RU2756783C1 - Pulse laser rangefinder - Google Patents

Pulse laser rangefinder Download PDF

Info

Publication number
RU2756783C1
RU2756783C1 RU2021108975A RU2021108975A RU2756783C1 RU 2756783 C1 RU2756783 C1 RU 2756783C1 RU 2021108975 A RU2021108975 A RU 2021108975A RU 2021108975 A RU2021108975 A RU 2021108975A RU 2756783 C1 RU2756783 C1 RU 2756783C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
photodetector
emitter
test
lens
test emitter
Prior art date
Application number
RU2021108975A
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 RU2021108975A priority Critical patent/RU2756783C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2756783C1 publication Critical patent/RU2756783C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/04—Details
    • G01S3/08—Means for reducing polarisation errors, e.g. by use of Adcock or spaced loop antenna systems

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 ranging.
SUBSTANCE: invention relates to laser ranging, namely to pulsed laser rangefinders. Pulse laser rangefinder containing the main and test emitters, a photodetector channel with a photodetector with a lens, a threshold device connected at the photodetector output and connected to a control circuit and a time interval meter, a control circuit is connected to the main emitter, the test emitter of lower power includes a laser diode and a microcollimator, the test emitter is installed behind the lens in front of the photodetector so that the optical axis of the test emitter passes through the sensitive area of the photodetector, the output beam of the test emitter is within the light hole of the lens, the microcollimator and the lens provide the divergence θ of the test output radiation according to the condition
Figure 00000018
where Dt is the minimum target size; ∆θ - error of alignment of the parallelism of the test emitter; Rmax - upper limit of the range of measured ranges; D0 is the diameter of the receiving lens; E0* is the radiation energy of the test emitter; Emin is the minimum received energy of the photodetector.
EFFECT: ensuring the safe operation of the photodetector in a wide range of ranges while maintaining the design characteristics of the small-sized rangefinder.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной локации, а именно к импульсным лазерным дальномерам и локаторам.The invention relates to laser ranging, namely to pulsed laser range finders and locators.

Известны системы импульсной лазерной локации, содержащие импульсный лазер и фотоприемник, а также схему измерения задержки отраженного сигнала, предназначенные для измерения дальности до удаленных объектов [1].Known systems of pulsed laser ranging, containing a pulsed laser and a photodetector, as well as a circuit for measuring the delay of the reflected signal, designed to measure the distance to distant objects [1].

Особенность таких систем широкий амплитудный диапазон сигналов, отраженных от объектов на малых и больших расстояниях. Это приводит к перегрузкам приемного тракта и снижает его помехоустойчивость в ближней зоне [2]. Защита от помех, создаваемых посторонними местными объектами и аэрозолями воздушной трассы осуществляется с помощью временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) и порога (ВАРП) [2], однако эти меры неэффективны при перегрузках первых каскадов приемно-усилительного тракта, вызывающих ухудшение разрешающей способности и точности временной привязки отраженного сигнала [3]. При этом существует риск поражения фотоприемника излучением, отраженным от зеркального объекта. Известно фотоприемное устройство лазерного дальномера [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.A feature of such systems is a wide amplitude range of signals reflected from objects at short and long distances. This leads to overloads of the receiving path and reduces its noise immunity in the near zone [2]. Protection against interference created by extraneous local objects and aerosols of the airway is carried out using temporary automatic gain control (VARC) and threshold (VARP) [2], however, these measures are ineffective when overloading the first stages of the receiving-amplifying path, causing deterioration of the resolution and accuracy time reference of the reflected signal [3]. In this case, there is a risk of damage to the photodetector by radiation reflected from the mirror object. Known photodetector laser rangefinder [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 лазерный дальномер с пробным излучателем [5]. Указанное устройство содержит два излучателя разной мощности со схемами управления, фотоприемник, пороговое устройство, включенное на выходе фотоприемника и по выходу связанное с измерителем временных интервалов и со схемой управления более мощным излучателем.The closest in technical essence to the proposed invention is a laser rangefinder with a test emitter [5]. The specified device contains two emitters of different power with control circuits, a photodetector, a threshold device connected at the output of the photodetector and connected at the output with a meter of time intervals and with a control circuit of a more powerful emitter.

