лазерный дальномер

Классы МПК:G01C3/08 с использованием детекторов излучения 
G01S17/08 для измерения только дальности
G02B3/06 цилиндрическими или торическими 
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-06-09
публикация патента:

Изобретение относится к лазерной технике к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя. Объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f1лазерный дальномер, патент № 2516165 В/лазерный дальномер, патент № 2516165 , образующая цилиндра которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения, и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f2, образующая цилиндра которого перпендикулярна максимальному габариту А тела свечения. Расстояния от цилиндрических компонентов до эквивалентного тела свечения равны l1 для первого цилиндрического компонента и l2 для второго. Первый цилиндрический компонент имеет второй цилиндрический профиль, перпендикулярный его первому цилиндрическому профилю и обеспечивающий фокусное расстояние лазерный дальномер, патент № 2516165 , причем расстояние l1=f1-лазерный дальномер, патент № 2516165 f, расстояние l2лазерный дальномер, патент № 2516165 L, фокусные расстояния лазерный дальномер, патент № 2516165 и лазерный дальномер, патент № 2516165 , где лазерный дальномер, патент № 2516165 , l3=(l2-l1), L - максимально допустимый габарит объектива излучателя вдоль его продольной оси, лазерный дальномер, патент № 2516165 и лазерный дальномер, патент № 2516165 - угловые размеры удаленного объекта, соответствующие максимальному А и минимальному В габаритам эквивалентного тела свечения, лазерный дальномер, патент № 2516165 f - расстояние между главными плоскостями первого и второго цилиндрических профилей первого цилиндрического компонента. Технический результат заключается в обеспечении возможности сокращения размеров оптической системы излучателя без уменьшения мощности выходного излучения и без увеличения массы дальномера. 4 ил. лазерный дальномер, патент № 2516165

лазерный дальномер, патент № 2516165 лазерный дальномер, патент № 2516165 лазерный дальномер, патент № 2516165 лазерный дальномер, патент № 2516165

Формула изобретения

Лазерный дальномер, содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя, а объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f1лазерный дальномер, патент № 2516165 В/лазерный дальномер, патент № 2516165 , образующая цилиндра которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения, и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f2, образующая цилиндра которого перпендикулярна максимальному габариту А тела свечения, расстояния от цилиндрических компонентов до эквивалентного тела свечения излучателя равны l1 для первого цилиндрического компонента и l2 для второго цилиндрического компонента, отличающийся тем, что первый цилиндрический компонент имеет второй цилиндрический профиль, перпендикулярный его первому цилиндрическому профилю и обеспечивающий фокусное расстояние лазерный дальномер, патент № 2516165 , причем расстояние l1=f1-лазерный дальномер, патент № 2516165 f, расстояние l2лазерный дальномер, патент № 2516165 L, фокусные расстояния лазерный дальномер, патент № 2516165 и лазерный дальномер, патент № 2516165 , где лазерный дальномер, патент № 2516165 , l3=(l2-l1), L - максимально допустимый габарит объектива излучателя вдоль его продольной оси, лазерный дальномер, патент № 2516165 и лазерный дальномер, патент № 2516165 - угловые размеры удаленного объекта, соответствующие по ориентации максимальному А и минимальному В габаритам эквивалентного тела свечения излучателя, лазерный дальномер, патент № 2516165 f - расстояние между главными плоскостями первого и второго цилиндрических профилей первого цилиндрического компонента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.

Известен лазерный дальномер [1], содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого расположено в фокальной плоскости объектива излучателя.

Недостаток такой конструкции - невозможность обеспечить в малых габаритах малую выходную расходимость выходного излучения и, одновременно, апертурный угол объектива, достаточный для сбора всего светового пучка с выхода 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, а объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f1, с образующей цилиндра, перпендикулярной минимальному габариту В тела свечения, и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f2, с образующей цилиндра, перпендикулярной максимальному габариту А тела свечения, которые удалены от эквивалентного тела свечения излучателя на расстояния l1 для первого цилиндрического компонента и l 2 для второго цилиндрического компонента, причем, l 1=f1<В/лазерный дальномер, патент № 2516165 для первого цилиндрического компонента и l2 =f2<A/лазерный дальномер, патент № 2516165 для второго цилиндрического компонента, где лазерный дальномер, патент № 2516165 и лазерный дальномер, патент № 2516165 - угловые размеры удаленного объекта, соответствующие по ориентации габаритам А и В эквивалентного тела свечения излучателя.

