RU2629684C2 - Laser rangemetre with optical totalizer - Google Patents
Laser rangemetre with optical totalizer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629684C2 RU2629684C2 RU2016104729A RU2016104729A RU2629684C2 RU 2629684 C2 RU2629684 C2 RU 2629684C2 RU 2016104729 A RU2016104729 A RU 2016104729A RU 2016104729 A RU2016104729 A RU 2016104729A RU 2629684 C2 RU2629684 C2 RU 2629684C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- max
- plate
- ordinary
- lens
- birefringent
- 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)
- Semiconductor Lasers (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 измеритель дальности [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.A known laser range meter [1], comprising 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 относительно друг 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 устройство, описанное в [2]. Этот лазерный измеритель дальности 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 а между ними, связанным с толщиной h двулучепреломляющей пластины соотношением h=a/tgβ, где β - угол преломления необыкновенного луча.The closest in technical essence to the proposed device is the device described in [2]. This laser range meter with an optical probing beam adder contains a receiving device and a transmitting device including a lens and two emitters in the form of semiconductor laser diodes, the output radiation beams of which are polarized mutually perpendicularly and aligned using an optical adder, the optical adder is made in the form of a birefringent plane-parallel plate emitting sites of laser diodes are arranged by one of its faces at a distance a between-related sequences second birefringent plate ratio h h = a / tgβ, where β - the angle of refraction of the extraordinary ray.
Описанный сумматор характеризуется разной оптической длиной пути лазерного излучения от каждого лазерного диода в силу разных показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, а также вследствие того, что необыкновенный луч проходит по ломаной траектории. В результате фокальные плоскости оптической системы передающего устройства не совпадают, что приводит к искажению диаграммы направленности излучения и ухудшению обнаружительных характеристик дальномера.The described adder is characterized by a different optical path length of the laser radiation from each laser diode due to different refractive indices of the ordinary and extraordinary rays, as well as due to the fact that the extraordinary ray passes along a broken path. As a result, the focal planes of the optical system of the transmitting device do not coincide, which leads to a distortion of the radiation pattern and a deterioration in the detection characteristics of the range finder.
Задачей изобретения является улучшение обнаружительных характеристик дальномера.The objective of the invention is to improve the detection characteristics of the rangefinder.
Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном измерителе дальности с оптическим сумматором, 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 в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, причем лазерные диоды установлены со стороны ее грани, противоположной объективу, в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива, двулучепреломляющая пластина наклонена относительно линии, соединяющей излучающие площадки лазерных диодов на угол γ=γн+γс, удовлетворяющий условию ⎜Хо(γ)-Хе(γ)⎜≤ΔХмакс, где γн - номинальное значение угла наклона пластины; γс - постоянная поправка; Хо(γ) и Хе(γ) - продольное положение фокусов соответственно для обыкновенного и необыкновенного пучка лучей; ΔХмакс - предельно допустимое расстояние между фокальными плоскостями; Yo(γ) и Ye(γ) - поперечное положение фокусов соответственно для обыкновенного и необыкновенного пучка лучей; F - положение фокуса объектива на оси x в отсутствие двулучепреломляющей пластины, причем Xo(γ)=F+Yo(γ)/tgγ; Xe(γ)=F+h⋅tgβ/Sinγ+Ye(γ)/tgγ; Yo(γ)=ho*Sin(γ-γo*); Ye(γ)=he*Sin(γ-(γe*+β)); ho*=h/Cos(γo*); he*=h/Cos(γe*+β); h - толщина двулучепреломляющей пластины; ; ; no и ne - показатель преломления соответственно обыкновенного и необыкновенного луча, а расстояние b между излучающими площадками лазерных диодов соответствует условию; ⎜Yo(γ)-Ye(γ)⎜-b=±ΔYмакс/2; ΔYмакс=ΔϕмаксF; Δϕмакс - максимальная ширина диаграммы направленности зондирующего излучения.This problem is solved due to the fact that in the known laser range meter with an optical adder containing a receiving device and a transmitting device including a lens and two emitters in the form of semiconductor laser diodes, the output radiation beams of which are polarized mutually perpendicular and aligned using an optical adder in the form birefringent plane-parallel plate, with laser diodes mounted on the side of its face opposite the lens, in a plane perpendicular to the optical axis of the lens, the birefringent plate is inclined relative to the line connecting the emitting areas of the laser diodes at an angle γ = γ n + γ s , satisfying the condition оX о (γ) -X e (γ) ⎜≤ΔX max , where γ n is the nominal value plate inclination angle; γ s is a constant correction; X about (γ) and X e (γ) - the longitudinal position of the foci, respectively, for the ordinary and extraordinary beam of rays; ΔX max - maximum permissible distance between focal planes; Y o (γ) and Y e (γ) are the transverse positions of the foci, respectively, for an ordinary and extraordinary beam of rays; F is the position of the focus of the lens on the x axis in the absence of a birefringent plate, with X o (γ) = F + Y o (γ) / tg γ ; X e (γ) = F + h⋅tgβ / Sin γ + Y e (γ) / tg γ ; Y o (γ) = h o * Sin (γ-γ o *); Y e (γ) = h e * Sin (γ- (γ e * + β)); h o * = h / Cos (γ o *); h e * = h / Cos (γ e * + β); h is the thickness of the birefringent plate; ; ; n o and n e are the refractive index of the ordinary and extraordinary ray, respectively, and the distance b between the emitting areas of the laser diodes corresponds to the condition; ⎜ Y o (γ) -Y e (γ) ⎜-b = ± ΔY max / 2; ΔY max = Δϕ max F; Δϕ max - the maximum width of the radiation pattern of the probe radiation.
