RU2816822C1 - System for generating and guiding laser radiation of emitter with fibre-optic output to target - Google Patents
System for generating and guiding laser radiation of emitter with fibre-optic output to target Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816822C1 RU2816822C1 RU2023129387A RU2023129387A RU2816822C1 RU 2816822 C1 RU2816822 C1 RU 2816822C1 RU 2023129387 A RU2023129387 A RU 2023129387A RU 2023129387 A RU2023129387 A RU 2023129387A RU 2816822 C1 RU2816822 C1 RU 2816822C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- target
- emitter
- optic output
- mirror
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 115
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 34
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 3
- 102220539283 Prominin-2_F41G_mutation Human genes 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может использоваться при разработке лазерных комплексов в части формирования и наведения лазерного излучения на удаленные цели.The invention relates to optical-electronic instrumentation and can be used in the development of laser systems in terms of the formation and guidance of laser radiation at remote targets.
Известна система формирования и наведения лазерного излучения n излучателей с оптоволоконными выводами на цель [1], содержащая устройство грубого наведения суммарного излучения n излучателей, передающее устройство, образованное из n лазерных излучателей с оптической системой формирования излучения каждого излучателя в виде короткофокусного коллиматора из асферической линзы, сумматора единичных лазерных пучков из n светоделительных элементов, выполненных в виде дихроичных пластин, установленных под углом 45° к оптической оси, системы формирования необходимой диаграммы направленности суммарного лазерного излучения всех излучателей в зеркально-линзовом телескопе с внеосевым параболическим зеркальным объективом и подвижной асферической линзой окуляра, установленном на микропозиционере трехкоординатного блока сканирования для точного наведения и фокусировки суммарного излучения всех излучателей на цель, приемное устройство, включающее приемный объектив и приемник; дальномер, включающий передающий и приемный блоки, электронный блок управления и обработки, причем хотя бы один из n излучателей может быть выполнен в виде зондирующего излучателя. На выходе оптической системы суммарный лазерный пучок лучей падает на внеосевое вогнутое параболическое зеркало телескопа, конструктивно связанное с устройством грубого наведения, и отражается в виде малорасходящегося пучка лучей.A known system for the formation and guidance of laser radiation from n emitters with fiber optic leads to a target [1], containing a device for coarse guidance of the total radiation of n emitters, a transmitting device formed from n laser emitters with an optical system for generating radiation from each emitter in the form of a short-focus collimator from an aspheric lens, a combiner of single laser beams from n beam splitting elements made in the form of dichroic plates installed at an angle of 45° to the optical axis, a system for forming the necessary directional pattern of the total laser radiation of all emitters in a mirror-lens telescope with an off-axis parabolic mirror lens and a movable aspherical eyepiece lens, mounted on a micropositioner of a three-coordinate scanning unit for precise guidance and focusing of the total radiation of all emitters on the target, a receiving device, including a receiving lens and a receiver; a range finder, including transmitting and receiving units, an electronic control and processing unit, and at least one of the n emitters can be made in the form of a probing emitter. At the output of the optical system, the total laser beam of rays falls on the off-axis concave parabolic mirror of the telescope, structurally connected to the coarse guidance device, and is reflected in the form of a low-divergence beam of rays.
К недостаткам этой системы относятся:The disadvantages of this system include:
- конструктивное исполнение системы формирования результирующего лазерного пучка, не позволяющее получать на выходе пучки дифракционного качества с постоянным однородным и неизменным распределением плотности мощности по сечению пучка на протяженных трассах;- design of the system for forming the resulting laser beam, which does not allow obtaining beams of diffraction quality at the output with a constant uniform and constant distribution of power density over the beam cross section on long paths;
- большое количество оптических поверхностей в оптической системе, погрешности которых сказываются на точности формируемого волнового фронта и точности наведения на цель;- a large number of optical surfaces in the optical system, the errors of which affect the accuracy of the generated wavefront and the accuracy of pointing at the target;
- сложность и дороговизна изготовления асферической оптики для коллиматора и телескопической системы, сложность юстировки внеосевого параболического зеркала;- the complexity and high cost of manufacturing aspherical optics for the collimator and telescopic system, the complexity of adjusting the off-axis parabolic mirror;
- невысокая плотность излучения на цели из-за фокусировки и наведения суммарного излучения всех излучателей на цель общей телескопической системой формирования;- low radiation density on the target due to focusing and directing the total radiation of all emitters onto the target by a common telescopic formation system;
- большие лучевые нагрузки на коллиматоре и окуляре телескопа из-за близкого расположения оптических элементов к торцу излучающего тела излучателя;- large radiation loads on the collimator and eyepiece of the telescope due to the close location of the optical elements to the end of the radiating body of the emitter;
- дополнительное согласование приемного и передающего каналов из-за несоосного их расположения относительно друг друга.- additional coordination of the receiving and transmitting channels due to their misaligned location relative to each other.
