RU2756383C1 - Receiving channel of the laser rangefinder - Google Patents

Receiving channel of the laser rangefinder Download PDF

Info

Publication number
RU2756383C1
RU2756383C1 RU2021108980A RU2021108980A RU2756383C1 RU 2756383 C1 RU2756383 C1 RU 2756383C1 RU 2021108980 A RU2021108980 A RU 2021108980A RU 2021108980 A RU2021108980 A RU 2021108980A RU 2756383 C1 RU2756383 C1 RU 2756383C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
photosensitive elements
plate
receiving lens
photosensitive
photodetector
Prior art date
Application number
RU2021108980A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер
Михаил Михайлович Землянов
Евгений Викторович Кузнецов
Александр Ефремович Сафутин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2021108980A priority Critical patent/RU2756383C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2756383C1 publication Critical patent/RU2756383C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02Details
    • G01C3/06Use of electric means to obtain final indication
    • G01C3/08Use of electric radiation detectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: laser technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of laser technology and concerns the receiving channel of a laser rangefinder. The receiving channel contains a receiving lens and two photosensitive elements with amplifiers, at the outputs of which temporary signal fixation schemes are introduced. The photosensitive elements are located at the minimum possible distance from each other, and two inclined plane-parallel optical plates are inserted in front of them. The plate closest to the photosensitive elements is located perpendicular to the plane containing the axes of the photosensitive elements and is inclined to them by an angle θ. On its surface, opposite to the photosensitive elements, a dichroic coating is applied, reflecting the received radiation with a working wavelength. The second plate, installed closer to the receiving lens, is tilted at an angle of minus θ.
EFFECT: ensuring high accuracy of temporary fixation of the received signal in a wide dynamic range with minimal measurement time and without increasing the dimensions of the equipment.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и других светолокационных устройств.The invention relates to techniques for receiving pulsed optical radiation, mainly to receivers of pulsed laser range finders and other light-locating devices.

Известны приемники импульсного оптического излучения [1] для систем импульсной лазерной локации, предназначенные для преобразования в электрические сигналы отраженных удаленными объектами зондирующих импульсов лазерного излучения и временной привязки электрических импульсов для определения их задержки t3 относительно момента излучения лазерного зондирующего импульса. По этой задержке судят о дальности R до отражающего объекта по формуле R=с t3 /2, где с - скорость света. Подобным образом построены приемники импульсного излучения [2, 3], содержащие фоточувствительный элемент и схему обработки сигнала. Указанные устройства имеют недостаточный динамический диапазон, ограничивающий точность временной фиксации принимаемых сигналов и, тем самым, препятствующий применению таких приемников в измерителях дальности и другой аппаратуре с повышенными требованиями к точности. Известно фотоприемное устройство [4], в котором указанный недостаток устранен за счет введения перед чувствительной площадкой фотоприемника управляемого электрооптического ослабителя, однако такое решение приводит к существенному усложнению устройства и ухудшению отношения сигнал/шум.Known receivers of pulsed optical radiation [1] for pulsed laser ranging systems, designed to convert into electrical signals reflected by distant objects of the probe pulses of laser radiation and the timing of electrical pulses to determine their delay t 3 relative to the instant of radiation of the laser probe pulse. By this delay judged R range to the reflecting object according to the formula with R = t 3/2, where c - velocity of light. Pulsed radiation detectors [2, 3], containing a photosensitive element and a signal processing circuit, are constructed in a similar way. These devices have insufficient dynamic range, which limits the accuracy of the time fixation of the received signals and, thereby, prevents the use of such receivers in range meters and other equipment with increased accuracy requirements. Known photodetector device [4], in which this drawback is eliminated by introducing a controlled electro-optical attenuator in front of the sensitive area of the photodetector, however, this solution leads to a significant complication of the device and deterioration of the signal-to-noise ratio.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является приемный канал лазерного дальномера, включающий фотоприемное устройство с приемным объективом, причем, фотоприемное устройство содержит фоточувствительный элемент и усилитель [5]. Для расширения динамического диапазона сигналов в приемном канале [5] введена управляемая полупрозрачная шторка, положение которой зависит от уровня принимаемого сигнала. Недостаток такого технического решения - необходимость повторного измерения с соответствующим расходом ресурса прибора, и потери времени на выведение шторки и второе измерение.The closest in technical essence to the proposed invention is the receiving channel of the laser rangefinder, which includes a photodetector with a receiving lens, moreover, the photodetector contains a photosensitive element and an amplifier [5]. To expand the dynamic range of signals in the receiving channel [5], a controllable semitransparent shutter is introduced, the position of which depends on the level of the received signal. The disadvantage of this technical solution is the need for repeated measurements with a corresponding consumption of the device's resource, and the loss of time for removing the shutter and the second measurement.

