ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР Российский патент 2009 года по МПК G01C3/08 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.

Известен лазерный дальномер, содержащий передающее и приемное устройства [1]. Приемное устройство такого дальномера содержит приемник и объектив приемника, а передающее устройство - лазерный полупроводниковый излучатель (лазерный диод) и объектив излучателя, причем излучающая площадка излучателя расположена в фокальной плоскости объектива излучателя. Недостатком этого лазерного дальномера является низкая энергия выходного лазерного излучения, ограничиваемая энергетическими характеристиками лазерного излучателя (стойкостью излучающего перехода лазерного диода).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лазерный дальномер, описанный в [2]. Этот лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора. Оптический сумматор выполнен в виде поляризационного светоделительного кубика, а оптические оси лазерных излучателей расположены перпендикулярно его смежным граням и взаимно перпендикулярны между собой.

При таком построении оптического сумматора лазерные излучатели разнесены относительно друг друга, что усложняет конструкцию лазерного дальномера, увеличивает его габариты и затрудняет сопряжение оптических осей лазерных излучателей.

Задачей изобретения является обеспечение минимальных габаритов устройства при использовании двух лазерных излучателей.

Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны, причем толщина двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины определяется по формуле:

h=α/tgβ,

где h - толщина пластины;

α - расстояние между оптическими осями лазерных излучателей;

β - угол преломления необыкновенного луча.

В частности, каждый лазерный излучатель может быть выполнен в виде полупроводникового лазерного диода, излучающая площадка которого представляет собой р-n переход, параллельно которому введена цилиндрическая линза. Это обеспечивает дополнительное сокращение габаритов передающего устройства.

Лазерные диоды могут быть выполнены в единой кристаллической структуре или микросборке. В этом случае излучающие площадки целесообразно располагать параллельно. Для обеспечения взаимной перпендикулярности направления поляризации излучаемых пучков перед одной из них введена полуволновая пластина.

Тесное взаимное расположение лазерных излучателей позволяет конструктивно построить передающее устройство практически без увеличения габаритов, что существенно для портативных приборов. Вместе с тем, благодаря использованию двух лазерных излучателей вдвое возрастает энергия зондирующего излучения, что обеспечивает существенное повышение дальности действия лазерного дальномера.

На фиг.1 представлена блок-схема лазерного дальномера. На фиг.2 и 3 показаны варианты взаимного расположения лазерных излучателей и оптических элементов передающего устройства.

Лазерный дальномер (фиг.1) содержит передающее устройство 1, приемное устройство 2 и блок управления и обработки данных 3. Передающее устройство 1 состоит из двух лазерных излучателей 4 и 5, подключенных к оптическому сумматору 6, за которым установлен объектив 7. Приемное устройство 2 включает последовательно установленные объектив 8 и фотоприемное устройство 9. Входы лазерных излучателей 4, 5 и выход фотоприемного устройства 9 связаны с блоком управления и обработки данных 3.

Передающее устройство (фиг.2) содержит два излучателя 4 и 5, излучающие площадки которых (р-n переходы лазерных диодов) расположены взаимно перпендикулярно. Перед ними установлены цилиндрические линзы 10 и 11, параллельно направляющие оси пучков лазерного излучения на двулучепреломляющую плоскопараллельную пластину 12, после которой лазерное излучение поступает на объектив 7 передающего устройства 1. Чтобы произошло совмещение пучков лазерного излучения, толщина АВ=h (фиг.2) двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины 12 должна обеспечивать схождение оптических осей лазерных излучателей в точке А выходной грани пластины 12. Из фиг.2 следует, что для этого должно соблюдаться условие h=α/tgβ, где

h=АВ - толщина пластины;

α=ВС - расстояние между оптическими осями лазерных излучателей;

β - угол преломления необыкновенного луча.

В другом варианте построения передающего устройства (фиг.3) излучающие площадки расположены параллельно. Перед лазерным излучателем 4 установлена полуволновая пластина 13.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении управляющего сигнала от блока управления и обработки данных 3 лазерные излучатели 4 и 5 одновременно излучают лазерные импульсы, причем, благодаря взаимно перпендикулярной ориентации излучающих площадок (фиг.2) направления поляризации пучков выходного излучения также перпендикулярны. Пучок излучения от лазерного излучателя 4 распространяется в двулучепреломляющей плоскопараллельной пластине 12 в направлении обыкновенного луча. Пучок излучения от лазерного излучателя 5 с ортогональным направлением поляризации распространяется в двулучепреломляющей плоскопараллельной пластине в 12 направлении необыкновенного луча. При параллельном расположении излучающих площадок поворот плоскости поляризации одного из лазерных пучков на 90° осуществляется с помощью полуволновой пластины 13 (фиг.3). На выходе двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины 12 пучки лазерного излучения совмещаются и через объектив 7 передающего устройства 1 направляются на цель. Отраженное целью излучение через объектив 8 приемного устройства 2 фокусируется на чувствительной площадке фотоприемного устройства 9, на выходе которого формируется электрический импульс, поступающий на блок управления и обработки данных 3, где по задержке между переданным и принятым импульсами определяется дальность до цели.

Благодаря использованию двух лазерных излучателей вдвое возрастает энергия зондирующего излучения, что обеспечивает существенное повышение дальности действия лазерного дальномера.

Тесное взаимное расположение лазерных излучателей позволяет конструктивно построить передающее устройство компактно, практически без увеличения габаритов.

Указанные преимущества обеспечивают высокую максимальную дальность действия дальномера при минимальных габаритах устройства, что существенно для портативных приборов.

Источники информации

1. Патент США №5221956 от 22 июня 1993 г., кл. США 356/28.

2. Патент США №6714285 от 30 марта 2004 г., кл. США 356/4.01 - прототип.

Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора. Оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины. Лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны. Толщина двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины определяется по формуле: h=α/tgβ, где h - толщина пластины; α - расстояние между оптическими осями лазерных излучателей; β - угол преломления необыкновенного луча. Каждый лазерный излучатель выполнен в виде полупроводникового лазерного диода, излучающая площадка которого представляет собой р-n переход, параллельно которому введена цилиндрическая линза. Технический результат - обеспечение минимальных габаритов устройства при использовании двух лазерных излучателей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Лазерный дальномер, содержащий приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив и два лазерных излучателя, выходные пучки излучения которых поляризованы и совмещены с помощью оптического сумматора, отличающийся тем, что оптический сумматор выполнен в виде двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины, лазерные излучатели расположены со стороны одной из ее граней так, чтобы их оптические оси были параллельны, а плоскости поляризации лазерного излучения взаимно перпендикулярны, причем толщина двулучепреломляющей плоскопараллельной пластины определяется по формуле
h=α/tgβ,
где h - толщина пластины;
α - расстояние между оптическими осями лазерных излучателей;
β - угол преломления необыкновенного луча.

2. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что каждый лазерный излучатель выполнен в виде полупроводникового лазерного диода, излучающая площадка которого представляет собой р-n переход, параллельно которому введена цилиндрическая линза.

3. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что каждый лазерный излучатель выполнен в виде полупроводникового лазерного диода, излучающие площадки этих лазерных диодов размещены параллельно, а перед одной из них введена полуволновая пластина.