Лазерный дальномер

Авторы патента:

G01S17/08 - для измерения только дальности (косвенное измерение G01S 17/46; с использованием параллактического треугольника G01C 3/10, G01C 3/22,G01C 3/24,G01C 3/26)

G01C3/08 - с использованием детекторов излучения

Владельцы патента RU 2590311:

Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)

Лазерный дальномер содержит импульсный полупроводниковый лазер, оптическую систему, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, устройство с индикатором, ключевую схему, фотоприемник, линию задержки, схему совпадения. Также дальномер содержит сумматор и устройство поворота изображения, обеспечивающее поворот изображения - призма Дове - излучающей площадки импульсного полупроводникового лазера таким образом, что в плоскости, перпендикулярной линии визирования, поочередно будут сформированы две плоские фигуры, симметричные относительно центра, причем границы каждой фигуры образованы овалом, большие оси симметрии двух фигур перпендикулярны. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 3 ил.

Изобретение относится к техническим средствам измерения расстояния до объектов на местности с использованием лазерного излучения.

Известны лазерные импульсные дальномеры, рассмотренные в книге: Бокшанский В.К., Бондаренко Д.А., Вязовых М.В.и др. Лазерные приборы и методы измерения дальности. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012, принцип действия которых основан на измерении интервала времени между моментом зондирующего лазерного импульса и моментом приема излучения, отраженного от объекта. На странице 22 книги отмечено, что для получения достоверного результата необходимо, чтобы линейные размеры лазерного пятна на объекте были меньше линейных размеров объекта. В противном случае, что наиболее вероятно при измерении расстояния до малоразмерных объектов с помощью дальномеров на основе импульсных полупроводниковых лазеров, могут возникнуть отражения лазерного излучения от посторонних предметов, влияющие на результат измерения. Для уменьшения расходимости пучка излучения импульсного полупроводникового лазера предложены различные устройства, например рассмотренное в патенте РФ на изобретение №2481605, МПК G02B 27/00, G02B 27/09, дата публикации 10.05.2013, но подобные технические решения существенно усложняют оптическую систему лазерного дальномера.

Наиболее близким аналогом к заявляемому решению является лазерный дальномер по патенту РФ на изобретение №2343413, МПК G03C, дата публикации 10.01.2009. Лазерный дальномер содержит два импульсных полупроводниковых лазера; светоделитель, на выходе которого расположена формирующая оптическая система; генератор тактовых импульсов, выход которого связан с входом ИМПУЛЬСНАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ счетчика импульсов, а выход счетчика импульсов - со считывающим устройством с индикатором; ключевую схему, вход которой связан с внешним сигналом измерения дальности, а выход - с одним из импульсных полупроводниковых лазеров через первую линию задержки, выход первой линии задержки связан с входом СТАРТ счетчика импульсов; приемную оптическую систему, на выходе которой установлен фотоприемник, электрический выход которого подключен к входу второй линии задержки и к первому входу схемы совпадения, выход схемы совпадения подключен к входу СТОП счетчика импульсов, причем время задержки импульсов в первой и второй линиях задержки одинаково. Недостатком лазерного дальномера является применение двух импульсных полупроводниковых лазеров, что усложняет конструкцию устройства и технологический процесс его настройки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эксплуатационных характеристик.

Технический результат заключается в снижении стоимости лазерного дальномера и трудоемкости его настройки.

Указанный технический результат достигается с помощью лазерного дальномера, содержащего импульсный полупроводниковый лазер, на выходе которого расположена формирующая оптическая система; генератор тактовых импульсов, выход которого связан с входом ИМПУЛЬСНАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ счетчика импульсов, а выход счетчика импульсов - со считывающим устройством с индикатором; ключевую схему, вход которой связан с внешним сигналом измерения дальности, а выход - с импульсным полупроводниковым лазером через первую линию задержки, кроме того, внешний сигнал измерения дальности связан с входом СБРОС счетчика импульсов, второй вход схемы совпадения подключен к выходу второй линии задержки, выход первой линии задержки связан с входом СТАРТ счетчика импульсов; приемную оптическую систему, на выходе которой установлен фотоприемник, электрический выход которого подключен к входу второй линии задержки и к первому входу схемы совпадения, выход схемы совпадения подключен к входу СТОП счетчика импульсов, причем время задержки импульсов в первой и второй линиях задержки одинаково, в отличие от известного, после первой линии задержки дополнительно введен сумматор, а за формирующей оптической системой - устройство поворота изображения, обеспечивающее поворот изображения излучающей площадки импульсного полупроводникового лазера таким образом, что в плоскости, перпендикулярной линии визирования, поочередно будут сформированы две плоские фигуры, симметричные относительно центра, причем границы каждой фигуры образованы овалом, большие оси симметрии двух фигур перпендикулярны, электрический вход импульсного полупроводникового лазера подключен к выходу сумматора, два входа сумматора подключены соответственно к выходу первой линии задержки и выходу ключевой схемы, вход первой линии задержки подключен к выходу ключевой схемы, а выход устройства поворота связан со вторым входом ключевой схемы.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства.