Как указано в данном источнике, излучение основного и пробного (менее мощного) излучателей формируется в параллельных пучках, образуемых независимыми оптическими каналами.As indicated in this source, the radiation of the main and probe (less powerful) emitters is formed in parallel beams formed by independent optical channels.

Такое построение дальномера ведет к его усложнению, снижению герметичности, увеличению габаритов (за счет конструктивного встраивания второго канала) и созданию теневой зоны канала пробного излучателя. При наличии теневой зоны [2] существование зеркального отражателя не может быть зарегистрировано в приемном канале дальномера, и при включении основного излучателя от зеркально отраженного изучения высокой мощности может разрушиться фотоприемник.Such a construction of the rangefinder leads to its complication, a decrease in tightness, an increase in dimensions (due to the constructive embedding of the second channel) and the creation of a shadow zone of the test emitter channel. In the presence of a shadow zone [2], the existence of a specular reflector cannot be registered in the receiving channel of the rangefinder, and when the main emitter is turned on from a specularly reflected high-power study, the photodetector may be destroyed.

Задачей изобретения является обеспечение безопасного режима работы фотоприемника в широком диапазоне дальностей при сохранении конструктивных характеристик малогабаритного дальномера.The objective of the invention is to provide a safe mode of operation of the photodetector in a wide range of ranges while maintaining the design characteristics of a small-sized rangefinder.

Эта задача решается за счет того, что в известном импульсном лазерном дальномере, содержащем основной и пробный излучатели разной мощности, фотоприемный канал, включающий фотоприемник с объективом, пороговое устройство, включенное на выходе фотоприемника и по выходу связанное со схемой управления и измерителем временных интервалов, а схема управления подключена к основному излучателю, в состав пробного излучателя меньшей мощности введен лазерный диод и микроколлиматор, пробный излучатель установлен за объективом перед фотоприемником так, что оптическая ось пробного излучателя проходит через чувствительную площадку фотоприемника, выходной пучок излучения пробного излучателя находится в пределах светового отверстия объектива, микроколлиматор совместно с объективом обеспечивает расходимость θ пробного излучения на выходе объектива согласно условию

Figure 00000001
где Dц - минимальный габарит цели; Δθ - погрешность юстировки параллельности пробного излучателя; Rмакс - верхняя граница диапазона измеряемых дальностей; D0 - диаметр приемного объектива; Е0* - энергия излучения пробного излучателя; Емин - минимальная принимаемая энергия фотоприемника.This problem is solved due to the fact that in the known pulsed laser rangefinder containing the main and test emitters of different power, a photodetector channel including a photodetector with a lens, a threshold device connected at the output of the photodetector and connected at the output with a control circuit and a time interval meter, and the control circuit is connected to the main emitter, a laser diode and a microcollimator are introduced into the test emitter of lower power, the test emitter is installed behind the lens in front of the photodetector so that the optical axis of the test emitter passes through the sensitive area of the photodetector, the output radiation beam of the test emitter is within the light hole of the lens , the microcollimator together with the lens provides the divergence θ of the probe radiation at the lens output according to the condition
Figure 00000001
where D c is the minimum target size; Δθ is the error of alignment of the parallelism of the test emitter; R max - upper limit of the range of measured ranges; D 0 - the diameter of the receiving lens; E 0 * - radiation energy of the test emitter; E min is the minimum received energy of the photodetector.

