СПОСОБ ИМИТАЦИИ ДАЛЬНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G01S7/48 G01C3/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим имитаторам дальности, и используется для проверки работы лазерного дальномера.

Известен геодезический способ и устройство проверки дальности по контрольным предметам на местности, требующий точного задания заранее известной дистанции (“Оптика в военном деле”, изд. Ленинград-Москва, 1934 г., стр.239, стр. 278).

Недостатком такого способа и устройства является необходимость наличия точно замеренных значительных (до нескольких километров) расстояний до контрольных меток на местности, что приводит к возможности его осуществления только в условиях полигона и стационарных установок. Кроме того, при этом способе необходимо учитывать влияние таких второстепенных факторов, как плотность воздуха, ветер и др.

Наиболее близкими к предлагаемому способу и устройству являются способ и устройство по заявке Великобритании №2141891 (МКИ 3 G 01 S 17/10, публ.03.01.1985 г. с приоритетом от 19.05.1983г.), имеющей патент-аналог ФРГ № OS 3418298 (МКИ G 01 S 7/48, публ. 13.12.1984 г.) и патент-аналог США №4627723 (МКИ G 01 C 3/08, 25/00, публ. 09.12.1986 г.), в которых используется волоконно-оптическая линия задержки световых пучков и оптические элементы, формирующие ряд эхо-импульсов, что позволяет проводить контрольные проверки работы дальномера на рабочем столе.

Способ включает в себя прием при помощи оптических элементов выходного пучка лучей от дальномера по одной оптической оси, передачу его на вход линии задержки, прохождение светового пучка по линии задержки в одном направлении, сбор с помощью оптических элементов, по меньшей мере, части каждого светового пучка, идущего с выхода линии задержки, и повторное направление указанной части светового пучка на вход линии задержки, при этом остальная часть каждого светового пучка на выходе линии задержки возвращается к дальномеру по второй оптической оси, параллельной первой, минуя границу раздела двух сред так, что для каждого выходного светового пучка, принимаемого от дальномера, вырабатывается серия последовательно задержанных обратных световых пучков, поступающих в дальномер. Эти задержанные обратные световые пучки соответствуют расстояниям, последовательно увеличивающимся на величину расстояния, определяемого линией задержки.

Устройство по этому способу содержит оптические элементы и линию задержки света, выполненную из оптического волокна с входным и выходным торцами. Оптические элементы представляют собой два объектива, расположенные на двух взаимно параллельных осях с соответствующими двумя ортогональными разделителями пучка, выполненными в виде двух плоскопараллельных пластин со светоделительными покрытиями, для приема и направления поступающих световых пучков.

Способ и устройство по указанному патенту Великобритании приняты за прототип.

Недостатком прототипа является значительный расход оптического волокна, длина которого равна двойному расстоянию до измеряемого предмета (что может составлять до нескольких десятков километров). К тому же, в результате потери энергии при приеме и направлении световых пучков на границе раздела двух сред (в данном случае на двух плоскопараллельных пластинах) уменьшается количество серий последовательно задержанных обратных световых пучков, что приводит к уменьшению максимального значения возможной измеряемой дальности.

В данном техническом решении ставится задача сокращения длины оптического волокна и увеличения максимального значения возможной измеряемой дальности.

Указанная задача достигается за счет того, что при осуществлении способа происходит прием и передача выходных световых пучков от излучателя лазерного дальномера в линию задержки, сбор с помощью оптических элементов, по меньшей мере, части каждого светового пучка, идущего с линии задержки, и повторное направление указанной части светового пучка в линию задержки так, что для каждого выходного светового пучка, принимаемого от лазерного излучателя дальномера вырабатывается серия последовательно задержанных обратных световых пучков, поступающих в приемный канал дальномера, при этом остальная часть каждого светового пучка на выходе с линии задержки возвращается в приемный канал дальномера.

