RU22386U1 - Импульсный лазерный дальномер - Google Patents

Abstract

Импульсный лазерный дальномер, состоящий из импульсного твердотельного лазера, оптической визирно-приемной системы, оптической системы считывания информации о дальности, фотоприемного устройства, измерителя временных интервалов, цифрового табло и источника электропитания, отличающийся тем, что в оптической визирно-приемной системе использован единый окуляр для наблюдения цели и считывания информации о дальности, использована линзовая оборачивающая система, в качестве импульсного твердотельного лазера использован лазер на калий-гадолиниевом вольфрамате с просветляющимся затвором на основе кристаллов граната, легированных ионами хрома, а в качестве фотоприемного устройства применен p-i-n фотодиод на основе соединений АВ, первичный источник электропитания выполнен в виде отдельного узла, соединенного с прибором кабелем, и установлен вне корпуса лазерного дальномера.

Description

ИМПУЛЬСНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР

Изобретение относится к области лазерного приборостроения, а именно к созданию импульсных лазерных дальномеров, в частности, портативных импульсных лазерных дальномеров, предназначенных для применения в качестве носимых приборов, обеспечивающих возможность проведения измерений при работе «с рук.

Известны импульсные лазерные дальномеры, изготавливаемые в виде бинокля («дальномеры-бинокли), используемые в качестве портативных приборов для определения дальности до объектов в военной технике, в строительстве, для навигации и др.

Такие дальномеры производятся во многих странах, например AN/GVS-5 в США, LP-7 в Норвегии, ЛДИ-3-1М в России и ряд других в Израиле, Японии и т.д.

Эти дальномеры предназначены для работы «с рук, для чего изготавливаются в виде бинокля, хотя в них используется монокулярная визирная система, а второй окуляр является, по существу «слепым - в него только вводится информация о дальности в цифровой форме. В оптической схеме этих дальномеров применяют призменную оборачивающую систему и спектральное светоделение. В качестве излучателя используется миниатюрный твердотельный лазер с модулированной добротностью, для приема сигнала используется высокочувствительный фотодиод. В качестве первичного источника энергопитания применяют аккумуляторную батарею, встроенную в корпус прибора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является лазерный дальномер ЛДИ-3-1М, выпускаемый отечественной промышленностью.

Структурная схема прибора ЛДИ-3-1М с учетом вышеприведенных особенностей представлена на фиг.1 {элементы структуры, несущественные для описания изобретения опущены).

Визирно-приемная оптическая система содержит объектив (1), окуляр (2) и призменную оборачивающую систему (3), в которой предусмотрены элементы, обеспечивающие спектральное разделение визуального излучения, поступающего в окуляр (2), и принимаемого лазерного сигнала, отраженного от объекта измерения и поступающего на ФПУ (4). Для обеспечения лавинного режима работы фотоприемника используется стабилизатор напряжения лавинного смещения. Сигнал с ФПУ (4) поступает в измеритель временных интервалов

(ИВИ) (6) и выработанная ИВИ дальность высвечивается на цифровом табло (7). Для считывания информации о дальности используется окуляр (8).

Лазер состоит из излучателя (9), передающей оптической системы (10), блока накачки (11) и блока управления элентрооптическим затвором (12).

Применение конструкции дальномера в виде бинокля ведет к необходимости использования дополнительного окуляра, который не обеспечивает задачу визуального наблюдения объектов, а только выполняет вспомогательную функцию, увеличивая массу и габариты прибора.

Применение призменной оборачивающей системы в визирном канале ведет к увеличению поперечных размеров визирно-приемной оптической системы и усложняет конфигурацию этого узла, затрудняя компоновку электронных узлов прибора, вызывая необходимость разделения электронных узлов на конструктивные части, не имеющие самостоятельной функциональной нагрузки. Это ведет к появлению дополнительных внутренних электрических связей и крепежных элементов, и, соответственно, вызывает увеличение габаритов и массы прибора в целом.

В дальномере ЛДИ-3-1М использован лазер на ортоалюминате иттрия (ИАЛ) с модуляцией добротности электрооптическим затвором. Применение ИАЛ обеспечивает возможность стабильной работы лазера только при величинах энергии накачки более 5 Дж, что обусловлено относительно высоким значением пороговой энергии накачки (несколько Джоулей).