Пробный излучатель может быть установлен на общем основании с фотоприемником в фокальной плоскости объектива на расстоянии В от чувствительной площадки фотоприемника, при этом перед пробным излучателем введен дефлектор на расстоянии

Figure 00000002
от фокальной плоскости объектива, где В* - расстояние от оптической оси объектива до центра пучка пробного излучения в главной плоскости объектива. Угол поворота дефлектором пучка излучения пробного излучателя
Figure 00000003
The test emitter can be installed on a common base with a photodetector in the focal plane of the lens at a distance B from the sensitive area of the photodetector, while a deflector is introduced in front of the test emitter at a distance
Figure 00000002
from the focal plane of the lens, where B * is the distance from the optical axis of the lens to the center of the probe beam in the main plane of the lens. The angle of rotation of the probe radiation beam by the deflector
Figure 00000003

Расстояние В между оптическими осями фотоприемника и пробного излучателя может удовлетворять условию В≤D0/2-Dпроб/2, где Dпроб - диаметр пучка пробного излучения в плоскости объектива.The distance B between the optical axes of the photodetector and the probe emitter can satisfy the condition B≤D 0 /2-D probes / 2, where D probes is the diameter of the probe radiation beam in the objective plane.

Дефлектор может быть выполнен в виде оптического клина.The deflector can be made in the form of an optical wedge.

На чертеже фиг. 1 представлена функциональная схема лазерного дальномера. Фиг 2 иллюстрирует ход лучей при отражении излучения от зеркального отражателя (ход лучей условно развернут). На фиг. 3 приведена оптическая схема дальномера при независимом положении пробного излучателя относительно фотоприемника. На фиг 4 показаны варианты оптической схемы при размещении пробного излучателя в фокальной плоскости объектива; фиг. 4а) - при произвольном расстоянии В пробного излучателя от фотоприемника; фиг. 4б) при максимальном расстоянии Вмакс пробного излучателя от фотоприемникаIn the drawing, FIG. 1 shows a functional diagram of a laser rangefinder. Fig. 2 illustrates the path of the rays when radiation is reflected from the mirror reflector (the path of the rays is conventionally unfolded). FIG. 3 shows the optical scheme of the rangefinder with an independent position of the probe emitter relative to the photodetector. Figure 4 shows options for an optical scheme when placing a test emitter in the focal plane of the lens; fig. 4a) - at an arbitrary distance B of the test emitter from the photodetector; fig. 4b) at the maximum distance Bmax of the probe emitter from the photodetector

В состав лазерного дальномера входят (фиг. 1) основной излучатель 1, пробный излучатель 2 с входом «пуск*», фотоприемный канал 3, на выходе которого включено пороговое устройство 4. Выход порогового устройства связан с измерителем временных интервалов (ИВИ) 5 и схемой управления 6, выход которой подключен ко входу «пуск» основного излучателя. Фотоприемный канал содержит фотоприемник 7 с объективом 8 (фиг. 3, 4) Пробный излучатель содержит лазерный диод 9 и микроколлиматор 10. В приемный канал между микроколлиматором пробного излучателя и объективом может быть введен дефлектор 11 (фиг. 4а) и б). На чертежах приняты следующие обозначения. Dпр - световой диаметр объектива; Dотр=Dпр/2 - эффективный диаметр зеркального отражателя (фиг. 2); R - дальность до зеркального отражателя; Н - главная плоскость объектива (фиг. 4); F - фокусное расстояние объектива; F* - Расстояние от фокальной плоскости объектива до дефлектора; В - расстояние между рабочими площадками фотоприемника и пробного излучателя (база пробного излучателя); В* - расстояние между оптической осью объектива и оптической осью пучка пробного излучения в главной плоскости объектива (параллакс пробного излучателя); β - параллактический угол между оптической осью объектива и виртуальной осью пробного излучателя.The laser rangefinder includes (Fig. 1) the main emitter 1, the test emitter 2 with the input "start *", the photodetector channel 3, at the output of which the threshold device 4 is switched on. control 6, the output of which is connected to the "start" input of the main emitter. The photoreceiving channel contains a photodetector 7 with a lens 8 (Fig. 3, 4). The test emitter contains a laser diode 9 and a microcollimator 10. A deflector 11 (Fig. 4a) and b) can be introduced into the receiving channel between the microcollimator of the test emitter and the lens. The following designations are adopted in the drawings. D CR - light diameter of the objective; D ref = D pr / 2 - effective diameter of the mirror reflector (Fig. 2); R is the distance to the mirror reflector; H - the main plane of the lens (Fig. 4); F is the focal length of the lens; F * - Distance from the focal plane of the lens to the deflector; B is the distance between the working platforms of the photodetector and the test emitter (base of the test emitter); B * is the distance between the optical axis of the objective and the optical axis of the probe beam in the main plane of the objective (parallax of the probe emitter); β is the parallax angle between the optical axis of the objective and the virtual axis of the probe emitter.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Команда на измерение подается на пробный излучатель 2 сигналом «пуск* » (фиг. 1). В исходном состоянии основной излучатель 1 заблокирован. При подаче команды «пуск*» срабатывает пробный излучатель 2, направляя на выбранный объект импульс пробного зондирующего излучения. Момент излучения to фиксируется измерителем временных интервалов 5, фотоприемник 7 принимает отраженный объектом импульс. Порог срабатывания порогового устройства 4, соответствует минимальной пороговой энергии принятого сигнала Емин (мощности сигнала Рмин=Eмин/tи, где tи -длительность импульса). Эти параметры определяются шумами фотоприемника и вероятностями ложного срабатывания и правильного обнаружения [1, 2, 7].The command for measurement is sent to the test emitter 2 by the "start *" signal (Fig. 1). In the initial state, the main emitter 1 is blocked. When the command "start *" is given, the probe emitter 2 is triggered, directing a probe of probe radiation to the selected object. The moment of radiation to is fixed by the meter of time intervals 5, the photodetector 7 receives the pulse reflected by the object. The threshold of the threshold device 4 corresponds to the minimum threshold energy of the received signal E min (signal power P min = E min / t and , where t and is the pulse duration). These parameters are determined by the noise of the photodetector and the probabilities of false triggering and correct detection [1, 2, 7].