Фиг. 2 иллюстрирует сечение пучка лазерного излучения в плоскости, перпендикулярной линии визирования, в районе объекта, до которого измеряется расстояние.

На фиг. 3 показаны эпюры импульсных последовательностей на функциональных элементах устройства.

Лазерный дальномер (фиг. 1) содержит импульсный полупроводниковый лазер 1 с формирующей оптической системой 2, последовательно с которой размещено устройство поворота изображения 3, состоящее из призмы 4, датчика угла 5 и электропривода 6. Электрический вход импульсного полупроводникового лазера 1 подключен к выходу сумматора 7. Два входа сумматора 7 подключены к выходу первой линии задержки 8 и к выходу ключевой схемы 9. Выход генератора тактовых импульсов 10 присоединен к входу ИМПУЛЬСНАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ счетчика импульсов 11. Вход первой линии задержки 8 подключен к выходу ключевой схемы 9, выход первой линии задержки 8 подключен к входу СТАРТ счетчика импульсов 11. Кроме входа СТАРТ и ИМПУЛЬСНАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ счетчик импульсов 11 имеет еще два входа, СБРОС, СТОП и один выход КОЛИЧЕСТВО ИМПУЛЬСОВ. На первый вход ключевой схемы 9 поступает сигнал измерения дальности, на второй - сигнал с датчика угла 5. Время задержки импульсов в первой линии задержки 8 и второй линии задержки 14 одинаково. Выход КОЛИЧЕСТВО ИМПУЛЬСОВ счетчика импульсов 11 подключен к входу считывающего устройства 12. Выход схемы совпадения 13 подключен к входу СТОП счетчика импульсов 11. Второй вход схемы совпадения 13 подключен к выходу второй линии задержки 14. К входу второй линии задержки 14 и к первому входу схемы совпадения 13 подключен электрический выход фотоприемника 15, установленного последовательно с приемной оптической системой 16.

Излучающая площадка импульсного полупроводникового лазера 1 размещена в фокальной плоскости формирующей оптической системы 2. На фиг. 2 в плоскости, перпендикулярной линии визирования, в районе малоразмерного объекта 17, до которого измеряется расстояние, поперечное сечение пучка излучения 18 от импульсного полупроводникового лазера показано в виде плоской фигуры, границы которой представляют, в общем случае, овал. При повороте призмы 4 на определенный угол вокруг оптической оси формирующей оптической системы 2 поперечное сечение пучка излучения займет позицию, обозначенную 19. Также изображен предмет 20, расположенный позади объекта 17, до которого измеряется расстояние.

Все элементы, входящие в лазерный дальномер, являются известными. В качестве импульсного полупроводникового лазера 1 может быть использован лазерный диод, например типа PGEW1S09 фирмы PerkinElmer, в качестве фотоприемника 15 - любой высокочувствительный фотодиод, например фотодиод С30724 фирмы EG&G Canada. Формирующая оптическая система 2 и приемная оптическая система 16 могут быть выполнены как линзовые объективы.

Устройство поворота изображения 3 может быть выполнено на основе призмы Дове (условное обозначение АР-90°) 4, вращающейся вокруг оптической оси формирующей оптической системы 2 с помощью электромеханического привода 6 (электродвигателя с редуктором), датчик угла 5 - контактное устройство, замыкающееся в момент поворота призмы 4 на угол, при котором сечение пучка излучения будет находиться в позиции 18 (фиг. 2). В общем случае устройство поворота изображения может быть реализовано другими техническими средствами, что не принципиально.

Сумматор 7, первая линия задержки 8, ключевая схема 9, счетчик импульсов 11 генератор тактовых импульсов 10, вторая линия задержки 14, схема совпадения 13 - типовые электронные узлы, которые могут быть реализованы на стандартной электронной элементной базе. Считывающее устройство 12 может представлять собой преобразователь количества электрических импульсов в визуальную информацию, например цифровое табло.

