RU2620768C1 - Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения - Google Patents
Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620768C1 RU2620768C1 RU2016104737A RU2016104737A RU2620768C1 RU 2620768 C1 RU2620768 C1 RU 2620768C1 RU 2016104737 A RU2016104737 A RU 2016104737A RU 2016104737 A RU2016104737 A RU 2016104737A RU 2620768 C1 RU2620768 C1 RU 2620768C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- optical system
- radiation
- optical
- laser
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/02—Details
- G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
- G01C3/08—Use of electric radiation detectors
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
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.
Description
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 с оптическим сумматором излучения содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два излучателя в виде полупроводниковых лазерных диодов, выходные пучки излучения которых взаимно перпендикулярно поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, излучающие площадки лазерных диодов расположены со стороны одной из ее граней на расстоянии a между ними, связанном с толщиной h двулучепреломляющей пластины соотношением h=a/tgβ, где β - угол преломления необыкновенного луча.
Особенность полупроводниковых лазерных излучателей - их протяженный характер, обусловленный конфигурацией излучающего р-n перехода. При этом возможны потери энергии зондирующего импульса при измерении дальности до целей с иной формой или при ошибках наведения оси дальномера на цель. Это приводит к уменьшению дальности действия дальномера, особенно по целям, вытянутым в вертикальном (трубы, мачты, столбы) или в горизонтальном (провода, трубопроводы, эстакады) направлении.
Задачей изобретения является наиболее эффективное использование суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей до целей с малыми угловыми габаритами и, соответственно, увеличение дальности действия до таких целей.
Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере с оптическим сумматором излучения, содержащем приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два излучателя в виде полупроводниковых лазерных диодов, выходные пучки излучения которых взаимно перпендикулярно 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 a между излучающими площадками, связанном 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 , где nc - показатель преломления компенсационной пластины, A0 - астигматизм оптической системы, причем фокусное расстояние f объектива соответствует условию f>gmax/ψ, где gmax - максимальный габарит излучающей площадки, ψ - заданная максимальная выходная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их максимальном габарите, а 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=Аo-A* - остаточный астигматизм оптической системы; A* - смещение фокальной плоскости оптической системы за счет компенсационной пластины.
Компенсационная пластина может быть приклеена к двулучепреломляющей пластине.
Компенсационная пластина может быть выполнена в виде полуволновой пластинки.
На фиг. 1 представлена блок-схема лазерного дальномера. На фиг. 2 - оптическая схема передающего устройства. На фиг. 3 показан ход лучей в передающем устройстве при остаточном астигматизме A и дефокусировке Δf.
Лазерный дальномер (фиг. 1) содержит передающее устройство 1, приемное устройство 2 и блок управления и обработки данных 3. Передающее устройство 1 состоит из двух лазерных излучателей 4 и 5, подключенных к оптическому сумматору 6, за которым установлен объектив 7. Приемное устройство 2 включает последовательно установленные объектив 8 и фотоприемное устройство 9. Входы лазерных излучателей 4, 5 и выход фотоприемного устройства 9 связаны с блоком управления и обработки данных 3.
Передающее устройство (фиг. 2) содержит два излучателя 4 и 5, излучающие площадки которых (р-n переходы лазерных диодов) расположены взаимно-перпендикулярно на расстоянии а между ними в поперечном направлении. Перед ними могут быть установлены цилиндрические линзы 10 и 11 [2], параллельно направляющие оси пучков лазерного излучения на двулучепреломляющую плоскопараллельную пластину 12, после которой лазерное излучение поступает на объектив 7 передающего устройства 1. Чтобы произошло совмещение пучков лазерного излучения, толщина АВ=h (фиг. 2) двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины 12 должна обеспечивать схождение оптических осей лазерных излучателей в одной точке на выходной грани пластины 12. Из фиг. 2 следует, что для этого должно соблюдаться условие
h - толщина пластины;
a - расстояние между оптическими осями лазерных излучателей;
β - угол преломления необыкновенного луча.