Если в створе зондирующего излучения присутствует зеркальный отражатель (зеркало, световозвращатель, ретрорефлектор, триппель-призма) с эффективной отражающей поверхностью, достаточной для формирования на фотоприемнике энергии, превышающей уровень Емин, то пороговое устройство 4 срабатывает и формирует импульс, временное положение которого t1 регистрируется измерителем временных интервалов 5, вычисляющим интервал времени Т=t1-t0. Дальность R до зеркально отражающего объекта определяют по формуле R=сТ/2, где с - скорость света [1].If a mirror reflector (mirror, reflector, retroreflector, triple-prism) with an effective reflecting surface sufficient to generate energy on the photodetector exceeding the level E min is present in the probe radiation alignment, then the threshold device 4 is triggered and forms a pulse, the temporary position of which is t 1 is registered by the meter of time intervals 5, which calculates the time interval T = t 1 -t 0 . The distance R to a specularly reflecting object is determined by the formula R = cT / 2, where c is the speed of light [1].

Если в створе зондирующего луча нет зеркального отражателя, то пороговое устройство не срабатывает, и схема управления формирует сигнал «Пуск» на запуск основного излучателя 1. Далее процедура измерения дальности осуществляется в том же порядке, что и при пробном зондировании.If there is no mirror reflector in the probe beam alignment, then the threshold device does not work, and the control circuit generates a "Start" signal to start the main emitter 1. Further, the range measurement procedure is carried out in the same order as in the test sounding.

Благодаря описанному порядку работы, определяемому структурой устройства, обеспечивается безопасный уровень засветки фотоприемника отраженными импульсами излучения.Thanks to the described order of operation, determined by the structure of the device, a safe level of illumination of the photodetector by reflected radiation pulses is ensured.

При современном уровне чувствительности фотоприемников Емин, близком к теоретически предельному, и массогабаритных ограничениях, предъявляемых к оптике дальномеров, для обеспечения максимальной измеряемой дальности 5-25 км энергия зондирующего излучения Е0 должна быть не менее 10-20 мДж [2]. Известные дальномеры имеют именно такую выходную энергию лазерного излучения [6]. При данных энергетических соотношениях зеркальный отражатель, перекрывающий пучок излучения (фиг. 2) приводит к облучению фотоприемника энергией, значительно превышающей предельно допустимый уровень Епду.With the current level of sensitivity of photodetectors E min , close to the theoretically limiting one, and weight and size restrictions imposed on the optics of rangefinders, to ensure the maximum measured range of 5-25 km, the energy of probing radiation E 0 should be at least 10-20 mJ [2]. Known range finders have just such an output energy of laser radiation [6]. With these energy ratios, the mirror reflector overlapping the radiation beam (Fig. 2) leads to irradiation of the photodetector with energy that significantly exceeds the maximum permissible level E pdu .

