УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ СВЕТОВОГО ЛУЧА Российский патент 1995 года по МПК G01C15/00 

Изобретение относится к оптической локации, в частности к конструкциям оптических дальномеров, основанных на использовании импульсных лазеров, и направлено на дальнейшее совершенствование известных конструкций лазерных дальномеров, применяемых в указанной области.

Предлагаемое согласно изобретению устройство для ориентации светового луча найдет применение в лазерных дальномерах, используемых, например, при проведении высокоточных линейных измерений в авиации, геофизике, геодезии и других областях науки и техники.

Известны различные конструктивные исполнения устройств для ориентации светового луча в лазерных дальномерах [1], [2].

В известных оптических дальномерных устройствах, выполненных на импульсных лазерах, обычно возникает необходимость за короткий промежуток времени переориентировать ось дальнометрирования на другое направление или быстро изменить расходимость выходящего излучения (например, при варианте активного подсвечивания объекта в ночное время), или то и другое одновременно.

В известных конструкциях лазерных дальномеров для изменения направления излучения и приема отраженного сигнала дальномера или изменения расходимости излучения применяют оптические элементы - зеркала, телескопические насадки и прочее, управляемые сервоприводами.

При таком конструктивном исполнении система ориентации светового луча имеет большие постоянные времени, громоздка, имеет большие весогабаритные характеристики.

Ближайшим к изобретению аналогом по числу совпадающих существенных признаков является устройство для ориентирования светового луча, описанное в [3].

Известное устройство для ориентации светового луча содержит установленную в корпусе по ходу луча приемно-передающую оптическую систему, выполненную в виде двух кювет с оптически прозрачным дном и жидкостью с равными коэффициентами преломления и систему преломления светового луча, включающую пентапризму и коллиматор, на который соосно с ним может быть установлена поворотная головка с пентапризмой для разворота луча в вертикальной плоскости.

Названное устройство не лишено отмеченных выше недостатков и имеет ограниченный диапазон использования (например, для монтажа технологической оснастки и оборудования).

Предлагаемое устройство для ориентирования светового луча исключает указанные недостатки. Это достигается новым конструктивным исполнением устройства и новой взаимосвязью (взаимным расположением) его функциональных элементов.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве, содержащем установленные в корпусе по ходу луча выходной призматический блок и систему преломления светового луча, предусмотрены следующие особенности конструктивного исполнения и взаимосвязи его функциональных элементов: выходной призматический блок смонтирован на поворотном валу в корпусе ротора и выполнен в виде двух пар призм и обтюратора, причем призмы каждой пары соединены между собой гипотенузными гранями с воздушной прослойкой между ними; система преломления светового луча выполнена в виде, например, неравномерно размещенных по окружности корпуса, трех оптических блоков, каждый из которых включает призму и пару линз с размещенной между ними полевой диафрагмой; одна пара призм призматического блока размещена по оси вращения ротора, а вторая смещена относительно его оси на расстояние, обеспечивающее совпадение проходящего через нее светового луча с соответствующей ей призмой системы преломления при повороте ротора; устройство снабжено размещенными на корпусе и роторе датчиками положения призм призматического блока.

На фиг.1 - принципиальная схема устройства; на фиг.2 - устройство в разрезе, общий вид; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4, 5 - положения функциональных элементов устройства при изменении ориентации светового луча.

Предлагаемое устройство для ориентирования светового луча содержит корпус 1, в котором на опорах качения установлен вращающийся от привода (не показан) ротор 2, несущий смонтированный на нем выходной призматический блок, включающий две пары призм 3-4 и 5-6 и обтюратор 7. Призмы каждой пары соединены между собой гипотенузными гранями с воздушной прослойкой 8 между ними, обеспечивающей эффект полного внутреннего отражения светового луча при определенных углах.

На корпусе 1 размещена система преломления светового луча, выполненная в виде трех расположенных в горизонтальной плоскости на неравных угловых расстояниях друг от друга оптических блоков 9, каждый из которых включает призму 10 и пару линз 11 с размещенной между ними полевой диафрагмой 12.

Особенностью конструктивного исполнения устройства является то, что одна из плоскостей воздушной прослойки 8 пары призм 3, 4 призматического блока размещена по оси вращения ротора 2, а вторая пара 5, 6 смещена относительно его оси на расстояние l (см. на фиг.3), обеспечивающее совпадение проходящего через нее светового луча с соответствующей ей призмой 10 системы преломления светового луча при повороте ротора 2 (см. на фиг.4 и 5).

Для автоматизации процессов моментов излучения и приема отраженного светового сигнала на корпусе 1 и роторе 2 смонтированы датчики 13 и 14 углового положения выходного призматического блока относительно корпуса 1, определяющие положения соответствующей пары призм 3, 4 или 5, 6.

При вращении ротора 2 (в направлении, обозначенном стрелкой на фиг.3-5) обеспечивается последовательное распределение направления импульсного излучения (например, лазерного) и последовательный прием светового луча с каждого направления отраженного излучения через то же выходное отверстие, причем поворот ротора 2 с призмами 3-6 на угол, определяемый полным срезанием принимаемого отраженного излучения размерами катечной грани указанных призм, дает возможность в течение этого времени принимать это же отраженное излучение, синхронизация которого обеспечивается датчиками 13 и 14 положения призм выходного призматического блока.

Время переключения светового луча определяется угловой скоростью вращения ротора (например, при 24000 об/мин время переключения составляет 0,6˙10^-3 с). В каждом направлении светового луча возможно применение своей телескопической насадки, что дает такое же время переключения по величине расходимости выходящего излучения.

Технико-экономическая эффективность изобретения обусловлена расширением эксплуатационных возможностей и снижением весогабаритных характеристик предлагаемого устройства.

Использование: в лазерных дальномерах. Сущность изобретения: устройство для ориентирования светового луча содержит преломляющую систему, выполненную в виде трех расположенных в горизонтальной плоскости на неравных угловых расстояниях друг от друга оптических блоков, каждый из которых содержит две линзы с размещенной между ними полевой диаграфмой и призму, выходной призматический блок, который выполнен с возможностью разворота относительно вертикальной оси корпуса, и датчики углового положения выходного призматического блока , выходной призматический блок выполнен в виде двух пар призм и обтюратора. Призмы в каждой паре соединены между собой гипотенузными гранями с образованием воздушной прослойки между ними. Каждая из плоскостей воздушных прослоек расположена вертикально, а одна из них проходит через вертикальную ось корпуса. Призма выходного призматического блока установлена с возможностью оптического сопряжения с выходным призматическим блоком. 5 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ СВЕТОВОГО ЛУЧА, содержащее последовательно расположенные преломляющую систему и выходной призматический блок, выполненный с возможностью разворота относительно вертикальной оси корпуса, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками углового положения выходного призматического блока, преломляющая система выполнена в виде трех расположенных в горизонтальной плоскости на неравных угловых расстояниях один от другого оптических блоков, каждый из которых включает в себя две линзы с размещенной между ними полевой диафрагмой и призму, установленную с возможностью оптического сопряжения с выходным призматическим блоком, выполненным в виде двух пар призм и обтюратора, причем призмы в каждой паре соединены между собой гипотенузными гранями с образованием воздушной прослойки между ними, каждая из плоскостей воздушных прослоек расположена вертикально, а одна из них проходит через вертикальную ось корпуса.