УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСТРОЙКИ И КОНТРОЛЯ ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕРА

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована для настройки и контроля параметров лазерных дальномеров на основе полупроводниковых лазеров, а именно параллельности оптических осей излучающего, визирного и приемного каналов, а также пространственного положения фотоприемника и лазера.
Известно устройство для контроля лазерного дальномера, патент РФ на изобретение №2246710, МПК G01M 11/02, G01B 11/26, опубликованный 20.02.2005 г. Устройство содержит приемный оптический модуль, устройство задержки оптического сигнала и модуль излучения; оси приемного оптического модуля и модуля излучения параллельны между собой. В приемном оптическом модуле установлена сетка, по которой производится наведение прицельной марки визирного канала дальномера. Это устройство обеспечивает контроль непараллельности визирной оси и осей излучающего и приемного каналов собранного дальномера, но не позволяет наблюдать и регулировать эти параметры в процессе настройки устройства.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является устройство для контроля лазерного дальномера, описанное в патенте РФ на полезную модель №114363, МПК G01B 11/26, G02B 27/62, опубликованном 20.03.2012 г. Устройство содержит два осветителя, первый из которых - светодиод, подсвечивающий видимым излучением сетку со штрихами, расположенную по ходу излучения, а второй - излучающий диод инфракрасного излучения, оптически связанный через отражающую грань первого спектроделителя, расположенного за сеткой со штрихами, с первым компонентом первого объектива, установленным за спектроделительной гранью первого спектроделителя, отражающей излучение от второго осветителя в приемный канал контролируемого лазерного дальномера, оптический компенсатор, расположенный между первым спектроделителем и первым оптическим компонентом первого объектива, второй спектроделитель, установлен за первым оптическим компонентом первого объектива, первое плоское зеркало установлено за вторым спектроделителем и отражает излучение от первого и второго осветителей на угол 90° через третий оптический компонент первого объектива в приемный канал контролируемого лазерного дальномера. За спектроделительной гранью второго спектроделителя установлено, с возможностью перемещения вдоль оптической оси, устройство фокусировки, являющееся вторым оптическим компонентом первого объектива, выполненное в виде линзы или блока линз и снабженное отсчетным устройством величины перемещения. Электронная система наблюдения, установленная за вторым оптическим компонентом первого объектива, содержит матрицу фотоприемников, оптически связанную посредством второго спектроделителя с первым и третьим оптическими компонентами первого объектива и формирователь электронной марки с выходом для подключения к монитору. Первый светофильтр установлен между вторым оптическим компонентом первого объектива и электронной системой наблюдения. Это устройство позволяет контролировать непараллельность визирной оси и оси приемного канала лазерного дальномера, как для собранного изделия, так и для изделия в процессе настройки, однако не обеспечивается контроль непараллельности визирной оси и оси излучающего канала, а также расходимости излучения на выходе лазерного дальномера, т.е. для настройки излучающего канала лазерного дальномера требуется дополнительное устройство.
Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства для настройки и контроля лазерного дальномера с улучшенными технико-экономическими и эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - создание устройства с повышенной технологичностью и с возможностью контроля всех основных оптических параметров, как собранного изделия, так и изделия в процессе настройки при сокращенном времени настройки лазерного дальномера.
Это достигается тем, что в устройство для настройки и контроля лазерного дальномера, содержащее два осветителя, первый из которых выполнен в виде светодиода, подсвечивающего видимым излучением сетку со штрихами, расположенную по ходу излучения, а второй - в виде излучающего диода инфракрасного излучения, оптически связанный через отражающую грань первого спектроделителя, расположенного за сеткой со штрихами, с первым компонентом первого объектива, установленным за спектроделительной гранью первого спектроделителя, отражающей излучение от второго осветителя в приемный канал лазерного дальномера, оптический компенсатор, расположенный между первым спектроделителем и первым оптическим компонентом первого объектива, второй спектроделитель, установленный за первым оптическим компонентом первого объектива, первое плоское зеркало, установленное за вторым спектроделителем и отражающее излучение от первого и второго осветителей на угол 90° через третий оптический компонент первого объектива в приемный канал лазерного дальномера, за спектроделительной гранью второго спектроделителя установлено, с возможностью перемещения вдоль оптической оси, устройство фокусировки, являющееся вторым оптическим компонентом первого объектива, выполненное в виде линзы или блока линз и снабженное отсчетным устройством величины перемещения, электронную систему наблюдения, установленную за вторым оптическим компонентом первого объектива, содержащую матрицу фотоприемников, оптически связанную посредством второго спектроделителя с первым и третьим оптическими компонентами первого объектива и формирователь электронной марки с выходом для подключения к монитору, а также первый светофильтр, установленный между вторым оптическим компонентом первого объектива и электронной системой наблюдения, в отличие от известного, введен дополнительный оптический компонент в виде линзы или системы линз, расположенный на выходе излучающего канала лазерного дальномера и образующий совместно с первым и вторым оптическими компонентами первого объектива второй объектив, являясь третьим оптическим компонентом второго объектива, введено второе плоское зеркало, отражающее излучение с выхода излучающего канала лазерного дальномера на угол 90° через спектроделительную грань второго спектроделителя и второй оптический компонент первого объектива в электронную систему наблюдения, первое плоское зеркало выполнено полупрозрачным, а также введен второй светофильтр, установленный на выходе излучающего канала лазерного дальномера перед третьим оптическим компонентом второго объектива.
