Дальномер с комбинированным лазерным полупроводниковым излучателем

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 лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.

Известен лазерный дальномер, содержащий передающее и приемное устройства [1]. Приемное устройство такого дальномера содержит приемник и объектив приемника, а передающее устройство - лазерный полупроводниковый излучатель (лазерный диод) и объектив излучателя, причем излучающая площадка излучателя расположена в фокальной плоскости объектива излучателя. Недостатком этого лазерного дальномера является низкая энергия выходного лазерного излучения, ограничиваемая энергетическими характеристиками лазерного излучателя (стойкостью излучающего перехода лазерного диода).

Более высокой энергией выходного излучения обладает наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому устройству лазерный дальномер с комбинированным лазерным полупроводниковым излучателем, описанный в [2]. Этот лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и раздельно размещенные лазерные излучатели, выполненные в виде полупроводникового лазерного диода, перед излучающей площадкой которого установлена коллекторная линза. Благодаря объединению пучков излучения от нескольких лазеров возрастает энергия зондирующего излучения и дальность действия дальномера.

В известном устройстве лазерные излучатели разнесены между собой, что усложняет конструкцию лазерного дальномера, увеличивает его габариты и затрудняет сопряжение оптических осей лазерных излучателей. Кроме того, такое решение обеспечивает суммирование излучения только двух лазерных диодов, что может быть недостаточно при необходимости увеличения дальности действия.

Задачей изобретения является повышение дальности действия лазерного дальномера за счет увеличения количества источников зондирующего излучения при сохранении минимальных габаритов.

Данная задача решается за счет того, что в известном дальномере с комбинированным лазерным излучателем, содержащем приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и раздельно размещенные лазерные излучатели, выполненные в виде полупроводниковых лазерных диодов, перед излучающими площадками которых установлены коллекторные линзы, 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, 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 - соответственно 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.

На фиг. 1 представлена блок-схема лазерного дальномера. На фиг. 2 показан ход лучей в передающем устройстве с одним лазерным излучателем. На фиг. 3 - ход лучей соответственно с двумя лазерными излучателями. Фиг. 4 иллюстрирует компоновку и габариты передающего канала дальномера с тремя лазерными излучателями. На Фиг. 5 изображена зависимость дальности действия дальномера от количества лазерных излучателей.

Лазерный дальномер (фиг. 1) содержит приемное устройство с объективом 1 и фотоприемником 2, а также передающее устройство с объективом 3, коллекторными линзами 4 и 5 и двумя лазерными излучателями, излучающие площадки которых 6 и 7 расположены в фокусах системы из объектива 3 и коллекторных линз 4 и 5.

Устройство работает следующим образом.

Пучки зондирующего излучения от излучателей 6 и 7 собираются коллекторными линзами 4 и 5 и направляются на объектив 3, формирующий параллельный пучок излучения, направляемый на цель. Отраженное целью излучение принимается объективом приемного устройства и фокусируется на чувствительной площадке фотоприемника 2. 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

D*/F=D2/(f+z2)=ΘN - относительное отверстие одного канала, где D*=D/N, откуда (f+z2)=FD2/D*.

Коэффициент ξ=(f-z1)/(f+z1) характеризует сужение расходимости излучения после цилиндрической линзы. Линейное увеличение линзы Г=1/ξ.

D2≥2tg(ψ/2)⋅(f-z1), где ψ - угол расходимости излучения лазерного диода.

z1z2=f2 - формула Ньютона [3].

;

ND2/(f+z2)=Θ=D/F - относительное отверстие объектива;

- расстояние между соседними линзами (фиг. 3);

ΔN - расстояние между соседними излучающими площадками;

jткуда

z1=f-D2/2tg(ψ/2);

z2=f2/z1.

Пример.

N=3; a=5 мм; D2=4 мм; f=10 мм. Размер излучающей площадки 1=3 мкм. Расходимость излучения на выходе объектива ϕ=0,2 мрад. Расходимость излучения лазерного диода ψ=30°.

z1=f-D2/2tg(ψ/2)=10-4/2tg(15°)=2,54 мм;

z2=f2/z1=100/(2,54)2=15,5 мм.

Увеличение линзы

Г=1/ξ=(f+z2)/(f-z1)=(10+15,5)/(10-2,54)=3,42.

Размер изображения излучающей площадки 1*=Г⋅1=3 мкм⋅3,42=10,3 мкм.

Фокусное расстояние объектива F=1*/ϕ=10,3/0,2=51,5 мм.

Относительное отверстие объектива Θ=ND2/(f+z2)=3⋅4/(10+15,5)=0,47.

Диаметр объектива D=F⋅Θ=51,5⋅0,47~24 мм.

Таким образом, в указанных обозначениях

D2≥2tg(ψ/2)⋅(f-z1).

N=(RN/R1)2 [4].

На фиг. 5 показана зависимость относительной дальности действия RN/R1 от количества N лазерных излучателей.

Таким образом, данное техническое решение позволяет совместить излучение от более чем двух источников и обеспечить решение поставленной задачи - увеличение дальности действия лазерного дальномера при сохранении минимальных габаритов устройства.

Источники информации

1. Патент США №5221956 от 22 июня 1993 г., Кл. США 356/28.

2. Патент США №6714285 от 30 марта 2004 г., Кл. США 356/4.01 - прототип.

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

4. В.А. Смирнов. Введение в оптическую радиоэлектронику. «Советское радио», М., 1973 г. - 208 с.

Лазерный дальномер с комбинированным лазерным полупроводниковым излучателем, содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и раздельно размещенные лазерные излучатели, выполненные в виде полупроводникового лазерного диода, перед излучающей площадкой которого установлена коллекторная линза, отличающийся тем, что 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, 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.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.

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 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; z1f-D22tg; z2f2z1; N2 - 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.

Наверх