Известна система формирования и наведения лазерного излучения излучателя с оптоволоконным выводом на цель [2], содержащая устройство грубого наведения, излучатель с оптоволоконным выводом, оптическую систему формирования лазерного излучения в виде короткофокусного коллиматора из асферической линзы, системы формирования необходимой диаграммы направленности лазерного излучения в виде зеркального телескопа с главным вогнутым, выполненным внеосевым параболическим, и вторичным выпуклым, выполненным параболическим, зеркалами, наклонных к оптической оси, устройство сканирования, выполненное в виде блока сканирования и вторичного выпуклого зеркала, устройство фокусировки лазерного излучения, выполненное в виде механизма продольного перемещения коллимирующей асферической линзы, приемный объектив и приемник, устройство зондирующего излучения, дальномер, электронный блок управления и обработки.A known system for generating and pointing laser radiation from an emitter with a fiber optic output at a target [2], containing a rough guidance device, an emitter with a fiber optic output, an optical system for generating laser radiation in the form of a short-focus collimator from an aspheric lens, a system for forming the necessary directivity pattern of laser radiation in the form of a mirror telescope with a main concave, made off-axis parabolic, and a secondary convex, made parabolic, mirrors inclined to the optical axis, a scanning device made in the form of a scanning unit and a secondary convex mirror, a laser radiation focusing device made in the form of a mechanism for longitudinal movement of a collimating aspheric lens , receiving lens and receiver, probing radiation device, range finder, electronic control and processing unit.
К недостаткам этой системы относятся:The disadvantages of this system include:
- большое количество оптических поверхностей в оптической системе, погрешности которых сказываются на точности формируемого волнового фронта и точности наведения на цель;- a large number of optical surfaces in the optical system, the errors of which affect the accuracy of the generated wavefront and the accuracy of pointing at the target;
- сложность и дороговизна изготовления асферической оптики для коллиматора и зеркальной телескопической системы, сложность юстировки внеосевого параболического зеркала;- the complexity and high cost of manufacturing aspherical optics for the collimator and mirror telescopic system, the difficulty of adjusting the off-axis parabolic mirror;
- большие лучевые нагрузки на коллиматоре и вторичном выпуклом зеркале телескопа из-за близкого расположения коллиматора к торцу излучающего тела излучателя и небольшой апертуры излучения на выходе коллиматора;- large radiation loads on the collimator and the secondary convex mirror of the telescope due to the close location of the collimator to the end of the radiating body of the emitter and the small radiation aperture at the collimator output;
- дополнительное согласование приемного и передающего каналов из-за несоосного их расположения относительно друг друга.- additional coordination of the receiving and transmitting channels due to their misaligned location relative to each other.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система формирования и наведения лазерного излучения излучателя с оптоволоконным выводом на цель [3], содержащая устройство грубого наведения, излучатель с оптоволоконным выводом, систему формирования излучения, включающую главное вогнутое, выполненное внеосевым параболическим, и вторичное плоское зеркала, наклонные к оптической оси, устройство сканирования, выполненное в виде блока сканирования и вторичного плоского зеркала, устройство фокусировки лазерного излучения, выполненное в виде механизма продольного перемещения торца сердцевины оптоволоконного вывода, приемный объектив и приемник, устройство зондирующего излучения, дальномер, электронный блок управления и обработки.The closest in technical essence to the proposed one is a system for generating and pointing laser radiation from an emitter with a fiber-optic output to a target [3], containing a coarse guidance device, an emitter with a fiber-optic output, a radiation generation system including a main concave made off-axis parabolic, and a secondary flat mirror , inclined to the optical axis, a scanning device made in the form of a scanning unit and a secondary flat mirror, a laser radiation focusing device made in the form of a mechanism for longitudinal movement of the end of the fiber optic output core, a receiving lens and receiver, a probe radiation device, a range finder, an electronic control unit and processing.
К недостаткам этой системы относятся:The disadvantages of this system include:
- сложность и дороговизна изготовления асферической оптики в виде внеосевого параболического зеркала;- the complexity and high cost of manufacturing aspherical optics in the form of an off-axis parabolic mirror;
- сложность и невысокая точность юстировки внеосевого параболического зеркала;- complexity and low accuracy of adjustment of the off-axis parabolic mirror;
- невысокая точность наведения из-за невысокой точности юстировки;- low pointing accuracy due to low adjustment accuracy;
- дополнительное согласование приемного и передающего каналов из-за несоосного их расположения относительно друг друга.- additional coordination of the receiving and transmitting channels due to their misaligned location relative to each other.
Задачей изобретения является: упрощение и снижение стоимости изготовления главного вогнутого зеркала, упрощение и повышение точности юстировки системы, повышение точности наведения, увеличение плотности излучения на цели.The objective of the invention is to simplify and reduce the cost of manufacturing the main concave mirror, simplify and increase the accuracy of system alignment, increase pointing accuracy, and increase the radiation density on the target.
