the longitudinal dimension s 2 of the emitting area, the cylindrical lens does not work, and the conditions apply.
где ψ2 - расходимость излучения на выходе лазерного диода в этом сечении.where ψ 2 is the divergence of the radiation at the output of the laser diode in this section.
гдеWhere
s2 - максимальный габарит излучающей площадки;s 2 - the maximum size of the radiating area;
ϕ2 - расходимость излучения на выходе объектива в сечении s2;ϕ 2 - the divergence of radiation at the output of the lens in section s 2 ;
Пример.Example.
s1=10 мкм; s2=100 мкм; ψ1=30°; ψ2=15°; ϕ1=ϕ2≤1 мрад; d=1 мм (кварцевое волокно круглого сечения с коэффициентом преломления n=1,45).s 1 = 10 μm; s 2 = 100 μm; ψ 1 = 30 °; ψ 2 = 15 °; ϕ 1 = ϕ 2 ≤1 mrad; d = 1 mm (quartz fiber of circular cross section with a refractive index of n = 1.45).
Из (9): .From (9): .
Из (8):.From (8): .
Из (2) и (5):From (2) and (5):
Из (4):From (4):
а≤d/2tg(ψ1/2)=1/2tg(15°)=1,87 мм.and≤d / 2tg (ψ 1/2 ) = 1/2 tg (15 °) = 1.87 mm.
Для линзы с круглым сечением [3]For round lens [3]
. .
Пусть а=1 мм.Let a = 1 mm.
Из (6) и (7):From (6) and (7):
x1=f-а=1,79-1=0,79 мм. х2=f2/x1=1,792/0,79=4,06 мм.x 1 = f-a = 1.79-1 = 0.79 mm. x 2 = f 2 / x 1 = 1.79 2 / 0.79 = 4.06 mm.
Из (1):From (1):
- удовлетворяет (10) и (11). - satisfies (10) and (11).
Увеличение системы Г=F/Fэкв=100/26,3=3,8.The increase in the system Г = F / F equiv = 100 / 26.3 = 3.8.
Расходимость излучения на выходе объектива (2):Divergence of radiation at the output of the lens (2):
- удовлетворяет условию (2). - satisfies condition (2).
Размеры и относительное положение объектива, плоскопараллельной двулучепреломляющей пластины, цилиндрической линзы и излучающей площадки лазера определяются погрешностями изготовления и могут приводить к недопустимому рассогласованию осей зондирующих пучков. Предлагаемое изобретение обеспечивает сведение этих оптических осей в пределах заданных требований путем фиксации в рабочем положении лазерного модуля 14, имеющего возможность перемещения перпендикулярно оптической оси объектива и перпендикулярно геометрической оси цилиндрической линзы.The dimensions and relative position of the lens, the plane-parallel birefringent plate, the cylindrical lens, and the laser emitting area are determined by manufacturing errors and can lead to unacceptable mismatch between the axes of the probe beams. The present invention provides the reduction of these optical axes within specified requirements by fixing in the working position of the
При этом, как видно из приведенных соотношений, эквивалентная угловая погрешность фиксации оптических осей лазерных модулей относительно заданного угла расходимости ϕ1 в Г раз меньше, чем при независимой установке лазеров, цилиндрических линз и объектива. В приведенном примере увеличение Г=4, но при необходимости оно может быть увеличено до значений Г=10 и более.Moreover, as can be seen from the above relations, the equivalent angular error in fixing the optical axes of the laser modules relative to a given angle of divergence ϕ 1 is раз times smaller than with the independent installation of lasers, cylindrical lenses and a lens. In the above example, an increase in G = 4, but if necessary, it can be increased to values of G = 10 or more.
Таким образом, данное техническое решение позволяет совместить излучение от двух лазерных диодов с высокой точностью и обеспечить решение поставленной задачи - повышение дальности действия и повышение помехозащищенности лазерного дальномера.Thus, this technical solution allows you to combine the radiation from two laser diodes with high accuracy and provide a solution to the problem - increasing the range and increasing the noise immunity of the laser rangefinder.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США № 6714285 от 30 марта 2004 г., Кл. США 356/4.01.1. US patent No. 6714285 of March 30, 2004, Cl. US 356 / 4.01.
