RU166686U1

RU166686U1 - LASER RANGEFINDER

Info

Publication number: RU166686U1
Application number: RU2016130074/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Быков; Валерий Григорьевич Вильнер; Владислав Андреевич Прядеин; Андрей Георгиевич Садовой; Александр Иванович Текутов; Виктор Олегович Трубин
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2016-12-10

Abstract

1. Лазерный дальномер, содержащий излучающий канал, включающий лазер с оптической схемой формирования лазерного пучка, и приемный канал, включающий объектив, фотоприемное устройство и схему измерения дальности, отличающийся тем, что введен общий корпус с двумя раздельно герметизируемыми отсеками, в которых расположены излучающий и приемный каналы, в перегородке между отсеками введено герметизированное оптическое окно, внутренняя поверхность отсека излучающего канала имеет светорассеивающее покрытие, а в отсеке приемного канала напротив окна введен светоприемник, связанный со схемой измерения дальности.2. Лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве светоприемника введен светопровод, выход которого связан со входом фотоприемного устройства, подключенного к измерителю дальности.3. Лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве светоприемника введено второе фотоприемное устройство, выход которого связан с синхронизирующим входом схемы измерения дальности.4. Лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что оптическое окно выполнено в виде узкополосного оптического фильтра.5. Лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что входное отверстие светоприемника перекрывает площадь оптического окна.1. A laser rangefinder containing a radiating channel, including a laser with an optical scheme for generating a laser beam, and a receiving channel, including a lens, a photodetector and a range measuring circuit, characterized in that a common housing with two separately sealed compartments in which the radiating and receiving channels, a sealed optical window is introduced in the partition between the compartments, the inner surface of the compartment of the emitting channel has a light-scattering coating, and in the compartment of the receiving channel ive put the window light receiver associated with the measurement circuit dalnosti.2. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that a light guide is inserted as a light detector, the output of which is connected to the input of a photodetector connected to a range meter. 3. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that a second photodetector device is introduced as a light detector, the output of which is connected to the synchronizing input of the ranging circuit. 4. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that the optical window is made in the form of a narrow-band optical filter. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that the inlet of the light detector covers the area of the optical window.

Description

Полезная модель относится к лазерной технике, а именно к импульсным лазерным дальномерам.The utility model relates to laser technology, namely to pulsed laser rangefinders.

Известны лазерные дальномеры, содержащие излучающий канал и приемный канал [1, стр.176]. В таких дальномерах измерение дальности происходит путем измерения времени Т между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного целью сигнала с последующим определением дальности R по формуле R=сТ/2, где с - скорость света. Момент излучения задают с помощью схемы синхронизации, обладающей высокой погрешностью.Known laser rangefinders containing a radiating channel and a receiving channel [1, p.176]. In such rangefinders, the measurement of range occurs by measuring the time T between the moments of emission of the laser pulse and receiving the signal reflected by the target, followed by determining the range of R using the formula R = cT / 2, where c is the speed of light. The radiation moment is set using a synchronization circuit with a high error.

Этот недостаток устранен в лазерном дальномере с фиксацией лазерного зондирующего излучения в приемном канале. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является лазерный дальномер, описанный в [2, рис. 7]. Этот лазерный дальномер содержит излучающий канал, включающий лазер с оптической схемой формирования лазерного пучка, и приемный канал, включающий объектив и фотоприемное устройство, причем излучающий канал оптически связан с приемным каналом с помощью светоделителя, ответвляющего часть зондирующего лазерного пучка на второе фотоприемное устройство. По такой схеме построены, например, лазерные дальномеры LRF-2M [3] и LRM-E [4].This disadvantage is eliminated in the laser range finder with the fixation of laser probe radiation in the receiving channel. The closest in technical essence to the proposed technical solution is a laser rangefinder, described in [2, Fig. 7]. This laser range finder comprises a radiating channel including a laser with an optical laser beam-forming circuit, and a receiving channel including a lens and a photodetector, the radiating channel being optically coupled to the receiving channel by a beam splitter branching a portion of the probe laser beam to a second photodetector. According to such a scheme, for example, LRF-2M [3] and LRM-E [4] laser range finders were constructed.

