СПОСОБ ОПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТА В КОГЕРЕНТНОМ СВЕТЕ Российский патент 2017 года по МПК G01B11/25 G02B27/30 

Изобретение относится к области оптического лазерного приборостроения и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности, в геодезии для привязки и ориентации на местности, при наведении теплового (инфракрасного) источника излучения на местности.

Известен способ опознавания объекта в когерентном свете (см. www.500mwlaser.ru) формирующего коллимированный световой пучок с длиной волны λ₁ коллимированного пучка с длиной волны λ₁ при помощи осветительной части, включающей лазер и коллиматор.

Известен также способ опознавания объекта (см. Патент №140575 от 09.04.2014 г. Бюл. №13, 2014 г., авт. Черных В.Т., Черных Г.С.) путем формирования когерентного пучка параллельных световых лучей с длиной волны λ₁ посредством коллиматора, состоящего из первого и второго объективов.

Наиболее близким решением является способ опознавания объекта (см. Патент №123136 от 20.12.2012 г. Бюл. №35, 2012 г., авт. Черных В.Т., Черных Г.С., Борисов А.Н., Тукшаитов Р.Х. - прототип) путем формирования коллимированного светового пучка с длиной волны λ₁ при помощи осветительной части, содержащей лазер и коллиматор, включающий первый и второй объективы, двух плоскопараллельных пластин, установленных в рабочей зоне, под равными, но противоположно направленными углами к оптической оси.

Недостатком известных способов, по мнению авторов, является узкий спектр технологических возможностей при опознавании объекта в когерентном свете, поскольку при их реализации используют только один спектральный диапазон длин волн видимой области спектра.

Однако на практике имеется целый ряд задач по опознаванию объектов в когерентном свете, для решения которых целесообразно использовать и другие спектральные области, например инфракрасный диапазон длин волн.

Задачей изобретения является разработка способа опознавания объекта в когерентном свете, в котором устранен указанный недостаток аналогов и прототипа.

Техническим результатом изобретения является расширение технологической возможности способа при опознавании объекта в когерентном свете за счет возможности обеспечения однонаправленного опознавания объекта в когерентных световых пучках с длинами волн λ₁ и λ₂.

Технический результат достигается тем, что в способе опознавания объекта в когерентном свете путем формирования первого светового пучка с длиной волны λ₁ с помощью первого коллиматора, включающего первый и второй объективы, согласно настоящему изобретению используют зеркало, снабженное отверстием со световым диаметром ∅₀ по его центру и отражающим слоем, обращенным в противоположную сторону от объектива первого коллиматора, причем зеркало устанавливают за вторым объективом под углом к оптической оси первого коллиматора с возможностью прохода сквозь отверстие зеркала светового пучка с длиной волны λ₁, формируют второй световой пучок с длиной волны λ₂ с помощью второго коллиматора, также включающего первый и второй объективы, оптическую ось которого направляют через геометрический центр зеркала с отверстием, при этом оптическая ось второго коллиматора образует угол 90° с оптической осью первого коллиматора, световой диаметр ∅_п второго коллиматора выбирают равным 1,5∅₀ диаметра отверстия зеркала, затем, начиная от точки пересечения оптических осей первого и второго коллиматоров, оптическую ось второго коллиматора совмещают с оптической осью первого коллиматора и осуществляют однонаправленное опознавание объекта в когерентных световых пучках с длинами волн λ₁ и λ₂, причем опознаваемый объект освещают световыми пучками с длинами волн λ₁ и λ₂ в момент времени t₁ и t₂ соответственно, разделенными друг от друга интервалом Δt. Опознаваемый объект освещают световыми пучками с длинами волн λ₁ и λ₂, причем световой пучок с длиной волны λ₁ используют в качестве репера на поверхности опознаваемого объекта, а световым пучком с длиной волны λ₂ воздействуют в импульсном режиме на указанную репером локальную зону опознаваемого объекта.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлена принципиальная схема оптической системы устройства для опознавания объекта в когерентном свете, реализующего предлагаемый способ. На фиг. 2 показано сечение Α-A на фиг. 1.

