RU2620767C1 - Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения - Google Patents
Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620767C1 RU2620767C1 RU2016104731A RU2016104731A RU2620767C1 RU 2620767 C1 RU2620767 C1 RU 2620767C1 RU 2016104731 A RU2016104731 A RU 2016104731A RU 2016104731 A RU2016104731 A RU 2016104731A RU 2620767 C1 RU2620767 C1 RU 2620767C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- radiating
- laser
- optical system
- 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
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два излучателя в виде полупроводниковых лазерных диодов, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора. Оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, излучающие площадки лазерных диодов закреплены на корпусе дальномера совместно с объективом и двулучепреломляющей пластиной со стороны одной из ее граней на расстоянии а между излучающими площадками, связанным с толщиной h двулучепреломляющей пластины соотношением h=a/tgβ, где β - угол преломления необыкновенного луча. Перпендикулярно к оптической оси объектива введено ступенчатое основание, на котором закреплены лазерные диоды, причем лазерный диод, соответствующий обыкновенному лучу двулучепреломляющей пластины, установлен на дальней от объектива ступеньке основания, и его излучающая площадка расположена на оси объектива. Второй лазерный диод, соответствующий необыкновенному лучу, установлен на ближней к объективу ступеньке, высота которой 0<A*<Ao, где Ao - астигматизм оптической системы, причем фокусное расстояние f объектива соответствует условию f>gmax/ψ, где gmax - максимальный габарит излучающей площадки, ψ - заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их максимальном габарите, а положение оптической системы относительно излучающих площадок соответствует условиям A - ϕ2f2/D0<Δf<ϕ1f2/D0, где ϕ1 и ϕ2 заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их минимальном габарите, Δf - смещение фокуса оптической системы относительно ближней к объективу излучающей площадки, А=Аo-A* - остаточный астигматизм оптической системы. Технический результат изобретения состоит в наиболее эффективном использовании суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей и соответствующем увеличении дальности действия дальномера. 1 з.п. ф-лы и 3 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 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.
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.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лазерный дальномер, описанный в [2]. Этот лазерный дальномер с оптическим сумматором зондирующих пучков содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два излучателя в виде полупроводниковых лазерных диодов, выходные пучки излучения которых поляризованы взаимно перпендикулярно и совмещены с помощью оптического сумматора, оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, излучающие площадки лазерных диодов расположены со стороны одной из ее граней на расстоянии a между ними, связанным с толщиной h двулучепреломляющей пластины соотношением h=a/tgβ, где β - угол преломления необыкновенного луча.
Особенность полупроводниковых лазерных излучателей - их протяженный характер, обусловленный конфигурацией излучающего р-n перехода. При этом возможны потери энергии зондирующего импульса при измерении дальности до целей с иной формой или при ошибках наведения оси дальномера на цель. Это приводит к уменьшению дальности действия дальномера, особенно по целям, вытянутым в вертикальном (трубы, мачты, столбы) или в горизонтальном (провода, трубопроводы, эстакады) направлении.
Задачей изобретения является наиболее эффективное использование суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей до целей с малыми угловыми габаритами и соответствующее увеличение дальности действия дальномера.
Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два излучателя в виде полупроводниковых лазерных диодов, выходные пучки излучения которых поляризованы взаимно перпендикулярно и совмещены с помощью оптического сумматора, оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, излучающие площадки лазерных диодов закреплены на корпусе дальномера совместно с объективом и двулучепреломляющей пластиной со стороны одной из ее граней на расстоянии a между излучающими площадками, связанном с толщиной h двулучепреломляющей пластины соотношением h=a/tgβ, где β - угол преломления необыкновенного луча, перпендикулярно к оптической оси объектива введено ступенчатое основание, на котором закреплены лазерные диоды, причем лазерный диод, соответствующий обыкновенному лучу двулучепреломляющей пластины, установлен на дальней от объектива ступеньке основания, и его излучающая площадка расположена на оси объектива, а второй лазерный диод, соответствующий необыкновенному лучу, установлен на ближней к объективу ступеньке, высота которой 0<A*<Ao, где Ao - астигматизм оптической системы, причем фокусное расстояние f объектива соответствует условию f>gmax/ψ, где gmax - максимальный габарит излучающей площадки, ψ - заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их максимальном габарите, а положение оптической системы относительно излучающих площадок соответствует условиям A - ϕ2f2/D0<Δf<ϕ1f2/D0, где ϕ1 и ϕ2 - заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их минимальном габарите, Δf - смещение фокуса оптической системы относительно ближней к объективу излучающей площадки, А=Аo-А* - остаточный астигматизм оптической системы.
Ступенька на основании может быть выполнена введением подставки толщиной A*, установленной между основанием и лазерным диодом.
На фиг. 1 представлена блок-схема лазерного дальномера. На фиг. 2 - оптическая схема передающего устройства. На фиг. 3 показан ход лучей в передающем устройстве при остаточном астигматизме A и дефокусировке Δf.