Недостаток этого технического решения - раздельное конструктивное размещение излучающего и приемного каналов, при котором для обеспечения требований по надежности требуется введение внешнего защитного корпуса, что усложняет и утяжеляет конструкцию. При этом ответвление зондирующего лазерного излучения в приемный канал сопряжено с ошибкой временной фиксации момента излучения, что приводит к ошибке измерения дальности.The disadvantage of this technical solution is the separate structural arrangement of the emitting and receiving channels, in which the introduction of an external protective housing is required to ensure reliability requirements, which complicates and complicates the design. In this case, the branching of the probe laser radiation into the receiving channel is associated with an error in the temporal fixation of the radiation moment, which leads to a range measurement error.

Задачей настоящего технического решения является упрощение конструкции лазерного дальномера и повышение его надежности и точности.The objective of this technical solution is to simplify the design of the laser rangefinder and increase its reliability and accuracy.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем излучающий канал, включающий лазер с оптической схемой формирования лазерного пучка, и приемный канал, включающий объектив, фотоприемное устройство и схему измерения дальности, введен общий корпус с двумя раздельно герметизируемыми отсеками, в которых расположены излучающий и приемный каналы, в перегородке между отсеками введено герметизированное оптическое окно, внутренняя поверхность отсека излучающего канала имеет светорассеивающее покрытие, а в отсеке приемного канала напротив окна введен светоприемник, связанный со схемой измерения дальности.The problem is solved due to the fact that in the well-known laser rangefinder containing a radiating channel, including a laser with an optical scheme for generating a laser beam, and a receiving channel, including a lens, a photodetector and a range measuring circuit, a common housing with two separately sealed compartments is introduced into of which the emitting and receiving channels are located, a sealed optical window is introduced in the partition between the compartments, the inner surface of the emitting channel compartment has a light-diffusing coating and, in the compartment of the receiving channel opposite the window, a light detector is connected associated with the range measurement circuit.

В качестве светоприемника может быть введен светопровод, выход которого связан со входом фотоприемного устройства.A light guide can be introduced as a light receiver, the output of which is connected to the input of the photodetector.

В качестве светоприемника может быть введено второе фотоприемное устройство, выход которого связан с синхронизирующим входом схемы измерения дальности.As a light detector, a second photodetector can be introduced, the output of which is connected to the synchronizing input of the range measurement circuit.

Оптическое окно может быть выполнено в виде узкополосного оптического фильтра.The optical window can be made in the form of a narrow-band optical filter.

Входное отверстие светоприемника может полностью перекрывать площадь оптического окна.The inlet of the light detector can completely cover the area of the optical window.

На фиг. 1 представлена схема лазерного дальномера.In FIG. 1 shows a diagram of a laser rangefinder.