Поставленная задача решается тем, что в известной системе формирования и наведения лазерного излучения излучателя с оптоволоконным выводом на цель, содержащей устройство грубого наведения, излучатель с оптоволоконным выводом, систему формирования излучения, включающую главное вогнутое и вторичное плоское зеркала, наклонные к оптической оси, устройство сканирования, выполненное в виде блока сканирования и вторичного плоского зеркала, устройство фокусировки лазерного излучения, выполненное в виде механизма продольного перемещения торца сердцевины оптоволоконного вывода, приемный объектив и приемник, устройство зондирующего излучения, дальномер, электронный блок управления и обработки, главное вогнутое зеркало системы формирования излучения выполнено осевым со сферической поверхностью, дополнительно в систему формирования излучения введены защитное окно, выполненное в виде корректирующей линзы со сферическими поверхностями, наклонной к оптической оси, дихроичное зеркало, отражающее излучение излучателя с оптоволоконным выводом и пропускающее приемное зондирующее излучение, установленное под углом к оптической оси после излучателя с оптоволоконным выводом перед вторичным плоским зеркалом, за дихроичным зеркалом последовательно установлены масштабирующие линзы и приемник, при этом эффективное фокусное расстояние главного вогнутого зеркала и корректирующей линзы выбрано тождественным фокусному расстоянию системы формирования излучения.The problem is solved by the fact that in the known system for generating and pointing laser radiation from an emitter with a fiber optic output to a target, containing a coarse guidance device, an emitter with a fiber optic output, a radiation generation system including a main concave and secondary flat mirrors inclined to the optical axis, a scanning device , made in the form of a scanning unit and a secondary flat mirror, a laser radiation focusing device, made in the form of a mechanism for longitudinal movement of the end of the fiber optic output core, a receiving lens and receiver, a probe radiation device, a range finder, an electronic control and processing unit, the main concave mirror of the radiation generation system made axial with a spherical surface; additionally, a protective window made in the form of a corrective lens with spherical surfaces, inclined to the optical axis, a dichroic mirror reflecting the radiation of the emitter with a fiber optic output and transmitting receiving probing radiation, installed at an angle to the optical axis, are introduced into the radiation generation system after the emitter with a fiber optic output in front of the secondary flat mirror, scaling lenses and a receiver are sequentially installed behind the dichroic mirror, while the effective focal length of the main concave mirror and the correcting lens is chosen identical to the focal length of the radiation generation system.
На рисунке показана принципиальная оптическая схема для реализации предложенного устройства, где: 1 - система формирования излучения (приемный объектив); 1.1- корректирующая линза; 1.2 - главное вогнутое зеркало; 1.3 - вторичное плоское зеркало; 2 - излучатель с оптоволоконным выводом; 3 - торец сердцевины оптоволоконного вывода; 4 - устройство сканирования; 4.1 - блок сканирования; 5 - устройство фокусировки с механизмом продольного перемещения торца сердцевины оптоволоконного вывода; 6 - дихроичное зеркало; 7 - масштабирующие линзы; 8 - приемник; 9 - устройство зондирующего излучения; 9.1 -зондирующий излучатель; 9.2 - система формирования зондирующего излучения; 10 - устройство грубого наведения; 10.1 - опорно-поворотная платформа; 10.2 - плоское зеркало; 10.3 - телекамера с объективом; 11 -устройство дальномера; 11.1- передающий блок; 11.2 - приемный блок; 12 - электронный блок управления и обработки.The figure shows a basic optical diagram for the implementation of the proposed device, where: 1 - radiation generation system (receiving lens); 1.1 - corrective lens; 1.2 - main concave mirror; 1.3 - secondary flat mirror; 2 - emitter with fiber optic output; 3 - end of the fiber optic output core; 4 - scanning device; 4.1 - scanning unit; 5 - focusing device with a mechanism for longitudinal movement of the end of the fiber optic output core; 6 - dichroic mirror; 7 - scaling lenses; 8 - receiver; 9 - probe radiation device; 9.1 - probing emitter; 9.2 - system for generating probing radiation; 10 - rough guidance device; 10.1 - rotary support platform; 10.2 - flat mirror; 10.3 - television camera with lens; 11 - range finder device; 11.1 - transmitting block; 11.2 - receiving block; 12 - electronic control and processing unit.
Система формирования и наведения лазерного излучения излучателей на цель с помощью предложенного устройства включает передающий и приемный каналы.The system for generating and aiming laser radiation from emitters at a target using the proposed device includes transmitting and receiving channels.
Передающий канал состоит из системы формирования излучения 1, включающего корректирующую линзу 1.1, главное вогнутое зеркало 1.2, вторичное плоское зеркало 1.3; дихроичного зеркала 6, отражающего излучение излучателя с оптоволоконным выводом. Предметной плоскостью передающего канала является плоскость торца сердцевины 3 оптоволоконного вывода излучателя 2, плоскостью изображений -плоскость цели. Передающий канал предназначен для формирования необходимой диаграммы направленности лазерного излучения излучателя с оптоволоконным выводом и фокусировки его на заданные дальности.The transmitting channel consists of a radiation generation system 1, including a corrective lens 1.1, a main concave mirror 1.2, a secondary flat mirror 1.3; dichroic mirror 6, reflecting the radiation of the emitter with a fiber optic output. The object plane of the transmitting channel is the plane of the end face of the core 3 of the fiber optic output of the emitter 2, the image plane is the target plane. The transmitting channel is designed to form the required directional pattern of the laser radiation of the emitter with a fiber optic output and focus it at specified distances.
