УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЮСТИРОВКИ ПРИЕМНОГО КАНАЛА ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕРА

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована при юстировке оптико-электронных приборов, в частности лазерных дальномеров, в процессе их сборки.
При юстировке приемного канала лазерного дальномера помимо обеспечения параллельности оси приемного канала осям передающего (лазерного) и визирного каналов, должна быть решена задача фокусировки изображения удаленного объекта на чувствительную площадку фотоприемника приемного канала. В заявляемой полезной модели далее будет рассматриваться этап юстировки, направленный на обеспечение совпадения чувствительной площадки фотоприемника с фокальной плоскостью объектива приемного канала лазерного дальномера.
Известно устройство для контроля лазерного дальномера, решающее, в том числе, задачу юстировки приемного канала дальномера, описанное в [Патент Республики Беларусь, BY 492, опубл. 30.03.2002 г.]. Общими узлами для известного и заявляемого устройства являются зрительная труба, телевизионная камера и монитор. В составе зрительной трубы в известном устройстве имеются широкополосный источник света, конденсор, светоделительная призма-куб, светофильтры, один из которых устанавливается после светоделительной призмы-куба и обеспечивает возможность осуществления контроля лазерного дальномера в области длины волны излучателя лазерного канала дальномера, обычно не входящей в видимую область спектра. Телевизионная камера соединена с электронным формирователем перекрестия, содержащим встроенный источник постоянного напряжения и программируемую микросхему. Спектральный диапазон чувствительности телевизионной камеры включает длину волны излучателя лазерного канала дальномера.
Устройство размещают перед объективом приемного канала контролируемого лазерного дальномера. Лучи света, отраженные от чувствительной площадки фотоприемника приемного канала, в обратном ходе проходят объектив дальномера, объектив устройства, светоделительную призму-куб, светофильтр и формируют в плоскости чувствительной площадки матрицы телевизионной камеры изображение фотоприемной площадки контролируемого дальномера, которое наблюдается на экране монитора с наложением перекрестия, формируемого электронным формирователем перекрестия. Пространственное положение перекрестия на экране монитора зависит от временной задержки сигналов от источника постоянного напряжения, встроенного в электронный формирователь перекрестия, относительно синхроимпульсов строчной и кадровой развертки, формируемых электроникой телевизионной камеры. С помощью котировочных подвижек фотоприемника приемного канала дальномера добиваются необходимого совпадения центра изображения фотоприемной площадки дальномера с центром перекрестия на экране монитора.
К недостаткам известного устройства можно отнести усложненность устройства, необходимость использования телевизионной камеры, имеющей спектральный диапазон чувствительности, включающий длину волны излучателя лазерного канала дальномера, оснащение специальным узлом в виде электронного формирователя перекрестия.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства для юстировки приемного канала лазерного дальномера, отличающегося простотой конструкции, использованием телевизионной камеры, чувствительной в видимом спектральном диапазоне, и обеспечивающего высокую точность юстировки.
Техническим результатом, который может быть достигнут при реализации полезной модели, является упрощение конструкции устройства юстировки приемного канала лазерного дальномера, использование в нем телевизионной камеры, чувствительной в видимом спектральном диапазоне, обеспечение высокой точности юстировки.
в
в
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для юстировки приемного канала лазерного дальномера, включающее расположенные на оптической оси приемного канала лазерного дальномера оптически сопряженные зрительную трубу и телевизионную камеру, связанную с монитором, в соответствии с заявляемым техническим решением дополнительно содержит съемную плоскопараллельную пластинку и осветитель чувствительной площадки фотоприемника приемного канала лазерного дальномера, при этом плоскопараллельная пластинка установлена на оптической оси приемного канала лазерного дальномера между объективом приемного канала лазерного дальномера и чувствительной площадкой фотоприемника лазерного дальномера ортогонально оптической оси с возможностью вывода из приемного канала, изготовлена из оптического материала, прозрачного на длине волны λ, где λ - длина волны в видимой области спектра, используемая при юстировке приемного канала лазерного дальномера, толщина плоскопараллельной пластинки d подбирается из условия
,
л
в
л
в
в
в
где Δ - разность величин задних фокальных отрезков объектива приемного канала лазерного дальномера, рассчитанных для длин волн λ и λ, соответственно, λ - длина волны излучателя лазерного канала дальномера, n - показатель преломления оптического материала, из которого изготовлена плоскопараллельная пластинка, на длине волны λ, осветитель чувствительной площадки фотоприемника приемного канала лазерного дальномера выполнен в виде светодиода видимого излучения с длиной волны λ и закреплен на корпусе зрительной трубы с возможностью подсветки чувствительной площадки фотоприемника приемного канала лазерного дальномера, а диапазон спектральной чувствительности телевизионной камеры включает длину волны λ.