2. Лазерный дальномер. Патент РФ № 2362120 по з-ке 2007145830 от 12.12.2007 г. - прототип.2. Laser range finder. RF patent No. 2362120 for the z-ke 2007145830 dated 12.12.2007 - the prototype.
3. М.И. Апенко, А.С. Дубовик. Прикладная оптика, М., «Наука», 1971 г. - 392 с.3. M.I. Apenko, A.S. Dubovik. Applied Optics, M., "Science", 1971 - 392 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104736A RU2620765C1 (en) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Laser rangefinder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104736A RU2620765C1 (en) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Laser rangefinder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620765C1 true RU2620765C1 (en) | 2017-05-29 |
Family
ID=59032114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104736A RU2620765C1 (en) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Laser rangefinder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620765C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1080012A1 (en) * | 1982-12-20 | 1984-03-15 | Ереванский политехнический институт им.К.Маркса | Electro-optical method of measuring distance |
US20030164937A1 (en) * | 2000-06-03 | 2003-09-04 | Bernhard Gachter | Optical rangefinder |
RU2362120C1 (en) * | 2007-12-12 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Скат-Р" | Laser range finder |
RU2561877C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения" (АО "ЦНИИТОЧМАШ") | Laser radiation source direction finder |
-
2016
- 2016-02-12 RU RU2016104736A patent/RU2620765C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1080012A1 (en) * | 1982-12-20 | 1984-03-15 | Ереванский политехнический институт им.К.Маркса | Electro-optical method of measuring distance |
US20030164937A1 (en) * | 2000-06-03 | 2003-09-04 | Bernhard Gachter | Optical rangefinder |
RU2362120C1 (en) * | 2007-12-12 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Скат-Р" | Laser range finder |
RU2561877C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения" (АО "ЦНИИТОЧМАШ") | Laser radiation source direction finder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7064817B1 (en) | Method to determine and adjust the alignment of the transmitter and receiver fields of view of a LIDAR system | |
CN107015237B (en) | Echo detection optical system | |
CN107727008B (en) | Device and method for measuring transmitting and receiving coaxiality of active photoelectric system | |
SE440154B (en) | DEVICE FOR TESTING THE OPERATING CHARACTERISTICS OF A LASER PAINT SUGAR | |
US11372088B2 (en) | Optical distance meter having switchable receiving aperture | |
CN106094234A (en) | Self-aligning optical path system with polarization beam splitting element | |
US8399872B2 (en) | System and method for using an optical isolator in laser testing | |
CN111580075A (en) | Laser range finder system capable of automatically calibrating optical axis | |
CN205942120U (en) | Self-aligning optical path system with polarization beam splitting element | |
CN106767395A (en) | One kind is used for six efficient measuring systems of geometric error high resolution of line slideway and method | |
CN113625295A (en) | Optical system for laser radar and laser radar | |
RU2335728C1 (en) | Optical-electronic search and tracking system | |
CN109541545B (en) | Multi-wavelength laser space positioning system and method | |
RU2620765C1 (en) | Laser rangefinder | |
CN110596673B (en) | Coaxial lidar system | |
RU2579817C1 (en) | Optical range finder system | |
RU2618787C1 (en) | Laser longitudiner with combined laser radiator | |
RU2629684C2 (en) | Laser rangemetre with optical totalizer | |
RU2554599C1 (en) | Angle measurement device | |
CN108369347B (en) | Beam shaping unit, distance measuring device and laser lighting device | |
RU2622229C1 (en) | Rangefinder with combined laser semiconductor emitter | |
KR102017224B1 (en) | Monostatic bidrectional focusing and collecting optics system for free space optical communications | |
RU2620768C1 (en) | Laser rangefinder with optical radiation totalizer | |
RU2805284C1 (en) | Method for dynamic control of alignment of direction-finding and laser channels | |
RU2620767C1 (en) | Laser rangefinder with totalizer of probing radiation beams |