Приемный канал состоит из приемного объектива 1, дихроичного зеркала 6, пропускающего приемное зондирующее излучение, отраженное от цели, масштабирующих линз 7 и приемника 8. В качестве приемного объектива используется система формирования излучения 1, включающего корректирующую линзу 1.1, главное вогнутое зеркало 1.2, вторичное плоское зеркало 1.3. Приемный канал предназначен для приема отраженных бликов от цели и построения изображения цели в плоскости приемника 8. Предметной плоскостью приемного канала является плоскость цели, плоскостью изображений - чувствительная плоскость приемника 8.The receiving channel consists of a receiving lens 1, a dichroic mirror 6 transmitting receiving probing radiation reflected from the target, scaling lenses 7 and a receiver 8. The receiving lens is a radiation generation system 1, including a corrective lens 1.1, a main concave mirror 1.2, a secondary flat mirror mirror 1.3. The receiving channel is designed to receive reflected glare from the target and construct an image of the target in the plane of the receiver 8. The object plane of the receiving channel is the target plane, the image plane is the sensitive plane of the receiver 8.
Приемный и передающий каналы оптически разделены дихроичным зеркалом 6, пропускающим приемное зондирующее излучение, отраженное от цели, и отражающим излучение излучателя с оптоволоконным выводом.The receiving and transmitting channels are optically separated by a dichroic mirror 6, which transmits the receiving probe radiation reflected from the target and reflects the radiation of the emitter with a fiber optic output.
Система формирования излучения 1, включающая корректирующую линзу 1.1, главное вогнутое зеркало 1.2, вторичное плоское зеркало 1.3, предназначена для формирования излучения необходимой диаграммы направленности и представляет собой длиннофокусный коллиматор со стандартными сферическими и плоской поверхностями. Приемный объектив 1 аналогичного состава системы формирования излучения 1 предназначен для приема отраженных бликов от цели. Оптические элементы располагаются на достаточно большом расстоянии от торца сердцевины оптоволоконного вывода, откуда выходит расходящееся мощное лазерное излучение, обеспечивая при этом сильное уменьшение лучевых нагрузок на оптические поверхности.The radiation generation system 1, including a corrective lens 1.1, a main concave mirror 1.2, a secondary flat mirror 1.3, is designed to generate radiation of the required directional pattern and is a long-focus collimator with standard spherical and flat surfaces. The receiving lens 1 of a similar composition to the radiation generation system 1 is designed to receive reflected glare from the target. The optical elements are located at a sufficiently large distance from the end of the fiber optic output core, from where diverging powerful laser radiation emerges, while providing a strong reduction in radiation loads on the optical surfaces.
Излучатель 2 с оптоволоконным выводом предназначен для создания лазерного излучения. Торец сердцевины оптоволоконного вывода 3 располагают в фокальной плоскости системы формирования излучения 1.Emitter 2 with a fiber optic output is designed to create laser radiation. The end of the fiber optic output core 3 is located in the focal plane of the radiation generation system 1.
При исходном положении торца сердцевины через него выходит пучок, сфокусированный на бесконечность и сфокусированный на заданную дальность при его перемещении.At the initial position of the end of the core, a beam emerges through it, focused to infinity and focused to a given range when it moves.
Устройство сканирования 4, установленное за главным вогнутым зеркалом 1.2, состоит из блока сканирования 4.1, вторичного плоского зеркала 1.3 и предназначено для точного наведения лазерного излучения на цель.The scanning device 4, installed behind the main concave mirror 1.2, consists of a scanning unit 4.1, a secondary flat mirror 1.3 and is designed to accurately point laser radiation at the target.
Устройство фокусировки 5 с механизмом продольного перемещения торца сердцевины оптоволоконного вывода предназначено для фокусировки лазерного излучения на цель.Focusing device 5 with a mechanism for longitudinal movement of the end of the fiber optic output core is designed to focus laser radiation on a target.
Дихроичное зеркало 6 предназначено для оптического разделения приемного и передающих каналов и пропускает приемное зондирующее излучение, отраженное от цели, и отражает излучение излучателя с оптоволоконным выводом.The dichroic mirror 6 is intended for optical separation of the receiving and transmitting channels and transmits the receiving probing radiation reflected from the target and reflects the radiation of the emitter with a fiber optic output.
Устройство зондирующего излучения 9 состоит из зондирующего излучателя 9.1 и системы формирования зондирующего излучения 9.2 и предназначено для создания зондирующего излучения и облучения зоны предполагаемого расположения цели зондирующим лазерным излучением.The probe radiation device 9 consists of a probe emitter 9.1 and a system for generating probe radiation 9.2 and is intended to create probe radiation and irradiate the area of the intended target location with probe laser radiation.
Устройство грубого наведения 10 состоит из опорно-поворотной платформы 10.1, на которой установлены плоское зеркало 10.2, телекамера с объективом 10.3, устройство зондирующего излучения 9 и предназначено для поиска целей и грубого наведения системы на цель.The rough guidance device 10 consists of a rotating support platform 10.1, on which a flat mirror 10.2, a television camera with a lens 10.3, and a probing radiation device 9 are installed and is designed to search for targets and roughly point the system at the target.
