ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР

Полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению, а именно, к импульсным лазерным дальномерам.
Известен лазерный дальномер [1], содержащий передающий канал, включающий оптически связанные лазер и передающую оптическую систему, состоящую из телескопа и оптического компенсатора, выполненного в виде двух поворачивающихся клиньев и установленного на выходе телескопа, совмещенные визирный и приемный каналы, включающие один и тот же объектив, оптически связанный посредством спектроделительного элемента с устройством наблюдения изображения объектов и с фотоприемным устройством, коллиматор видимого излучения, установленный параллельно оси излучения лазера, жестко соединенный с ним и оптически связанный с передающей оптической системой посредством двух параллельных друг другу плоских зеркал, одно из которых выполнено в виде спектроделителя.
Основными недостатками известного устройства являются его значительный габаритный размер, обусловленный последовательным расположением на одной оси достаточно длинных узлов передающей оптической системы, и невысокая оперативность выверки, связанная с использованием оптического компенсатора, выполненного в виде двух поворачивающихся клиньев, что требует многократных переходов от выверки по одной координате к выверке по другой координате, последовательно приближаясь к желаемому результату.
Отмеченные недостатки устранены в лазерном дальномере [2], являющемся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранном в качестве прототипа.
Лазерный дальномер [2] содержит передающий канал, включающий оптически связанные лазер и передающую оптическую систему с оптическим компенсатором, совмещенные визирный и приемный каналы, включающие один и тот же объектив, оптически связанный посредством спектроделительного зеркала с устройством наблюдения изображения объектов и с фотоприемным устройством, коллиматор видимого излучения, оптически связанный с передающей оптической системой и жестко соединенный с лазером.
В лазерном дальномере [2] лазер установлен так, что его излучение направлено в противоположную сторону относительно направления излучения передающего канала, при этом лазер и передающая оптическая система оптически связаны посредством призмы БР-180°, установленной с возможностью юстировочных перемещений в ее главном сечении и разворотов вокруг оси, параллельной направлению излучения лазера, и с возможностью фиксации в выбранном положении, на одной из отражающих граней призмы БР-180° нанесено спектроделительное покрытие и к ней приклеена оптическая призма, коллиматор видимого излучения оптически связан с передающей оптической системой посредством оптической призмы и спектроделительного покрытия призмы БР-180°, а оптический компенсатор выполнен в виде афокальной двухлинзовой системы, линзы которой установлены с возможностью перемещения во взаимно ортогональных направлениях, перпендикулярных оптической оси передающей оптической системы.
При сборке и юстировке лазерного дальномера ось пучка излучения лазера относительно посадочных плоскостей лазера устанавливается случайным образом относительно номинального значения, при этом максимальный угол отклонения этой оси от номинального значения может превышать углы, компенсируемые разворотом и смещением призмы БР-180°. Упомянутое отклонение указанной оси от номинального значения приводит к смещению пучка излучения лазера к краям оптических элементов, и соответственно, к диафрагмированию этого пучка краями оптических элементов передающей оптической системы, что приводит к снижению выходных энергетических характеристик лазерного дальномера.
Задачей полезной модели является повышение выходных энергетических характеристик лазерного дальномера за счет уменьшения диафрагмирования пучка излучения лазера оптическими элементами передающей оптической системы.
Сущность полезной модели заключается в том, что лазерный дальномер, содержащий передающий канал, включающий лазер и оптически связанную посредством призмы БР-180° передающую оптическую систему с первым оптическим компенсатором, приемный канал, включающий объектив, оптически связанный с фотоприемным устройством, дополнительно содержит в передающем канале оптически связанный с излучателем лазера и установленный на его выходе второй оптический компенсатор.
Возможно выполнение второго оптического компенсатора в виде пары оптических клиньев.
Введение в передающий канал оптически связанного с излучателем лазера и установленного на его выходе второго оптического компенсатора позволяет при сборке и юстировке лазерного дальномера выставить ось пучка излучения лазера с минимальным диафрагмированием пучка излучения лазера оптическими элементами передающей оптической системы. При этом отклонение указанной оси от необходимого положения уже может компенсироваться разворотом и смещением призмы БР-180°. Соответственно, это позволяет повысить выходные энергетические характеристики лазерного дальномера.
Возможное выполнение второго оптического компенсатора в виде пары оптических клиньев позволяет упростить передающий канал.
На фигуре изображена принципиальная схема лазерного дальномера.
Лазерный дальномер содержит передающий канал 1, ретровозвращатель 2, приемный канал 3, устройство 4 для наблюдения изображения объектов.
Передающий канал 1 включает последовательно установленные и оптически связанные лазер 5, генерирующий импульсы излучения длительностью около 10 нс и длиной волны λ=1,58 мкм, и передающую оптическую систему, содержащую последовательно установленные и оптически связанные телескоп 6, первый оптический компенсатор 7, спектроделительное зеркало 8, призму БР-180° 9, второй оптический компенсатор 10.
В передающий канал 1 входят также отражающее зеркало 11 и коллиматор видимого излучения 12, оптически связанный с передающей оптической системой посредством спектроделительного зеркала 8 и отражающего зеркала 11.
Первый оптический компенсатор 7 выполнен в виде афокальной двухлинзовой системы, включающей линзы 13 и 14, и для уменьшения габаритных размеров установлен на входе в телескоп 6. Его линзы 13 и 14 установлены с возможностью перемещения во взаимно ортогональных направлениях, перпендикулярных оптической оси передающей оптической системы.