Задачей изобретения является обеспечение высокой точности временной фиксации принимаемого сигнала в предельно широком динамическом диапазоне при минимальном времени измерения и без увеличения габаритов аппаратуры.The objective of the invention is to ensure high accuracy of the time fixation of the received signal in an extremely wide dynamic range with a minimum measurement time and without increasing the size of the equipment.

Эта задача решается за счет того, что в известном приемном канале лазерного дальномера, включающем фотоприемное устройство с приемным объективом, причем, фотоприемное устройство содержит фоточувствительный элемент и усилитель, введен второй фоточувствительный элемент со вторым усилителем, на выходах усилителей введены схемы временной фиксации сигнала, представляющие собой последовательное включение дифференцирующего звена и нуль-компаратора, их выходы подключены ко входу формирователя выходного сигнала через коммутатор, управляемый с выхода порогового устройства, введенного на выходе дифференцирующего звена, принадлежащего фотоприемному устройству с более высокой чувствительностью, при этом фоточувствительные элементы расположены на минимально возможном расстоянии b один от другого, а перед ними введены две наклонные плоскопараллельные оптические пластинки, ближайшая к фоточувствительным элементам пластинка расположена перпендикулярно плоскости, содержащей оси фоточувствительных элементов и наклонена к ним на угол θ, на ее поверхность, противоположную фоточувствительным элементам, нанесено дихроичное покрытие, отражающее принимаемое излучение с рабочей длиной волны, вторая пластинка, установленная ближе к приемному объективу, наклонена на угол минус θ, при этом толщина каждой пластинки d должна быть минимальной при условии d≥nb⋅cosθ, где n - коэффициент преломления материала пластинки, b - расстояние между фоточувствительными элементами в плоскости, перпендикулярной их оптическим осям, а разность положений фоточувствительных элементов Δh* вдоль оси приемного объектива удовлетворяет соотношению

Figure 00000001
где dp - допустимый диаметр кружка рассеяния в плоскости фоточувствительного элемента фотоприемного устройства с меньшей чувствительностью; F - фокусное расстояние приемного объектива; D0 - световой диаметр приемного объектива.This problem is solved due to the fact that in the known receiving channel of the laser rangefinder, which includes a photodetector with a receiving lens, moreover, the photodetector contains a photosensitive element and an amplifier, a second photosensitive element with a second amplifier is introduced, at the outputs of the amplifiers, time latching circuits are introduced, representing a sequential connection of the differentiating link and the zero comparator, their outputs are connected to the input of the output signal driver through a switch controlled from the output of the threshold device introduced at the output of the differentiating link belonging to a photodetector with a higher sensitivity, while the photosensitive elements are located at the shortest possible distance b one from the other, and two inclined plane-parallel optical plates are introduced in front of them, the plate closest to the photosensitive elements is located perpendicular to the plane containing the axes of the photosensitive elements and is tilted to them at an angle θ, a dichroic coating is applied on its surface opposite to the photosensitive elements, reflecting the received radiation with a working wavelength, the second plate, installed closer to the receiving lens, is tilted by an angle of minus θ, while the thickness of each plate is d should be minimal under the condition d≥nb⋅cosθ, where n is the refractive index of the plate material, b is the distance between the photosensitive elements in the plane perpendicular to their optical axes, and the difference in the positions of the photosensitive elements Δh * along the axis of the receiving lens satisfies the relation
Figure 00000001
where d p is the permissible diameter of the scattering circle in the plane of the photosensitive element of the photodetector with a lower sensitivity; F is the focal length of the receiving lens; D 0 - light diameter of the receiving lens.