На фиг. 1 приведена блок-схема лазерного дальномера. На фиг. 2 - оптическая схема передающего устройства. На фиг. 3 показан ход лучей в передающем устройстве. На фиг. 4 представлен характер относительного продольного смещения фокусов обыкновенного и необыкновенного лучей в зависимости от угла наклона пластины.In FIG. 1 shows a block diagram of a laser rangefinder. In FIG. 2 is an optical diagram of a transmitting device. In FIG. 3 shows the course of the rays in the transmitting device. In FIG. Figure 4 shows the nature of the relative longitudinal displacement of the foci of the ordinary and extraordinary rays depending on the angle of inclination of the plate.
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.The laser range finder (Fig. 1) contains a
Передающее устройство (фиг. 2) содержит два излучателя 4 и 5, излучающие площадки которых (р-n переходы лазерных диодов) расположены взаимно перпендикулярно на расстоянии b=ВС. 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 при перпендикулярно установленной пластине для этого должно соблюдаться условиеThe transmitting device (Fig. 2) contains two
где h - толщина пластины;where h is the thickness of the plate;
а - расстояние между оптическими осями лазерных излучателей; a is the distance between the optical axes of the laser emitters;
β - угол преломления необыкновенного луча.β is the angle of refraction of an extraordinary ray.
При параллельном размещении излучающих площадок (Фиг. 2б) перед одной из них может быть установлена полуволновая пластинка 13, поворачивающая плоскость поляризации на 90°.With the parallel placement of the emitting pads (Fig. 2b), a half-
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
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.Upon receipt of the control signal from the control unit and
Из построения Фиг. 3 следует, что для необыкновенного луча координаты фокуса Xe,Ye определяются выражениямиFrom the construction of FIG. 3 it follows that for an extraordinary beam the focus coordinates X e , Y e are determined by the expressions
he*=h/Cos(γ*+β) - длина хода необыкновенного луча в пластине;h e * = h / Cos (γ * + β) is the stroke length of the extraordinary ray in the plate;
h - толщина двулучепреломляющей пластины;h is the thickness of the birefringent plate;
- угол преломления необыкновенного луча; - angle of refraction of an extraordinary ray;
γ - угол наклона двулучепреломляющей пластины;γ is the angle of inclination of the birefringent plate;
ne - показатель преломления пластины для необыкновенного луча.n e is the refractive index of the plate for an extraordinary ray.
β - угол отклонения необыкновенного луча;β is the angle of deviation of the extraordinary ray;
Для обыкновенного луча соотношение (2) справедливо при β=0 и замене на показатель преломления для обыкновенного луча no.For an ordinary ray, relation (2) is valid for β = 0 and is replaced by the refractive index for an ordinary ray n o .
ho*=h/Cos(γ*) - длина хода обыкновенного луча в пластине;h o * = h / Cos (γ *) is the stroke length of an ordinary ray in the plate;
Соответственно,Respectively,
Где F - положение фокуса объектива в отсутствие двулучепреломляющей пластины.Where F is the position of the focus of the lens in the absence of a birefringent plate.
Пример.Example.
ne=1,479; no=1,642; h - 1,9 мм; β=6°.n e = 1,479; n o = 1,642; h - 1.9 mm; β = 6 °.
При этих исходных данных по формулам (2)-(5) рассчитаны значения Xo(γ)-Хе(γ) для углов наклона пластины γ=0…50 град. Результаты приведены на графике Фиг. 4. При этом относительное поперечное смещение фокусов Yo(γ)-Ye(γ) изменяется от 0,2 при γ=0 до 0,283 при γ=50°. Xo(γ)-Хе(γ)=0 при γ=45°. В этом случае расстояние между излучающими площадками лазеров должно быть b=Yo(45°)-Ye(45°)=0,284 мм.With these initial data, using the formulas (2) - (5), the values of X o (γ) -X e (γ) were calculated for the slope angles of the plate γ = 0 ... 50 deg. The results are shown in the graph of FIG. 4. In this case, the relative transverse displacement of the foci Y o (γ) -Y e (γ) varies from 0.2 at γ = 0 to 0.283 at γ = 50 °. X o (γ) -X e (γ) = 0 at γ = 45 °. In this case, the distance between the emitting areas of the lasers should be b = Y o (45 °) -Y e (45 °) = 0.284 mm.
