ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕЛЕУКАЗАТЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК G02B27/20 

Изобретение относится к аппаратуре для лазерного целеуказания и дальнометрии.

Известны лазерные целеуказатели [Волков В.Г. Лазерные осветители и целеуказатели для приборов ночного видения // Специальная техника, 2002. №2. С.2], в которых формируется пучок лазерного излучения, направляемый на объект. Пятно лазерного излучения на фоне объекта наблюдается через прибор ночного видения, с помощью наблюдательного оптического прибора или визуально.

Разновидностями данного устройства являются лазерные указки [Патент РФ №107867 МКИ G02B 27/20, дата публикации 27.08.2011], лазерные передатчики для стрелкового оружия [Патент РФ №2126125 МКИ F41A 33/02, дата публикации 10.02.1999] и целеуказатели (называемые также подсветчиками) для наведения управляемых устройств [Патент РФ №2269093, МПК G01C 3/00, дата публикации 27.01.2006]. Перечисленные выше устройства обеспечивают формирование в плоскости объекта пятна лазерного излучения, отличия между устройствами заключаются в типах и параметрах используемых лазеров, а также в схемном построении и конструктивном исполнении аппаратуры.

Наиболее близким аналогом к заявляемому решению является лазерная станция подсвета и дальнометрирования «Причал» [Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. Том XI. Оптико-электронные системы и лазерная техника. М.: Издательский дом «Оружие и технологии». 2005. С.323]. Эта станция предназначена для лазерного подсвета целей для наведения управляемых устройств и измерения дальности до целей и имеет каналы: лазерный дальномер и лазерный подсветчик. Понятие «канал» определяет функциональное устройство, обеспечивающее выполнение определенных функций, в данном случае, соответственно, измерение расстояния и целеуказание. В каждый канал входят лазер (он может быть общим для двух каналов), фотоприемник (в канале дальномера), оптические элементы, источники питания и другие узлы.

Известно, что лазерное излучение представляет вредный и опасный для человека фактор [ГОСТ 12.1.040-83. Лазерная безопасность. Общие положения], нормативными документами установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения при воздействии на глаза и кожу человека. В России таким документом являются [Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров, утвержденные Главным государственным санитарным врачом СССР 31.07.1991, №5804-91]. Значение ПДУ, зависящее от длины волны излучения и режима работы лазера, определяется как плотность мощности (для непрерывного лазерного излучения, либо импульсного лазерного излучения при длительности импульса менее 10^-9 с) или плотность энергии (для импульсного лазерного излучения при длительности импульса более 10^-9 с) в зоне возможного воздействия лазерного излучения на человека.

При эксплуатации лазерной станции подсвета и дальнометрирования, а также других систем, в которых формируются пучки лазерного излучения, направленные на объекты, не исключена возможность облучения лазерным излучением человека, находящегося в зоне облучаемого объекта.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является автоматическая подстройка уровня мощности (энергии) лазерного целеуказателя в зависимости от расстояния до цели, на которую направлен пучок лазерного излучения.

Технический результат заключается в поддержании в зоне облучаемого объекта плотности мощности (энергии) лазерного излучения, не превышающей ПДУ, для обеспечения безопасности людей, если они находятся в указанной зоне.

Указанный технический результат достигается с помощью лазерного целеуказателя, содержащего канал лазерного целеуказания, электронную аппаратуру управления мощностью / энергией лазера канала лазерного целеуказания и канал лазерного дальнометрирования. Каналы лазерного целеуказания и дальнометрирования конструктивно выполнены таким образом, что оси пучков лазерного излучения параллельны между собой. Выход канала лазерного дальнометрирования соединен с входом электронной аппаратуры управления мощностью / энергией лазера канала лазерного целеуказания. Выход электронной аппаратуры управления мощностью / энергией лазера канала лазерного целеуказания соединен с входом канала лазерного целеуказания. Электронной аппаратурой управления мощностью / энергией лазера канала лазерного целеуказания, при обработке сигнала, поступившего из канала лазерного дальнометрирования, обеспечивается выполнение условий в зоне облучаемого объекта: для непрерывного лазерного излучения либо импульсного лазерного изучения при длительности импульса менее 10^-9 с максимальное значение плотности мощности лазерного излучения канала лазерного целеуказания не превышает предельно допустимый уровень плотности мощности лазерного излучения, а для импульсного лазерного изучения при длительности импульса более 10^-9 с максимальное значение плотности энергии лазерного излучения канала лазерного целеуказания не превышает предельно допустимый уровень плотности энергии лазерного излучения.