Как видно из фиг. 2, действующий максимальный диаметр зеркального отражателя Dотр вдвое меньше диаметра приемного объектива Dпр. При этом можно определить энергию засветки фотоприемника зеркально отраженным излучением основного лазера с учетом локационного уравнения [1, 2].As seen in FIG. 2, the current mirror reflector maximum diameter D Neg half the diameter D of the receiving lens so forth. It is possible to determine the energy of the photodetector illumination specularly reflected main laser radiation with the radar equation [1, 2].

Figure 00000004
Figure 00000004

где θ - угол расходимости пучка зондирующего излучения;where θ is the angle of divergence of the probe radiation beam;

Figure 00000005
- угол расходимости зондирующего пучка, стягиваемый отражателем;
Figure 00000005
- the angle of divergence of the probing beam, constricted by the reflector;

R - расстояние до отражателя.R is the distance to the reflector.

Пример 1.Example 1.

Dпр=40 мм; θ=10-3 рад; Е0=0,01 Дж; R=Rмин=100 м - минимальное расстояние до отражателя, при котором засветка фотоприемника максимальна.D pr = 40 mm; θ = 10 -3 rad; E 0 = 0.01 J; R = R min = 100 m - the minimum distance to the reflector, at which the illumination of the photodetector is maximum.

Dотр=Dпр/2=20 мм.D neg = D pr / 2 = 20 mm.

При этих данных в соответствии с (1)With these data, in accordance with (1)

Figure 00000006
Figure 00000006

Предельно допустимый уровень энергии Епду=10-10 Дж приведен для серийного фотоприемного устройства на базе кремниевого лавинного фотодиода [7].The maximum permissible energy level E pdu = 10 -10 J is given for a serial photodetector based on a silicon avalanche photodiode [7].

Из неравенства (2) видно, что в условиях примера 1 и на более высоких дальностях R в пределах заданного диапазона измерений до 20000 м и более фотоприемник будет выведен из строя при наличии на трассе зондирования зеркального отражателя.It can be seen from inequality (2) that under the conditions of example 1 and at higher ranges R within the specified measurement range up to 20,000 m or more, the photodetector will be out of order if there is a mirror reflector on the probing path.

Формула (1) справедлива и для оценки уровня засветки зеркально отраженным излучением пробного излучателя.Formula (1) is also valid for assessing the level of illumination by specularly reflected radiation of the probe emitter.

Из нее следует условие достаточности параметров пробного канала для обнаружения зеркального отражателя в пределах всего диапазона измеряемых дальностейIt implies the condition that the parameters of the test channel are sufficient for detecting a mirror reflector within the entire range of measured ranges

Figure 00000007
откуда расходимость θ* излучения пробного излучателя с выходной энергией Е0*
Figure 00000007
whence the divergence θ * of the radiation of the probe emitter with the output energy E 0 *

Figure 00000008
Figure 00000008

где Емин - чувствительность приемника (минимальная принимаемая энергия)where E min - receiver sensitivity (minimum received energy)

Известен миниатюрный полупроводниковый лазерный излучатель с микроцилиндрической линзой [8]. Параметры этого излучателя: выходная мощность излучения 60 Вт; расходимость пучка излучения 10°×10°; длительность импульса 10-7 с; энергия импульса 60⋅10-7=6⋅10-6 Дж; габариты лазера ∅5,8×4,6; габариты излучающей площадки, а=0,2 мм; b=0,1 мм.Known miniature semiconductor laser emitter with a microcylindrical lens [8]. Parameters of this emitter: output radiation power 60 W; radiation beam divergence 10 ° × 10 °; pulse duration 10 -7 s; pulse energy 60⋅10 -7 = 6⋅10 -6 J; laser dimensions ∅5.8 × 4.6; dimensions of the emitting area, a = 0.2 mm; b = 0.1 mm.