На фиг. 1 изображена оптическая схема устройства для настройки и контроля лазерного дальномера.
Устройство для настройки и контроля лазерного дальномера (фиг. 1) содержит первый осветитель 1 в виде светодиода видимого излучения, сетку 2 со штрихами, первый спектроделитель 3, второй осветитель 4 в виде излучающего диода инфракрасного излучения, оптический компенсатор 5, первый оптический компонент 6 первого объектива, второй спектроделитель 7, второй оптический компонент 8 первого объектива, являющийся устройством фокусировки, первый светофильтр 9, электронную систему наблюдения 10, первое плоское зеркало 11, третий оптический компонент 12 первого объектива, дополнительный оптический компонент 13 в виде линзы или системы линз, образующий совместно с первым оптическим компонентом 6 и вторым оптическим компонентом 8 первого объектива второй объектив и являющийся третьим оптическим компонентом второго объектива, второе плоское зеркало 14, второй светофильтр 15.
Первый осветитель 1 выполнен в виде светодиода видимого излучения, за которым расположена сетка 2 со штрихами, за ней установлен первый спектроделитель 3, спектроделительная грань которого оптически связывает второй осветитель 4, излучающий инфракрасное излучение, через оптический компенсатор 5 с первым оптическим компонентом 6 первого объектива, установленного за спектроделительной гранью первого спектроделителя 3. За первым оптическим компонентом 6 первого объектива расположен второй спектроделитель 7, за спектроделительной гранью которого установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси второй оптический компонент 8 первого объектива, являющийся устройством фокусировки в виде линзы или блока линз, снабженным отсчетным устройством величины перемещения (на фиг. не указано), за которым расположены первый светофильтр 9 и электронная система наблюдения 10, содержащая матрицу фотоприемников и формирователь электронной марки с выходом для подключения к монитору (на фиг. не указаны). Первое плоское зеркало 11, выполненное полупрозрачным и установленное за вторым спектроделителем 7, отражает излучение от обоих осветителей на угол 90° через третий оптический компонент 12 первого объектива в приемный канал лазерного дальномера. Дополнительный оптический компонент 13 в виде линзы или системы линз, установленный на выходе излучающего канала лазерного дальномера, образует совместно с первым оптическим компонентом 6 и вторым оптическим компонентом 8 первого объектива второй объектив. То есть для второго объектива оптический компонент 6 является первым, оптический компонент 8 - вторым, а оптический компонент 13 - третьим. Второе плоское зеркало 14 установлено за третьим оптическим компонентом 13 второго объектива, а перед ним, на выходе излучающего канала лазерного дальномера, установлен второй светофильтр 15.
Устройство для настройки и контроля лазерного дальномера работает следующим образом. Поток видимого излучения от первого осветителя 1 подсвечивает сетку 2 со штрихами. Изображение сетки 2 со штрихами, сформированное первым оптическим компонентом 6 и третьим оптическим компонентом 12 первого объектива, наблюдается в визирный канал лазерного дальномера, в котором визирный и приемный каналы совмещены, и это изображение совмещается с прицельной маркой лазерного дальномера. Инфракрасное излучение от второго осветителя 4, отразившись от спектроделительной грани первого спектроделителя 3 и пройдя через оптический компенсатор 5, первый оптический компонент 6 первого объектива, второй спектроделитель 7, отражается от первого плоского зеркала 11, проходит третий оптический компонент 12 первого объектива и направляется в приемный канал лазерного дальномера. Спектральный диапазон второго осветителя 4 согласован по длине волны с излучением лазерного дальномера. Соотношение коэффициентов отражения для инфракрасной области спектра и пропускания для видимой области спектра первого спектроделителя 3 выбирается таким образом, чтобы поток излучения от второго осветителя 4 на выходе устройства был максимальным. Отраженный от чувствительной площадки фотоприемника лазерного дальномера, поток излучения снова попадает во входной зрачок устройства для настройки и контроля лазерного дальномера и, посредством третьего оптического компонента 12 первого объектива, первого плоского зеркала 11, второго спектроделителя 7, второго оптического компонента 8 первого объектива, на матрице фотоприемников электронной системы наблюдения 10 создается изображение чувствительной площадки фотоприемника. Полученное изображение преобразуется электронной системой наблюдения 10 в стандартный телевизионный сигнал. В формирователе электронной марки создается допусковая сетка в виде электрических сигналов, которая смешивается с видеосигналом и вместе с электронной маркой наблюдается на мониторе. На этом фоне наблюдается изображение площадки фотоприемника или сечения пучка лазерного излучения, поочередно. Допусковая сетка может быть рассчитана на оба случая, например, если ее выполнить в виде набора окружностей с общим центром. Путем смещения фотоприемника лазерного дальномера наблюдаемая площадка фотоприемника совмещается с границами допусковой сетки. В результате, при этой настройке совмещаются оси приемного и визирного каналов лазерного дальномера, а при проверке определяется рассогласование площадки фотоприемника лазерного дальномера с допусковой сеткой. По экрану монитора можно оценить размеры изображений по допусковой сетке и рассогласование их центров с электронной маркой, которая может быть выполнена, например, в виде перекрестия.