Как известно из уровня техники, в каждый канал входят лазер (он может быть общим для двух каналов), фотоприемник (в канале дальнометрирования), оптические элементы, источники питания и другие узлы.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, фиг.2 поясняет формирование пучка лазерного излучения.

Лазерный целеуказатель (фиг.1) содержит канал лазерного целеуказания 1, электронную аппаратуру 2 управления мощностью / энергией лазера канала лазерного целеуказания и канал лазерного дальнометрирования 3. Каналы лазерного целеуказания 1 и дальнометрирования 3 конструктивно выполнены таким образом, что оси пучков лазерного излучения параллельны между собой. Выход канала лазерного дальнометрирования 3 соединен с входом электронной аппаратуры 2 управления мощностью / энергией лазера канала лазерного целеуказания. Выход электронной аппаратуры 2 управления мощностью / энергией лазера канала лазерного целеуказания, которая обеспечивает необходимую мощность канала лазерного целеуказания 1 на его выходе, в зависимости от расстояния до объекта L, измеренного каналом дальнометрирования 3. Выход электронной аппаратуры 2 управления мощностью / энергией лазера канала лазерного целеуказания соединен с входом канала лазерного целеуказания 1.

На фиг.2 пунктиром показаны границы пучка лазерного излучения канала лазерного целеуказания 1, штриховкой - сечения пучка излучения на выходе указанного канала, а также в зоне облучаемого объекта. Под зоной облучаемого объекта подразумевается плоскость, перпендикулярная оси пучка канала лазерного целеуказания и соприкасающаяся с ближайшей к ней точкой объекта.

В качестве примера можно рассмотреть осесимметричное и однородное распределение плотности мощности лазерного излучения по сечению пучка. Обычно линейные размеры сечения пучка лазерного излучения в зоне облучаемого объекта (координаты х', у') существенно превышают размеры сечения пучка на выходе целеуказателя (координаты х, у).

В этом случае: $${\overline{p}}_{об}{}_{.}\cong \frac{P_{ц}\cdot k_{атм.}}{\pi \cdot L^2\cdot {(tg\frac{\alpha }{2})}^2},\text{ (1)}$$

где $${\overline{p}}_{об.}$$ - усредненная по сечению пучка плотность мощности лазерного излучения в зоне облучаемого объекта;

P_ц - мощность лазерного излучения на выходе канала лазерного целеуказания;

L - расстояние от целеуказателя до зоны облучаемого объекта;

K_атм. - коэффициент ослабления лазерного излучения слоем атмосферы;

α - расходимость пучка лазерного излучения.

Информация о значении параметра k_атм. может быть получена путем визуальной оценки, с помощью прибора для измерения видимости, или другим способом [Шаронов В.В. Наблюдение и видимость. М.: Военное издательство Министерства обороны. 1953].

Из формулы (1) очевидно, что при наличии информации o L, α и k_атм. может быть однозначно определена плотность мощности лазерного излучения в зоне облучаемого объекта.

Распределение плотности мощности лазерного излучения по сечению пучка может быть неосесимметричным и неоднородным, при этом справедлива обобщенная формула:

$${\overline{p}}_{об.макс.}\cong \frac{P_{ц}\cdot k_{атм.}\cdot k_{н}}{S(L)},\text{ (2)}$$

где p_{об.макс.} - максимальная плотность мощности лазерного излучения в зоне облучаемого объекта;

k_н - коэффициент неоднородности плотности мощности лазерного излучения по сечению пучка;

S(L) - площадь сечения пучка лазерного излучения в зоне облучаемого объекта.

Для конкретного лазерного целеуказателя параметр k_н и функциональная зависимость S(L) априорно известны, поэтому можно вычислить параметр p _{об.макс.}

Очевидно, что в формулах (1, 2) параметры P_ц, $${\overline{p}}_{об.}$$ и p_{об.макс.} могут быть заменены на аналогичные параметры для энергии и плотностей энергии лазерного излучения.

В электронную аппаратуру управления мощностью (энергией) лазера канала лазерного целеуказания в виде электрических сигналов вводится информация о S(L), k_атм., k_н, а с канала лазерного дальнометрирования поступает сигнал, пропорциональный L. Указанная аппаратура автоматически обеспечивает вычисление значения параметра P_ц, при котором выполняется условие

$${\text{p}}_{\text{об}\text{.макс}\text{.}}=p_{ПДУ}\text{. (3)}$$

где р_ПДУ - предельно допустимый уровень мощности лазерного излучения, определенный в соответствии с Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров, утвержденными 31.07.1991, №5804-91.