Пример 2.Example 2.

D0=40 мм; Е0*=6⋅10-7 Дж; R=Rмакс=20000 м - максимальное расстояние до отражателя; минимальная принимаемая энергия [7] Емин=6⋅10-16 Дж.D 0 = 40 mm; E 0 * = 6⋅10 -7 J; R = R max = 20,000 m - maximum distance to the reflector; minimum received energy [7] E min = 6⋅10 -16 J.

Тогда, согласно (3), для пробного излучателя θ*≤0,0316 рад (1,81°).Then, according to (3), for a test emitter θ * ≤0.0316 rad (1.81 °).

Такая расходимость обеспечивается при фокусном расстоянии микроколлиматораThis divergence is provided at the focal length of the microcollimator

Fмк=а/θ*=0,2/0,0316=6,3 мм.F mk = a / θ * = 0.2 / 0.0316 = 6.3 mm.

Таким образом, в условиях примера 2 при работе пробного излучателя принимаемый сигнал Епр* составляет величину

Figure 00000009
превышающую минимальную принимаемую энергию Емин=6⋅10-16 Дж [7] и не превосходящую предельно допустимого уровня Епду=10-10 Дж.Thus, under the conditions of example 2, when the probe emitter is operating, the received signal E pr * is the value
Figure 00000009
exceeding the minimum received energy E min = 6⋅10 -16 J [7] and not exceeding the maximum permissible level E pdu = 10 -10 J.

Пробный излучатель может быть встроен в корпус объектива независимо от положения фотоприемника (фиг. 3). В этом случае его оптическая ось и все выходные лучи должны исходить из точки, совпадающей с чувствительной площадкой, а выходной пучок лучей должен быть в пределах светового отверстия объектива.The test emitter can be built into the lens housing regardless of the position of the photodetector (Fig. 3). In this case, its optical axis and all output beams should originate from a point coinciding with the sensitive area, and the output beam of rays should be within the light aperture of the objective.

Пробный излучатель может быть размещен на общем основании с фотоприемником (фиг. 4). Это более конструктивно и технологично. Однако в этом случае для сведения оси пробного излучателя с осью фотоприемника в выходной пучок пробного излучателя должен быть введен дефлектор (например, оптический клин). Два варианта такого размещения приведены на фиг. 4а) и фиг. 4б).The test emitter can be placed on a common base with a photodetector (Fig. 4). It is more constructive and technologically advanced. However, in this case, in order to bring the axis of the probe emitter to the axis of the photodetector, a deflector (for example, an optical wedge) must be inserted into the output beam of the probe. Two variants of this arrangement are shown in Figs. 4a) and Fig. 4b).

В соответствии с предлагаемым изобретением был разработан макетный образец лазерного дальномера.In accordance with the proposed invention, a prototype laser rangefinder was developed.

Проведенные исследования подтвердили выполнение заданных технических требований во всех заданных условиях эксплуатации.The studies carried out have confirmed the fulfillment of the specified technical requirements in all specified operating conditions.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает безопасный режим работы фотоприемника в широком диапазоне дальностей при сохранении конструктивных характеристик малогабаритного дальномера.Thus, the proposed technical solution provides a safe mode of operation of the photodetector in a wide range of ranges while maintaining the design characteristics of the small-sized rangefinder.

Источники информацииSources of information

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

2. В.Г. Вильнер и др. Достоверность измерений импульсного лазерного дальномера. М.: Фотоника. 2013, №3. - С. 42-60.2. V.G. Vilner et al. Measurement reliability of a pulsed laser rangefinder. M .: Photonics. 2013, no. 3. - S. 42-60.

3. В.Г. Вильнер и др. Пути достижения предельной точности лазерного скоростемера. М.: Мир измерений. 2010, №7. - С. 17-21.3. V.G. Vilner et al. Ways to achieve the ultimate accuracy of a laser speed meter. M .: The world of measurements. 2010, no. 7. - S. 17-21.