Цифрами на чертеже обозначены:

1 - первый лазер;

2 - первый объектив (отрицательная линза) первого коллиматора;

3 - второй объектив первого коллиматора;

4 - зеркало с отверстием;

5 - отражающий слой зеркала;

6 - отверстие зеркала;

7 - зона опознавания;

8 - второй лазер;

9 - первый объектив (отрицательная линза) второго коллиматора;

10 - второй объектив второго коллиматора.

Устройство для опознавания объекта в когерентном свете, реализующее предлагаемый способ, содержит оптически связанные первый лазер 1, первый объектив 2 и второй объектив 3 первого коллиматора, формирующие световой пучок с длиной волны λ₁ и установленные вдоль оптической оси первого коллиматора. Устройство также содержит зеркало 4 с отражающим покрытием 5, оптически связанные второй лазер 8, первый объектив 9 и второй объектив 10 второго коллиматора, формирующие световой пучок с длиной волны λ₂.

Оптическая ось второго коллиматора составляет угол 90° с оптической осью первого коллиматора и проходит через центр зеркала 4.

Зеркало 4 с отражающим покрытием 5 расположено за вторым объективом первого коллиматора под углом к оптической оси.

Отражающее покрытие 5 зеркала 4 обращено в противоположную сторону относительно второго объектива первого коллиматора.

В зеркале 4 выполнено отверстие 6 диаметром ∅₀, сквозь которое проходит световой пучок с длиной волны λ₁ первого коллиматора. Диаметр ∅₀ определяет внутренний диаметр светового пучка второго коллиматора после отражения его от покрытия 5 зеркала 4.

Диаметр ∅_п светового пучка на выходе второго коллиматора определяется диаметром отверстия ∅₀ зеркала и составляет величину, равную 1,5∅₀.

Зеркало 4 и второй коллиматор установлены с возможностью совмещения оптических осей первого и второго коллиматоров, начиная от точки их пересечения, обеспечивая возможность однонаправленного распространения когерентных световых пучков W₁ и W₂ с длинами волн, соответственно λ₁ и λ₂, для опознавания объекта в зоне 7.

Сущность предлагаемого способа опознавания объекта в когерентном свете состоит в следующем.

Когерентное излучение от первого лазера 1, излучающего световой поток на длине волны λ₁, равной 632 нм (зеленый свет), поступает в первый коллиматор, состоящий из объективов 2 и 3. На выходе первого коллиматора формируется пучок параллельных световых лучей W₁ диаметром ∅₁. Затем световой пучок W₁ пропускают через отверстие 6, выполненное в зеркале 4, и далее световой пучок W₁ с длиной волны λ₁ достигает зоны 7 опознавания объекта. Зеркало 4 с отверстием 6 устанавливают под углом 45° к оптической оси первого коллиматора.

При диаметре ∅₁ светового пучка W₁ диаметр ∅₀ отверстия 6 зеркала 4, устанавливаемого под углом α, равным 45°, будет определяться формулой ∅₀=∅₁/cosα, где α - угол наклона зеркала 4 к оптической оси. При нахождении опознаваемого объекта в зоне 7 на его поверхности наблюдают сечение («пятно») пучка W₁ диаметром ∅₁ зеленого света, соответствующего длине волны λ₁.

Далее когерентное излучение второго лазера 8, излучающего на длине волны λ₂, направляют во второй коллиматор, состоящий из первого 9 и второго 10 объективов, формирующий световой пучок W₂ диаметром ∅_п. Затем световой пучок W₂ с длиной волны λ₂ направляют на отражающее покрытие 5 зеркала 4. После отражения светового пучка W₂ от зеркала 4 пучок приобретает форму светящегося кольца. Наружный диаметр светящегося кольца определяется световым диаметром ∅_п второго объектива второго коллиматора, а внутренний диаметр - диаметром ∅₀ отверстия 6 зеркала 4.

Направление распространения отраженного светового пучка W₂ совпадает с направлением распространения пучка W₁, так как оптические оси первого и второго коллиматоров совпадают друг с другом, начиная от точки их пересечения. При достижении световым пучком W₂ зоны 7 опознавания, на объекте наблюдают сечение пучка в форме светящегося кольца, свет которого соответствует длине волны λ₂. Если длину волны λ₂ выбрать равной 670 нм, то светящееся кольцо будет красного света.