В результате вычисления по формулам (2, 3) в электронной аппаратуре управления мощностью (энергией) лазера канала лазерного целеуказания устанавливается значение Р_ц, ограничивающее мощность излучения лазера канала лазерного целеуказания.

Если при вычислении по формулам (2, 3) значение мощности лазерного излучения превысит максимальную величину, определяемую параметрами лазера, то условие (3) примет вид:

$${\text{p}}_{\text{об}\text{.макс}\text{.}}\le p_{ПДУ},\text{ (4)}$$

В качестве канала лазерного целеуказания может быть использован, например, лазерный целеуказатель-дальномер. Канал лазерного дальнометрирования, в котором при эксплуатации плотность энергии лазерного излучения не превышает ПДУ, рассмотрен, например, в статье [Абрамов А.И. и др. Разработка лазерных дальномеров-биноклей на Красногорском заводе им. С.А.Зверева // Оптический журнал, 2009. №8. С.18-19]. Электронная аппаратура управления мощностью (энергией) лазера канала лазерного целеуказания может быть реализована на стандартной электронной элементной базе.

Лазерный целеуказатель работает следующим образом. После выбора объекта, на который предполагается направить пучок лазерного излучения, включается канал лазерного дальнометрирования и измеряется расстояние до объекта. Выбор объекта может производиться визуально, либо с помощью оптического наблюдательного прибора. Электрический сигнал с канала лазерного дальнометрирования, поступающий в электронную аппаратуру управления мощностью (энергией) канала лазерного целеуказания, устанавливает уровень максимальной мощности лазерного излучения. После этого включается лазер, входящий в канал лазерного целеуказания, и на объекте формируется пятно лазерного излучения. При этом плотность мощности (энергии) лазерного излучения в зоне облучаемого объекта не превысит уровень, при котором возможно вредное и опасное воздействие на человека лазерного излучения.

Таким образом, в результате предложенного решения решается задача подстройки уровня мощности лазерного целеуказателя в зависимости от расстояния до объекта, в результате чего достигается технический результат - поддержание в зоне облучаемого объекта плотности мощности (энергии) лазерного излучения, не превышающей ПДУ, при этом обеспечивается безопасность людей, если они находятся в указанном зоне.

Изобретение относится к аппаратуре для лазерного целеуказания и дальнометрии. Лазерный целеуказатель содержит канал лазерного целеуказания, электронную аппаратуру управления мощностью (энергией) лазера канала лазерного целеуказания и канал лазерного дальнометрирования. Каналы лазерного целеуказания и дальнометрирования конструктивно выполнены таким образом, что оси пучков лазерного излучения параллельны между собой. Выход канала лазерного дальнометрирования соединен с входом электронной аппаратуры управления мощностью (энергией) лазера канала лазерного целеуказания. Выход электронной аппаратуры управления мощностью (энергией) лазера канала лазерного целеуказания соединен с входом канала лазерного целеуказания. Электронная аппаратура управления мощностью (энергией) лазера канала лазерного целеуказания при обработке сигнала, поступившего из канала лазерного дальнометрирования, обеспечивает выполнение определенных условий: плотность мощности (энергии) лазерного излучения в зоне облучаемого объекта не превысит уровень, при котором возможно вредное и опасное воздействие на человека лазерного излучения. 2 ил.

Лазерный целеуказатель, содержащий каналы лазерного целеуказания и лазерного дальнометрирования, отличающийся тем, что в него введена электронная аппаратура управления, причем каналы лазерного целеуказания и дальнометрирования конструктивно выполнены таким образом, что оси пучков лазерного излучения параллельны между собой, выход канала лазерного дальнометрирования соединен с входом электронной аппаратуры управления, а выход электронной аппаратуры управления соединен с входом канала лазерного целеуказания, кроме того, электронной аппаратурой управления, при обработке сигнала, поступившего из канала лазерного дальнометрирования, обеспечено выполнение условий в зоне облучаемого объекта: для непрерывного лазерного излучения, либо импульсного лазерного излучения при длительности импульса менее 10^-9 с максимальное значение плотности мощности лазерного излучения канала лазерного целеуказания не превышает предельно допустимый уровень плотности мощности лазерного излучения, а для импульсного лазерного излучения при длительности импульса более 10^-9 с максимальное значение плотности энергии лазерного излучения канала лазерного целеуказания не превышает предельно допустимый уровень плотности энергии лазерного излучения.