Патент на изобретение №2341771

(54) ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР

(57) Реферат:

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, при срабатывании которого на его выходе образуется тело свечения, расположенное в фокальной плоскости объектива излучателя, объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f₁ и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f₂, которые расположены взаимно перпендикулярно и удалены от образующегося при срабатывании лазерного излучателя тела свечения излучателя на расстоянии l₁=f₁ для первого цилиндрического компонента и l₂=f₂ для второго цилиндрического компонента. Образующееся при срабатывании лазерного излучателя тело свечения может быть ориентировано так, чтобы направление его максимального габарита совпадало с направлением максимального углового габарита зондируемого объекта. Между первым и вторым цилиндрическими компонентами могут быть введены одно или несколько плоских зеркал. Лазерный дальномер может быть дополнительно снабжен бинокулярным визиром. В лазерный дальномер может быть дополнительно введено второе передающее устройство. Технический результат изобретения состоит в повышении дальности действия дальномера и уменьшении его габаритов. 5 з.п. ф-лы, 6 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 (антенну приемника), а передающее устройство – лазерный излучатель и объектив излучателя, коллимирующий лазерное излучение. Согласно указанному техническому решению для сопряжения объектива излучателя с лазерным излучателем последний может быть снабжен линзой, создающей мнимое или действительное эквивалентное тело свечения лазерного излучателя, размещенное в фокальной плоскости объектива. Тело свечения реальных излучателей имеет конечные (ненулевые) поперечные габариты, поэтому угловая расходимость выходного излучения также имеет конечные значения.

Недостатком этого лазерного дальномера являются большие габариты объектива излучателя.

Наиболее близким по технической сущности является лазерный дальномер, описанный в [2]. Указанный лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого расположено в фокальной плоскости объектива излучателя.

В этом лазерном дальномере габариты объектива излучателя ограничены размерами объема, выделенного под передающее устройство. В результате ограничений, накладываемых на фокусное расстояние и диаметр объектива излучателя, в такой конструкции невозможно обеспечить малую выходную расходимость выходного излучения и одновременно апертурный угол объектива, достаточный для сбора всего светового пучка с выхода излучателя. Этот недостаток особенно проявляется в портативных приборах, предназначенных для зондировании малогабаритных удаленных объектов, что не позволяет обеспечить требуемую дальность действия прибора.

Задачей изобретения является обеспечение максимальной дальности действия дальномера для малоразмерных целей при минимальных габаритах устройства.

Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, при срабатывании которого на его выходе образуется тело свечения, расположенное в фокальной плоскости объектива излучателя, объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f₁ и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f₂, которые расположены взаимно перпендикулярно и удалены от образующегося при срабатывании лазерного излучателя тела свечения на расстоянии l₁=f₁ для первого цилиндрического компонента и l₂=f₂ для второго цилиндрического компонента, где и – угловые размеры удаленного объекта, соответствующие по ориентации габаритам a и b образующегося при срабатывании лазерного излучателя тела свечения.

Минимальные габариты оптической системы достигаются, если эквивалентное тело свечения на выходе лазерного излучателя при его срабатывании ориентировано так, чтобы направление его максимального габарита совпадало с направлением максимального углового габарита удаленного объекта.

Габариты оптической системы могут быть уменьшены, если между первым и вторым цилиндрическими компонентами введены одно или несколько плоских зеркал, меняющих направление оптической оси объектива излучателя.

Благодаря конструктивным особенностям данного технического решения обеспечивается возможность введения в дальномер второго лазерного излучателя со вторым объективом. Это позволит вдвое увеличить энергию зондирующего излучения прибора.

Лазерный дальномер может быть дополнительно снабжен бинокулярным визиром, одна из ветвей которого совмещена с приемным устройством, а объектив излучателя расположен между трубками визира.

Благодаря существенно меньшим габаритам объектива излучателя в лазерный дальномер может быть дополнительно введено второе передающее устройство, что позволит увеличить дальность действия в 1,3-1,5 раза.