Лазерный дальномер включает общий корпус 1 с отсеком излучающего канала 2 и отсеком приемного канала 3. Излучающий канал содержит активный элемент 4 с источниками накачки 5 и 6, установленными у его противоположных торцов. На оптической оси активного элемента установлены зеркала резонатора 7 и 8, между которыми расположен модулятор добротности резонатора 9. За выходным зеркалом резонатора 8 установлена оптическая система излучающего канала 10, формирующая выходной пучок лазерного излучения. Приемный канал содержит приемную оптическую систему 11, зеркало 12 и фотоприемное устройство 13, выход которого связан со входом схемы измерения дальности 14. Между отсеками 2 и 3 введена перегородка 15 с оптическим окном 16, на выходе которого в в отсеке приемного канала 3 введен светоприемник 17 (второе фотоприемное устройство), выход которого связан с вторым входом схемы измерения дальности 14. Отсек канала излучателя 2 герметизирован, в том числе герметизированы выходная оптическая система 10 и окно 16.The laser range finder includes a common housing 1 with a compartment of a radiating channel 2 and a compartment of a receiving channel 3. The radiating channel contains an active element 4 with pump sources 5 and 6 installed at its opposite ends. On the optical axis of the active element, resonator mirrors 7 and 8 are installed, between which the Q-factor of the resonator 9 is located. Behind the output mirror of the resonator 8, an optical system of the emitting channel 10 is installed, which forms the output laser beam. The receiving channel contains a receiving optical system 11, a mirror 12 and a photodetector 13, the output of which is connected to the input of the range measuring circuit 14. Between the compartments 2 and 3, a partition 15 is inserted with an optical window 16, at the output of which a light receiver 17 is introduced in the compartment of the receiving channel 3 (second photodetector), the output of which is connected to the second input of the range measuring circuit 14. The compartment of the emitter channel 2 is sealed, including the output optical system 10 and window 16.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После включения источников накачки 5 и 6 происходит возбуждение активного элемента 4. При достижении необходимого уровня возбуждения включается модулятор добротности 9 и в резонаторе 7, 8 развивается лазерный процесс. Лазерное излучение выходит из резонатора через его полупрозрачное зеркало 8 и с помощью оптической системы 10 направляется на удаленный объект, до которого измеряется дальность. Часть лазерного излучения, отраженного оптическими элементами излучающего канала, вторично рассеивается стенками отсека 2 и через окно 16 поступает на вход второго фотоприемного устройства 17, выходным сигналом которого запускается измеритель временного интервала в схеме измерения дальности 14. Окно 16 может быть выполнено из цветного стекла, прозрачного на длине волны лазерного излучения и непрозрачного в остальной области спектра, то есть в виде поглощающего фильтра [5]. Благодаря этому подавляются спектральные составляющие излучения накачки, которые могут вызвать ложные срабатывания схемы измерения дальности 14. Для еще более полного выделения лазерной составляющей на поверхность окна 16 может быть нанесено многослойное покрытие в виде узкополосного интерференционного фильтра [5]. Присоединительная часть светоприемника полностью перекрывает площадь окна 16 во избежание попадания прямого лазерного излучения на вход фотоприемного устройства 13. В этом случае возможно рассогласование синхронизации схемы измерения дальности. Отраженное удаленным объектом лазерное излучение приемной оптической системой 11 фокусируется на чувствительную площадку фотоприемного устройства 13, предварительно отразившись от зеркала 12, имеющего узкополосное отражающее покрытие для защиты фотоприемного устройства от фонового излучения. С помощью зеркала 12 можно юстировать параллельность излучающего и приемного каналов. С выхода фотоприемного устройства сигнал поступает на измерительный вход схемы измерения дальности 14, останавливая измеритель временного интервала Т между излученным и принятым импульсами. По величине интервала Т схема измерения дальности вычисляет дальность R по формуле R=сТ/2, где с - скорость света.After switching on the pump sources 5 and 6, the active element 4 is excited. When the required level of excitation is reached, the Q-factor 9 is turned on and a laser process develops in the resonator 7, 8. Laser radiation leaves the resonator through its translucent mirror 8 and, using the optical system 10, is directed to a distant object to which the distance is measured. A part of the laser radiation reflected by the optical elements of the emitting channel is secondly scattered by the walls of the compartment 2 and through the window 16 it enters the input of the second photodetector 17, the output signal of which triggers a time interval meter in the range measurement circuit 14. Window 16 can be made of colored glass, transparent at the wavelength of laser radiation and opaque in the rest of the spectrum, that is, in the form of an absorbing filter [5]. Due to this, the spectral components of the pump radiation are suppressed, which can cause false triggering of the range measurement circuit 14. For even more complete separation of the laser component, a multilayer coating in the form of a narrow-band interference filter can be applied to the surface of the window 16 [5]. The connecting part of the light detector completely covers the area of the window 16 in order to prevent direct laser radiation from entering the input of the photodetector 13. In this case, a synchronization of the range measurement circuitry may occur. The laser radiation reflected by the distant object by the receiving optical system 11 is focused on the sensitive area of the photodetector 13, having previously been reflected from the mirror 12 having a narrow-band reflective coating to protect the photodetector from background radiation. Using the mirror 12, you can adjust the parallelism of the emitting and receiving channels. From the output of the photodetector, the signal is fed to the measuring input of the range measuring circuit 14, stopping the time interval meter T between the emitted and received pulses. From the magnitude of the interval T, the range measuring circuit calculates the range R according to the formula R = cT / 2, where c is the speed of light.

