ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАССТОЯНИЙ Российский патент 2012 года по МПК G01S17/02 G01C3/08 

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

Известны лазерные измерители расстояний, содержащие приемный канал, включающий объектив и фотоприемное устройство, и параллельный ему передающий канал, включающий оптическую систему и лазерный излучатель [1].

Подобные устройства характеризуются наличием аппаратной функции (геометрического фактора) [2], характеризующей неполное перекрытие полей зрения приемного и передающего каналов. На малых дальностях эти поля не перекрываются, в результате чего образуется теневая зона, в пределах которой измерения дальности невозможны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является техническое решение, направленное на сокращение теневой зоны [3]. Этот лазерный измеритель расстояний содержит передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, причем передающий канал включает лазерный излучатель и передающую оптическую систему, приемный канал включает фотоприемное устройство и приемный объектив, а поля зрения передающего и приемного каналов перекрываются на дальности R₁, соответствующей протяженности теневой зоны, определяемой взаимным расположением передающего и приемного каналов. В этом измерителе расстояний база между передающим и приемным каналами сокращена, благодаря чему и обеспечивается укорочение теневой зоны.

Недостатком этого устройства является принципиальная невозможность сокращения теневой зоны до расстояний порядка нескольких сантиметров вследствие наличия элементов конструкции (оправы, бленды, светозащитные шторки и т.п), препятствующих дальнейшему сближению передающего и приемного каналов.

Задачей изобретения является уменьшение минимальной измеряемой дальности путем сокращения теневой зоны аппаратной функции.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном лазерном измерителе расстояний, содержащем передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, включающий лазерный излучатель и передающую оптическую систему, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, включающий фотоприемное устройство и приемный объектив, введен световод, входное отверстие которого расположено рядом с выходным отверстием оптической системы передающего канала, а его выходное отверстие направлено на чувствительную площадку фотоприемного устройства приемного канала, причем входная оптическая ось световода направлена под таким углом к оптической оси передающего канала, чтобы энергия излучения, отраженного от целей, расположенных в диапазоне дальностей от R₀ до R₁, поступающая на чувствительную площадку фотоприемного устройства, соответствовала порогу срабатывания последнего,

где R₀<R₁ - заданная минимальная измеряемая дальность;

R₁ - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются.

На фиг.1 представлена блок-схема лазерного измерителя расстояний. На фиг.2 - его функциональная схема. Фиг.3 поясняет характер аппаратной функции и ее теневой зоны. На фиг 4 показано пересечение полей зрения передающего, приемного и световодного каналов в сечении D картинной плоскости измерителя на расстоянии R₀<R<R₁.

Лазерный измеритель расстояний (фиг.1) содержит три оптических канала. Передающий канал 1 для формирования пучка зондирующего излучения включает лазерный излучатель 2 и передающую оптическую систему 3. Параллельный передающему приемный канал 4 для приема отраженного целью сигнала включает фотоприемное устройство 5 и приемный объектив 6. Третий оптический канал образован световодом 7, оптически связанным по выходу с фотоприемным устройством 5 и установленным так, чтобы на свой вход принимать излучение, отраженное от целей в заданном диапазоне дальностей.

На фиг.2 показана функциональная схема устройства. Входное отверстие световода 7 расположено рядом с выходным отверстием оптической системы 3 передающего канала, а его выходное отверстие направлено на чувствительную площадку фотоприемного устройства 5, причем входная оптическая ось световода направлена под таким углом β к оптической оси передающего канала, чтобы энергия излучения, отраженного от целей, расположенных в диапазоне дальностей от R₀ до R₁, поступающая на чувствительную площадку фотоприемного устройства, соответствовала порогу срабатывания последнего, где R₀<R₁ - заданная минимальная измеряемая дальность.

Устройство работает следующим образом.

При излучении зондирующего импульса с помощью лазерного излучателя 2 на выходе передающей оптической системы формируется расходящийся пучок излучения, образующий поле передающего канала (фиг.3). Отраженное целью излучение попадает в поле приемного канала и с помощью приемного объектива 6 фокусируется на чувствительной площадке фотоприемного устройства 5. Дальность до цели R определяют по известной зависимости [1] R=ct/2, где с - скорость света, t - время между моментом излучения зондирующего импульса и моментом срабатывания фотоприемного устройства от излучения, отраженного целью.

В дальней зоне при расстоянии до цели R>R₂ поля излучающего и приемного каналов полностью перекрываются, обеспечивая попадание на фотоприемное устройство достаточной для его срабатывания энергии излучения, отраженного целью.

На малых расстояниях до цели поля излучающего и приемного каналов перекрываются не полностью, а в теневой зоне при R<R₁ (фиг.3) вообще не перекрываются, что делает невозможным измерение при расстояниях до цели R<R₁.

Световод 7 формирует дополнительное поле α приемного канала, перекрывающееся с полем передающего канала на дальностях R₀<R<R₁ (фиг.4), и соответственно формирует дополнительную аппаратную функцию A₀(R), показанную на фиг.3 пунктиром.

Результирующая аппаратная функция A(R)=A₀(R)+A₁(R) предлагаемого устройства обеспечивает возможность измерения дальностей при расстояниях до цели R₀<R, причем R₀<R₁. Введение световода позволяет сократить теневую зону и соответственно минимальную измеряемую дальность с 5-30 м до 0,05-0,2 м.

Таким образом предлагаемый лазерный измеритель расстояний обеспечивает решение поставленной задачи - уменьшение минимальной измеряемой дальности путем сокращения теневой зоны аппаратной функции.

Источники информации

1. Ермаков Б.А., Возницкий М.В. Получение и обработка информации в импульсных лазерных дальномерах // Оптический журнал №10 (1993), - с.15-32.

2. С.А.Даничкин. Границы действия геометрического фактора лидара. IV Всесоюзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферы. Тезисы докладов. Томск, 1976, с.79-82.

3. Патент США №4737624 - прототип.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. В лазерный измеритель расстояний введен световод, входное отверстие которого расположено рядом с выходным отверстием оптической системы передающего канала, а его выходное отверстие направлено на чувствительную площадку фотоприемного устройства приемного канала. Входная оптическая ось световода направлена под таким углом к оптической оси передающего канала, чтобы энергия излучения, отраженного от целей, расположенных в диапазоне дальностей от R₀ до R₁, поступающая на чувствительную площадку фотоприемного устройства, соответствовала порогу срабатывания последнего, где R₀<R₁ - заданная минимальная измеряемая дальность; R₁ - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются. Технический результат состоит в уменьшении минимальной измеряемой дальности путем сокращения теневой зоны аппаратной функции. 4 ил.

Лазерный измеритель расстояний, содержащий передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, включающий лазерный излучатель и передающую оптическую систему, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, включающий фотоприемное устройство и приемный объектив, отличающийся тем, что введен световод, входное отверстие которого расположено рядом с выходным отверстием оптической системы передающего канала, а его выходное отверстие направлено на чувствительную площадку фотоприемного устройства приемного канала, причем входная оптическая ось световода направлена под таким углом к оптической оси передающего канала, чтобы энергия излучения, отраженного от целей, расположенных в диапазоне дальностей от R₀ до R₁, поступающая на чувствительную площадку фотоприемного устройства, соответствовала порогу срабатывания последнего, где R₀<R₁ - заданная минимальная измеряемая дальность; R₁ - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются.