Лазерный дальномер

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство, включающее приемный объектив и фотоприемник, и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины. При этом лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны, причем перед лазерными излучателями установлены цилиндрические линзы, каждая цилиндрическая линза неподвижно соединена с лазерным диодом, образуя лазерный модуль. По крайней мере один из лазерных модулей имеет возможность перемещения перпендикулярно оптической оси объектива и перпендикулярно геометрической оси цилиндрической линзы и имеет возможность фиксации в рабочем положении с заданной предельно допустимой погрешностью Δϕ взаимного углового рассогласования оптических осей выходных пучков зондирующего излучения, обеспечиваемой благодаря увеличению Г оптической системы передающего устройства. Технический результат – повышение дальности действия и повышение помехозащищенности лазерного дальномера. 3 ил.

 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.

Известен лазерный дальномер [1], содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора. Оптический сумматор выполнен в виде поляризационного светоделительного кубика, а оптические оси лазерных излучателей расположены перпендикулярно его смежным граням и взаимно перпендикулярны между собой.

При таком построении оптического сумматора лазерные излучатели разнесены друг относительно друга, что усложняет конструкцию лазерного дальномера, увеличивает его габариты и затрудняет сопряжение оптических осей лазерных излучателей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лазерный дальномер, описанный в [2]. Этот лазерный дальномер содержит приемное устройство, включающее приемный объектив и фотоприемник, и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны, причем перед лазерными излучателями установлены цилиндрические линзы.

Вследствие технологического разброса параметров деталей и неточности сборки устройства возможно несовпадение оптических осей выходных пучков, что, с одной стороны, уменьшает концентрацию энергии зондирующего излучения на малоразмерных целях с соответствующим снижением дальности действия, а с другой стороны, приводит к искажениям диаграммы направленности, вследствие которых повышается вероятность ложных измерений до посторонних предметов.

Задачей изобретения является повышение дальности действия и повышение помехозащищенности лазерного дальномера.

Данная задача решается за счет того, что в известном дальномере, содержащем приемное устройство, включающее приемный объектив и фотоприемник, и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны, причем перед лазерными излучателями установлены цилиндрические линзы, каждая цилиндрическая линза неподвижно соединена с лазерным диодом, образуя лазерный модуль, по крайней мере один из лазерных модулей имеет возможность перемещения перпендикулярно оптической оси объектива и перпендикулярно геометрической оси цилиндрической линзы и имеет возможность фиксации в рабочем положении с заданной предельно допустимой погрешностью Δϕ взаимного углового рассогласования оптических осей выходных пучков зондирующего излучения, при этом эквивалентное фокусное расстояние Fэкв системы из объектива передающего устройства и цилиндрической линзы ограничено условиями , где где s1 - минимальный размер излучающей площадки лазерного диода, ψ1- расходимость излучения на выходе излучающей площадки в сечении s1, D - диаметр объектива передающего устройства, ϕ1 - расходимость излучения на выходе дальномера в сечении излучающей площадки s1, а фокусное расстояние F объектива передающего устройства удовлетворяет условию , где s2 - максимальный размер излучающей площадки, ϕ2 - расходимость излучения на выходе дальномера в сечении излучающей площадки s2, причем увеличение оптической системы передающего устройства, ΔST - технологический допуск на установку лазерного модуля, ΔSϕ=Δϕ⋅F.

На фиг. 1 представлена блок-схема лазерного дальномера. На фиг. 2 - оптическая схема передающего канала при перпендикулярном (фиг. 2а) и параллельном (фиг. 2б) расположении излучающих площадок. На фиг 3 показана эквивалентная оптическая схема одной ветви передающего канала при соосном положении объектива и цилиндрической линзы.

Лазерный дальномер (фиг. 1) содержит передающее устройство 1, приемное устройство 2, блок управления и обработки информации 3. Лазерные излучатели 4 и 5 закреплены перед оптическим сумматором 6, на выходе которого установлен передающий объектив 7. Оптический сумматор включает цилиндрические линзы 10 и 11 и двулучепреломляющую плоскопараллельную пластину 12. Линза 10 и лазерный диод 4 образуют лазерный модуль 14. Приемный объектив 8 фокусирует отраженное целью излучение на фотоприемник 9, выход которого подключен к блоку управления и обработки информации 3.

Устройство работает следующим образом.