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. Laser measurement system. US pat. No 4,657,382. - прототип.5. Laser measurement system. US pat. No. 4,657,382. - prototype.

6. Jane's Electro-Optic Systems 2003-2004, p. 355.6. Jane's Electro-Optic Systems 2003-2004, p. 355.

7. Фотоприемное устройство одноэлементное ФУО-119-01 ОС2.003.030ТУ.7. Single-element photodetector FUO-119-01 OS2.003.030TU.

8. В.Г. Вильнер и др. Новые методы повышения энергии зондирующего излучения импульсных дальномеров-высотомеров на основе полупроводниковых лазеров. Казань: КГЭУ, Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. Электроэнергетика. №11-12, 2013. - С. 33-37.8. V.G. Vilner et al. New methods for increasing the probe radiation energy of pulsed range finders-altimeters based on semiconductor lasers. Kazan: KSPEU, Izvestiya VUZov. Energy problems. Power engineering. No. 11-12, 2013. - S. 33-37.

Claims (4)

1. Импульсный лазерный дальномер, содержащий основной и пробный излучатели разной мощности, фотоприемный канал, включающий фотоприемник с объективом, пороговое устройство, включенное на выходе фотоприемника и по выходу связанное со схемой управления и измерителем временных интервалов, а схема управления подключена к основному излучателю, отличающийся тем, что в состав пробного излучателя меньшей мощности введен лазерный диод и микроколлиматор, пробный излучатель установлен за объективом перед фотоприемником так, что оптическая ось пробного излучателя проходит через чувствительную площадку фотоприемника, выходной пучок излучения пробного излучателя находится в пределах светового отверстия объектива, микроколлиматор совместно с объективом обеспечивает расходимость θ пробного излучения на выходе объектива согласно условию
Figure 00000010
Figure 00000011
где Dц - минимальный габарит цели; Δθ - погрешность юстировки параллельности пробного излучателя; Rмакс - верхняя граница диапазона измеряемых дальностей; D0 - диаметр приемного объектива; Е0* - энергия излучения пробного излучателя; Eмин - минимальная принимаемая энергия фотоприемника.1. Pulse laser rangefinder containing the main and test emitters of different power, a photodetector channel including a photodetector with a lens, a threshold device connected at the output of the photodetector and connected at the output with a control circuit and a time interval meter, and the control circuit is connected to the main emitter, which is different by the fact that a laser diode and a microcollimator are included in the test emitter of lower power, the test emitter is installed behind the lens in front of the photodetector so that the optical axis of the test emitter passes through the sensitive area of the photodetector, the output radiation beam of the test emitter is within the light hole of the lens, the microcollimator together with lens ensures the divergence θ of the probe radiation at the lens output according to the condition
Figure 00000010
Figure 00000011
where D c is the minimum target size; Δθ is the error of alignment of the parallelism of the test emitter; R max - upper limit of the range of measured ranges; D 0 - the diameter of the receiving lens; E 0 * - radiation energy of the test emitter; E min is the minimum received energy of the photodetector. 2. Импульсный лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что пробный излучатель установлен на общем основании с фотоприемником в фокальной плоскости объектива на расстоянии В от чувствительной площадки фотоприемника, при этом перед пробным излучателем введен дефлектор на расстоянии
Figure 00000012
от фокальной плоскости объектива, где В* - расстояние от оптической оси объектива до центра пучка пробного излучения в главной плоскости объектива, угол поворота дефлектором пучка излучения пробного излучателя
Figure 00000013
2. Pulse laser rangefinder according to claim 1, characterized in that the test emitter is installed on a common base with a photodetector in the focal plane of the lens at a distance B from the sensitive area of the photodetector, while a deflector is introduced in front of the test emitter at a distance
Figure 00000012
from the focal plane of the objective, where B * is the distance from the optical axis of the objective to the center of the probe radiation beam in the main plane of the objective, the angle of rotation of the probe radiation beam by the deflector
Figure 00000013
 3. Импульсный лазерный дальномер по п. 2, отличающийся тем, что расстояние между оптическими осями фотоприемника и пробного излучателя удовлетворяет условию В≤D0/2-Dпроб/2, где Dпроб - диаметр пучка пробного излучения в плоскости объектива.3. Pulse laser rangefinder according to claim 2, characterized in that the distance between the optical axes of the photodetector and the probe emitter satisfies the condition B≤D 0 /2-D probes / 2, where D probes is the diameter of the probe radiation beam in the objective plane. 4. Импульсный лазерный дальномер по п. 2, отличающийся тем, что дефлектор выполнен в виде оптического клина.4. Pulse laser rangefinder according to claim 2, characterized in that the deflector is made in the form of an optical wedge.
RU2021108975A 2021-04-02 2021-04-02 Pulse laser rangefinder RU2756783C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108975A RU2756783C1 (en) 2021-04-02 2021-04-02 Pulse laser rangefinder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108975A RU2756783C1 (en) 2021-04-02 2021-04-02 Pulse laser rangefinder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756783C1 true RU2756783C1 (en) 2021-10-05