Отличительные признаки предлагаемого способа от прототипа заключаются в размещении излучателя лазерного дальномера так, чтобы ось выходного пучка лучей от излучателя совпала с осью, проходящей через центр отверстия первого плоского зеркала, расположенного под углом α к выходному световому пучку излучателя, при этом выходные световые пучки от излучателя непосредственно направляют на линию задержки, прошедшие по линии задержки световые пучки собирают сферическим зеркалом и направляют в обратном направлении в линию задержки, при выходе из линии задержки пучок лучей, отраженный от первого плоского зеркала, при помощи объектива формируют в параллельный пучок лучей, часть которого, прошедшую через внеосевое отверстие второго плоского зеркала, направляют при помощи поворотного зеркала в приемный канал дальномера, а другую часть светового пучка, не прошедшую через внеосевое отверстие второго плоского зеркала и отразившуюся от него, формируют вновь объективом на линию задержки, после чего повторяют цикл прохождения светового пучка.

Для достижения указанных задач и осуществления способа устройство содержит излучатель и приемный канал лазерного дальномера, оптические элементы и линию задержки света, выполненную из оптического волокна.

В отличие от прототипа, оптические элементы включают плоское зеркало с центральным сквозным отверстием, сферическое зеркало, объектив, плоское зеркало с внеосевым отверстием и поворотное зеркало, при этом один торец линии задержки расположен в фокальной плоскости объектива на оси, проходящей через центр плоского зеркала с центральным сквозным отверстием, а другой торец линии задержки расположен в центре сферического зеркала, причем зеркало с центральным сквозным отверстием расположено под углом α к выходному световому пучку излучателя лазерного дальномера, а непосредственно за объективом размещено плоское зеркало с внеосевым отверстием, за которым перед приемным каналом лазерного дальномера расположено поворотное зеркало.

Уменьшение длины оптического волокна в два раза достигнуто за счет двойного прохождения световых импульсов через линию задержки, т.е. в прямом и обратном направлении.

Увеличение возможной измеряемой дальности достигается увеличением серии повторных импульсов за счет уменьшения потери световой энергии на границе раздела двух сред в результате сокращения количества границ раздела путем использования отверстий оптических элементов.

Сущность способа оптической имитации дальности и устройство для его осуществления поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена схема оптического имитатора дальности.

На фиг.2 представлена схема функционирования оптического имитатора дальности с лазерным дальномером.

Устройство оптического имитатора дальности содержит первое плоское зеркало 1 (фиг.1), имеющее в центре сквозное отверстие, линию задержки светового пучка 2, выполненную из оптического волокна с одним торцом и другим торцом, сферическое зеркало 3, объектив 4, второе плоское зеркало 5 с внеосевым отверстием и поворотное зеркало 6. Причем один торец линии задержки 2 расположен в фокальной плоскости объектива 4 на оси, проходящей через центр сквозного отверстия первого плоского зеркала 1, а другой торец линии задержки 2 расположен в центре сферического зеркала 3, при этом первое плоское зеркало 1 с центральным сквозным отверстием расположено под углом α к выходному пучку лучей дальномера, а за объективом размещено второе плоское зеркало 5 с внеосевым отверстием, за которым перед приемным каналом дальномера расположено поворотное зеркало 6.

Работа и принцип устройства оптического имитатора дальности поясняется схемой функционирования, представленной на фиг.2, и заключается в следующем.

При проверке расстояния, измеряемого лазерным дальномером, оптический имитатор дальности устанавливают так, чтобы ось выходного пучка лучей от излучателя 7 (фиг.2) лазерного дальномера совпала с осью, проходящей через центр отверстия первого плоского зеркала 1, при этом пучок лучей от излучателя 7 непосредственно попадает на первый торец линии задержки 2.