Толщина d1 ближайшей к приемному объективу первой пластинки может вдвое превышать толщину d2=d второй пластинки.The thickness d 1 of the first plate closest to the receiving objective can be twice as large as the thickness d 2 = d of the second plate.

Первая и вторая пластинки могут быть взаимно перпендикулярны.The first and second plates can be mutually perpendicular.

На чертеже фиг. 1 представлена функциональная схема приемного канала лазерного дальномера. На фиг. 2 а) показана оптическая схема приемного канала. На фиг. 2 б) представлен реальный ход лучей во второй пластинке, а на фиги 2 в) - эквивалентный ход лучей во второй пластинке на ее развертке. dr=d/n - толщина редуцированной пластинки [7]. Фиг. 3 иллюстрирует форму сигналов U(t) на выходе усилителей (фиг 3а) и U'(t) на выходе первого дифференцирующего звена (фиг. 3б).In the drawing, FIG. 1 shows a functional diagram of the receiving channel of the laser rangefinder. FIG. 2 a) shows the optical scheme of the receiving channel. FIG. 2 b) shows the real path of the rays in the second plate, and Fig. 2 c) shows the equivalent path of the rays in the second plate on its scan. d r = d / n is the thickness of the reduced plate [7]. FIG. 3 illustrates the waveform of signals U (t) at the output of the amplifiers (FIG. 3a) and U '(t) at the output of the first differentiating unit (FIG. 3b).

Приемный канал лазерного дальномера (фиг. 1) содержит первый фоточувствительный элемент 1 с первым усилителем 2, второй фоточувствительный элемент 3 с вторым усилителем 4, дифференцирующие звенья 5 и 6, нуль-компараторы 7 и 8, коммутатор 9, ко входам которого подключены выходы нуль-компараторов 7 и 8. Выход коммутатора связан со входом формирователя выходного сигнала 10. На выходе первого дифференцирующего звена 5 включено пороговое устройство 11, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 9.The receiving channel of the laser rangefinder (Fig. 1) contains a first photosensitive element 1 with a first amplifier 2, a second photosensitive element 3 with a second amplifier 4, differentiating links 5 and 6, zero comparators 7 and 8, a switch 9, to the inputs of which the outputs are zero -comparators 7 and 8. The switch output is connected to the input of the output signal driver 10. At the output of the first differentiating link 5, a threshold device 11 is turned on, the output of which is connected to the control input of the switch 9.

