ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР

Полезная модель относится к лазерной технике, а именно к импульсным лазерным дальномерам.
Известны лазерные дальномеры, содержащие излучающий канал и приемный канал [1, стр.176]. В таких дальномерах измерение дальности происходит путем измерения времени Т между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного целью сигнала с последующим определением дальности R по формуле R=сТ/2, где с - скорость света. Момент излучения задают с помощью схемы синхронизации, обладающей высокой погрешностью.
Этот недостаток устранен в лазерном дальномере с фиксацией лазерного зондирующего излучения в приемном канале. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является лазерный дальномер, описанный в [2, рис. 7]. Этот лазерный дальномер содержит излучающий канал, включающий лазер с оптической схемой формирования лазерного пучка, и приемный канал, включающий объектив и фотоприемное устройство, причем излучающий канал оптически связан с приемным каналом с помощью светоделителя, ответвляющего часть зондирующего лазерного пучка на второе фотоприемное устройство. По такой схеме построены, например, лазерные дальномеры LRF-2M [3] и LRM-E [4].
Недостаток этого технического решения - раздельное конструктивное размещение излучающего и приемного каналов, при котором для обеспечения требований по надежности требуется введение внешнего защитного корпуса, что усложняет и утяжеляет конструкцию. При этом ответвление зондирующего лазерного излучения в приемный канал сопряжено с ошибкой временной фиксации момента излучения, что приводит к ошибке измерения дальности.
Задачей настоящего технического решения является упрощение конструкции лазерного дальномера и повышение его надежности и точности.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере,  содержащем излучающий канал, включающий лазер с оптической схемой формирования лазерного пучка, и приемный канал, включающий объектив, фотоприемное устройство и схему измерения дальности, введен общий корпус с двумя раздельно герметизируемыми отсеками, в которых расположены излучающий и приемный каналы, в перегородке между отсеками введено герметизированное оптическое окно, внутренняя поверхность отсека излучающего канала имеет светорассеивающее покрытие, а в отсеке приемного канала напротив окна введен светоприемник, связанный со схемой измерения дальности.
В качестве светоприемника может быть введен светопровод, выход которого связан со входом фотоприемного устройства.
В качестве светоприемника может быть введено второе фотоприемное устройство, выход которого связан с синхронизирующим входом схемы измерения дальности.
Оптическое окно может быть выполнено в виде узкополосного оптического фильтра.
Входное отверстие светоприемника может полностью перекрывать площадь оптического окна.
На фиг. 1 представлена схема лазерного дальномера.
Лазерный дальномер включает общий корпус 1 с отсеком излучающего канала 2 и отсеком приемного канала 3. Излучающий канал содержит активный элемент 4 с источниками накачки 5 и 6, установленными у его противоположных торцов. На оптической оси активного элемента установлены зеркала резонатора 7 и 8, между которыми расположен модулятор добротности резонатора 9. За выходным зеркалом резонатора 8 установлена оптическая система излучающего канала 10, формирующая выходной пучок лазерного излучения. Приемный канал содержит приемную оптическую систему 11, зеркало 12 и фотоприемное устройство 13, выход которого связан со входом схемы измерения дальности 14. Между отсеками 2 и 3 введена перегородка 15 с оптическим окном 16, на выходе которого в в отсеке приемного канала 3 введен светоприемник 17 (второе фотоприемное устройство), выход которого связан с вторым входом схемы измерения дальности 14. Отсек канала излучателя 2 герметизирован, в том числе герметизированы выходная оптическая система 10 и окно 16.
Устройство работает следующим образом.
После включения источников накачки 5 и 6 происходит возбуждение активного элемента 4. При достижении необходимого уровня возбуждения включается модулятор добротности 9 и в резонаторе 7, 8 развивается лазерный процесс. Лазерное излучение выходит из резонатора через его полупрозрачное зеркало 8 и с помощью оптической системы 10 направляется на удаленный объект, до которого измеряется дальность. Часть лазерного излучения, отраженного оптическими элементами излучающего канала, вторично рассеивается стенками отсека 2 и через окно 16 поступает на вход второго фотоприемного устройства 17, выходным сигналом которого запускается измеритель временного интервала в схеме измерения дальности 14. Окно 16 может быть выполнено из цветного стекла, прозрачного на длине волны лазерного излучения и непрозрачного в остальной области спектра, то есть в виде поглощающего фильтра [5]. Благодаря этому подавляются спектральные составляющие излучения накачки, которые могут вызвать ложные срабатывания схемы измерения дальности 14. Для еще более полного выделения лазерной составляющей на поверхность окна 16 может быть нанесено многослойное покрытие в виде узкополосного интерференционного фильтра [5]. Присоединительная часть светоприемника полностью перекрывает площадь окна 16 во избежание попадания прямого лазерного излучения на вход фотоприемного устройства 13. В этом случае возможно рассогласование синхронизации схемы измерения дальности. Отраженное удаленным объектом лазерное излучение приемной оптической системой 11 фокусируется на чувствительную площадку фотоприемного устройства 13, предварительно отразившись от зеркала 12, имеющего узкополосное отражающее покрытие для защиты фотоприемного устройства от фонового излучения. С помощью зеркала 12 можно юстировать параллельность излучающего и приемного каналов. С выхода фотоприемного устройства сигнал поступает на измерительный вход схемы измерения дальности 14, останавливая измеритель временного интервала Т между излученным и принятым импульсами. По величине интервала Т схема измерения дальности вычисляет дальность R по формуле R=сТ/2, где с - скорость света.
Благодаря описанному техническому решению решается задача раздельной герметизации излучающего и приемного отсеков. Это целесообразно в связи с разными требованиями - излучающий отсек должен быть герметичным, а для приемного достаточно брызго- и влагозащищенного уплотнения. Более высокая герметичность отсека излучающего канала требуется ввиду того, что при самых минимальных концентрациях влаги и других посторонних веществ на оптических элементах (активном элементе, зеркалах резонатора, модуляторе) нарушается добротность резонатора, что при многопроходном характере лазерного процесса приводит к умножению потерь и резкому снижению выходной энергии лазерного излучения. Еще более критично влияние конденсата на характеристики источника накачки, если в качестве него использованы лазерные диодные решетки [6], поскольку такие полупроводниковые структуры деградируют в присутствии влаги. Кроме того, благодаря описанному техническому решению упрощается отвод зондирующего излучения для синхронизации схемы измерения дальности. При этом обеспечивается надежная временная фиксация начала измерительного интервала Т ввиду того, что в диффузно рассеянном излучении перемешаны моды с разным временным положением.
Вследствие указанных особенностей достигается решение поставленной задачи - упрощение конструкции лазерного дальномера и повышение его надежности и точности.
Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца лазера. После корректировки документации по результатам испытаний лазер будет запущен в производство.
Источники информации
1. В.А. Волохатюк, В.М. Кочетков, P.P. Красовский. Вопросы оптической локации. М., «Советское радио», 1971 г., с. 177.
2. Б.А. Ермаков, М.В. Возницкий. Получение и обработка информации в импульсных лазерных дальномерах. Оптический журнал, №10, 1993 г., с. 17 - прототип.
3. ALST LRF-2M laser rangefinder. Jane's Electro-Optic Systems 2003-2004, p. 334.
4. Fotona LRM-E laser rangefinder. Jane's Electro-Optic Systems 2003-2004, p. 345.
5. Л.З. Криксунов. Справочник по основам инфракрасной техники. М, «Советское радио», 1978 г., с. 167.
6. LASER-DIODE ARRAYS: Multicolor uncooled diode array efficiently pumps Nd: YAG laser. Laser Focus World. 08/01/2007.