Обычно минимальный габарит тела свечения В составляет несколько микрон, поэтому фокусное расстояние первого цилиндрического компонента невелико. Например, при B=10 мкм и лазерный дальномер, патент № 2516165 =1 мрад, фокусное расстояние f1=10 мм. Максимальный габарит тела свечения а мощных лазеров может достигать А=200 и более микрон, тогда при таких же требованиях к расходимости выходного излучения фокусное расстояние второго цилиндрического компонента составит 200 мм, что может усложнить компоновку портативных лазерных дальномеров даже при многократном сложении оптической оси, как предлагается в [2]. При использовании же лазеров с меньшим габаритом а уменьшается мощность зондирующего излучения, а следовательно, и дальность действия лазерного дальномера.

Задачей изобретения является сокращение размеров оптической системы излучателя без уменьшения мощности выходного излучения и увеличения массы дальномера.

Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя, а объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f1>В/лазерный дальномер, патент № 2516165 , образующая цилиндра которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения, и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f2, образующая цилиндра которого перпендикулярна максимальному габариту А тела свечения, расстояния от цилиндрических компонентов до эквивалентного тела свечения излучателя равны l1 для первого цилиндрического компонента и l2 для второго цилиндрического компонента, первый цилиндрический компонент имеет второй цилиндрический профиль, перпендикулярный его первому цилиндрическому профилю и обеспечивающий фокусное расстояние лазерный дальномер, патент № 2516165 , причем расстояние l1=f1-лазерный дальномер, патент № 2516165 f, расстояние l2лазерный дальномер, патент № 2516165 L, фокусные расстояния лазерный дальномер, патент № 2516165 и лазерный дальномер, патент № 2516165 , где лазерный дальномер, патент № 2516165 , l3=(l2-l1), L - максимально допустимый габарит объектива излучателя вдоль его продольной оси, лазерный дальномер, патент № 2516165 и лазерный дальномер, патент № 2516165 - угловые размеры удаленного объекта, соответствующие по ориентации максимальному А и минимальному В габаритам эквивалентного тела свечения излучателя, лазерный дальномер, патент № 2516165 f - расстояние между главными плоскостями первого и второго цилиндрических профилей первого цилиндрического компонента.

На чертеже фиг.1 представлена блок-схема лазерного дальномера. Фиг.2а и 2б служат для пояснения вида эффективного тела свечения и апертурного угла лазерный дальномер, патент № 2516165 лазерный дальномер, патент № 2516165 (лазерный дальномер, патент № 2516165 лазерный дальномер, патент № 2516165 ) соответственно у твердотельного лазерного излучателя с линзой и полупроводникового лазера. Фиг 2в иллюстрирует связь между габаритом В(А) тела свечения, фокусным расстоянием f 1(f2) компонента объектива и углом лазерный дальномер, патент № 2516165 (лазерный дальномер, патент № 2516165 ) расходимости выходного излучения. На фиг.3а) показано взаимное положение эквивалентного тела свечения и компонентов объектива излучателя. На фиг.3б) изображены вид и габариты двухполоскового тела свечения полупроводникового лазера с двумя излучающими переходами. На фиг.4 представлены сечения передающего устройства вдоль оси излучения в двух перпендикулярных плоскостях.

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 l1 между телом свечения и первым цилиндрическим компонентом 8 этого объектива равен фокусному расстоянию f1 этого компонента с учетом промежутка лазерный дальномер, патент № 2516165 f между главными плоскостями первой и второй цилиндрических поверхностей первого цилиндрического компонента (фиг.2в, 4а). Второй цилиндрический компонент 9 расположен перпендикулярно первому цилиндрическому компоненту 8 и удален от тела свечения 7 на расстояние l2, равное заданному конструктивному габариту L (фиг.4б).

