СПОСОБ ОПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТА В КОГЕРЕНТНОМ СВЕТЕ
METHOD FOR IDENTIFYING OBJECT IN COHERENT LIGHT

Изобретение относится к области оптического лазерного приборостроения и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности, в геодезии для привязки и ориентации на местности, при наведении теплового (инфракрасного) источника излучения на местности.
1
1
Известен способ опознавания объекта в когерентном свете (см. www.500mwlaser.ru) формирующего коллимированный световой пучок с длиной волны λ коллимированного пучка с длиной волны λ при помощи осветительной части, включающей лазер и коллиматор.
1
Известен также способ опознавания объекта (см. Патент №140575 от 09.04.2014 г. Бюл. №13, 2014 г., авт. Черных В.Т., Черных Г.С.) путем формирования когерентного пучка параллельных световых лучей с длиной волны λ посредством коллиматора, состоящего из первого и второго объективов.
1
Наиболее близким решением является способ опознавания объекта (см. Патент №123136 от 20.12.2012 г. Бюл. №35, 2012 г., авт. Черных В.Т., Черных Г.С., Борисов А.Н., Тукшаитов Р.Х. - прототип) путем формирования коллимированного светового пучка с длиной волны λ при помощи осветительной части, содержащей лазер и коллиматор, включающий первый и второй объективы, двух плоскопараллельных пластин, установленных в рабочей зоне, под равными, но противоположно направленными углами к оптической оси.
Недостатком известных способов, по мнению авторов, является узкий спектр технологических возможностей при опознавании объекта в когерентном свете, поскольку при их реализации используют только один спектральный диапазон длин волн видимой области спектра.
Однако на практике имеется целый ряд задач по опознаванию объектов в когерентном свете, для решения которых целесообразно использовать и другие спектральные области, например инфракрасный диапазон длин волн.
Задачей изобретения является разработка способа опознавания объекта в когерентном свете, в котором устранен указанный недостаток аналогов и прототипа.
1
2
Техническим результатом изобретения является расширение технологической возможности способа при опознавании объекта в когерентном свете за счет возможности обеспечения однонаправленного опознавания объекта в когерентных световых пучках с длинами волн λ и λ.
1
0
1
2
п
0
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Технический результат достигается тем, что в способе опознавания объекта в когерентном свете путем формирования первого светового пучка с длиной волны λ с помощью первого коллиматора, включающего первый и второй объективы, согласно настоящему изобретению используют зеркало, снабженное отверстием со световым диаметром ∅ по его центру и отражающим слоем, обращенным в противоположную сторону от объектива первого коллиматора, причем зеркало устанавливают за вторым объективом под углом к оптической оси первого коллиматора с возможностью прохода сквозь отверстие зеркала светового пучка с длиной волны λ, формируют второй световой пучок с длиной волны λ с помощью второго коллиматора, также включающего первый и второй объективы, оптическую ось которого направляют через геометрический центр зеркала с отверстием, при этом оптическая ось второго коллиматора образует угол 90° с оптической осью первого коллиматора, световой диаметр ∅ второго коллиматора выбирают равным 1,5∅ диаметра отверстия зеркала, затем, начиная от точки пересечения оптических осей первого и второго коллиматоров, оптическую ось второго коллиматора совмещают с оптической осью первого коллиматора и осуществляют однонаправленное опознавание объекта в когерентных световых пучках с длинами волн λ и λ, причем опознаваемый объект освещают световыми пучками с длинами волн λ и λ в момент времени t и t соответственно, разделенными друг от друга интервалом Δt. Опознаваемый объект освещают световыми пучками с длинами волн λ и λ, причем световой пучок с длиной волны λ используют в качестве репера на поверхности опознаваемого объекта, а световым пучком с длиной волны λ воздействуют в импульсном режиме на указанную репером локальную зону опознаваемого объекта.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлена принципиальная схема оптической системы устройства для опознавания объекта в когерентном свете, реализующего предлагаемый способ. На фиг. 2 показано сечение Α-A на фиг. 1.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - первый лазер;
2 - первый объектив (отрицательная линза) первого коллиматора;
3 - второй объектив первого коллиматора;
4 - зеркало с отверстием;
5 - отражающий слой зеркала;
6 - отверстие зеркала;
7 - зона опознавания;
8 - второй лазер;
9 - первый объектив (отрицательная линза) второго коллиматора;
10 - второй объектив второго коллиматора.
1
2
Устройство для опознавания объекта в когерентном свете, реализующее предлагаемый способ, содержит оптически связанные первый лазер 1, первый объектив 2 и второй объектив 3 первого коллиматора, формирующие световой пучок с длиной волны λ и установленные вдоль оптической оси первого коллиматора. Устройство также содержит зеркало 4 с отражающим покрытием 5, оптически связанные второй лазер 8, первый объектив 9 и второй объектив 10 второго коллиматора, формирующие световой пучок с длиной волны λ.