Благодаря описанному техническому решению решается задача раздельной герметизации излучающего и приемного отсеков. Это целесообразно в связи с разными требованиями - излучающий отсек должен быть герметичным, а для приемного достаточно брызго- и влагозащищенного уплотнения. Более высокая герметичность отсека излучающего канала требуется ввиду того, что при самых минимальных концентрациях влаги и других посторонних веществ на оптических элементах (активном элементе, зеркалах резонатора, модуляторе) нарушается добротность резонатора, что при многопроходном характере лазерного процесса приводит к умножению потерь и резкому снижению выходной энергии лазерного излучения. Еще более критично влияние конденсата на характеристики источника накачки, если в качестве него использованы лазерные диодные решетки [6], поскольку такие полупроводниковые структуры деградируют в присутствии влаги. Кроме того, благодаря описанному техническому решению упрощается отвод зондирующего излучения для синхронизации схемы измерения дальности. При этом обеспечивается надежная временная фиксация начала измерительного интервала Т ввиду того, что в диффузно рассеянном излучении перемешаны моды с разным временным положением.Thanks to the described technical solution, the problem of separate sealing of the emitting and receiving compartments is solved. This is advisable in connection with different requirements - the emitting compartment must be airtight, and a spray and moisture-proof seal is sufficient for the receiving one. A higher tightness of the compartment of the radiating channel is required due to the fact that at the lowest concentrations of moisture and other foreign substances on the optical elements (active element, resonator mirrors, modulator), the quality factor of the resonator is violated, which, with the multi-pass nature of the laser process, leads to a multiplication of losses and a sharp decrease in the output laser radiation energy. The effect of condensate on the characteristics of the pump source is even more critical if laser diode arrays are used as it [6], since such semiconductor structures degrade in the presence of moisture. In addition, due to the described technical solution, the removal of probe radiation to synchronize the range measurement circuit is simplified. This ensures reliable temporary fixation of the beginning of the measuring interval T due to the fact that modes with different temporal positions are mixed in diffusely scattered radiation.

Вследствие указанных особенностей достигается решение поставленной задачи - упрощение конструкции лазерного дальномера и повышение его надежности и точности.Due to these features, a solution to the problem is achieved - simplifying the design of the laser rangefinder and increasing its reliability and accuracy.

Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца лазера. После корректировки документации по результатам испытаний лазер будет запущен в производство.This conclusion is confirmed by the positive results of manufacturing and testing a prototype laser sample. After adjusting the documentation for the test results, the laser will be put into production.

Источники информацииInformation sources

1. В.А. Волохатюк, В.М. Кочетков, P.P. Красовский. Вопросы оптической локации. М., «Советское радио», 1971 г., с. 177.1. V.A. Volokhatyuk, V.M. Kochetkov, P.P. Krasovsky. Optical location issues. M., "Soviet Radio", 1971, p. 177.

2. Б.А. Ермаков, М.В. Возницкий. Получение и обработка информации в импульсных лазерных дальномерах. Оптический журнал, №10, 1993 г., с. 17 - прототип.2. B.A. Ermakov, M.V. Woznitsky. Receiving and processing information in pulsed laser rangefinders. Optical Journal, No. 10, 1993, p. 17 is a prototype.

3. ALST LRF-2M laser rangefinder. Jane's Electro-Optic Systems 2003-2004, p. 334.3. ALST LRF-2M laser rangefinder. Jane's Electro-Optic Systems 2003-2004, p. 334.

4. Fotona LRM-E laser rangefinder. Jane's Electro-Optic Systems 2003-2004, p. 345.4. Fotona LRM-E laser rangefinder. Jane's Electro-Optic Systems 2003-2004, p. 345.

5. Л.З. Криксунов. Справочник по основам инфракрасной техники. М, «Советское радио», 1978 г., с. 167.5. L.Z. Kriksunov. Guide to the basics of infrared technology. M, "Soviet Radio", 1978, p. 167.

6. LASER-DIODE ARRAYS: Multicolor uncooled diode array efficiently pumps Nd: YAG laser. Laser Focus World. 08/01/2007.6. LASER-DIODE ARRAYS: Multicolor uncooled diode array efficiently pumps Nd: YAG laser. Laser Focus World. 01/08/2007.

Claims

1. A laser rangefinder containing a radiating channel, including a laser with an optical scheme for generating a laser beam, and a receiving channel, including a lens, a photodetector and a range measuring circuit, characterized in that a common housing with two separately sealed compartments in which the radiating and receiving channels, a sealed optical window is introduced in the partition between the compartments, the inner surface of the compartment of the emitting channel has a light-scattering coating, and in the compartment of the receiving channel ive put the window light receiver associated with the scheme ranging.

2. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that a light guide is inserted as a light detector, the output of which is connected to the input of a photodetector connected to a range meter.

3. The laser range finder according to claim 1, characterized in that a second photodetector device is introduced as a light detector, the output of which is connected to the synchronizing input of the range measuring circuit.

4. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that the optical window is made in the form of a narrow-band optical filter.

5. The laser rangefinder according to claim 1, characterized in that the inlet of the light detector covers the area of the optical window.