Использование для модуляции добротности лазера электрооптического затвора требует применения вьюоковольтного электронного узла управления затвором. Соответственно возникает необходимость принятия специальных конструктивных мер, обеспечивающих электроизоляцию, а также защиту электронных схем дальномера от сильной электромагнитной помехи, возникающей при быстром (за несколько наносекунд) изменения высоковольтного напряжения на затворе. Все это ведет к увеличению массы и габаритов аппаратуры лазера и прибора в целом.

Для обеспечения высокой чувствительности фотоприемного устройства (ФПУ) прибора ЛДИ-3-1М используется германиевый фотодиод, работающий в лавинном режиме. Устойчивое поддержание лавинного режима требует высокостабильного напряжения электропитания фотоприемника (с точностью до долей процента), что ведет к необходимости применения дополнительных схем стабилизации напряжения питания и к соответствующему увеличению массы и габаритов прибора.

Для обеспечения электропитания схем дальномера в него встроена аккумуляторная батарея. Применение аккумуляторов требует периодической их зарядки, для чего в комплект прибора введено зарядное устройство. В случае отрицательных температур окружающей среды емкость аккумуляторов снижается, что ведет к необходимости применения аккумулятора с запасом энергоемкости, а следовательно с повышенной массой.

Задача, решаемая настоящим изобретением состоит в создании импульсного лазерного дальномера со значительным уменьшением массы и габаритов и удобства применения.

Задача решается за счет применения комплекса конструктивных решений.

В дальномере используется линзовая оборачивающая система взамен призменной. В этом случае уменьшается поперечный размер визуальноприемной оптической системы и убираются боковые выступы, затрудняющие компоновку прибора в целом.

Цифровое табло устанавливают в поле зрения основного окуляра, сместив его на край поля зрения, чтобы не затруднять наблюдение объектов. Таким образом, устраняется один из оптических узлов и устройств его крепления и регулировки - дополнительный окуляр для снятия отсчета.

Предлагается использовать в дальномере лазер на калий-гадолиниевом вольфрамате (КГВ) с модуляцией добротности твердотельным просветляющимся затвором на основе кристаллов граната, легированных ионами Сг. Применение КГВ позволяет снизить энергию накачки лазера до величины менее 5 Дж при тех же, что и для НАЛ характеристиках излучения. Просветляющийся затвор не требует применения системы управления затвором (затвор включает резонатор лазера автоматически при достижении определенной величины энергии накачки), снимает проблемы вьюоковольтной электроизоляции и защиты от импульсной помехи, о которых упоминалось по отношению к электрооптическому затвору. В результате удается существенно снизить габариты и массу аппаратуры лазера, уменьшить его энергопотребление, что также обеспечивает снижение массы и габаритов электронных узлов.

В качестве фотоприемника предлагается использовать p-i-n фотодиод на основе гетероструктур арсенида галлия АзБб, который позволяет обеспечивать чувствительность ФПУ не хуже, чем у ФПУ на основе германиевого лавинного фотодиода в лавинном режиме, но не требует высокой точности стабилизации напряжения электропитания

Наконец, прелагается вынести первичный источник электропитания из состава прибора, конструктивно исполнив его питания в виде отдельного узла, соединенного с прибором электрическим кабелем. Такое техническое решение позволяет использовать как аккумуляторные батареи, так и другие источники, например, обычные батарейки, используемые в широком потреблении, оперативно заменять источник питания на запасной, использовать в зависимости от задач, решаемых с использованием дальномера источники питания различной емкости. Кроме того, размещая источник питания в карманах обмундирования оператора можно избежать его сильного охлаждения и потери емкости, а, следовательно исключить необходимость чрезмерного увеличения массы.

На фиг.2 приведена наглядная схема состава лазерного дальномера с использованием предложенных выше технических решений.

Структурная схема состава лазерного дальномера приведена на фиг.2. где узлы (1 и 2) являются объективом и окуляром визирно-приемного канала соответственно, линзовая оборачивающая система (3), фотоприемное устройство (4) (ФПУ), осуществляющее регистрацию сигнала, отраженного от объекта. Сигнал с ФПУ поступает в измеритель временных интервалов (ИВИ) (6).

Выработанная ИВИ информация о дальности выводится на цифровое табло, которое введено в поле зрения визирного канала.

Лазер состоит из излучателя (9), передающей оптической системы (10) и блока накачки (11), 13 - источники питания узлов лазерного дальномера.

