БИНОКУЛЯРНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР

Полезная модель относится к техническим средствам измерения расстояния до различных предметов на местности с использованием излучения лазеров.
Известны оптико-локационные устройства, называемые лазерными дальномерами, в которых значение расстояния от этого устройства до предмета на местности определяется путем измерения временного интервала между излученным импульсом лазера и отраженным сигналом, прошедшим измеряемое расстояние [1, стр.51-55]. Для наведения лазерного дальномера на предмет, до которого измеряется расстояние, используется оптический визирный канал.
Установка дополнительного визирного канала приводит к увеличению габаритов устройства, поэтому известны технические решения, при которых частично объединяются элементы дальномера и визирного канала.
Наиболее близким аналогом к заявляемому решению является бинокль-дальномер [2], оптическая система которого [2, Fig 5,6] состоит из:
- первой визирной оптической системы, в которую входят первый объектив, первый оптический узел (оборачивающая система Порро второго рода, состоящая из трех призм АР - 90°) и первый окуляр; первый оптический узел обеспечивает совмещение оптических осей первого окуляра и первого объектива;
- второй визирной оптической системы, в которую входят второй объектив, второй оптический узел (аналогичный первому оптическому
узлу) и второй окуляр; второй оптический узел обеспечивает совмещение оптических осей второго окуляра и второго объектива;
- канала лазерного излучателя, в который входит лазерный диод и светоделитель, работающий на отражение для лазерного излучения и на пропускание для видимого излучения, размещенный на оси второго объектива, между вторым объективом и вторым оптическим узлом;
канала приема лазерного излучения, в который входит прямоугольная светоделительная призма, работающая на пропускание для лазерного излучения на отражение для видимого излучения, присоединенная к первому оптическому узлу, и приемник излучения (фотодетектор), установленный последовательно с призмой;
- оптической системы, отображающей результат измерения, в которую входят жидкокристаллический дисплей, проекционная линза и зеркало; эта система размещена между первым оптическим узлом и первым окуляром; в фокальной плоскости первого окуляра установлена прицельная сетка.
Как отмечено в п.4 формулы изобретения [2, стр.5] светоделитель в канале лазерного излучателя может быть выполнен как на основе пластины, так и светоделительной призмы.
Первая и вторая визирные оптические системы обеспечивают наблюдение прямого изображения местности и предмета, до которого измеряется расстояние.
Пучок лазерного излучения с оптического выхода лазерного диода отражается от светоделителя и через второй объектив направляется на предмет, до которого измеряется расстояние. Часть отраженного от предмета лазерного излучения через первый объектив, первый оптический
узел и прямоугольную светоделительную призму поступает на приемник излучения. Электронный вычислитель, не приведенный в описании изобретения [2], но функционально необходимый для работы дальномера, измеряет временной интервал между излученным лазерным импульсом и отраженным лазерным сигналом, прошедшим измеряемое расстояние, и формирует сигнал, содержащий информацию об измеренном расстоянии. Этот сигнал поступает на жидкокристаллический дисплей, наблюдаемый через первый окуляр на краю поля зрения первого визирного канала.
Значение максимального расстояния, которое можно измерить с помощью бинокля-дальномера, зависит от мощности импульса лазерного излучения на выходе второго объектива, т.е. (при постоянной мощности импульса лазерного диода) от коэффициента пропускания лазерного излучения на пути от лазерного диода до наружной поверхности второго объектива. Наиболее существенные потери лазерного излучения происходят при отражении пучка излучения от светоделителя. Наибольший коэффициент отражения монохроматического лазерного излучения имеют многослойные интерференционные покрытия оптических деталей, но такие покрытия эффективно работают только в параллельных пучках или при незначительной расходимости излучения [3], а расходимость излучения на оптическом выходе лазерного диода составляет 15...30° [4, стр.199, 225]. Кроме того, поскольку излучение большинства лазерных диодов линейнополяризовано [4, стр.199, 223, 225], потери излучения зависят от ориентации плоскости поляризации лазерного излучения относительно нормали к поверхности светоделителя.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание бинокулярного лазерного дальномера с минимальными потерями излучения лазерного диода.