Данное техническое решение позволяет полностью совместить фокусы обыкновенного и необыкновенного пучков лучей. Благодаря этому устраняются искажения диаграммы направленности излучения, приводящие к ухудшению обнаружительных характеристик дальномера при измерении дальностей до целей с малыми угловыми габаритами.This technical solution allows you to fully combine the tricks of the ordinary and extraordinary beams of rays. This eliminates the distortion of the radiation pattern, leading to a deterioration of the detection characteristics of the range finder when measuring ranges to targets with small angular dimensions.
Таким образом, обеспечивается решение поставленной задачи - улучшение обнаружительных характеристик дальномера.Thus, the solution of the problem is provided - improving the detection characteristics of the rangefinder.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №6714285 от 30 марта 2004 г., Кл. США 356/4.011. 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 |
---|---|---|---|
RU2016104729A RU2629684C2 (en) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Laser rangemetre with optical totalizer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104729A RU2629684C2 (en) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Laser rangemetre with optical totalizer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016104729A RU2016104729A (en) | 2017-08-17 |
RU2629684C2 true RU2629684C2 (en) | 2017-08-31 |
Family
ID=59633079
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104729A RU2629684C2 (en) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Laser rangemetre with optical totalizer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2629684C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6483106B1 (en) * | 1999-01-29 | 2002-11-19 | Kabushiki Kaisha Topcon | Rotary laser irradiating system and object reflector for the same |
SU1839888A1 (en) * | 1987-09-14 | 2006-06-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научный центр "Государственный оптический институт имени С.И.Вавилова" | Method of delivery of laser radiation onto target |
RU2362120C1 (en) * | 2007-12-12 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Скат-Р" | Laser range finder |
RU2439492C1 (en) * | 2010-05-28 | 2012-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser range finder |
-
2016
- 2016-02-12 RU RU2016104729A patent/RU2629684C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1839888A1 (en) * | 1987-09-14 | 2006-06-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научный центр "Государственный оптический институт имени С.И.Вавилова" | Method of delivery of laser radiation onto target |
US6483106B1 (en) * | 1999-01-29 | 2002-11-19 | Kabushiki Kaisha Topcon | Rotary laser irradiating system and object reflector for the same |
RU2362120C1 (en) * | 2007-12-12 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Скат-Р" | Laser range finder |
RU2439492C1 (en) * | 2010-05-28 | 2012-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser range finder |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016104729A (en) | 2017-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11709240B2 (en) | Descan compensation in scanning LIDAR | |
CN110646776B (en) | Chip-scale LIDAR with a single MEMS scanner in a compact optical package | |
CA3017735C (en) | Integrated illumination and detection for lidar based 3-d imaging | |
WO2018068363A1 (en) | Laser radar optical system | |
CN114008474A (en) | LIDAR system with multimode waveguide photodetector | |
CN110579872B (en) | Tracking and aiming system and adjusting method | |
CN109839093B (en) | Optical rangefinder with switchable receive aperture | |
CN113167865B (en) | Polarization encoded beam transmission and collection | |
US20210341610A1 (en) | Ranging device | |
KR20210137567A (en) | LIDAR system with mod field expander | |
US8399872B2 (en) | System and method for using an optical isolator in laser testing | |
CN106094234A (en) | Self-aligning optical path system with polarization beam splitting element | |
CN105973170A (en) | Polarization beam combination auto-collimation optical path system based on birefringent element | |
RU2362120C1 (en) | Laser range finder | |
CN113625295A (en) | Optical system for laser radar and laser radar | |
RU2335728C1 (en) | Optical-electronic search and tracking system | |
RU2629684C2 (en) | Laser rangemetre with optical totalizer | |
CN108931778A (en) | A kind of coaxial range-finding telescope and its distance measuring method | |
US11024669B2 (en) | LIDAR system with fiber tip reimaging | |
RU2572463C1 (en) | Optical laser range-finder sight | |
CN214473947U (en) | Laser ranging system without mechanical motion scanning | |
RU2620768C1 (en) | Laser rangefinder with optical radiation totalizer | |
RU2620767C1 (en) | Laser rangefinder with totalizer of probing radiation beams | |
JP6424364B2 (en) | Laser range finder, three-dimensional scanner and laser beam deflection apparatus | |
EP3761056B1 (en) | Optical scanner, object detector, and sensing apparatus |