На чертеже фиг.1 представлена блок-схема лазерного дальномера. Фиг.2а и 2б служат для пояснения вида тела свечения и апертурного угла () соответственно у твердотельного лазерного излучателя с линзой и полупроводникового лазера. Фиг.2в иллюстрирует связь между габаритом b(a) тела свечения, фокусным расстоянием f₁(f₂) компонента объектива и углом () расходимости выходного излучения. На фиг.3 показано взаимное положение тела свечения и компонентов объектива излучателя. На фиг.4 изображены возможные варианты компоновки плоских зеркал и компонентов объектива излучателя. Фиг.5 иллюстрирует возможные варианты компоновки объектива излучателя в составе портативного лазерного дальномера, совмещенного с бинокулярным визиром. На фиг.6 изображена возможная компоновка лазерного дальномера с двумя лазерными излучателями, совмещенного с бинокулярным визиром. Лазерный дальномер (фиг.1) содержит передающее устройство, состоящее из лазерного излучателя 1, сопряженного с объективом 2 излучателя, и приемное устройство, состоящее из приемника 3, сопряженного с объективом 4 приемника. Лазерный дальномер сориентирован так, чтобы оси приемного и передающего устройств были направлены в сторону удаленного объекта. Если лазер 5 формирует квазипараллельный пучок излучения, то введением в состав лазерного излучателя линзы 6 можно создать эквивалентное тело свечения 7, расположенное на конечном расстоянии от объектива излучателя (фиг.2а). Тело свечения 7 полупроводникового лазера 5 совпадает с его выходной гранью (фиг.2б). Отрезок между телом свечения и первым цилиндрическим компонентом 8 этого объектива равен фокусному расстоянию f₁ этого компонента (фиг.2в, 3). Второй цилиндрический компонент 9 расположен перпендикулярно первому цилиндрическому компоненту 8 и удален от тела свечения на расстояние, равное своему фокусному расстоянию f₂. Продольный размер объектива 2 может быть уменьшен путем изменения направления оптической оси с помощью зеркал, введенных между первым и вторым цилиндрическими компонентами. При взаимно перпендикулярном положении зеркал 10, 11 (фиг.4а) направление излучения меняется на обратное, а при взаимно параллельном положении зеркал 12, 13 направление выходного излучения совпадает с направлением светового пучка излучателя (фиг.4б). На фиг.5 показаны возможные примеры совмещения лазерного дальномера с бинокулярным визиром при различных вариантах размещения второго цилиндрического компонента 9 относительно визирных трубок 14, 15. Возможно введение в дальномер второго передающего канала для увеличения энергетического потенциала дальномера или для осуществления двойных зондирований с задержкой, что бывает необходимо в некоторых специальных приложениях (фиг.6).

Устройство работает следующим образом.

При срабатывании лазерного излучателя 1 на его выходе образуется тело свечения 7, испускающее расходящийся пучок лазерного излучения. Первый цилиндрический компонент 8 перехватывает этот пучок излучения в вертикальной плоскости в апертурном угле и коллимирует его в выходной пучок с угловой расходимостью в вертикальной плоскости (=b/f₁, где b – вертикальный габарит тела свечения 7; f₁ – фокусное расстояние компонента 8. Первый цилиндрический компонент не оказывает влияния на расходимость излучения в горизонтальной плоскости. Второй цилиндрический компонент 9 работает в горизонтальном апертурном угле и, не влияя на расходимость в вертикальной плоскости, формирует выходной пучок с угловой расходимостью в горизонтальной плоскости =a/f₂, где а – горизонтальный габарит тела свечения 7; f₂ – фокусное расстояние компонента 9. Отраженное удаленным объектом излучение с помощью объектива 4 приемника 3 фокусируется на чувствительную площадку приемника.

Предлагаемый дальномер имеет следующие преимущества по сравнению с известными.

Повышается эффективность использования зондирующего излучения дальномера благодаря более полному собиранию лазерного излучения в апертурных углах излучателя и и повышению направленности излучения. Установлено, что энергетический выигрыш при этом достигает 1,5-2 и более раз.

В 2-3 раза сокращается ширина объектива излучателя, что, во-первых, облегчает его встраивание в портативные дальномеры, а, во-вторых, дает возможность “складывать” объектив в узком сечении, что позволяет уменьшить продольный габарит объектива при его большом фокусном расстоянии.

Из-за меньшего объема объектива излучателя обеспечивается возможность его размещения в виде самостоятельного канала без совмещения с визиром дальномера. При этом упрощается конструкция прибора благодаря исключению спектроделительного узла, улучшается цветопередача и светопропускание визира, дополнительно повышается энергия зондирующего излучения дальномера за счет исключения потерь в спектроделителе (до 20-30%).

Введение второго передающего устройства обеспечивает дополнительный двукратный энергетический выигрыш.

Указанные преимущества обеспечивают увеличение максимальной дальности действия дальномера для малоразмерных целей при минимальных габаритах устройства.

Источники информации

1. В.А.Смирнов. “Введение в оптическую радиоэлектронику”. Изд. “Советское радио”, Москва, 1973 г., стр.189.

2. Патент США №6903811 В2 от 7 июня 2005 г., кл. США 356/5.01 – прототип.

Формула изобретения

1. Лазерный дальномер, содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, при срабатывании которого на его выходе образуется тело свечения, расположенное в фокальной плоскости объектива излучателя, отличающийся тем, что объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f₁ и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f₂, которые расположены взаимно перпендикулярно и удалены от образующегося при срабатывании лазерного излучателя тела свечения на расстоянии l₁=f₁ для первого цилиндрического компонента и l₂=f₂ для второго цилиндрического компонента, где и – угловые размеры удаленного объекта, соответствующие по ориентации габаритам а и b образующегося при срабатывании лазерного излучателя тела свечения.

2. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что образующееся при срабатывании лазерного излучателя тело свечения ориентировано так, чтобы направление его максимального габарита совпадало с направлением максимального углового габарита удаленного объекта.

3. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что между первым и вторым цилиндрическими компонентами введены одно или несколько плоских зеркал, меняющих направление оптической оси объектива излучателя.

4. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен бинокулярным визиром, одна из ветвей которого совмещена с приемным устройством, а объектив излучателя расположен между трубками визира.

5. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введено второе передающее устройство.

РИСУНКИ