Технический результат заключается в увеличении значения максимального измеряемого расстояния за счет снижения потерь лазерного излучения.
Указанный технический результат достигается с помощью бинокулярного лазерного дальномера, содержащего две визирные оптические системы: первую визирную оптическую систему, состоящую из первого объектива, первого оптического узла и первого окуляра; вторую визирную оптическую систему, состоящую из второго объектива, второго оптического узла и второго окуляра; канал лазерного излучателя, в который входит лазерный диод и установленная последовательно с ним первая прямоугольная светоделительная призма, присоединенная к первому оптическому узлу; канал приема лазерного излучения, в который входит вторая прямоугольная светоделительная призма, присоединенная ко второму оптическому узлу, и приемник излучения, установленный последовательно с призмой; оптическую систему, отображающую результат измерения, в которую входят жидкокристаллический дисплей, установленный на оптической оси в фокальной плоскости первого окуляра; электронный вычислитель, вход которого связан с электрическим входом лазерного диода и электрическим выходом приемника излучения, а выход связан с входом жидкокристаллического дисплея; согласно полезной модели между лазерным диодом и первой прямоугольной светоделительной призмой установлена первая линза, причем излучающая площадка лазерного диода находится в фокальной плоскости первой линзы;
а лазерный диод ориентирован таким образом, что плоскость поляризации излучения лазерного диода перпендикулярна поверхности светоделительного покрытия первой прямоугольной светоделительной призмы; между приемником излучения и второй прямоугольной светоделительной призмой установлена вторая линза, причем, чувствительная площадка приемника излучения находится в фокальной плоскости второй линзы; светоделительные поверхности первой и второй прямоугольных светоделительных призм выполнены на основе многослойного интерференционного покрытия, имеющего максимальное пропускание на длине волны лазерного излучения и максимальное отражение для видимого излучения.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства.
Бинокулярный лазерный дальномер (фиг.1) содержит две визирные оптические системы. В первую визирную оптическую систему входит первый объектив 1, первый оптический узел 2 и первый окуляр 3. Во вторую визирную оптическую систему входят второй объектив 4, второй оптический узел 5 и второй окуляр 6.
Первый и второй оптические узлы, 2 и 5 соответственно, включают оборачивающую систему Порро второго рода, состоящую из трех призм АР-90°. Первый оптический узел 2 обеспечивает совмещение оптических осей первого окуляра 3 и первого объектива 1. Второй оптический узел 5 обеспечивает совмещение оптических осей второго окуляра 6 и второго объектива 4. Бинокулярный лазерный дальномер содержит источник излучения - лазерный диод 7. Последовательно с лазерным диодом 7 установлена первая линза 8, причем излучающая площадка лазерного диода находится в фокальной плоскости первой линзы 8, далее на оптической оси
линзы 8 установлена первая прямоугольная светоделительная призма 9, работающая на пропускание (для лазерного излучения) и на отражение (для видимого излучения), присоединенная к первому оптическому узлу 2. Последовательно с приемником излучения 10 установлена вторая линза 11, причем чувствительная площадка приемника излучения находится в фокальной плоскости этой линзы 11, далее на оптической оси линзы 11 установлена вторая прямоугольная светоделительная призма 12, работающая на пропускание (для лазерного излучения) и на отражение (для видимого излучения), присоединенная ко второму оптическому узлу 5. Жидкокристаллический дисплей 13 установлен на оптической оси первого окуляра 3, в его фокальной плоскости. Вход электронного вычислителя 14 связан с электрическим входом лазерного диода 7 и электрическим выходом приемника излучения 10, а выход связан с входом жидкокристаллического дисплея 13. Светоделительные поверхности 15 и 16 первой и второй прямоугольных светоделительных призм представляют многослойные интерференционные покрытия, имеющего максимальное пропускание на длине волны лазерного излучения и максимальное отражение в видимом диапазоне. Лазерный диод 7 ориентирован таким образом, что плоскость поляризации излучения лазерного диода перпендикулярна поверхности светоделительного покрытия 15 первой прямоугольной светоделительной призмы.