Пучки зондирующего излучения от излучателей 6 и 7, управляемых сигналами с блока управления и обработки информации 3, собираются коллекторными линзами 10 и 11 и с помощью двулучепреломляющей пластины 12 объединяются и направляются на объектив 7, формирующий параллельный пучок излучения, посылаемого на цель. При параллельном размещении излучающих площадок их совмещение двулучепреломляющей пластиной обеспечивается установкой в один из пучков излучения полуволновой пластинки 13. Отраженное целью излучение принимается объективом 8 приемного устройства 2 и фокусируется на чувствительной площадке фотоприемника 9. По задержке τ принятого сигнала относительно момента излучения зондирующего сигнала можно определить дальность до цели R=сτ/2, где с - скорость света.

В обозначениях Фиг. 2-4 справедливы соотношения.

где

s1 - минимальный габарит излучающей площадки;

ϕ1 - расходимость излучения на выходе объектива в сечении s1;

где ψ1 - расходимость излучения на выходе лазерного диода в сечении s1.

Из (1) и (4) следует

В сечении, совпадающем с продольным габаритом s2 излучающей площадки, цилиндрическая линза не действует, и в нем действуют условия.

где ψ2 - расходимость излучения на выходе лазерного диода в этом сечении.

где

s2 - максимальный габарит излучающей площадки;

ϕ2 - расходимость излучения на выходе объектива в сечении s2;

Пример.

s1=10 мкм; s2=100 мкм; ψ1=30°; ψ2=15°; ϕ12≤1 мрад; d=1 мм (кварцевое волокно круглого сечения с коэффициентом преломления n=1,45).

Из (9): .

Из (8):.

Из (2) и (5):

Из (4):

а≤d/2tg(ψ1/2)=1/2tg(15°)=1,87 мм.

Для линзы с круглым сечением [3]

.

Пусть а=1 мм.

Из (6) и (7):

x1=f-а=1,79-1=0,79 мм. х2=f2/x1=1,792/0,79=4,06 мм.

Из (1):

- удовлетворяет (10) и (11).

Увеличение системы Г=F/Fэкв=100/26,3=3,8.

Расходимость излучения на выходе объектива (2):

- удовлетворяет условию (2).

Размеры и относительное положение объектива, плоскопараллельной двулучепреломляющей пластины, цилиндрической линзы и излучающей площадки лазера определяются погрешностями изготовления и могут приводить к недопустимому рассогласованию осей зондирующих пучков. Предлагаемое изобретение обеспечивает сведение этих оптических осей в пределах заданных требований путем фиксации в рабочем положении лазерного модуля 14, имеющего возможность перемещения перпендикулярно оптической оси объектива и перпендикулярно геометрической оси цилиндрической линзы.

При этом, как видно из приведенных соотношений, эквивалентная угловая погрешность фиксации оптических осей лазерных модулей относительно заданного угла расходимости ϕ1 в Г раз меньше, чем при независимой установке лазеров, цилиндрических линз и объектива. В приведенном примере увеличение Г=4, но при необходимости оно может быть увеличено до значений Г=10 и более.

Таким образом, данное техническое решение позволяет совместить излучение от двух лазерных диодов с высокой точностью и обеспечить решение поставленной задачи - повышение дальности действия и повышение помехозащищенности лазерного дальномера.

Источники информации

1. Патент США № 6714285 от 30 марта 2004 г., Кл. США 356/4.01.

2. Лазерный дальномер. Патент РФ № 2362120 по з-ке 2007145830 от 12.12.2007 г. - прототип.

3. М.И. Апенко, А.С. Дубовик. Прикладная оптика, М., «Наука», 1971 г. - 392 с.

Лазерный дальномер, содержащий приемное устройство, включающее приемный объектив и фотоприемник, и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны, причем перед лазерными излучателями установлены цилиндрические линзы, отличающийся тем, что каждая цилиндрическая линза неподвижно соединена с лазерным диодом, образуя лазерный модуль, по крайней мере один из лазерных модулей имеет возможность перемещения перпендикулярно оптической оси объектива и перпендикулярно геометрической оси цилиндрической линзы и имеет возможность фиксации в рабочем положении с заданной предельно допустимой погрешностью Δϕ взаимного углового рассогласования оптических осей выходных пучков зондирующего излучения, при этом эквивалентное фокусное расстояние Fэкв системы из объектива передающего устройства и цилиндрической линзы ограничено условиями , где s1 - минимальный размер излучающей площадки лазерного диода, ψ1 - расходимость излучения на выходе излучающей площадки в сечении s1, D - диаметр объектива передающего устройства, ϕ1 - расходимость излучения на выходе дальномера в сечении излучающей площадки s1, а фокусное расстояние F объектива передающего устройства удовлетворяет условию , где s2 - максимальный размер излучающей площадки, ϕ2 - расходимость излучения на выходе дальномера в сечении излучающей площадки s2, причем увеличение оптической системы передающего устройства , ΔST - технологический допуск на установку лазерного модуля, ΔSϕ=Δϕ⋅F.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер с двулучепреломляющим сумматором излучения содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер с комбинированным лазерным излучателем содержащит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив с фокусным расстоянием Fo.

Лазерный фазовый дальномер содержит передающую систему и приемную систему. Передающая система состоит из масштабного генератора, источника излучения в виде лазера, коллиматора лазерного излучения, поворотного зеркала и поворотной призмы.

Изобретение относится к ручному лазерному дальномеру. Дальномер содержит лазерный узел для определения отличающихся первого и второго расстояний в первом и втором относительных направлениях через короткий промежуток времени и устройство ввода для установки угла между первым и вторым относительными направлениями.

Способ определения расстояния при помощи камеры основан на том, что получают один видеокадр, получают калибровочные характеристики камеры, выделяют на кадре объект, до которого измеряют расстояние.

Способ измерения линейных перемещений объекта основан на том, что лучи двух лазерных дальномеров направляют параллельно на плоскую поверхность, находящуюся на объекте измерений.

Датчик для дальномера имеет чувствительный элемент и оптическое экранирующее устройство. Чувствительный элемент имеет первую детектирующую часть для детектирования измерительного излучения и вторую детектирующую часть для детектирования контрольного излучения.

Лазерный дальномер содержит импульсный полупроводниковый лазер, оптическую систему, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, устройство с индикатором, ключевую схему, фотоприемник, линию задержки, схему совпадения.

Способ определения пространственного положения объектов обеспечивает облучение объекта через двумерную дифракционную решетку, что обеспечивает образование матрицы смежных оптических каналов.