Лазерный дальномер (фиг. 1) содержит передающее устройство 1, приемное устройство 2 и блок управления и обработки данных 3. Передающее устройство 1 состоит из двух лазерных излучателей 4 и 5, установленных перед оптическим сумматором 6, за которым установлен объектив 7. Приемное устройство 2 включает последовательно установленные объектив 8 и фотоприемное устройство 9. Входы лазерных излучателей 4, 5 и выход фотоприемного устройства 9 связаны с блоком управления и обработки данных 3.
Передающее устройство (фиг. 2) содержит два излучателя 4 и 5, излучающие площадки которых (р-n переходы лазерных диодов) расположены взаимно перпендикулярно на расстоянии а между ними в поперечном направлении и A* - в продольном. Перед ними могут быть установлены цилиндрические линзы 10 и 11 [2], параллельно направляющие оси пучков лазерного излучения на двулучепреломляющую плоскопараллельную пластину 12, после которой лазерное излучение поступает на объектив 7 передающего устройства 1. Чтобы произошло совмещение пучков лазерного излучения, толщина АВ=h (фиг. 2) двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины 12 должна обеспечивать схождение оптических осей лазерных излучателей в одной точке на выходной грани пластины 12. Из фиг. 2 следует, что для этого должно соблюдаться условие
h - толщина пластины;
a - расстояние между оптическими осями лазерных излучателей;
β - угол преломления необыкновенного луча.
Лазерные излучатели 4 и 5 установлены на ступенчатое основание 13. Излучатель 4, соответствующий обыкновенному лучу двулучепреломляющей пластины 12, закреплен на нижней ступеньке основания соосно с объективом 7 на оси OO'. Излучатель 5, соответствующий необыкновенному лучу, установлен на подставку 14 высотой A*, закрепленной на основании 13.
Устройство работает следующим образом.
При поступлении управляющего сигнала от блока управления и обработки данных 3 лазерные излучатели 4 и 5 одновременно излучают лазерные импульсы, причем, направления поляризации пучков выходного излучения перпендикулярны. Пучок излучения от лазерного излучателя 4 распространяется в двулучепреломляющей плоскопараллельной пластине 12 в направлении обыкновенного луча. Пучок излучения от лазерного излучателя 5 с ортогональным направлением поляризации распространяется в двулучепреломляющей плоскопараллельной пластине в 12 направлении необыкновенного луча. На выходной грани двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины 12 пучки лазерного излучения совмещаются и через объектив 7 передающего устройства 1 направляются на цель. Отраженное целью излучение через объектив 8 приемного устройства 2 фокусируется на чувствительной площадке фотоприемного устройства 9, на выходе которого формируется электрический импульс, поступающий на блок управления и обработки данных 3, где по задержке между переданным и принятым импульсами определяется дальность до цели.
Удлинение оптического хода обыкновенного OO' и необыкновенного OO'' лучей в плоскопараллельной пластине равно, соответственно,
Δfo=h(no-1)/no и Δfe=h(ne-1)/neCosβ,
где h - толщина пластины, no и ne - показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, β - угол между обыкновенным и необыкновенным лучами [3].
Астигматизм оптической системы
При малом значении угла β, имеющем место у известных двулучепреломляющих кристаллов, Cosβ ~ 1 и
Установка излучателей 4 и 5 на разной высоте позволяет скомпенсировать астигматизм полностью или частично. Остаточный астигматизм A=Ao-A*. Остаточный астигматизм может быть целесообразным при зондировании узких целей с поперечным габаритом, сопоставимым с ошибкой наведения оси дальномера, когда наведение узким лучом может грозить промахом. Это возможно при наведении с подвижного основания, например, с борта летательного аппарата в процессе работы системы предупреждения столкновений, включающей лазерный дальномер.
На эквивалентной схеме фиг. 3 показаны изображения 4* и 5* излучающих площадок, приведенные к главной оси дальномера ОО'. Система имеет остаточный астигматизм A и сфокусирована со смещением Δf относительно изображения площадки 4*. Из построений фиг. 3 следует.
Откуда
Пример.
D0=20; f=50; А=0,2; ϕ1=ϕ2=10-3. При этом из (5) и (6) следует
0,075<Δf<0,125.
Таким образом, данное техническое решение с одной стороны позволяет полностью устранить астигматизм, присущий оптическому сумматору такого типа, а с другой - позволяет сохранить остаточный астигматизм, необходимый для создания требуемой диаграммы направленности передающего канала дальномера.
Благодаря указанному построению дальномера обеспечивается решение поставленной задачи - наиболее эффективное использование суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей до целей с малыми угловыми габаритами и соответствующее увеличение дальности действия дальномера.
Источники информации
1. Патент США №6714285 от 30 марта 2004 г., кл. США 356/4.01.
2. Лазерный дальномер. Патент РФ №2362120 по з-ке 2007145830 от 12.12.2007 г. - прототип.
3. М.И. Апенко, А.С. Дубовик. Прикладная оптика, М.: «Наука», 1971 г. - 392 с.
Claims (2)
1. Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения, содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два излучателя в виде полупроводниковых лазерных диодов, выходные пучки излучения которых поляризованы взаимно перпендикулярно и совмещены с помощью оптического сумматора, оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, излучающие площадки лазерных диодов закреплены на корпусе дальномера совместно с объективом и двулучепреломляющей пластиной со стороны одной из ее граней на расстоянии а между излучающими площадками, связанном с толщиной h двулучепреломляющей пластины соотношением h=a/tgβ, где β - угол преломления необыкновенного луча, отличающийся тем, что перпендикулярно к оптической оси объектива введено ступенчатое основание, на котором закреплены лазерные диоды, причем лазерный диод, соответствующий обыкновенному лучу двулучепреломляющей пластины, установлен на дальней от объектива ступеньке основания, и его излучающая площадка расположена на оси объектива, а второй лазерный диод, соответствующий необыкновенному лучу, установлен на ближней к объективу ступеньке, высота которой 0<А*<Ao, где Ao - астигматизм оптической системы, причем фокусное расстояние f объектива соответствует условию f>gmax/ψ, где gmax - максимальный габарит излучающей площадки, ψ - заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их максимальном габарите, а положение оптической системы относительно излучающих площадок соответствует условиям А-ϕ2f2/D0<Δf<ϕ1f2/D0, где ϕ1 и ϕ2 заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их минимальном габарите, Δf - смещение фокуса оптической системы относительно ближней к объективу излучающей площадки, А=Ao-А* - остаточный астигматизм оптической системы.
2. Лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что ступенька на основании выполнена введением подставки толщиной А*, установленной между основанием и лазерным диодом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104731A RU2620767C1 (ru) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104731A RU2620767C1 (ru) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620767C1 true RU2620767C1 (ru) | 2017-05-29 |
Family
ID=59032224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104731A RU2620767C1 (ru) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620767C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1080012A1 (ru) * | 1982-12-20 | 1984-03-15 | Ереванский политехнический институт им.К.Маркса | Электронно-оптический способ измерени рассто ний |
US20030164937A1 (en) * | 2000-06-03 | 2003-09-04 | Bernhard Gachter | Optical rangefinder |
RU2362120C1 (ru) * | 2007-12-12 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Скат-Р" | Лазерный дальномер |
RU2556744C2 (ru) * | 2013-12-24 | 2015-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (ОАО "НПК "СПП") | Оптический отражатель (варианты) |
-
2016
- 2016-02-12 RU RU2016104731A patent/RU2620767C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1080012A1 (ru) * | 1982-12-20 | 1984-03-15 | Ереванский политехнический институт им.К.Маркса | Электронно-оптический способ измерени рассто ний |
US20030164937A1 (en) * | 2000-06-03 | 2003-09-04 | Bernhard Gachter | Optical rangefinder |
RU2362120C1 (ru) * | 2007-12-12 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Скат-Р" | Лазерный дальномер |
RU2556744C2 (ru) * | 2013-12-24 | 2015-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (ОАО "НПК "СПП") | Оптический отражатель (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10126426B2 (en) | Multi-clad fiber-based light detection and ranging sensor | |
US11709240B2 (en) | Descan compensation in scanning LIDAR | |
CA3017735C (en) | Integrated illumination and detection for lidar based 3-d imaging | |
CN111722237B (zh) | 基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置 | |
WO2022028496A1 (zh) | 激光雷达的光学系统和激光雷达系统 | |
WO2018068363A1 (zh) | 激光雷达光学系统 | |
US20210341610A1 (en) | Ranging device | |
AU2010326276B2 (en) | System and method for using an optical isolator in laser testing | |
RU2362120C1 (ru) | Лазерный дальномер | |
CN104991258A (zh) | 红外激光匀光照明探测系统 | |
JP2001050742A (ja) | 光学的距離測定装置 | |
KR100953749B1 (ko) | 거리 측정 광학 장치 | |
CN113625295A (zh) | 一种用于激光雷达的光学系统和激光雷达 | |
RU2335728C1 (ru) | Оптико-электронная система поиска и сопровождения цели | |
KR20160101312A (ko) | 거리 측정 장치 | |
US20230305117A1 (en) | Detection apparatus, control method and control apparatus of detection apparatus, lidar system, and terminal | |
WO2018006697A1 (zh) | 一种用于激光扫描雷达的收发装置 | |
RU2620767C1 (ru) | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения | |
RU2572463C1 (ru) | Оптический прицел с лазерным дальномером | |
RU2620768C1 (ru) | Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения | |
CN214473947U (zh) | 一种无机械运动扫描的激光测距系统 | |
JP2009244192A (ja) | 移動体位置測定装置、移動体位置測定方法、及び移動体位置測定プログラム | |
RU2629684C2 (ru) | Лазерный измеритель дальности с оптическим сумматором | |
RU2621476C1 (ru) | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков | |
RU2622229C1 (ru) | Дальномер с комбинированным лазерным полупроводниковым излучателем |