ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР (ВАРИАНТЫ)
LASER RANGER (VERSIONS)

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.
Известны лазерные дальномеры, содержащие приемный канал, включающий объектив и фотоприемное устройство, и параллельный ему излучающий канал, включающий оптическую систему и лазерный излучатель [1].
Подобные устройства характеризуются наличием аппаратной функции (геометрического фактора) [2], характеризующей неполное перекрытие полей зрения приемного и передающего каналов. На малых дальностях эти поля не перекрываются, в результате чего образуется теневая зона, в пределах которой измерения дальности невозможны.
1
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является техническое решение, направленное на сокращение теневой зоны [3]. Этот лазерный дальномер содержит передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, причем передающий канал включает лазерный излучатель и передающую оптическую систему, приемный канал включает фотоприемное устройство и приемный объектив, а поля зрения передающего и приемного каналов перекрываются на дальности R, соответствующей протяженности теневой зоны, определяемой взаимным расположением передающего и приемного каналов. В этом измерителе дальности расстояние между передающим и приемным каналами сокращено, благодаря чему и обеспечивается укорочение теневой зоны.
Недостатком этого устройства является принципиальная невозможность сокращения теневой зоны до расстояний порядка нескольких сантиметров вследствие наличия элементов конструкции (оправы, бленды, светозащитные шторки и т.п), препятствующих дальнейшему сближению передающего и приемного каналов.
Задачей изобретения является уменьшение минимальной измеряемой дальности за счет сокращения теневой зоны лазерного измерителя дальности.
0
1
Поставленная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, включающий лазерный излучатель и передающую оптическую систему, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, включающий фотоприемное устройство и приемный объектив, на выходе передающего канала введен полупрозрачный диффузный рассеиватель, коэффициент рассеяния которого выбран таким, чтобы энергия излучения, отраженного от целей, расположенных в диапазоне дальностей от R до R, и поступающего на чувствительную площадку фотоприемного устройства, соответствовала порогу срабатывания последнего, где
0
1
R<R - заданная минимальная измеряемая дальность;
1
R - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются.
0
1
В другом варианте поставленная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, включающий лазерный излучатель и передающую оптическую систему, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, включающий фотоприемное устройство и приемный объектив, на входе приемногого канала введен полупрозрачный диффузный рассеиватель, коэффициент рассеяния которого выбран таким, чтобы энергия излучения, отраженного от целей, расположенных в диапазоне дальностей от R до R, и поступающего на чувствительную площадку фотоприемного устройства, соответствовала порогу срабатывания последнего, где
0
1
R<R - заданная минимальная измеряемая дальность;
1
R - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются.
На фиг.1 представлена блок-схема лазерного измерителя расстояний. На фиг.2 - его функциональная схема. Фиг.3 поясняет характер аппаратной функции и ее теневой зоны.
0
1
Лазерный измеритель дальности (фиг.1) включает три оптических канала. Передающий канал 1 для формирования пучка зондирующего излучения включает лазерный излучатель 2 и передающую оптическую систему 3. Параллельный передающему приемный канал 4 для приема отраженного целью сигнала включает фотоприемное устройство 5 и приемный объектив 6. Третий оптический канал образован полупрозрачным диффузным рассеивателем 7, оптически связанным по выходу с фотоприемным устройством 5 и установленным так, чтобы на свой вход принимать излучение, отраженное от целей на дальностях от R до R.
На фиг.2 показана функциональная схема устройства. На фиг.2а) представлен вариант с полупрозрачным диффузным рассеивателем 7, установленным в передающем канале 1 на выходе передающей оптической системы 3, а на фиг.2б) - в приемном канале 4 на входе приемного объектива 6.
В обоих вариантах полупрозрачный диффузный рассеиватель представляет собой плоскопараллельную пластинку, выполненную из частично рассеивающего материала (например, из молочного или матового стекла).
Устройство работает следующим образом.
При излучении зондирующего импульса лазерным излучателем 2 на выходе передающей оптической системы формируется расходящийся пучок излучения, образующий поле передающего канала (фиг.3). Отраженное целью излучение попадает в поле приемного канала и с помощью приемного объектива 6 фокусируется на чувствительной площадке фотоприемного устройства 5. Дальность до цели R определяют по известной зависимости [1] R=ct/2, где с - скорость света, t - время между моментом излучения зондирующего импульса и моментом срабатывания фотоприемного устройства от излучения, отраженного целью.
2
В дальней зоне при расстоянии до цели R>R поля излучающего и приемного каналов полностью перекрываются, обеспечивая попадание на фотоприемное устройство достаточной для его срабатывания энергии излучения, отраженного целью.
1
1
1
0
На малых расстояниях до цели поля излучающего и приемного каналов перекрываются не полностью из-за существования аппаратной функции приемного и передающего каналов A (R), а в теневой зоне аппаратной функции при R<R (фиг.3) они вообще не перекрываются, что делает невозможным измерение при расстояниях до цели R<R. Полупрозрачный диффузный рассеиватель 7 в первом варианте рассеивает часть излучаемой энергии, расширяя тем самым поле передающего канала в ближней зоне дальномера и формируя дополнительную аппаратную функцию A (R), показанная на фиг.3 пунктиром.
0
1
0
0
1
Результирующая аппаратная функция A(R)=A(R)+A(R) предлагаемого устройства обеспечивает возможность измерения дальностей при расстояниях до цели R<R, причем R<R. Введение полупрозрачного диффузного рассеивателя 7 позволяет сократить теневую зону и, соответственно, минимальную измеряемую дальность с 5-30 м до 0,05-0,2 м.
Таким образом, предлагаемый лазерный дальномер обеспечивает решение поставленной задачи - уменьшение минимальной измеряемой дальности путем сокращения теневой зоны аппаратной функции.
Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца. После корректировки документации по результатам испытаний лазерный дальномер будет запущен в производство.
Источники информации
1. Ермаков Б.А., Возницкий М.В. Получение и обработка информации в импульсных лазерных дальномерах // Оптический журнал №10 (1993), - с.15-32.
2. С.А.Даничкин. Границы действия геометрического фактора лидара. IV Всесоюзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферы. Тезисы докладов. Томск, 1976, с.79-82.
3. Патент США №4737624 - прототип.