В рассматриваемом варианте устройства пучок лазерного излучения лазерного диода 7 коллимируется линзой 8, поэтому на светоделительное покрытие 15 поступает пучок излучения, имеющий малую расходимость. При выбранной ориентации плоскости поляризации лазерного излучения и использовании многослойного интерференционного покрытия будет обеспечен максимально возможный коэффициент пропускания лазерного
излучения первой прямоугольной светоделительной призмой 9. На выходе объектива 1 будет обеспечена большая мощность излучения, по сравнению с аналогом, в результате чего увеличится максимальное расстояние, измеряемое бинокулярным лазерным дальномером.
Все элементы, входящие в бинокулярный лазерный дальномер, являются известными. В качестве лазерного диода 7 может быть использован, например лазерный диод типа PGEW1S09 фирмы PerkinElmer, в качестве приемника излучения 10 - любой высокочувствительный фотодиод, например фотодиод С30724 фирмы EG&G Canada. Светоделительные призмы 9 и 12 могут быть изготовлены как склейки из двух призм АР - 90°, при этом у одной из призм на гипотенузную грань нанесено многослойное интерференционное покрытие по отраслевому стандарту [5]. Остальные оптические компоненты, жидкокристаллический индикатор 13 и электронный вычислитель 14 представляют типовые узлы и могут быть реализованы на стандартной элементной базе.
Устройство работает следующим образом.
Часть видимого излучения от естественных и искусственных источников света, диффузно отраженная от участка местности, в том числе от предмета, до которого измеряется расстояние, поступает на вход объективов 1 и 4. Далее это излучение проходит через оптические узлы 2 и 3, отражается от светоделительных покрытий 15 и 16, в результате в фокальной плоскости окуляров 3 и 6 формируются изображения участка местности, в том числе предмета, до которого измеряется расстояние. Это изображение наблюдается через окуляры 3 и 4, причем через окуляр 3 одновременно наблюдается плоскость жидкокристаллического дисплея 13, на которой нанесена прицельная метка.
Пользователь ориентирует бинокулярный лазерный дальномер таким образом, что прицельная метка совмещается с изображением предмета, до которого измеряется расстояние. После этого с устройства управления (на схеме не показано) поступает сигнал включения лазерного диода 7. Пучок излучения лазерного диода 7 коллимируется линзой 8, проходит через первую светоделительную прямоугольную призму 9, первый оптический узел 2, объектив 1 и направляется на предмет, до которого измеряется расстояние.
Лазерное излучение диффузно отражается от предмета, до которого измеряется расстояние. Часть отраженного излучения проходит через объектив 4, второй оптический узел 5, вторую светоделительную прямоугольную призму 11 и поступает на оптический вход приемника излучения 10. Электрические сигналы с лазерного диода 7 и приемника излучения 10 поступают на входы электронного вычислителя 14, который по времени задержки импульса излучения вычисляет расстояние до предмета. Сигнал с выхода электронного вычислителя 14 подается на жидкокристаллический дисплей 13, на котором отображается результат измерения, наблюдаемый в окуляр 13 на фоне изображения участка местности.
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата - повышение максимального расстояния, измеряемого бинокулярным лазерным дальномером.
Источники информации
1. Молебный В.В. Оптико-локационные системы. - М.: Машиностроение, 1981. - 181 с.
2. Патент США №US 2003002149, МПК G01C 3/04, дата публикации 02.01.2003 г.
3. Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. - Л.: Машиностроение, 1973. -224 с.
4. Кейси X., Паниш М. Лазеры на гетероструктурах, том 2, - М.: Мир, 1981. - 362 с.
5. ОСТ 3-1901-95.