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 лазерный дальномер, патент № 2516165 лазерный дальномер, патент № 2516165 и коллимирует его в выходной пучок с угловой расходимостью в вертикальной плоскости лазерный дальномер, патент № 2516165 =B/f1, где В - вертикальный габарит тела свечения 7. Второй цилиндрический компонент 9 работает в горизонтальном апертурном угле лазерный дальномер, патент № 2516165 и, не влияя на расходимость в вертикальной плоскости, формирует в горизонтальной плоскости выходной пучок с угловой расходимостью лазерный дальномер, патент № 2516165 , где А - горизонтальный габарит тела свечения 7; лазерный дальномер, патент № 2516165 - эквивалентное фокусное расстояние системы компонентов 8 и 9 в горизонтальной плоскости. Фокусное расстояние f2 компонента 9 выбрано таким образом, чтобы соблюдалось условие лазерный дальномер, патент № 2516165 , а фокусное расстояние лазерный дальномер, патент № 2516165 компонента 8 в горизонтальной плоскости соответствует условию лазерный дальномер, патент № 2516165 . Данные условия следуют из соотношений, имеющих место для двухлинзовой системы [3]. Расстояние l2 должно соответствовать условию l2лазерный дальномер, патент № 2516165 L, где L - максимально допустимый габарит оптической системы излучателя. Отраженное удаленным объектом излучение с помощью объектива 4 приемника 3 фокусируется на чувствительную площадку приемника.

Преимущество предлагаемого дальномера по сравнению с прототипом поясняется примером расчета габаритов системы.

Пример. В=0,02 мм; А=0,2 мм; лазерный дальномер, патент № 2516165 =лазерный дальномер, патент № 2516165 =10-3 рад; L=100 мм.

Из условия l2лазерный дальномер, патент № 2516165 L выбрано значение l2=100 мм.

l1~f1=В/лазерный дальномер, патент № 2516165 =0,02/10-3=20 мм.

лазерный дальномер, патент № 2516165 .

l3=l2-l1 =80 мм.

лазерный дальномер, патент № 2516165 .

лазерный дальномер, патент № 2516165 .

При указанных параметрах габарит L предлагаемой оптической системы L=100 мм, что вдвое меньше, чем у известного решения [2], требующего лазерный дальномер, патент № 2516165 .

Таким образом, при сохранении других положительных конструктивных особенностей прототипа, перечисленных в [2], предлагаемое изобретение позволяет существенно сократить размеры оптической системы излучателя без уменьшения мощности выходного излучения и увеличения массы дальномера.

Источники информации

1. Патент США № 6903811.

2. Патент РФ № 2341771 - прототип.

3. Сакин И.Л. Инженерная оптика. Изд. «Машиностроение», Л., 1976 г.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2516165

patent-2516165.pdf

Класс G01C3/08 с использованием детекторов излучения 

устройство калибровки, система измерения расстояния, способ калибровки и программа калибровки -  патент 2529594 (27.09.2014)
приемная линзовая система и оптический дальномер -  патент 2529439 (27.09.2014)
способ измерения линейных перемещений объекта -  патент 2521220 (27.06.2014)
способ обнаружения объектов, измерения скорости, дальности и угловых координат и устройство для его осуществления -  патент 2521203 (27.06.2014)
лазерный дальномер -  патент 2518588 (10.06.2014)
телевизионно-лазерный визир-дальномер -  патент 2515766 (20.05.2014)
лазерный монокулярный дальномер -  патент 2515418 (10.05.2014)
способ дистанционного определения экспозиции склона в контрольных точках лавинного очага с использованием лазерного дальномера -  патент 2515083 (10.05.2014)
способ измерения расстояний на цифровой фотокамере -  патент 2485443 (20.06.2013)
оптическая система для многочастотной лазерной локации и способ ее осуществления -  патент 2480712 (27.04.2013)

Класс G01S17/08 для измерения только дальности

Класс G02B3/06 цилиндрическими или торическими 

Наверх