Лазерные излучатели 4 и 5 установлены на основание 13. Перед излучателем 5, соответствующим необыкновенному лучу, установлена компенсационная плоскопараллельная пластина 14, приклеенная к двулучепреломляющей пластине 12.
Устройство работает следующим образом.
При поступлении управляющего сигнала от блока управления и обработки данных 3 лазерные излучатели 4 и 5 одновременно излучают лазерные импульсы, причем, направления поляризации пучков выходного излучения перпендикулярны. Пучок излучения от лазерного излучателя 4 распространяется в двулучепреломляющей плоскопараллельной пластине 12 в направлении обыкновенного луча. Пучок излучения от лазерного излучателя 5 с ортогональным направлением поляризации распространяется в двулучепреломляющей плоскопараллельной пластине в 12 направлении необыкновенного луча. На выходной грани двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины 12 пучки лазерного излучения совмещаются и через объектив 7 передающего устройства 1 направляются на цель. Отраженное целью излучение через объектив 8 приемного устройства 2 фокусируется на чувствительной площадке фотоприемного устройства 9, на выходе которого формируется электрический импульс, поступающий на блок управления и обработки данных 3, где по задержке τ между переданным и принятым импульсами определяется дальность до цели R=cτ/2, где c - скорость света.
Удлинение оптического хода обыкновенного OO' и необыкновенного OO'' лучей в плоскопараллельной пластине равно, соответственно, Δfo=h/ho и Δfe=h/heCosβ, где h - толщина пластины, no и ne - показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, β - угол преломления необыкновенного луча [3]. Для известных двулучепреломляющих кристаллов Cosβ ~ 1. С учетом этого астигматизм оптической системы
Введение компенсационной пластины 14 позволяет скомпенсировать астигматизм полностью или частично. Остаточный астигматизм A=Ao-A*, где - смещение фокальной плоскости оптической системы за счет компенсационной пластины, g - толщина компенсационной пластины, nc - показатель преломления компенсационной пластины.
Остаточный астигматизм может быть целесообразным при зондировании узких целей с поперечным габаритом, сопоставимым с ошибкой наведения оси дальномера, когда при наведении узким лучом происходит промах. Это возможно при наведении с подвижного основания, например, с борта летательного аппарата в процессе работы системы предупреждения столкновений, включающей лазерный дальномер.
Если излучающие площадки 4 и 5 расположены параллельно, то для создания перпендикулярности плоскостей поляризации излучаемых лазерных пучков компенсационная пластина 14 может быть выполнена в виде полуволновой пластинки [4].
На эквивалентной схеме фиг. 3 показаны изображения 4* и 5* излучающих площадок, приведенные к главной оси дальномера OO'. Система имеет остаточный астигматизм A и сфокусирована со смещением Δf относительно изображения площадки 4*. Из построений фиг. 3 следует.
Откуда
Пример.
D0=20; f=50; A=0,2; ϕ1=ϕ2=10-3. При этом из (5) и (6) следует
0,075<Δf<0,125.
Таким образом, данное техническое решение с одной стороны позволяет полностью устранить астигматизм, присущий оптическому сумматору такого типа, а с другой - позволяет сохранить остаточный астигматизм, необходимый для создания требуемой диаграммы направленности передающего канала дальномера.
Благодаря указанному построению дальномера обеспечивается решение поставленной задачи - наиболее эффективное использование суммарной энергии зондирующего излучения при измерении больших дальностей до целей с малыми угловыми габаритами и, соответственно, увеличение дальности действия 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.
4. А.Н. Матвеев. Оптика, М., «Высшая школа», 1985 г. - 351 с.