Опорно-поворотная платформа 10.1 предназначена для осуществления вращения по азимуту и наклону по углу места установленных на ней устройств.The rotary support platform 10.1 is designed to perform azimuth and inclination rotation of the devices installed on it.
Плоское зеркало 10.2 предназначено для отражения излучения излучателя с оптоволоконным выводом и приема зондирующего излучения, отраженного от цели.The flat mirror 10.2 is designed to reflect the radiation of the emitter with a fiber optic output and receive the probing radiation reflected from the target.
Телекамера с объективом 10.3 предназначена для приема отраженных от цели бликов и построения изображения цели в плоскости телекамеры.A television camera with a 10.3 lens is designed to receive glare reflected from a target and construct an image of the target in the plane of the television camera.
Устройство дальномера 11 предназначено для определения дальности до цели и состоит из передающего и приемного блоков.The range finder device 11 is designed to determine the range to the target and consists of transmitting and receiving units.
Передающий блок 11.1 устройства дальномера предназначен для облучения обнаруженных целей.The transmitting unit 11.1 of the rangefinder device is designed to irradiate detected targets.
Приемный блок 11.2 устройства дальномера предназначен для приема отраженного от целей излучения и определения дальности до обнаруженных целей.The receiving unit 11.2 of the rangefinder device is designed to receive radiation reflected from targets and determine the range to detected targets.
Электронный блок управления и обработки 12 предназначен для осуществления: управления процессами формирования излучения, поиска целей, грубого и точного наведения и фокусировки излучения на цель; анализа и обработки полученных изображений.The electronic control and processing unit 12 is designed to: control the processes of radiation generation, target search, rough and fine guidance and focusing of radiation on the target; analysis and processing of obtained images.
Система формирования и наведения лазерного излучения излучателей с оптоволоконными выводами на цель работает следующим образом.The system for generating and directing laser radiation from emitters with fiber optic leads to a target operates as follows.
С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на включение и функционирование телекамеры 10.3 и опорно-поворотной платформы 10.1 устройства грубого наведения 10. Осуществляется обзор пространства, поиск целей вращением и наклоном опорно-поворотной платформы 10.1 в рабочем диапазоне углов и построение изображений обнаруженных целей объективом в плоскости телекамеры 10.3. Полученная информация поступает в электронный блок управления и обработки 12 и производится анализ и обработка полученных изображений, определяется зона предполагаемого нахождения обнаруженной цели. Для определения уязвимого места обнаруженной цели подается команда с электронного блока управления и обработки 12 на зондирование этой части пространства зондирующим излучением и включается устройство зондирующего излучения 9.From the electronic control and processing unit 12, a command signal is supplied to turn on and operate the television camera 10.3 and the rotating support platform 10.1 of the coarse guidance device 10. The space is surveyed, targets are searched by rotating and tilting the rotating support platform 10.1 in the operating range of angles, and images of detected targets are constructed lens in the plane of the television camera 10.3. The received information enters the electronic control and processing unit 12 and the resulting images are analyzed and processed, and the area of the expected location of the detected target is determined. To determine the vulnerable spot of a detected target, a command is sent from the electronic control and processing unit 12 to probe this part of the space with probing radiation and the probing radiation device 9 is turned on.
Излучение зондирующего излучателя 9.1, сформированное в системе формирования зондирующего излучения 9.2, производит зондирование пространства предполагаемого нахождения обнаруженной цели, отражается от цели и принимается объективом телекамеры 10.3 устройства грубого наведения 10. Сигналы о расположении обнаруженной цели с чувствительной площадки телекамеры 10.3 поступают в электронный блок управления и обработки 12, производится измерение координат обнаруженной цели. С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на наведение системы на цель плоским зеркалом 10.2. Вращением и наклоном плоского зеркала 10.2 производится грубое наведение на цель, изображение цели подводят в центр углового поля зрения телекамеры 10.3 с точностью грубого наведения, совпадающей или меньшей углового поля зрения устройства сканирования 4. Система с точностью устройства грубого наведения наведена на обнаруженную цель, и цель попадает в поле зрения устройства сканирования 4.The radiation of the probing emitter 9.1, generated in the system for generating probing radiation 9.2, probes the space of the supposed location of the detected target, is reflected from the target and is received by the lens of the television camera 10.3 of the coarse guidance device 10. Signals about the location of the detected target from the sensitive area of the television camera 10.3 are sent to the electronic control unit and processing 12, the coordinates of the detected target are measured. A command signal is sent from the electronic control and processing unit 12 to point the system at the target using a flat mirror 10.2. By rotating and tilting the flat mirror 10.2, the target is roughly pointed at the target, the target image is brought to the center of the angular field of view of the television camera 10.3 with a rough pointing accuracy that is equal to or less than the angular field of view of the scanning device 4. The system is aimed at the detected target with the accuracy of the rough pointing device, and the target falls into the field of view of the scanning device 4.