Фоточувствительные элементы 1 и 2 конструктивно размещены в фокусе приемного объектива 12 (фиг. 2а). Между приемным объективом и фоточувствительными элементами введены две симметрично наклоненные на угол 9 оптические пластинки 13 и 14. На заднюю грань пластинки 14 нанесено дихроичное покрытие 15, прозрачное для видимого излучения и отражающее излучение с рабочей длиной волны в сторону фоточувствительных элементов.Photosensitive elements 1 and 2 are structurally placed in the focus of the receiving lens 12 (Fig. 2a). Two optical plates 13 and 14 symmetrically inclined at an angle 9 are introduced between the receiving lens and the photosensitive elements. A dichroic coating 15 is applied to the rear face of the plate 14, transparent to visible radiation and reflecting radiation with a working wavelength towards the photosensitive elements.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В исходном состоянии коммутатор 9 открыт для сигналов с выхода нуль-компаратора 7. Если сигналы на выходе усилителя 2 и дифференцирующего звена 5 находятся в пределах линейного диапазона, то формирователь выходного сигнала фиксирует положение их максимума в один и тот же момент времени t0 независимо от амплитуды (фиг. 3б). Из-за инерционности дифференцирующего звена момент t0 незначительно запаздывает относительно момента tмакс максимума сигнала U1(t). Это запаздывание не зависит от амплитуды сигналов U1(t) и U2(t) во всем их линейном диапазоне. Отклик дифференцирующего звена на сигналы максимальной амплитуды в линейном диапазоне превышает уровень Uпор срабатывания порогового устройства 8, вызывая тем самым, подачу на управляющий вход коммутатора 5 переключающего сигнала в интервале времени от tорг<t0 до tпор<t0, где tорг - момент срабатывания порогового устройства от реакции дифференцирующего звена 5 на ограниченный сигнал U'1орг; tпор момент срабатывания порогового устройства от реакции дифференцирующего звена 5 на сигнал U1макс максимальной амплитуды в пределах линейного диапазона. При этом коммутатор 9 закрывается для сигнала с фоточувствительного элемента 1 и открывается для сигнала с фоточувствительного элемента 3. Вследствие того, что максимум отклика дифференцирующего звена U'1max (фиг. 3б) опережает по времени максимум импульса U1орг, последний блокируется, и на выход коммутатора проходит импульс U'2(t) от фоточувствительного элемента 3, имеющий значительно меньшую амплитуду, лежащую в линейном диапазоне, благодаря чему временное положение входного сигнала фиксируется по-прежнему в момент времени t0 в практически неограниченном амплитудном диапазоне входных сигналов.In the initial state, the switch 9 is open for signals from the output of the zero comparator 7. If the signals at the output of the amplifier 2 and the differentiating link 5 are within the linear range, then the output signal driver fixes the position of their maximum at the same time instant t 0, regardless of amplitude (Fig. 3b). Due to the inertia of the differentiating link, the moment t 0 is slightly delayed relative to the moment t max of the maximum of the signal U 1 (t). This delay does not depend on the amplitude of the signals U 1 (t) and U 2 (t) in their entire linear range. The response of the differentiating link to the signals of the maximum amplitude in the linear range exceeds the level U pores of the threshold device 8, thereby causing the supply of a switching signal to the control input of the switch 5 in the time interval from t org <t 0 to t pore <t 0 , where t org - the moment the threshold device is triggered from the reaction of the differentiating link 5 to the limited signal U '1org; t p is the moment of triggering the threshold device from the reaction of the differentiating link 5 to the signal U 1max of the maximum amplitude within the linear range. In this case, the switch 9 closes for the signal from the photosensitive element 1 and opens for the signal from the photosensitive element 3. Due to the fact that the maximum response of the differentiating link U ' 1max (Fig.3b) is ahead of the maximum of the pulse U 1org in time, the latter is blocked, and the output the switch passes a pulse U ' 2 (t) from the photosensitive element 3, which has a significantly lower amplitude lying in the linear range, due to which the temporal position of the input signal is still fixed at time t 0 in the practically unlimited amplitude range of the input signals.

Согласно предлагаемому изобретению входное излучение разделяется второй оптической пластинкой 14 на два пучка разной интенсивности. Один пучок, отраженный от задней поверхности пластинки, поступает на основной фоточувствительный элемент 1. Более слабый пучок отражается от передней поверхности пластинки 14 и фокусируется на менее чувствительный фоточувствительный элемент 3 (фиг. 2а). Для коррекции вносимых пластинкой 14 аберраций введена аналогичная пластинка 13, наклоненная на противоположный угол минус θ. При этом, однако, пластинка 14, отражающая излучение от задней поверхности, действует как пластинка двойной толщины, и система из двух пластинок компенсирует аберрации в прямой ветви (в направлении к предполагаемому окуляру) но вносит искажения в плоскости фоточувствительных элементов - как одна эквивалентная пластинка.According to the proposed invention, the input radiation is divided by the second optical plate 14 into two beams of different intensities. One beam reflected from the rear surface of the plate enters the main photosensitive element 1. A weaker beam is reflected from the front surface of the plate 14 and focuses on the less sensitive photosensitive element 3 (Fig. 2a). To correct the aberrations introduced by the plate 14, a similar plate 13 is introduced, inclined at the opposite angle minus θ. In this case, however, the plate 14, which reflects the radiation from the back surface, acts as a plate of double thickness, and the system of two plates compensates for aberrations in the straight branch (towards the intended eyepiece) but introduces distortions in the plane of the photosensitive elements - as one equivalent plate.

