RU2621476C1 - Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков - Google Patents
Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621476C1 RU2621476C1 RU2016104733A RU2016104733A RU2621476C1 RU 2621476 C1 RU2621476 C1 RU 2621476C1 RU 2016104733 A RU2016104733 A RU 2016104733A RU 2016104733 A RU2016104733 A RU 2016104733A RU 2621476 C1 RU2621476 C1 RU 2621476C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- plane
- transmitting
- parallel
- lens
- 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 содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя со взаимно параллельными излучающими площадками, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины и полуволновой пластины, установленной перед одним из лазерных излучателей. При этом излучающие площадки ориентированы так, чтобы их максимальный габарит располагался параллельно максимальному габариту заданной цели, причем одна излучающая площадка находится в фокусе передающей оптической системы, состоящей из объектива и оптического сумматора, а расстояние а между излучающими площадками удовлетворяет условию
где β - угол преломления необыкновенного луча;
f - фокусное расстояние передающей оптической системы;
ϕ0 - предельно допустимая угловая расходимость выходного излучения в плоскости минимального габарита излучающей площадки;
no - показатель преломления обыкновенного луча двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины;
nе - показатель преломления необыкновенного луча;
Do - диаметр передающего объектива.
Технический результат - наиболее эффективное использование суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей и обеспечение возможности измерения меньших дальностей при грубом наведении, например при работе с рук. 1 з.п. ф-лы, 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 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 относительно друг 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 и совмещены с помощью оптического сумматора, оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, излучающие площадки лазерных диодов расположены параллельно со стороны одной из ее граней, причем перед одной из площадок установлена полуволновая пластинка.
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.
Задачей изобретения является наиболее эффективное использование суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей и обеспечение возможности измерения меньших дальностей при грубом наведении, например при работе с рук.
Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя со взаимно параллельными излучающими площадками, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины и полуволновой пластины, установленной перед одним из лазерных излучателей, излучающие площадки ориентированы так, чтобы их максимальный габарит располагался параллельно максимальному габариту заданной цели, причем, одна излучающая площадка находится в фокусе передающей оптической системы, состоящей из объектива и оптического сумматора, а расстояние а между излучающими площадками удовлетворяет условию
где β - угол преломления необыкновенного луча;
f - фокусное расстояние передающей оптической системы;
ϕ0 - предельно допустимая угловая расходимость выходного излучения в плоскости минимального габарита излучающей площадки;
no - показатель преломления обыкновенного луча двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины;
ne - показатель преломления необыкновенного луча;
Do - диаметр передающего объектива.
В фокусе передающей оптической системы может быть установлена излучающая площадка с более высоким уровнем выходной энергии излучения.
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 астигматизме А и трех вариантах фокусировки. Фиг. 4 иллюстрирует варианты распределения энергии в картинной плоскости дальномера при трех вариантах фокусировки. На фиг. 5 изображены варианты наведения зондирующего пятна на цель.
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, подключенных к оптическому сумматору 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 параллельно на расстоянии а между ними. 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 точке А выходной грани пластины 12. Из фиг. 2 следует, что для этого должно соблюдаться условие
h = АВ - толщина пластины;
а = ВС - расстояние между оптическими осями лазерных излучателей;
β - угол преломления необыкновенного луча.
Перед лазерным излучателем 4 установлена полуволновая пластина 13, для того, чтобы поляризация излучения от источников 4 и 5 на входе пластины 12 была взаимно перпендикулярной [2, 4].
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 благодаря полуволновой пластине 13 (фиг. 2), 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 12 в 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 ОО' и необыкновенного ОО'' лучей в плоскопараллельной пластине равно, соответственно, Δfo=h/no и Δfe=h/ne, где h - толщина пластины, no и ne - показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей [3].
При установке главной плоскости объектива 7 в положение H1 фокальная плоскость системы совпадет с изображением 4* излучающей площадки лазерного излучателя 4 (фиг. 3). При этом, как следует из пропорциональных отношений отрезков фиг. 3, в плоскости F3 изображения 5* излучающей площадки 5 образуется кружок рассеяния диаметром
где А - астигматизм; Do и f - диаметр и фокусное расстояние объектива 7.
Угловая расходимость излучения от излучателя 4, расположенного в фокусе оптической системы, определяется его шириной и оптическими аберрациями и обычно не превышает 0,1 мрад. Угловая расходимость ϕ излучения от излучателя 5
Учитывая требование ϕ<ϕ0, из выражений (1)-(4) можно получить условие, связывающее параметры системы и предъявляемые к ней требования.
Пример 1. Исландский шпат на длине волны лазерного излучения 1 мкм имеет следующие характеристики.
β=6°; no=1,642; ne=1,479.
При заданных f=100 мм; Do=25 мм; ϕo=3 мрад из выражения (5) следует а<1,88 мм.
При максимально допустимом расстоянии а=1,88 мм толщина двулучепреломляющей пластины h=a/tgβ=17,9 мм; астигматизм
В зависимости от установки объектива в положения H1, Н2, Н3 распределение энергии излучения в картинной плоскости принимает вид, показанный на фиг. 4.