в
λл
л
λв
в
λл
л
λв
в
На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства для юстировки приемного канала лазерного дальномера, где 1 - зрительная труба, 2 - соединительная муфта, 3 - телевизионная камера, 4 - монитор, связанный с телевизионной камерой, 5 - светодиод видимого излучения с длиной волны λ, закрепленный на корпусе зрительной трубы с возможностью подсветки чувствительной площадки фотоприемника приемного канала лазерного дальномера, 6 - приемный канал лазерного дальномера, 7 - объектив приемного канала, 8 - съемная плоскопараллельная пластинка, 9 - чувствительная площадка фотоприемника приемного канала лазерного дальномера, F' - положение заднего фокуса объектива для длины волны λ излучателя лазерного канала дальномера, F' - положение заднего фокуса объектива для длины волны λ, используемой при юстировке приемного канала лазерного дальномера, S' - задний фокальный отрезок объектива для длины волны λ излучателя лазерного канала дальномера, S' - задний фокальный отрезок объектива для длины волны λ, используемой при юстировке приемного канала лазерного дальномера.
Устройство работает следующим образом.
в
в
в
Устройство размещают на оптической оси приемного канала лазерного дальномера 6 перед объективом приемного канала 7 так, чтобы объектив приемного канала 7 располагался соосно со зрительной трубой 1. Предварительно зрительная труба 1 должна быть сфокусирована на бесконечность для видимой спектральной области, включающей рабочую длину волны λ светодиода 5. Здесь λ - длина волны в видимой области спектра, используемая при юстировке приемного канала лазерного дальномера. Плоскопараллельную пластинку 8 устанавливают на оптической оси приемного канала лазерного дальномера между объективом приемного канала лазерного дальномера 7 и чувствительной площадкой фотоприемника 9 ортогонально оптической оси. Плоскопараллельная пластинка 8 изготовлена из оптического материала, прозрачного на длине волны λ, и имеет толщину, предварительно подобранную из условия
,
л
в
л
в
где Δ - разность величин задних фокальных отрезков объектива приемного канала лазерного дальномера, рассчитанных для длин волн λ и λ, где λ - длина волны излучателя лазерного канала дальномера, n - показатель преломления оптического материала, из которого изготавливается плоскопараллельная пластинка, на длине волны λ. Требуемые для расчета численные данные могут быть взяты из оптического выпуска объектива приемного канала дальномера.
в
Через объектив приемного канала 7 и плоскопараллельную пластинку 8 чувствительную площадку фотоприемника приемного канала 9 подсвечивают светодиодом 5 видимого излучения с длиной волны λ. Подсветку можно осуществить, к примеру, через периферийную зону зрачка объектива приемного канала лазерного дальномера.
Объектив зрительной трубы 1 строит изображение чувствительной площадки фотоприемника приемного канала 9 в плоскости сетки окуляра зрительной трубы 1. Это изображение регистрируется с помощью телевизионной камеры 3 и отображается на мониторе 4. Зрительная труба 1 и телевизионная камера 3 связаны посредством соединительной муфты 2 и оптически сопряжены. Перемещениями фотоприемника вдоль оптической оси объектива приемного канала добиваются резкого изображения его чувствительной площадки 9. Перемещениями фотоприемника перпендикулярно оси объектива приемного канала корректируют положение изображения, приводя его в центр сетки окуляра зрительной трубы 1, при котором ось приемного канала окажется параллельной визирной оси зрительной трубы.
л
л
После этого плоскопараллельную пластину 8 следует убрать. В результате чувствительная площадка фотоприемника приемного канала 9 оказывается установленной в требуемом положении для рабочей длины волны излучателя лазерного канала дальномера λ. Этап юстировки, направленный на обеспечение совпадения чувствительной площадки фотоприемника с фокальной плоскостью объектива приемного канала лазерного дальномера для рабочей длины волны излучателя лазерного канала дальномера λ, можно считать завершенным.