При этом [7] смещение фокуса вдоль оси (фиг. 2в)In this case [7], the focus shift along the axis (Fig. 2c)

Figure 00000002
Figure 00000002

где d - толщина пластинки;where d is the thickness of the plate;

n - коэффициент преломления материала пластинки;n is the refractive index of the plate material;

θ - угол падения луча на пластинку;θ is the angle of incidence of the beam on the plate;

θ' - угол преломления по закону Снеллиусаθ '- angle of refraction according to Snell's law

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Поскольку [8]

Figure 00000005
формула (1) с учетом (2) записывается в видеSince [8]
Figure 00000005
formula (1) taking into account (2) is written in the form

Figure 00000006
Figure 00000006

При малых значениях 0 формула (4) принимает вид

Figure 00000007
For small values of 0, formula (4) takes the form
Figure 00000007

Пример 1Example 1

θ=0; n=1,5; d=2 мм.θ = 0; n = 1.5; d = 2 mm.

Figure 00000008
Figure 00000008

Пример 2Example 2

θ=45°; n=1,5; d=2 мм.θ = 45 °; n = 1.5; d = 2 mm.

Figure 00000009
Figure 00000009

Несовпадение Δh фокальных плоскостей компенсируется размещением фоточувствительных элементов на разной высоте, соответствующей величине Δh (фиг. 2а). Следует учитывать допустимую дефокусировку ΔF одного или обоих фоточувствительных элементов в пределах глубины резкости объектива. В этом случае необходимая конструктивная разность высот фоточувствительных элементовThe discrepancy between the Δh focal planes is compensated by placing the photosensitive elements at different heights corresponding to the Δh value (Fig. 2a). Consideration should be given to the permissible defocusing ΔF of one or both photosensitive elements within the depth of field of the lens. In this case, the required constructive difference in the heights of the photosensitive elements is

Δh*=Δh-ΔF,Δh * = Δh-ΔF,

где ΔF=dpF/D0,where ΔF = d p F / D 0 ,

dp - допустимый диаметр кружка рассеяния,d p - permissible diameter of the scattering circle,

F - фокусное расстояние объектива,F is the focal length of the lens,

D0 - световой диаметр объектива.D 0 - light diameter of the objective.

Таким образом, допустимая разность высот Δh* фоточувствительных элементов должна находиться в пределахThus, the permissible height difference Δh * of the photosensitive elements should be within

Figure 00000010
Figure 00000010

Пример 3Example 3

dp=0,3 мм; F=150 мм; D0=45 мм; Δh=0,93 мм (Пример 2).d p = 0.3 mm; F = 150 mm; D 0 = 45 mm; Δh = 0.93 mm (Example 2).

ΔF=0,3⋅150/45=1 мм.ΔF = 0.3⋅150 / 45 = 1 mm.

Δh*=0,93-1<0, следовательно, при параметрах примера 3 фоточувствительные элементы могут устанавливаться на одном уровне.Δh * = 0.93-1 <0, therefore, with the parameters of example 3, the photosensitive elements can be installed at the same level.

Одинаковые оптические пластинки, наклоненные в противоположные стороны взаимно, устраняют астигматизм и кому, вносимые каждой из пластинок [9]. Следует иметь в виду, что при отражении принимаемого излучения от задней поверхности пластинки, ее толщина эквивалентно удваивается. Если величина аберраций в прямом канале некритична, то для устранения аберраций в приемном канале толщина пластинки 13 может быть удвоена, благодаря чему аберрации второй пластинки 14 корректируются.Identical optical plates, mutually inclined in opposite directions, eliminate astigmatism and coma introduced by each of the plates [9]. It should be borne in mind that when the received radiation is reflected from the back surface of the plate, its thickness is equivalently doubled. If the amount of aberrations in the forward channel is not critical, then to eliminate aberrations in the receiving channel, the thickness of the plate 13 can be doubled, due to which the aberrations of the second plate 14 are corrected.

Величина астигматизма наклонной пластинки ΔhA [8]The magnitude of the astigmatism of the inclined plate Δh A [8]

Figure 00000011
Figure 00000011

Пример 4Example 4

В условиях примера 2 (θ=45°=π/4)Under the conditions of example 2 (θ = 45 ° = π / 4)

ΔhA ~ - d(n2-1)θ2/n3 - - 2(2,25 - 1) 9,86/(16⋅3,38) = -0,46 мм.Δh A ~ - d (n 2 -1) θ 2 / n 3 - - 2 (2.25 - 1) 9.86 / (16 - 3.38) = -0.46 mm.