Прошедшие через линию задержки 2 световые пучки собираются сферическим зеркалом 3 и направляются на второй торец линии задержки 2 и второй раз проходят то же расстояние по линии задержки 2. При выходе пучка лучей из первого торца линии задержки 2 он отражается первым плоским зеркалом 1 и, при помощи объектива 4, формируется в параллельный пучок лучей, часть которого, прошедшая через внеосевое отверстие второго плоского зеркала 5, направляется поворотным зеркалом 6 в приемный канал 8 дальномера, а другая часть светового пучка, не прошедшая через внеосевое отверстие второго плоского зеркала 5 и отразившаяся от него, формируется вновь объективом 4 на первом торце линии задержки 2, после чего повторяется цикл прохождения светового пучка.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, к оптическим имитаторам дальности, используется для проверки работы лазерного дальномера. При проверке расстояния, измеряемого лазерным дальномером, оптический имитатор дальности устанавливают так, чтобы ось выходного пучка лучей от излучателя 7 лазерного дальномера совпала с осью, проходящей через центр отверстия первого плоского зеркала 1, при этом пучок лучей от излучателя 7 непосредственно попадает на первый торец линии задержки 2, прошедшие через линию задержки 2 световые пучки собираются сферическим зеркалом 3 и направляются на второй торец линии задержки 2 и второй раз проходят то же расстояние по линии задержки 2. При выходе пучка лучей из первого торца линии задержки 2 он отражается первым плоским зеркалом 1 и, при помощи объектива 4, формируется в параллельный пучок лучей, часть которого, прошедшая через внеосевое отверстие второго плоского зеркала 5, направляется поворотным зеркалом 6 в приемный канал 8 дальномера, а другая часть светового пучка, не прошедшая через внеосевое отверстие второго плоского зеркала 5 и отразившаяся от него, формируется вновь объективом 4 на первом торце линии задержки 2, после чего повторяется цикл прохождения светового пучка. Технический результат- сокращение длины оптического волокна и увеличение максимального значения возможной измеряемой дальности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ имитации дальности, включающий прием и передачу выходных световых пучков от излучателя лазерного дальномера в линию задержки, сбор с помощью оптических элементов, по меньшей мере, части каждого светового пучка, идущего с линии задержки, и повторное направление указанной части светового пучка в линию задержки так, что для каждого выходного светового пучка, принимаемого от лазерного излучателя дальномера, вырабатывается серия последовательно задержанных обратных световых пучков, поступающих в приемный канал дальномера, при этом остальная часть каждого светового пучка на выходе с линии задержки возвращается в приемный канал дальномера, отличающийся тем, что устанавливают излучатель лазерного дальномера так, чтобы ось выходного пучка лучей от излучателя совпала с осью, проходящей через центр отверстия первого плоского зеркала, расположенного под углом α к выходному световому пучку излучателя, при этом выходные световые пучки от излучателя непосредственно направляют на линию задержки, прошедшие по линии задержки световые пучки собирают сферическим зеркалом и направляют в обратном направлении в линию задержки, при выходе из линии задержки пучок лучей, отраженный от первого плоского зеркала при помощи объектива, формируют в параллельный пучок лучей, часть которого, прошедшую через внеосевое отверстие второго плоского зеркала, направляют при помощи поворотного зеркала в приемный канал дальномера, а другую часть светового пучка, не прошедшую через внеосевое отверстие второго плоского зеркала и отразившуюся от него, формируют вновь объективом на линию задержки, после чего повторяют цикл прохождения светового пучка.2. Устройство для имитации дальности, содержащее излучатель и приемный канал лазерного дальномера, оптические элементы и линию задержки света, выполненную из оптического волокна, отличающееся тем, что оптические элементы включают плоское зеркало с центральным сквозным отверстием, сферическое зеркало, объектив, плоское зеркало с внеосевым отверстием и поворотное зеркало, при этом один торец линии задержки расположен в фокальной плоскости объектива на оси, проходящей через центр плоского зеркала с центральным сквозным отверстием, а другой торец линии задержки расположен в центре сферического зеркала, причем зеркало с центральным сквозным отверстием расположено под углом α к выходному световому пучку излучателя лазерного дальномера, а непосредственно за объективом размещено плоское зеркало с внеосевым отверстием, за которым перед приемным каналом лазерного дальномера расположено поворотное зеркало.