В работе устройства используется свойство плоскопараллельной пластинки приводить к смещению изображения при введении ее в ход лучей, строящих изображение. Если плоскопараллельную пластинку ввести в ход лучей на оптической оси приемного канала лазерного дальномера между объективом приемного канала лазерного дальномера и чувствительной площадкой фотоприемника ортогонально оптической оси, то произойдет смещение изображения фокальной плоскости объектива приемного канала лазерного дальномера на определенную величину.
л
в
В то же время при работе дальномера на рабочей длине волны λ излучателя лазерного канала положение фокальной плоскости объектива приемного канала, в котором должна быть размещена чувствительная площадка фотоприемника, будет отличаться от положения фокальной плоскости объектива приемного канала на длине волны λ, используемой при юстировке приемного канала лазерного дальномера.
в
л
в
В заявляемом устройстве толщина d используемой плоскопараллельной пластинки рассчитывается так, что разница в положении фокальной плоскости объектива приемного канала при переходе от длины волны λ к λ равна смещению изображения фокальной плоскости объектива приемного канала на длине волны λ, вносимому плоскопараллельной пластинкой, при введении ее в ход лучей на оптической оси приемного канала.
λл
л
λв
в
λл
λв
л
в
λв
в
в
Более точное рассмотрение приводит к следующим соотношениям для определения толщины плоскопараллельной пластинки. На Фиг. 1 приведены положения F', заднего фокуса объектива приемного канала для длины волны λ излучателя лазерного канала дальномера и F' заднего фокуса объектива приемного канала для длины волны λ, используемой при юстировке приемного канала лазерного дальномера. Разность величин S' и S' задних фокальных отрезков объектива приемного канала лазерного дальномера, рассчитанных для длин волн λ и λ, соответственно, приравнивается смещению F' заднего фокуса объектива для длины волны λ при введении в ход лучей плоскопараллельной пластинки толщиной d, изготовленной из оптического материала с показателем преломления n на длине волны λ. Исходя из этого условия, несложно рассчитать толщину плоскопараллельной пластинки как
’
λл
λв
где Δ=S'-S'.
л
На предприятии АО «НИИ ОЭП» было собрано устройство по юстировке приемного канала лазерного дальномера, включающее зрительную трубу, в качестве которой использовался автоколлиматор АКТ-15 с фокусным расстоянием 500 мм, связанную с телевизионной камерой VBC-541 USB, соединенной с монитором, светодиод BL-L502UYC с длиной волны излучения 0,59 мкм, закрепленный на корпусе зрительной трубы с возможностью подсветки приемного канала дальномера, и съемную плоскопараллельную пластинку, изготовленную из стекла К-8 толщиной 9,7 мм. Это устройство использовалось для юстировки приемного канала лазерного дальномера, включающего 3-х линзовый объектив с относительным отверстием 1:1,4 и фотоприемное устройство ФУО-155 с чувствительной площадкой диаметром 0,2 мм. Рабочая длина волны излучателя лазерного канала дальномера λ равнялась 1,54 мкм.
в
λл
λв
л
Юстировка осуществлялась в видимой области спектра на длине волны λ=0,59 мкм. Расчетная разность величин S'-S' задних фокальных отрезков объектива приемного канала для длин волн 1,54 мкм и 0,59 мкм составила величину Δ=3,31 мм. Из приведенного выше соотношения для определения толщины плоскопараллельной пластинки было получено значение d=9,7 мм с использованием величины показателя преломления n=1,5163 для стекла К-8 на длине волны 0,59 мкм. Плоскопараллельная пластинка устанавливалась между фотоприемником и объективом приемного канала ортогонально оптической оси приемного канала. Результатом юстировки являлось совмещение центра изображения чувствительной площадки фотоприемника с центром сетки окуляра зрительной трубы, регистрируемое на экране монитора, достигаемое перемещениями фотоприемника, после чего плоскопараллельную пластинку убирали из хода лучей. В результате обеспечивалась установка чувствительной площадки фотоприемника в требуемом положении для рабочей длины волны излучателя лазерного канала дальномера λ. Устройство отличается простотой конструкции, при юстировке используется телевизионная камера, чувствительная в видимом спектральном диапазоне, что является более дешевым и доступным техническим средством по сравнению с камерой, чувствительной в рабочей области длин волн лазерных дальномеров, при этом устройство обеспечивает высокую точность юстировки приемного канала лазерного дальномера.