Спектроделительное зеркало 8 пропускает излучение лазера 5 и отражает излучение коллиматора 12 видимого излучения.
Призма БР-180° 9 установлена с возможностью юстировочных перемещений в ее главном сечении и разворотов вокруг оси, параллельной направлению излучения лазера, и с возможностью фиксации в выбранном положении. Это обеспечивает возможность центрировки элементов передающего канала 1 лазерного дальномера.
Второй оптический компенсатор 10 выполнен в виде пары оптических клиньев, имеющих возможность поворота вокруг оптической оси передающего канала, но может быть выполнен и в виде афокальной двухлинзовой системы.
Второй оптический компенсатор 10 расположен между лазером 5 и призмой БР-180° 9, что позволяет выставить пучок излучения лазера с минимальным диафрагмированием оптическими элементами передающей оптической системы. При этом второй оптический компенсатор 10 позволяет осуществить отклонение оси пучка излучения лазера 5 в пределах ±20' и выставить ось пучка излучения лазера 5 в определенное положение относительно корпуса лазера 5. Призмой БР-180° 9 ось пучка излучения лазера 5 выставляется совпадающей с осью передающей оптической системы.
Призма БР-180° 9 установлена с возможностью юстировочных перемещений в ее главном сечении и разворотов вокруг оси, параллельной направлению излучения лазера, и с возможностью фиксации в выбранном положении. Это обеспечивает возможность эффективной центрировки элементов передающего канала 1 лазерного дальномера.
Спектроделительное зеркало 8 пропускает излучение лазера 5 и отражает излучение коллиматора 12 видимого излучения.
Отражающее зеркало 11 и спектроделительное зеркало 8 направляют излучение коллиматора 12 параллельно излучению лазера 5.
Коллиматор 12 видимого излучения содержит светодиодный источник света 15, сетку 16 коллиматора, расположенную в фокусе объектива 17 коллиматора, пару оптических клиньев 18 для отклонения оси пучка видимого излучения, имеющих возможность поворота вокруг оптической оси коллиматора 12.
Приемный канал 3 содержит оптически сопряженные объектив 19, спектроделительное зеркало 20 и фотоприемное устройство 21.
Устройство 4 для наблюдения изображения объектов включает сетку 22 с прицельной маркой, расположенной в фокальной плоскости объектива 19, оборачивающую систему 23 и окуляр 24. На фиг. показан также глаз 25 наблюдателя.
Ретровозвращатель 2 в рабочем состоянии лазерного дальномера выведен из хода как лучей света, выходящих из передающего канала 1, так и хода лучей света, входящих в устройство 4 для наблюдения изображения объектов. При необходимости выполнения выверки лазерного дальномера он вводится в ход лучей света и устанавливается в пределах выходного зрачка передающего канала 1 и входного зрачка устройства 4 для наблюдения изображения объектов, как это показано на фиг.
Работает лазерный дальномер следующим образом.
При измерении дальности до цели с помощью лазерного дальномера его разворотами совмещают цель с прицельной маркой сетки 22 и осуществляют пуск импульса излучения лазера 5. Ретровозвращатель 2 в этом режиме выведен из хода лучей. Импульс излучения лазера 5 проходит через второй оптический компенсатор 10, отражается от граней призмы 9 БР-180°, далее проходит через спектроделительное зеркало 8, первый оптический компенсатор 7 и телескоп 6 и выходит из передающего канала 1.
Отраженный от цели импульс излучения лазера 5 входит в приемный канал 3, и отразившись от спектроделительного зеркала 20, попадает на фотоприемное устройство 21. По измеренной временной задержке от момента выхода импульса излучения из передающего канала 1 до момента попадания на фотоприемное устройство 21 после отражения от цели электронная система лазерного дальномера определяет дистанцию до цели.
При необходимости осуществления выверки лазерного дальномера ретровозвращатель 2 устанавливается в его рабочее положение, как показано на фиг. Включается источник света 15 коллиматора видимого излучения 12. Свет от источника света 15 проходит через сетку 16 с перекрестием коллиматора 12 видимого излучения, объектив 17 коллиматора, оптические клинья 18, отражается от отражающего зеркала 11 и спектроделительного зеркала 8, которые направляют излучение коллиматора 12 параллельно излучению лазера 5.
Далее свет проходит первый оптический компенсатор 7, телескоп 6, отражается от граней ретровозвращателя 2 и попадает в объектив 19. После прохождения спектроделительного зеркала 20 этот свет формирует на сетке 22 изображение сетки 16 коллиматора 12 видимого излучения, которое рассматривается глазом 25 наблюдателя с помощью оборачивающей системы 23 и окуляра 24 вместе с прицельной маркой сетки 22.
Если направление излучения передающего канала 1 не параллельно оси приемного канала 3, то изображение сетки 16 коллиматора 12 видимого излучения не будет совпадать с вершиной прицельной марки сетки 22. В этом случае перемещением линз 13 и 14 оптического компенсатора 7 совмещают изображение сетки 16 с прицельной маркой сетки 22. При этом направление излучения передающего канала 1 выставляется параллельно оси приемного канала 3.
Таким образом, наличие второго оптического компенсатора 10 позволяет осуществить выставку пучка излучения лазера с минимальным диафрагмированием оптическими элементами передающей оптической системы, что обеспечивает повышение выходных энергетических характеристик лазерного дальномера.
Использованные источники информации:
1. Евразийский патент №001581, G01C 3/08, опуб. 2001.04.23.
2. Патент BY №1955 U, G01C 3/00, опуб. 2005.06.30 (прототип).