Оптическая ось второго коллиматора составляет угол 90° с оптической осью первого коллиматора и проходит через центр зеркала 4.
Зеркало 4 с отражающим покрытием 5 расположено за вторым объективом первого коллиматора под углом к оптической оси.
Отражающее покрытие 5 зеркала 4 обращено в противоположную сторону относительно второго объектива первого коллиматора.
0
1
0
В зеркале 4 выполнено отверстие 6 диаметром ∅, сквозь которое проходит световой пучок с длиной волны λ первого коллиматора. Диаметр ∅ определяет внутренний диаметр светового пучка второго коллиматора после отражения его от покрытия 5 зеркала 4.
п
0
0
Диаметр ∅ светового пучка на выходе второго коллиматора определяется диаметром отверстия ∅ зеркала и составляет величину, равную 1,5∅.
1
2
1
2
Зеркало 4 и второй коллиматор установлены с возможностью совмещения оптических осей первого и второго коллиматоров, начиная от точки их пересечения, обеспечивая возможность однонаправленного распространения когерентных световых пучков W и W с длинами волн, соответственно λ и λ, для опознавания объекта в зоне 7.
Сущность предлагаемого способа опознавания объекта в когерентном свете состоит в следующем.
1
1
1
1
1
1
Когерентное излучение от первого лазера 1, излучающего световой поток на длине волны λ, равной 632 нм (зеленый свет), поступает в первый коллиматор, состоящий из объективов 2 и 3. На выходе первого коллиматора формируется пучок параллельных световых лучей W диаметром ∅. Затем световой пучок W пропускают через отверстие 6, выполненное в зеркале 4, и далее световой пучок W с длиной волны λ достигает зоны 7 опознавания объекта. Зеркало 4 с отверстием 6 устанавливают под углом 45° к оптической оси первого коллиматора.
1
1
0
0
1
1
1
1
При диаметре ∅ светового пучка W диаметр ∅ отверстия 6 зеркала 4, устанавливаемого под углом α, равным 45°, будет определяться формулой ∅=∅/cosα, где α - угол наклона зеркала 4 к оптической оси. При нахождении опознаваемого объекта в зоне 7 на его поверхности наблюдают сечение («пятно») пучка W диаметром ∅ зеленого света, соответствующего длине волны λ.
2
2
п
2
2
2
п
0
Далее когерентное излучение второго лазера 8, излучающего на длине волны λ, направляют во второй коллиматор, состоящий из первого 9 и второго 10 объективов, формирующий световой пучок W диаметром ∅. Затем световой пучок W с длиной волны λ направляют на отражающее покрытие 5 зеркала 4. После отражения светового пучка W от зеркала 4 пучок приобретает форму светящегося кольца. Наружный диаметр светящегося кольца определяется световым диаметром ∅ второго объектива второго коллиматора, а внутренний диаметр - диаметром ∅ отверстия 6 зеркала 4.
2
1
2
2
2
Направление распространения отраженного светового пучка W совпадает с направлением распространения пучка W, так как оптические оси первого и второго коллиматоров совпадают друг с другом, начиная от точки их пересечения. При достижении световым пучком W зоны 7 опознавания, на объекте наблюдают сечение пучка в форме светящегося кольца, свет которого соответствует длине волны λ. Если длину волны λ выбрать равной 670 нм, то светящееся кольцо будет красного света.
1
1
2
2
1
2
1
2
Поскольку световые пучки W с длиной волны λ и W с длиной волны λ имеют однонаправленное распространение, то на опознаваемом объекте в зоне 7 наблюдают сечение светового пучка, показанное на фиг. 2. На фиг.2 внутреннее пятно (горизонтальная штриховка) соответствует зеленой области излучения λ, наружное сечение - красной области излучения λ (вертикальная штриховка). Следовательно, за счет этого достигают возможность однонаправленного опознавания объекта в когерентных световых пучках с длинами волн λ и λ.
1
2
С помощью предлагаемого способа имеется возможность проводить опознавание объекта последовательно во времени как на длине волны λ, так и на длине волны λ в зависимости от поставленной задачи.
В предлагаемом способе в качестве первого лазера 1 используют лазер, излучающий в инфракрасной области спектра. В предлагаемом способе используют объективы 2 и 3 первого коллиматора, изготовленные из оптического материала, прозрачного в инфракрасной области длин волн.
2
2
1
1
Световой пучок W с длиной волны λ видимой области выполняет роль реперного пучка, по которому осуществляют «привязку» к зоне опознавания, а посредством светового пучка инфракрасного излучения W с длиной волны λ выполняют опознавание собственно объекта в зоне 7.
Таким образом, создан способ, позволяющий расширить технологические возможности при опознавании объекта в когерентном свете для решения различных практических задач.
Посредством предлагаемого способа появляется возможность проводить опознавание объекта в разных областях видимого диапазона длин волн, а также в сочетании инфракрасной и видимой областей спектра, что существенно расширяет практические возможности способа опознавания объекта.