При распределении H1 и Н3 часть зондирующего пятна имеет вид узкой полосы, повторяющей форму излучающей площадки одного из лазерных излучателей. Это позволяет с высокой эффективностью фокусировать излучение на вытянутых целях - столбах, трубах, мачтах при точном наведении на них, как показано на фиг. 5а). Это достигается при наведении с треноги или иных жестких оснований. На малых расстояниях запас энергетического потенциала прибора достаточен, чтобы при такой форме зондирующего пятна измерять дальность при неточном наведении, например при работе с рук (фиг. 5б).
Пример 2. Поперечная расходимость излучения от площадок, расположенных в плоскостях F1 и F2, ϕ1=0,1 мрад; ϕ2=3 мрад.
Цель - труба диаметром 1 м.
На расстоянии R1=1 км и R2=0,5 км поперечные угловые размеры цели составляют соответственно 1 и 2 мрад.
При точном наведении на максимальной дальности от первого источника попадает на цель все излучение, а от второго - 1/3 (фиг. 5 а). Таким образом, доля энергии зондирующего излучения, перехватываемого целью, составляет η1=1+1/3=4/3.
При точном наведении на дальности 0,5 км эта доля составляет 1+2/3=5/3, а при неточном, как на фиг. 5б) - η2=1/3.
Энергетический проигрыш составляет η1/η2=4.
Энергетический выигрыш равен (R1/R2)2=(1/0,5)2=4.
Таким образом, если при точном наведении обеспечивается дальность действия 1 км, то возможно измерение дальности 0,5 км при неточном наведении (например, при работе с рук, сопровождаемой мышечным тремором).
Благодаря указанному построению дальномера обеспечивается решение поставленной задачи - наиболее эффективное использование суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей и обеспечение возможности измерения меньших дальностей при грубом наведении, например при работе с рук.
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.
4. А.Н. Матвеев. Оптика. М.: Высшая школа, 1985 г. - 351 с.
Claims (9)
1. Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков, содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя со взаимно параллельными излучающими площадками, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины и полуволновой пластины, установленной перед одним из лазерных излучателей, отличающийся тем, что излучающие площадки ориентированы так, чтобы их максимальный габарит располагался параллельно максимальному габариту заданной цели, причем одна излучающая площадка находится в фокусе передающей оптической системы, состоящей из объектива и оптического сумматора, а расстояние а между излучающими площадками удовлетворяет условию
β - угол преломления необыкновенного луча;
f - фокусное расстояние передающей оптической системы;
ϕ0 - предельно допустимая угловая расходимость выходного излучения в плоскости минимального габарита излучающей площадки;
no - показатель преломления обыкновенного луча двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины;
ne - показатель преломления необыкновенного луча;
Do - диаметр передающего объектива.
2. Лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что в фокусе передающей оптической системы установлена излучающая площадка с более высоким уровнем выходной энергии излучения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104733A RU2621476C1 (ru) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104733A RU2621476C1 (ru) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2621476C1 true RU2621476C1 (ru) | 2017-06-06 |
Family
ID=59031954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104733A RU2621476C1 (ru) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2621476C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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) |
RU2561877C1 (ru) * | 2014-06-03 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения" (АО "ЦНИИТОЧМАШ") | Устройство пеленгации источника лазерного излучения |
-
2016
- 2016-02-12 RU RU2016104733A patent/RU2621476C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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) |
RU2561877C1 (ru) * | 2014-06-03 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения" (АО "ЦНИИТОЧМАШ") | Устройство пеленгации источника лазерного излучения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110646776B (zh) | 紧凑光学封装中具有单个mems扫描器的芯片级lidar | |
US20230243621A1 (en) | Single aperture laser range finder | |
US7064817B1 (en) | Method to determine and adjust the alignment of the transmitter and receiver fields of view of a LIDAR system | |
CN107167787A (zh) | 激光雷达及激光雷达控制方法 | |
KR102628929B1 (ko) | 모드 필드 확장기를 갖는 lidar 시스템 | |
CN105300348B (zh) | 一种激光测距装置 | |
CN107817482A (zh) | 激光雷达光学系统 | |
CN113167865B (zh) | 偏振编码光束传输和收集 | |
US20210341610A1 (en) | Ranging device | |
US8399872B2 (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 | |
JP2016176827A (ja) | レーザ測定装置 | |
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 | |
RU2560347C1 (ru) | Однозрачковый прицел с лазерным дальномером | |
RU2572463C1 (ru) | Оптический прицел с лазерным дальномером | |
RU2621476C1 (ru) | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков | |
CN114779212A (zh) | 激光雷达 | |
RU2620768C1 (ru) | Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения | |
RU2620767C1 (ru) | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения | |
CN214473947U (zh) | 一种无机械运动扫描的激光测距系统 | |
RU2579817C1 (ru) | Оптическая система дальномера | |
RU2629684C2 (ru) | Лазерный измеритель дальности с оптическим сумматором | |
RU2622229C1 (ru) | Дальномер с комбинированным лазерным полупроводниковым излучателем |