Способ измерение расстояния до объектов, их угловых координат и взаимного расположения включает в себя облучение во множестве направлений, перекрывающих в совокупности поле обзора и образующих матрицу смежных оптических каналов, каждому оптическому каналу ставится в соответствие определенное угловое направление, а дальность до точки объекта вычисляется в оптических каналах поочередно в соответствии с заданной последовательностью.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два излучателя в виде полупроводниковых лазерных диодов, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора. Оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, излучающие площадки лазерных диодов закреплены на корпусе дальномера совместно с объективом и двулучепреломляющей пластиной со стороны одной из ее граней на расстоянии а между излучающими площадками, связанным с толщиной h двулучепреломляющей пластины соотношением h=a/tgβ, где β - угол преломления необыкновенного луча. Перпендикулярно к оптической оси объектива введено ступенчатое основание, на котором закреплены лазерные диоды, причем лазерный диод, соответствующий обыкновенному лучу двулучепреломляющей пластины, установлен на дальней от объектива ступеньке основания, и его излучающая площадка расположена на оси объектива. Второй лазерный диод, соответствующий необыкновенному лучу, установлен на ближней к объективу ступеньке, высота которой 0<A*<Ao, где Ao - астигматизм оптической системы, причем фокусное расстояние f объектива соответствует условию f>gmax/ψ, где gmax - максимальный габарит излучающей площадки, ψ - заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их максимальном габарите, а положение оптической системы относительно излучающих площадок соответствует условиям A - ϕ2f2/D0<Δf<ϕ1f2/D0, где ϕ1 и ϕ2 заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их минимальном габарите, Δf - смещение фокуса оптической системы относительно ближней к объективу излучающей площадки, А=Аo-A* - остаточный астигматизм оптической системы. Технический результат изобретения состоит в наиболее эффективном использовании суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей и соответствующем увеличении дальности действия дальномера. 1 з.п. ф-лы и 3 ил.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два излучателя в виде полупроводниковых лазерных диодов, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора. При этом оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, излучающие площадки лазерных диодов закреплены на корпусе дальномера совместно с объективом и двулучепреломляющей пластиной со стороны одной из ее граней на расстоянии а между излучающими площадками, связанным с толщиной h двулучепреломляющей пластины соотношением h=a/tgβ, где β - угол преломления необыкновенного луча, перпендикулярно к оптической оси объектива введено плоское основание, на котором закреплены лазерные диоды, а перед лазерным диодом, соответствующим необыкновенному лучу, введена плоскопараллельная компенсационная пластина толщиной 0<g<ncA, где nc - показатель преломления компенсационной пластины, Ao - астигматизм оптической системы, причем фокусное расстояние f объектива соответствует условию f>gmax/ψ, где gmax - максимальный габарит излучающей площадки, ψ - заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их максимальном габарите. Положение оптической системы относительно изображений излучающих площадок соответствует условиям A - ϕ2f2/D0<Δf<ϕ1f2/D0, где ϕ1 и ϕ2 - заданная максимальная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их минимальном габарите, Δf - смещение фокуса оптической системы относительно изображения ближней к объективу излучающей площадки, A=Ao-A* - остаточный астигматизм оптической системы; A* - смещение фокальной плоскости оптической системы за счет компенсационной пластины. Технический результат изобретения состоит в наиболее эффективном использовании суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей до целей с малыми угловыми габаритами. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя со взаимно параллельными излучающими площадками, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины и полуволновой пластины, установленной перед одним из лазерных излучателей. При этом излучающие площадки ориентированы так, чтобы их максимальный габарит располагался параллельно максимальному габариту заданной цели, причем одна излучающая площадка находится в фокусе передающей оптической системы, состоящей из объектива и оптического сумматора, а расстояние а между излучающими площадками удовлетворяет условию где β - угол преломления необыкновенного луча;f - фокусное расстояние передающей оптической системы;ϕ0 - предельно допустимая угловая расходимость выходного излучения в плоскости минимального габарита излучающей площадки;no - показатель преломления обыкновенного луча двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины;nе - показатель преломления необыкновенного луча;Do - диаметр передающего объектива.Технический результат - наиболее эффективное использование суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей и обеспечение возможности измерения меньших дальностей при грубом наведении, например при работе с рук. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер с комбинированным лазерным полупроводниковым излучателем содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и раздельно размещенные лазерные излучатели, выполненные в виде полупроводникового лазерного диода. При этом перед излучающей площадкой лазерного диода установлена коллекторная линза, излучающие площадки расположены в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива, а каждая коллекторная линза выполнена в виде цилиндрической линзы, фокус которой смещен параллельно оптической оси объектива на расстояние z1 от своей излучающей площадки в сторону, противоположную объективу, центр цилиндрической линзы смещен перпендикулярно оптической оси объектива и параллельно излучающей площадке на расстояние yN в сторону от оптической оси объектива так, чтобы оптические оси лазерных излучателей пересекались в фокусе объектива передающего устройства. Кроме того, излучающие площадки расположены в фокальной плоскости системы из объектива и цилиндрической линзы, причем параметры оптических элементов лазерного дальномера удовлетворяют условию , где ψ - угол расходимости излучения лазерного излучателя в плоскости, перпендикулярной излучающему лазерному переходу; D2 - световой диаметр цилиндрической линзы; f - фокусное расстояние цилиндрической линзы; D0 - световой диаметр объектива; - расстояние между цилиндрическими линзами; ΔN - расстояние между излучающими площадками; z1 и z2 - расстояния от излучающей площадки до фокуса линзы и от фокуса линзы до фокуса объектива; z1=f-D2/2tg(ψ/2); z2=f2/z1; N=(RN/R1)2 - количество лазерных излучателей; RN - заданная дальность действия дальномера; R1 - дальность действия с одним излучателем. Технический результат - обеспечение максимальной дальности действия дальномера при минимальных габаритах устройства. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения аэродинамического давления, и может быть использовано в тоннелях на высокоскоростных железнодорожных магистралях. Техническим результатом изобретения является расширение области использования устройства для измерения давления воздуха, а именно измерение аэродинамического давления на тоннельные конструкции при движении высокоскоростных поездов. Данное устройство для измерения аэродинамического давления на тоннельные сооружения содержит корпус (1), на передней стенке которого установлена эластичная мембрана (2). Внутри корпуса (1) установлен измерительный прибор в виде лазерного дальномера (3), установленный в корпусе (1) таким образом, что его луч (4) перпендикулярен эластичной мембране (2). Корпус (1) устройства присоединен к тоннельной обделке (5). Передача данных на ЭВМ осуществляется через выход (6) с лазерного дальномера (3). 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный измеритель дальности с оптическим сумматором 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 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 ⎜Xo(γ)-Хе(γ)⎜≤ΔХмакс, где γн - номинальное значение угла наклона пластины; γс - постоянная поправка; Xo(γ) и Xe(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. Технический результат изобретения - точное совмещение фокусов обыкновенного и необыкновенного пучков лучей. 4 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство, включающее приемный объектив и фотоприемник, и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, выполненного в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины. При этом лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны, причем перед лазерными излучателями установлены цилиндрические линзы, каждая цилиндрическая линза неподвижно соединена с лазерным диодом, образуя лазерный модуль. По крайней мере один из лазерных модулей имеет возможность перемещения перпендикулярно оптической оси объектива и перпендикулярно геометрической оси цилиндрической линзы и имеет возможность фиксации в рабочем положении с заданной предельно допустимой погрешностью Δϕ взаимного углового рассогласования оптических осей выходных пучков зондирующего излучения, обеспечиваемой благодаря увеличению Г оптической системы передающего устройства. Технический результат – повышение дальности действия и повышение помехозащищенности лазерного дальномера. 3 ил.

Наверх