Пучок излучения излучающего канала лазерного дальномера ослабляется вторым светофильтром 15, проходит через третий оптический компонент 13 второго объектива, отражается от второго плоского зеркала 14, проходит через полупрозрачное первое плоское зеркало 11, отражается от спектроделительной грани второго спектроделителя 7, проходит через второй оптический компонент 8 первого объектива и светофильтр 9, и на матрице фотоприемников электронной системы наблюдения 10 фокусируется пучок излучения излучающего канала лазерного дальномера. Если чувствительная поверхность матрицы фотоприемников размещена в фокальной плоскости второго объектива, образованного вторым оптическим компонентом 8 и третьим оптическим компонентом 13, то линейный размер сечения пучка оптического излучения S в этой плоскости определяется по формуле:
где F - фокусное расстояние второго объектива, образованного вторым оптическим компонентом 8 и третьим оптическим компонентом 13;
α - расходимость излучения излучающего канала лазерного дальномера, в радианах.
Таким образом, по линейному размеру пятна оптического излучения можно вычислить расходимость излучения лазерного дальномера.
Визуализация изображения чувствительной площадки фотоприемника, допусковой сетки и сечения пучка оптического излучения излучающего канала лазерного дальномера осуществляется на экране монитора. Первый светофильтр 9, установленный перед электронной системой наблюдения 10 служит для защиты от посторонних засветок.
Для измерения величины расфокусировки чувствительной площадки фотоприемника лазерного дальномера второй оптический компонент 8 первого и второго объективов снабжен приводом перемещения вдоль оптической оси с отсчетным устройством величины перемещения. Для контроля размеров сечения пучка оптического излучения излучающего канала лазерного дальномера на допусковой сетке могут быть нанесены соответствующие штрихи. Соотношение коэффициентов пропускания и отражения второго спектроделителя 7 для инфракрасной области спектра может быть выбрано, например, 1:1.
Лазерный дальномер устанавливают перед устройством для его настройки и контроля, и совмещают его прицельную марку с контрольными штрихами сетки 2 со штрихами, подсвеченной первым осветителем 1. Затем включают второй осветитель 4 и наблюдают на экране монитора, подключенного к выходу электронной системы наблюдения 10, изображение чувствительной площадки фотоприемника приемного канала лазерного дальномера на фоне изображения допусковой сетки. Так как контрольные штрихи сетки 2 со штрихами согласованы с координатами допусковой сетки, параллельность визирного и приемного каналов лазерного дальномера определяется положением изображения приемной площадки фотоприемника лазерного дальномера относительно допусковой сетки. Для оценки расфокусировки приемной площадки фотоприемника лазерного дальномера определяют величину расфокусировки изображения фотоприемника на экране монитора с помощью отсчетного устройства перемещения второго оптического компонента 8 первого и второго объективов, пересчитывают ее в расфокусировку приемной площадки фотоприемника лазерного дальномера и, при необходимости, изменяют положение фотоприемника.
Оперативная выверка оси канала подсветки инфракрасным излучением с осью визирного канала осуществляется автоколлимационным методом. При этом на экране монитора одновременно наблюдаются электронная марка электронной системы наблюдения 10 и сетка 2 со штрихами. Подвижкой компонентов оптического компенсатора 5 добиваются согласования контрольных меток сетки 2 со штрихами и электронной марки.
Для настройки канала излучения лазерного дальномера включают излучатель лазерного дальномера и на экране монитора наблюдают изображение сечения пучка оптического излучения излучающего канала лазерного дальномера на фоне изображения допусковой сетки, при необходимости изменяют положение лазера дальномера для обеспечения требуемого линейного размера сечения пучка излучения и для совмещения центра сечения пучка оптического излучения с центром изображения допусковой сетки. Введение в устройство третьего оптического компонента 13 второго объектива и второго плоского зеркала 14, а также выполнение первого плоского зеркала 11 полупрозрачным обеспечивает контроль положения оси канала излучения лазерного дальномера и расходимости пучка излучения на выходе лазерного дальномера. Все элементы рассматриваемого устройства являются известными.
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создано устройство с повышенной технологичностью с возможностью контроля всех основных оптических параметров, как собранного изделия, так и изделия в процессе настройки при сокращенном времени настройки лазерного дальномера, поскольку все операции выполняются на одной установке.