Family

ID=77999879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021108975A RU2756783C1 (en) 2021-04-02 2021-04-02 Pulse laser rangefinder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2756783C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU221120U1 (en) * 2023-07-27 2023-10-19 Акционерное общество "Концерн воздушно-космической обороны "Алмаз - Антей" Output attenuation means

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6330056B1 (en) * 1998-07-02 2001-12-11 Leica Geosystems Ag Laser telemeter
RU58210U1 (en) * 2006-06-26 2006-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Лазерные системы" FOLLOW-UP OPTICAL SYSTEM
US20170138728A1 (en) * 2008-01-31 2017-05-18 Swarovski-Optik Kg. Observation device with a distance meter
RU2655003C1 (en) * 2017-07-03 2018-05-23 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser range finder

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6330056B1 (en) * 1998-07-02 2001-12-11 Leica Geosystems Ag Laser telemeter
RU58210U1 (en) * 2006-06-26 2006-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Лазерные системы" FOLLOW-UP OPTICAL SYSTEM
US20170138728A1 (en) * 2008-01-31 2017-05-18 Swarovski-Optik Kg. Observation device with a distance meter
RU2655003C1 (en) * 2017-07-03 2018-05-23 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Laser range finder

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2809468C1 (en) * 2023-05-24 2023-12-12 Евгений Владленович Бурый Laser location system
RU221120U1 (en) * 2023-07-27 2023-10-19 Акционерное общество "Концерн воздушно-космической обороны "Алмаз - Антей" Output attenuation means

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH06214027A (en) Detector of range of laser
WO2023045424A1 (en) Photomask contamination detection method and photomask contamination detection system for laser radar
US20230003882A1 (en) Lidar and method for range detection using lidar
KR102056957B1 (en) Long-range, small target rangefinding
CN108710118A (en) A kind of laser radar
JP7208052B2 (en) optical rangefinder
GB1512245A (en) Detection of backscattered radiation
JP2006010696A (en) Method and device for measuring light signal flight time
RU2655003C1 (en) Laser range finder
RU2756783C1 (en) Pulse laser rangefinder
US7649617B2 (en) Retro detector system
CN114355370A (en) Distance detector, distance detection method and device
CN116829977A (en) Scanning laser apparatus and method with detector for sensing low energy reflection
RU2655006C1 (en) Receiver of pulse laser signals
RU2756782C1 (en) Laser rangefinder with test head
US20200292667A1 (en) Object detector
RU2756381C1 (en) Laser rangefinder
US5281813A (en) Laser rangefinder test system
CN212749236U (en) Two-dimensional scanning remote laser radar
RU166686U1 (en) LASER RANGEFINDER
RU2766065C1 (en) Method for locating range measurement
Golovkov et al. Receiving system of a pulsed laser rangefinder
US6957579B1 (en) Cavity wall measurement apparatus and method
EP3839566A1 (en) Geodetic surveying device for measuring scenes comprising natural and artificial targets
KR100976299B1 (en) Bi-directional optical module and laser range finder using the same