Меридиональная кома третьего порядка ΔhC [8]Third-order meridional coma Δh C [8]

Figure 00000012
Figure 00000012

Пример 5Example 5

В условиях примеров 3, 4Under the conditions of examples 3, 4

ΔhC ~ 3d(n2-1)(D0/F)2θ/2n3 ~ 6⋅1,25(45/150)20,785/(2⋅3,38)=0,08 мм.Δh C ~ 3d (n 2 -1) (D 0 / F) 2 θ / 2n 3 ~ 6⋅1.25 (45/150) 2 0.785 / (2⋅3.38) = 0.08 mm.

Как показывают приведенные примеры, в зависимости от параметров оптической системы можно подобрать такое их сочетание, при котором отрицательное влияние оптических пластинок может быть несущественным, в первую очередь для высокочувствительного фотоприемного устройства.As the above examples show, depending on the parameters of the optical system, one can choose such a combination of them, in which the negative effect of the optical plates may be insignificant, primarily for a highly sensitive photodetector.

Описанное техническое решение обеспечивает практически неограниченное расширение линейного динамического диапазона во всем рабочем динамическом диапазоне первого и второго фоточувствительных элементов. При этом обеспечивается предельно достижимая точность временной фиксации сигнала при однократных замерах, то есть без ухудшения быстродействия. Аппаратура имеет минимальные габариты и размещается в том же корпусе, что и предыдущая модель.The described technical solution provides an almost unlimited expansion of the linear dynamic range in the entire working dynamic range of the first and second photosensitive elements. At the same time, the maximum achievable accuracy of the temporal fixation of the signal with single measurements is ensured, that is, without deterioration in performance. The equipment has minimal dimensions and is housed in the same case as the previous model.

В соответствии с предлагаемым изобретением был разработан макетный образец приемника. Проведенные исследования подтвердили выполнение заданных технических требований - как в одиночном, так и в частотном режиме работы.In accordance with the proposed invention, a prototype receiver was developed. The studies carried out confirmed the fulfillment of the specified technical requirements - both in single and in frequency operation.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает высокую точность временной фиксации принимаемого сигнала в предельно широком динамическом диапазоне при минимальном времени измерения и без увеличения габаритов аппаратуры.Thus, the proposed technical solution provides high accuracy of time fixation of the received signal in an extremely wide dynamic range with a minimum measurement time and without increasing the size of the equipment.

Источники информацииSources of information

1. В.А. Волохатюк и др. Вопросы оптической локации. - М.: Советское радио, 1971. - с. 213.1.V.A. Volokhatyuk et al. Questions of optical location. - M .: Soviet radio, 1971. - p. 213.

2. В.Г. Вильнер и др. Анализ входной цепи фотоприемного устройства с лавинным фотодиодом и противошумовой коррекцией. «Оптико-механическая промышленность». №9, 1981 г. - с. 593.2. V.G. Vilner et al. Analysis of the input circuit of a photodetector with an avalanche photodiode and anti-noise correction. "Optical and mechanical industry". No. 9, 1981 - p. 593.

3. В.А. Афанасьев и др. Порог чувствительности приемника импульсного оптического излучения с большим входным импедансом. Электронная техника. Серия 11. «Лазерная техника и оптоэлектроника». 1988, в.З. - с. 78 - 83.3. V.A. Afanasyev et al. Sensitivity threshold of a pulsed optical radiation receiver with a high input impedance. Electronic equipment. Series 11. "Laser technology and optoelectronics". 1988, V.Z. - with. 78 - 83.

4. Radiation receiver with active optical protection system. US patent No 6,548,807.4. Radiation receiver with active optical protection system. US patent No. 6,548,807.

5. В.Г. Вильнер и др. Лазерный дальномер. Патент РФ №2655003 по заявке на изобретение №2017123345 от 03 июля 2017 г. - прототип.5. V.G. Vilner et al. Laser rangefinder. RF patent No. 2655003 for the application for invention No. 2017123345 dated July 03, 2017 - prototype.