Таким образом разработанный прибор отличается от известного тем, что используется призменно- оборачивающая система в качестве узла спектрального разделения визуального излучения, цифровое табло установлено в поле зрения визирного канала, в дальномере использован лазер на калийгадолиниевом вольфрамате (КГБ) с модуляцией добротности твердотельным просветляющимся затвором на основе кристаллов граната, легированных ионами Сг. В качестве фотоприемника используют p-i-n фотодиод на основе гетероструктур арсенида галлия АзБб. Первичный источник электропитания выполнен в виде отдельного узла,соединенного с прибором электрическим кабелем.

В соответствии со схемой на фиг.2 был разработан, изготовлен и испытан опытный образец импульсного лазерного дальномера с массой менее 500 г, что в 2,5 раза меньше массы ЛДИ-3-1М (1,3 кг). Фотография образца представлена на фиг.З, где а - внешний вид образца, б - вид образца со снятой крышкой. Габариты образца составили 50x80x150 мм, что значительно меньше габаритов ЛДИ-3-1М, 75x145x155 мм.

Прибор работает следующим образом.

Подсоединить прибор посредством кабеля к блоку питания.

Включение прибора осуществляется открыванием защитной крышки изделия вверх до упора. При этом осуществляется подача питания на все блоки изделия и через 3 с прибор готов к работе (начинает мигать индикатор готовности).

При необходимости использования прибора для поиска цели необходимо частично опустить защитную крышку изделия примерно на 20°. При этом происходит отключение питания и индикатор готовности гаснет.

При обнаружении цели защитную крышку необходимо вернуть вверх до упора.

При совмещении перекрестия сетки визира с целью нажать кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ, присоединенную к изделию посредством кабеля и установленную на верхней крышке.

Оптическая визирно-приемная система обеспечивает наблюдение, наведение дальномера на цель и сбор отраженного от цели лазерного излучения с направлением его на фотоприемное устройство (4).Фотоприемное устройство (4) преобразует лазерный сигнал в электрический. Сигнал с фотоприемного устройства поступает в измеритель временных интервалов (6). На цифровом табло (7), которое введено в поле зрения визирного канала, вьювечивается информация о дальности объе1сга.

Считать информацию о дальности до ближайшей цели можно на цифровом табло (7) цифроиндикатора наблюдаемого в поле зрения визирного канала, в нижней его части. Время свечения цифроиндикатора 2 с.

Изделие имеет возможность измерять дальность до трех целей, расположенных в створе луча лазера. Информация о всех трех целях запоминается в блоке обработки информации.

При необходимости получения информации о двух других целях, до которых измерена дальность необходимо нажать кнопку «ВЫБОР ЦЕЛИ, расположенную справа от окуляра, до второй цели надо нажать кнопку 1 раз до третьей цели - 2 раза.

По окончании измерения крышку опустить на 20° пока не погаснет индикатор готовности, после этого можно производить наблюдение и поиск целей.

По окончании работы с изделием закрыть крышку и отсоединить блок питания.

Замена батарей блока питания.

Для смены батарей необходимо отщелкнуть крышку донышка блока питания, вынуть кассеты, заменить негодные батареи новыми, уложив их в кассеты в соответствии с индексами + и -, отштампованными в кассете.

Вставить кассеты в блок питания в соответствии с расположением контактов в кассетах и в блоке, (при другом расположении кассет батареи подключены не будут), защелкнуть крышку на фиксатор.

Основной технико-экономический эффект, состоящий в снижении массы и габаритов и в создании прибора, который может переносится в кармане обмундирования оператора, определяется совокупностью технических решений, предложенных в настоящей заявке.

Дополнительно к снижению массы и габаритов прибора следует отметить также экономический эффект состоящий в существенном снижении стоимости прибора за счет применения лазера на КГВ, который существенно дешевле МАЛ, исключением дорогостоящего электрооптического затвора, исключения дорогостоящих аккумуляторов и упрощения конструкции и технологии изготовпения прибора

Claims (1)

1. Импульсный лазерный дальномер, состоящий из импульсного твердотельного лазера, оптической визирно-приемной системы, оптической системы считывания информации о дальности, фотоприемного устройства, измерителя временных интервалов, цифрового табло и источника электропитания, отличающийся тем, что в оптической визирно-приемной системе использован единый окуляр для наблюдения цели и считывания информации о дальности, использована линзовая оборачивающая система, в качестве импульсного твердотельного лазера использован лазер на калий-гадолиниевом вольфрамате с просветляющимся затвором на основе кристаллов граната, легированных ионами хрома, а в качестве фотоприемного устройства применен p-i-n фотодиод на основе соединений А₃В₅, первичный источник электропитания выполнен в виде отдельного узла, соединенного с прибором кабелем, и установлен вне корпуса лазерного дальномера.