Производится сканирование. Отраженное от цели зондирующее излучение принимается плоским зеркалом 10.2, отражается от него, попадает в приемный объектив 1, проходит корректирующую линзу 1.1, последовательно отражается от главного вогнутого зеркала 1.2 и вторичного плоского зеркала 1.3, проходит через дихроичное зеркало 6, масштабирующие линзы 7 и строит изображение цели близкого к дифракционному качеству в плоскости приемника 8 в рабочем диапазоне углов поля зрения устройства сканирования 4.Scanning is in progress. The probe radiation reflected from the target is received by a flat mirror 10.2, reflected from it, enters the receiving lens 1, passes through the corrective lens 1.1, is successively reflected from the main concave mirror 1.2 and the secondary flat mirror 1.3, passes through the dichroic mirror 6, scaling lenses 7 and builds an image targets close to diffraction quality in the plane of the receiver 8 in the operating range of angles of the field of view of the scanning device 4.
В электронный блок управления и обработки 12 с приемника 8 поступают сигналы о расположении обнаруженной цели, производят измерение координат обнаруженной цели. С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на сканирование вторичного плоского зеркала 1.3 устройства сканирования 4. Производится точное угловое наведение системы на цель, изображение цели подводят в центр углового поля зрения приемника 8 сканированием вторичного плоского зеркала 1.3. Цель находится на оси приемного канала.The electronic control and processing unit 12 receives signals from the receiver 8 about the location of the detected target, and the coordinates of the detected target are measured. A command signal is sent from the electronic control and processing unit 12 to scan the secondary flat mirror 1.3 of the scanning device 4. The system is accurately angularly aimed at the target, the target image is brought to the center of the angular field of view of the receiver 8 by scanning the secondary flat mirror 1.3. The target is located on the axis of the receiving channel.
Поскольку предметной плоскостью приемного канала является плоскость цели и плоскостью изображений - плоскость приемника, а предметной плоскостью передающего канала является плоскость торца сердцевины оптоволоконного вывода излучателя, откуда выходит единичный лазерный пучок, и плоскостью изображений - плоскость цели, то когда система точно наведена на цель устройством сканирования и изображение цели находится на оси приемного канала, то цель находится и на оси передающего канала, и выходное излучение излучателя точно наведено на цель. И при этом обеспечивается сопряженность торца сердцевины оптоволоконного вывода излучателя, откуда выходит лазерный пучок, и цели.Since the object plane of the receiving channel is the target plane and the image plane is the receiver plane, and the object plane of the transmitting channel is the plane of the end of the core of the fiber optic output of the emitter, from where a single laser beam emerges, and the image plane is the target plane, then when the system is precisely aimed at the target by the scanning device and the target image is on the axis of the receiving channel, then the target is also on the axis of the transmitting channel, and the output radiation of the emitter is precisely aimed at the target. And at the same time, the interface between the end of the core of the fiber optic output of the emitter, from where the laser beam comes out, and the target is ensured.
Необходимость использования масштабирующих линз определяется следующими характеристиками оптических элементов, использующихся при построении изображения цели в приемном канале. Поскольку диаметр и фокусное расстояние системы формирования излучения 1 определяется в первую очередь заданными параметрами диаграммы направленности излучения излучателя с оптоволоконным выводом 2 и габаритами системы, то для согласования размеров изображения цели в рабочем диапазоне углов поля зрения устройства сканирования 4 и линейного поля приемника 8 необходимо увеличить масштаб изображения целей, построенных приемным объективом 1 (системой формирования излучения 1). Кроме того при прохождении через дихроичное зеркало 6, установленное под углом к оптической оси, изображение цели деформируется. Поэтому для получения изображения цели близкого к дифракционному качеству и построения его в плоскости приемника 8 в рабочем диапазоне углов поля зрения устройства сканирования 4 и обеспечения заданной точности наведения на цель необходимо использование масштабирующих линз 7, согласующих размер изображения цели и линейного поля зрения приемника 8 и корректирующих качество изображения цели.The need to use scaling lenses is determined by the following characteristics of the optical elements used to construct an image of the target in the receiving channel. Since the diameter and focal length of the radiation generation system 1 is determined primarily by the specified parameters of the radiation pattern of the emitter with the fiber optic output 2 and the dimensions of the system, in order to match the size of the target image in the operating range of angles of the field of view of the scanning device 4 and the linear field of the receiver 8, it is necessary to increase the scale images of targets constructed by the receiving lens 1 (radiation generation system 1). In addition, when passing through the dichroic mirror 6, installed at an angle to the optical axis, the target image is deformed. Therefore, in order to obtain a target image close to diffraction quality and construct it in the plane of the receiver 8 in the operating range of angles of the field of view of the scanning device 4 and ensure the specified accuracy of pointing at the target, it is necessary to use scaling lenses 7 that match the size of the target image and the linear field of view of the receiver 8 and correct target image quality.