Claims (4)
1. Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения, содержащий 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, связанном с толщиной h двулучепреломляющей пластины соотношением h=a/tgβ, где β - угол преломления необыкновенного луча, отличающийся тем, что 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<ncA0, где nc - показатель преломления компенсационной пластины, А0 - астигматизм оптической системы, причем фокусное расстояние f объектива соответствует условию f>gmax/ψ, где gmax - максимальный габарит излучающей площадки, ψ - заданная максимальная выходная расходимость излучения от первой и второй излучающих площадок в их максимальном габарите, а положение оптической системы относительно изображений излучающих площадок соответствует условиям
А-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.
2. Лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что компенсационная пластина приклеена к двулучепреломляющей пластине.
3. Лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что компенсационная пластина выполнена в виде полуволновой пластинки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104737A RU2620768C1 (ru) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104737A RU2620768C1 (ru) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620768C1 true RU2620768C1 (ru) | 2017-05-29 |
Family
ID=59031889
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104737A RU2620768C1 (ru) | 2016-02-12 | 2016-02-12 | Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620768C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU321678A1 (ru) * | Г. А. Фельдман | Электрооптический дальномер | ||
US5883706A (en) * | 1996-12-05 | 1999-03-16 | Northrop Grumman Corporation | Multiplexer for laser ranging devices and the like |
RU2368856C1 (ru) * | 2007-01-18 | 2009-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Прицел-прибор наведения с лазерным дальномером |
-
2016
- 2016-02-12 RU RU2016104737A patent/RU2620768C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU321678A1 (ru) * | Г. А. Фельдман | Электрооптический дальномер | ||
US5883706A (en) * | 1996-12-05 | 1999-03-16 | Northrop Grumman Corporation | Multiplexer for laser ranging devices and the like |
RU2368856C1 (ru) * | 2007-01-18 | 2009-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Прицел-прибор наведения с лазерным дальномером |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110646776B (zh) | 紧凑光学封装中具有单个mems扫描器的芯片级lidar | |
CA3017735C (en) | Integrated illumination and detection for lidar based 3-d imaging | |
US11709240B2 (en) | Descan compensation in scanning LIDAR | |
US10126426B2 (en) | Multi-clad fiber-based light detection and ranging sensor | |
CN110161517B (zh) | 激光雷达***和激光扫描控制方法 | |
WO2022028496A1 (zh) | 激光雷达的光学***和激光雷达*** | |
KR102635962B1 (ko) | 다중-모드 도파관 광검출기를 갖는 lidar 시스템 | |
CN113841062B (zh) | 具有模场扩展器的lidar*** | |
CN113167865B (zh) | 偏振编码光束传输和收集 | |
US20210341610A1 (en) | Ranging device | |
RU2362120C1 (ru) | Лазерный дальномер | |
US8399872B2 (en) | System and method for using an optical isolator in laser testing | |
CN113625295A (zh) | 一种用于激光雷达的光学***和激光雷达 | |
RU2335728C1 (ru) | Оптико-электронная система поиска и сопровождения цели | |
WO2018006697A1 (zh) | 一种用于激光扫描雷达的收发装置 | |
RU2572463C1 (ru) | Оптический прицел с лазерным дальномером | |
RU2620768C1 (ru) | Лазерный дальномер с оптическим сумматором излучения | |
CN214473947U (zh) | 一种无机械运动扫描的激光测距*** | |
RU2620767C1 (ru) | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков излучения | |
WO2022188687A1 (zh) | 一种探测装置、探测器、激光雷达及终端设备 | |
JP5154028B2 (ja) | 光波距離計 | |
JP2009244192A (ja) | 移動***置測定装置、移動***置測定方法、及び移動***置測定プログラム | |
RU2621476C1 (ru) | Лазерный дальномер с сумматором зондирующих пучков | |
RU2629684C2 (ru) | Лазерный измеритель дальности с оптическим сумматором | |
JP6424364B2 (ja) | レーザレンジファインダ、3次元スキャナおよびレーザ光偏向装置 |