6. Г.И. Цуканова. Прикладная оптика. Часть 1. Университет ИТМО - СПб: 2008. - с. 16-18.6. G.I. Tsukanov. Applied optics. Part 1. ITMO University - St. Petersburg: 2008. - p. 16-18.

7. В.А. Панов и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. - Л.; Машиностроение, 1980. - с. 127-128.7.V.A. Panov et al. Handbook of the designer of optical-mechanical devices. - L .; Mechanical engineering, 1980. - p. 127-128.

8. Г.Б. Двайт. Таблицы интегралов и другие математические формулы. - М.; Наука, 1973. - с. 83.8. G.B. Dwight. Integral tables and other mathematical formulas. - M .; Science, 1973 .-- p. 83.

9. Т.С. Воропай и др. Коррекция астигматизма в спектральных приборах с помощью наклонной плоскопараллельной пластинки. «Вестник БГУ». Сер. 1. 2007, №3. - с. 12-17.9.T.S. Voropai et al. Correction of astigmatism in spectral instruments using an inclined plane-parallel plate. "Bulletin of BSU". Ser. 1. 2007, No. 3. - with. 12-17.

Claims (3)

1. Приемный канал лазерного дальномера, включающий фотоприемное устройство с приемным объективом, причем фотоприемное устройство содержит фоточувствительный элемент и усилитель, отличающийся тем, что введен второй фоточувствительный элемент со вторым усилителем, на выходах усилителей введен второй фоточувствительный элемент со вторым усилителем, на выходах усилителей введены схемы временной фиксации сигнала, представляющие собой последовательное включение дифференцирующего звена и нуль-компаратора, их выходы подключены ко входу формирователя выходного сигнала через коммутатор, управляемый с выхода порогового устройства, введенного на выходе дифференцирующего звена, принадлежащего фотоприемному устройству с более высокой чувствительностью, при этом фоточувствительные элементы расположены на минимально возможном расстоянии b один от другого, а перед ними введены две наклонные плоскопараллельные оптические пластинки, ближайшая к фоточувствительным элементам пластинка расположена перпендикулярно плоскости, содержащей оси фоточувствительных элементов и наклонена к ним на угол θ, на ее поверхность, противоположную фоточувствительным элементам, нанесено дихроичное покрытие, отражающее принимаемое излучение с рабочей длиной волны, вторая пластинка, установленная ближе к приемному объективу, наклонена на угол минус θ, при этом толщина каждой пластинки d должна быть минимальной при условии d≥nb⋅cosθ, где n - коэффициент преломления материала пластинки, b - расстояние между фоточувствительными элементами в плоскости, перпендикулярной оптической оси приемного объектива, а разность положений фоточувствительных элементов Δh* вдоль оси приемного объектива удовлетворяет соотношению
Figure 00000013
где dp - допустимый диаметр кружка рассеяния в плоскости фоточувствительного элемента фотоприемного устройства с меньшей чувствительностью; F - фокусное расстояние приемного объектива; D0 - световой диаметр приемного объектива.
1. Receiving channel of the laser rangefinder, including a photodetector with a receiving lens, and the photodetector contains a photosensitive element and an amplifier, characterized in that a second photosensitive element with a second amplifier is introduced, a second photosensitive element with a second amplifier is introduced at the outputs of the amplifiers, time-latching circuits of the signal, which are the sequential inclusion of the differentiating link and the zero comparator, their outputs are connected to the input of the output signal driver through a switch controlled from the output of the threshold device introduced at the output of the differentiating link belonging to a photodetector with a higher sensitivity, while photosensitive the elements are located at the minimum possible distance b from one another, and in front of them two inclined plane-parallel optical plates are introduced, the plate closest to the photosensitive elements is located perpendicular ular to the plane containing the axes of the photosensitive elements and is inclined to them at an angle θ, a dichroic coating is applied to its surface opposite to the photosensitive elements, reflecting the received radiation with a working wavelength, the second plate, installed closer to the receiving lens, is inclined by an angle minus θ, in this case, the thickness of each plate d should be minimal under the condition d≥nb⋅cosθ, where n is the refractive index of the plate material, b is the distance between the photosensitive elements in the plane perpendicular to the optical axis of the receiving lens, and the difference in the positions of the photosensitive elements Δh * along the axis of the receiving lens satisfies the ratio
Figure 00000013
where d p is the permissible diameter of the scattering circle in the plane of the photosensitive element of the photodetector with a lower sensitivity; F is the focal length of the receiving lens; D 0 - light diameter of the receiving lens.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина d1 ближайшей к приемному объективу первой пластинки вдвое превышает толщину d2=d второй пластинки.2. A device according to claim 1, characterized in that the thickness d 1 of the first plate closest to the receiving objective is twice the thickness d 2 = d of the second plate. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первая и вторая пластинки взаимно перпендикулярны.3. The device according to claim. 1, characterized in that the first and second plates are mutually perpendicular.
RU2021108980A 2021-04-02 2021-04-02 Receiving channel of the laser rangefinder RU2756383C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108980A RU2756383C1 (en) 2021-04-02 2021-04-02 Receiving channel of the laser rangefinder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108980A RU2756383C1 (en) 2021-04-02 2021-04-02 Receiving channel of the laser rangefinder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756383C1 true RU2756383C1 (en) 2021-09-29