С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на включение и функционирование устройства дальномерного 11. Лазерное излучение передающего блока 11.1 дальномера 11 направляется на обнаруженную цель. Отраженное от цели излучение поступает в приемный блок 11.2 дальномера 11. Производят измерение дальности до цели. С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на включение устройства фокусировки 5. Производится фокусировка излучателя 2 на цель продольным перемещением торца сердцевины 3 оптоволоконного вывода излучателя 2.A command signal is sent from the electronic control and processing unit 12 to turn on and operate the rangefinder device 11. Laser radiation from the transmitting unit 11.1 of the rangefinder 11 is directed to the detected target. The radiation reflected from the target enters the receiving unit 11.2 of the range finder 11. The range to the target is measured. A command signal is supplied from the electronic control and processing unit 12 to turn on the focusing device 5. The emitter 2 is focused on the target by longitudinally moving the end of the core 3 of the fiber optic output of the emitter 2.
С электронного блока управления и обработки 12 подается управляющая команда на подачу электропитания излучателю с оптоволоконным выводом 2. Излучатель с оптоволоконным выводом 2 начинает генерировать когерентные электромагнитные волны, передаваемые по своему оптоволоконному выводу, торец сердцевины которого 3 является источником излучения, откуда выходит лазерный пучок.A control command is sent from the electronic control and processing unit 12 to supply power to the emitter with fiber-optic output 2. The emitter with fiber-optic output 2 begins to generate coherent electromagnetic waves transmitted through its fiber-optic output, the end of the core 3 of which is the radiation source from where the laser beam emerges.
Выходное лазерное излучение, исходящее из торца сердцевины оптоволоконного вывода 3, падает на дихроичное зеркало 6, отражается от него, последовательно отражается от вторичного плоского зеркала 1.3 и главного вогнутого зеркала 1.2 и падает на корректирующую линзу 1.1 системы формирования излучения 1, проходит через корректирующую линзу, формируя излучение заданной диаграммы направленности близкое к дифракционному качеству и выходит сфокусированным на цель.The output laser radiation emanating from the end of the core of the fiber optic output 3, falls on the dichroic mirror 6, is reflected from it, is successively reflected from the secondary flat mirror 1.3 and the main concave mirror 1.2 and falls on the corrective lens 1.1 of the radiation generation system 1, passes through the corrective lens, forming radiation of a given directional pattern close to diffraction quality and comes out focused on the target.
Излучение излучателя с оптоволоконным выводом отражается от плоского зеркала 10.2 устройства грубого наведения 10 и наводится на цель. Выходное излучение излучателя точно наведено и сфокусировано на цель.The radiation of the emitter with a fiber optic output is reflected from the flat mirror 10.2 of the coarse guidance device 10 and is aimed at the target. The output radiation of the emitter is precisely aimed and focused on the target.
Диаметр сфокусированного излучения на цели определяется дальностью и расходимостью выходного излучения. Чем меньше расходимость излучения, тем меньше размер сфокусированного излучения на цели и больше его плотность. Расходимость на выходе излучателя с оптоволоконным выводом определяется его числовой апертурой NA и диаметром сердцевины, через торец которой выходит лазерный пучок, а на выходе из оптической системы формирования излучения - ее фокусным расстоянием. Чем больше фокусное расстояние системы формирования излучения, тем меньше расходимость выходного излучения. Фокусное расстояние системы выбирают исходя из заданной диаграммы направленности излучения и из требований на габаритные размеры системы. В известной системе формирования лазерного излучения расходимость выходного излучения определяется фокусом главного внеосевого параболического зеркала, равного фокусному расстоянию системы формирования излучения. В предложенной системе, чтобы получить ту же плотность излучения на цели, как в известной системе, эффективное фокусное расстояние главного вогнутого зеркала и корректирующей линзы должно быть выбрано тождественным фокусному расстоянию системы формирования излучения.The diameter of the focused radiation on the target is determined by the range and divergence of the output radiation. The lower the divergence of the radiation, the smaller the size of the focused radiation on the target and the greater its density. The divergence at the output of the emitter with a fiber optic output is determined by its numerical aperture NA and the diameter of the core through the end of which the laser beam exits, and at the exit from the optical radiation generation system - by its focal length. The larger the focal length of the radiation generation system, the lower the divergence of the output radiation. The focal length of the system is selected based on the specified radiation pattern and the requirements for the overall dimensions of the system. In a known laser radiation generation system, the divergence of the output radiation is determined by the focus of the main off-axis parabolic mirror, which is equal to the focal length of the radiation generation system. In the proposed system, in order to obtain the same radiation density on the target as in the known system, the effective focal length of the main concave mirror and the correcting lens must be chosen identical to the focal length of the radiation generation system.
Выполнение главного вогнутого зеркала осевым со сферической поверхностью, дополнительное введение в систему формирования излучения защитного окна, выполненного в виде корректирующей линзы со сферическими поверхностями, наклонной к оптической оси, и использование системы формирования излучения в качестве приемного объектива позволяет:Making the main concave mirror axial with a spherical surface, additionally introducing a protective window into the radiation generation system, made in the form of a corrective lens with spherical surfaces inclined to the optical axis, and using the radiation generation system as a receiving lens allows:
- упростить и снизить стоимость изготовления главного вогнутого зеркала, выполненного осевым со стандартной сферической поверхностью;- simplify and reduce the cost of manufacturing the main concave mirror, made axial with a standard spherical surface;
- упростить и повысить точность юстировки системы формирования излучения за счет использования осевых стандартных оптических элементов;- simplify and increase the accuracy of alignment of the radiation generation system through the use of axial standard optical elements;
- повысить точность наведения за счет повышения точности юстировки системы и формирования дифракционного качества излучения в системе; из-за соосного расположения относительно друг друга приемного и передающего каналов;- improve pointing accuracy by increasing the accuracy of system adjustment and shaping the diffraction quality of radiation in the system; due to the coaxial location of the receiving and transmitting channels relative to each other;
- увеличить плотность излучения на цели за счет повышения точности наведения и формирования излучения дифракционного качества на выходе системы.- increase the radiation density on the target by increasing the pointing accuracy and generating diffraction-quality radiation at the system output.