Поскольку световые пучки W₁ с длиной волны λ₁ и W₂ с длиной волны λ₂ имеют однонаправленное распространение, то на опознаваемом объекте в зоне 7 наблюдают сечение светового пучка, показанное на фиг. 2. На фиг.2 внутреннее пятно (горизонтальная штриховка) соответствует зеленой области излучения λ₁, наружное сечение - красной области излучения λ₂ (вертикальная штриховка). Следовательно, за счет этого достигают возможность однонаправленного опознавания объекта в когерентных световых пучках с длинами волн λ₁ и λ₂.

С помощью предлагаемого способа имеется возможность проводить опознавание объекта последовательно во времени как на длине волны λ₁, так и на длине волны λ₂ в зависимости от поставленной задачи.

В предлагаемом способе в качестве первого лазера 1 используют лазер, излучающий в инфракрасной области спектра. В предлагаемом способе используют объективы 2 и 3 первого коллиматора, изготовленные из оптического материала, прозрачного в инфракрасной области длин волн.

Световой пучок W₂ с длиной волны λ₂ видимой области выполняет роль реперного пучка, по которому осуществляют «привязку» к зоне опознавания, а посредством светового пучка инфракрасного излучения W₁ с длиной волны λ₁ выполняют опознавание собственно объекта в зоне 7.

Таким образом, создан способ, позволяющий расширить технологические возможности при опознавании объекта в когерентном свете для решения различных практических задач.

Посредством предлагаемого способа появляется возможность проводить опознавание объекта в разных областях видимого диапазона длин волн, а также в сочетании инфракрасной и видимой областей спектра, что существенно расширяет практические возможности способа опознавания объекта.

Изобретение может быть использовано для привязки и ориентации на местности при наведении теплового источника излучения на местности. Способ включает формирование первого и второго световых пучков с длинами волн λ₁ и λ₂ с помощью первого и второго коллиматоров, оптические оси которых образует угол 90°. Устанавливают зеркало, снабженное отверстием со световым диаметром по его центру и отражающим слоем, обращенным в противоположную сторону от первого коллиматора, за первым коллиматором под углом к его оптической оси с возможностью прохода сквозь отверстие зеркала светового пучка с длиной волны λ₁. Оптическую ось второго коллиматора направляют через геометрический центр зеркала с отверстием. Световой диаметр второго коллиматора выбирают равным диаметра отверстия зеркала. Начиная от точки пересечения оптических осей первого и второго коллиматоров их оптические оси совмещают и осуществляют однонаправленное опознавание объекта в когерентных световых пучках с длинами волн λ₁ и λ₂. Технический результат - возможность однонаправленного опознавания объекта в когерентных световых пучках с двумя разными длинами волн. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ опознавания объекта в когерентном свете путем формирования первого светового пучка с длиной волны λ₁ с помощью первого коллиматора, включающего первый и второй объективы, отличающийся тем, что используют зеркало, снабженное отверстием со световым диаметром по его центру и отражающим слоем, обращенным в противоположную сторону от объектива первого коллиматора, причем зеркало устанавливают за вторым объективом под углом к оптической оси первого коллиматора с возможностью прохода сквозь отверстие зеркала светового пучка с длиной волны λ₁, формируют второй световой пучок с длиной волны λ₂ с помощью второго коллиматора, также включающего первый и второй объективы, оптическую ось которого направляют через геометрический центр зеркала с отверстием, при этом оптическая ось второго коллиматора образует угол 90° с оптической осью первого коллиматора, световой диаметр второго коллиматора выбирают равным диаметра отверстия зеркала, затем, начиная от точки пересечения оптических осей первого и второго коллиматоров, оптическую ось второго коллиматора совмещают с оптической осью первого коллиматора и осуществляют однонаправленное опознавание объекта в когерентных световых пучках с длинами волн λ₁ и λ₂.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что опознаваемый объект освещают световыми пучками с длинами волн λ₁ и λ₂ в момент времени t₁ и t₂ соответственно, разделенными друг от друга интервалом Δt.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что опознаваемый объект освещают световыми пучками с длинами волн λ₁ и λ₂, причем световой пучок с длиной волны λ₁ используют в качестве репера на поверхности опознаваемого объекта, а световым пучком с длиной волны λ₂ воздействуют в импульсном режиме на указанную репером локальную зону опознаваемого объекта.