Family

ID=77999999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021108980A RU2756383C1 (en) 2021-04-02 2021-04-02 Receiving channel of the laser rangefinder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2756383C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7382444B2 (en) * 2002-06-19 2008-06-03 Trimble Ab Multiple optical channels
RU2535240C1 (en) * 2013-08-14 2014-12-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") Laser target-indicator distance meter
RU2655003C1 (en) * 2017-07-03 2018-05-23 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser range finder
CN110161516A (en) * 2019-05-21 2019-08-23 深圳市速腾聚创科技有限公司 Laser radar range device and laser scanning control method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7382444B2 (en) * 2002-06-19 2008-06-03 Trimble Ab Multiple optical channels
RU2535240C1 (en) * 2013-08-14 2014-12-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") Laser target-indicator distance meter
RU2655003C1 (en) * 2017-07-03 2018-05-23 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser range finder
CN110161516A (en) * 2019-05-21 2019-08-23 深圳市速腾聚创科技有限公司 Laser radar range device and laser scanning control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11187807B2 (en) Precisely controlled chirped diode laser and coherent lidar system
US10921449B2 (en) Dynamic expansion of a distance measuring device having a variable optical attenuation element in the transmitting channel
US11555923B2 (en) LIDAR system with speckle mitigation
JP6935007B2 (en) Shared waveguides for lidar transmitters and receivers
EP1102034A2 (en) Optical rangefinder
EP4200632A1 (en) Lidar system noise calibration &amp; target detection
US20220260681A1 (en) Techniques for using matched filtering in coherent lidar systems
CN111158061A (en) Multi-dimensional information detection device and measurement method thereof
Masson A stable acousto-optical spectrometer for millimeter radio astronomy
CN113625295A (en) Optical system for laser radar and laser radar
RU2756383C1 (en) Receiving channel of the laser rangefinder
Kuvaldin et al. Testing unit for laser rangefinder
RU2442959C1 (en) Laser rangefinder binoculars
CN114895281B (en) Method and device for generating target information by intrinsic signals and target return signals
RU2183841C1 (en) Method of laser location and laser location device for its implementation
RU2540451C1 (en) Laser location system
CN212749236U (en) Two-dimensional scanning remote laser radar
RU2762977C1 (en) Receiver of pulsed laser signals
RU2796527C1 (en) Complex for non-destructive measurement of absorption saturation of optical materials
CN107179605A (en) Telescope focusing system and method
Taylor et al. High precision non-contacting optical level gauge
US20240255722A1 (en) Techniques for alignment of target and local oscillator beams to photodiode detector
RU2357270C1 (en) Angular coordinate optical metre
RU2243581C1 (en) Method and device for monitoring information control channel
Bryant et al. Advanced test and calibration systems for integrated multisensor platforms with IR, visible, and laser range finder/designator capabilities