Источники информации:Information sources:
1. Патент RU 2663121, опубликован 07.08.2018, бюл. №22, МПК: G01S 17/88 (2006.01), F41G 3/22 (2006.01).1. Patent RU 2663121, published 08/07/2018, bulletin. No. 22, IPC: G01S 17/88 (2006.01), F41G 3/22 (2006.01).
2. Патент RU 2699944, опубликован 11.09.2019, бюл. №26, МПК: G01S 17/88 (2019.05), F41G 3/22 (2019.05).2. Patent RU 2699944, published 09/11/2019, bulletin. No. 26, IPC: G01S 17/88 (2019.05), F41G 3/22 (2019.05).
3. Патент RU 2715083, опубликован 25.02.2020, бюл. №6, МПК G02B 27/09, 17/06, G01S 7/481 - прототип.3. Patent RU 2715083, published 02/25/2020, bulletin. No. 6, MPK G02B 27/09, 17/06, G01S 7/481 - prototype.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816822C1 true RU2816822C1 (en) | 2024-04-05 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8896819B2 (en) * | 2009-11-20 | 2014-11-25 | Faro Technologies, Inc. | Device for optically scanning and measuring an environment |
| US9575309B2 (en) * | 2012-09-10 | 2017-02-21 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence | Telescopic control of high power laser propagation |
| RU2715083C1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-02-25 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Laser beam formation and guidance optical system |
| RU2785768C1 (en) * | 2022-03-25 | 2022-12-13 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | System for shaping and guidance on the target of the laser radiation of emitters with fibre-optic leads |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8896819B2 (en) * | 2009-11-20 | 2014-11-25 | Faro Technologies, Inc. | Device for optically scanning and measuring an environment |
| US9575309B2 (en) * | 2012-09-10 | 2017-02-21 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence | Telescopic control of high power laser propagation |
| RU2715083C1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-02-25 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Laser beam formation and guidance optical system |
| RU2785768C1 (en) * | 2022-03-25 | 2022-12-13 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | System for shaping and guidance on the target of the laser radiation of emitters with fibre-optic leads |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7064817B1 (en) | Method to determine and adjust the alignment of the transmitter and receiver fields of view of a LIDAR system | |
| USRE42913E1 (en) | Optical detection system | |
| US20130241761A1 (en) | Beam steering for laser radar and other uses | |
| CN107765426B (en) | Self-focusing laser scanning projection device based on symmetrical out-of-focus double detectors | |
| CN108508432A (en) | A kind of portable light shaft detection instrument and its method | |
| CN105607074A (en) | Beacon self-adaptive optical system based on pulse laser | |
| CN112596257B (en) | Optical axis calibration method of off-axis reflective optical lens | |
| US20020048307A1 (en) | Device and process for infrared temperature measurement | |
| US20200249319A1 (en) | Optical assembly for a lidar system, lidar system and working apparatus | |
| CN112526531A (en) | Double-view-field infrared imaging system with multi-target laser ranging function | |
| GB1414253A (en) | Optical alignment device providing a virtual pivoting laser beam | |
| CN113630183B (en) | Multi-light-path optical axis automatic coaxial laser communication ground terminal and coaxial control method | |
| CN106405825A (en) | Self-adaptive laser far field power density control device | |
| RU2816822C1 (en) | System for generating and guiding laser radiation of emitter with fibre-optic output to target | |
| CN110030969A (en) | Measuring device with measuring beam homogenization | |
| US9121861B2 (en) | Photonic Doppler velocimetry lens array probe incorporating stereo imaging | |
| US11828876B2 (en) | Laser rangefinder having common optical path | |
| US5107369A (en) | Wide field multi-mode telescope | |
| CN110109262B (en) | Coaxiality debugging system and method for light source switching multiplexing unit | |
| RU2785768C1 (en) | System for shaping and guidance on the target of the laser radiation of emitters with fibre-optic leads | |
| RU2793613C1 (en) | System for forming and directing laser radiation of emitters with optical fiber outputs to a target | |
| RU2793612C1 (en) | Method for forming and directing laser radiation of emitters with optical fibre outputs to a target | |
| RU2784602C1 (en) | Method for forming and pointing laser radiation of emitters with optical fiber outputs on a target | |
| CN113092075B (en) | Variable-angle high-precision calibration light source system | |
| RU2814149C1 (en) | Method for generating and focusing laser radiation of emitter with fibre-optical output to remote object |