Устройство работает следующим образом. Призма 4 приводится во вращение электромеханическим приводом 6. Генератор тактовых импульсов 10 (фиг. 1) вырабатывает последовательность импульсов 21, показанную на фиг. 3. Внешний сигнал измерения дальности с пульта управления (на фиг. 1 не показан), сбрасывает предыдущее показание счетчика импульсов 11, подается на ключевую схему 9 и готовит ее к открытию. На второй вход ключевой схемы 9 поступает сигнал с датчика угла 5. В момент наличия сигнала с датчика угла 5 ключевая схема 9 формирует импульс 22, поступающий на первую линию задержки 8 и один из входов сумматора 7. Задержанный на время τ₁ импульс 23 с первой линии задержки 8 подается на второй вход сумматора 7, на выходе которого формируются импульсы 22 и 23. Импульс с выхода первой линии задержки 8 запускает счетчик импульсов 11, формирующий последовательность импульсов 24. Импульсный полупроводниковый лазер 1 излучает оптические импульсы, которые проходят через формирующую оптическую систему 2; далее пучок оптического излучения проходит через призму 4 и направляется в сторону объекта 17, до которого измеряется расстояние, причем центр пучка совмещается с центром объекта 17. При подаче на импульсный полупроводниковый лазер 1 электрического импульса 22 пучок лазерного излучения будет находиться в позиции 18. Время задержки импульса в первой линии задержки 8 равно времени, за которое призма 4 поворачивается на такой угол, чтобы изображение излучающей площадки импульсного полупроводникового лазера повернулось на угол 90° (при использовании призмы Дове данный угол составит 45°). При поступлении на импульсный полупроводниковый лазер 1 электрического импульса 23 импульсный полупроводниковый лазер 1 излучит второй оптический импульс, при этом пучок излучения будет находиться в позиции 19. Оптическое излучение импульсного полупроводникового лазера 1 диффузно отразится как от объекта 17, до которого измеряется расстояние, так и от предмета 20. Часть отраженного излучения проходит через приемную оптическую систему 16 и поступает на оптический вход фотоприемника 15. Импульсы 25 и 27 на электрическом выходе фотоприемника 15 обусловлены отражениями излучения импульсного полупроводникового лазера 1 от объекта 17, до которого измеряется расстояние, при поступлении на импульсный полупроводниковый лазер 1 соответственно импульсов 22 и 23, импульсы 26 обусловлен отражением излучения от далее расположенного предмета 21. На выходе второй линии задержки 14 будут сформированы импульсы 25а и 26а, задержанные относительно импульсов 25 и 26 на время τ₁. На выходе схемы совпадения 13 возникнет импульс 27. Этот импульс остановит счетчик импульсов 11, на выходе которого формируется число "n", пропорциональное измеренной дальности и поступающее на считывающее устройство 12. В результате на индикаторе считывающего устройства 12 отобразится значение измеренной дальности.

Как следует из приведенного выше описания работы лазерного дальномера, в рассматриваемом устройстве наличие помех (отражений от посторонних предметов) не приведет к ошибкам измерения дальности при использовании одного дорогостоящего функционального элемента (импульсного полупроводникового лазера), вместо двух, примененных в наиболее близком аналоге. Отсутствует необходимость производить трудоемкие технологические операции по совмещению пучков излучения двух импульсных полупроводниковых лазеров.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечивается снижение стоимости лазерного дальномера и трудоемкость его настройки.

Лазерный дальномер, содержащий импульсный полупроводниковый лазер, на выходе которого расположена формирующая оптическая система; генератор тактовых импульсов, выход которого связан с входом ИМПУЛЬСНАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ счетчика импульсов, а выход счетчика импульсов - со считывающим устройством с индикатором, ключевую схему, вход которой связан с внешним сигналом измерения дальности, а выход - с импульсным полупроводниковым лазером через первую линию задержки, кроме того, внешний сигнал измерения дальности связан с входом СБРОС счетчика импульсов, второй вход схемы совпадения подключен к выходу второй линии задержки, выход первой линии задержки связан с входом СТАРТ счетчика импульсов, приемную оптическую систему, на выходе которой установлен фотоприемник, электрический выход которого подключен к входу второй линии задержки и к первому входу схемы совпадения, выход схемы совпадения подключен к входу СТОП счетчика импульсов, причем время задержки импульсов в первой и второй линиях задержки одинаково, отличающийся тем, что после первой линии задержки дополнительно введен сумматор, а за формирующей оптической системой - устройство поворота изображения, обеспечивающее поворот изображения излучающей площадки импульсного полупроводникового лазера таким образом, что в плоскости, перпендикулярной линии визирования, поочередно будут сформированы две плоские фигуры, симметричные относительно центра, причем границы каждой фигуры образованы овалом, большие оси симметрии двух фигур перпендикулярны, электрический вход импульсного полупроводникового лазера подключен к выходу сумматора, два входа сумматора подключены соответственно к выходу первой линии задержки и выходу ключевой схемы, вход первой линии задержки подключен к выходу ключевой схемы, а выход устройства поворота связан со вторым входом ключевой схемы.

Изобретение относится к оптическим устройствам для определения расстояний до объекта. Устройство включает источник излучения модулированного бинарного оптического сигнала, генератор создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины, генератор тактового сигнала, светочувствительный элемент детектирования отраженного от объекта сигнала, аналогово-цифровой преобразователь, модуль вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов, модуль порогового обнаружения сигнала, модуль вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала.

Высотомер летательного аппарата // 2565608

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения малых высот полета летательного аппарата. Достигаемый технический результат - расширение диапазона измеряемых высот летательного аппарата.

Устройство для измерения дальности горизонтальных прыжков в легкой атлетике // 2559866

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в легкой атлетике преимущественно для измерения прыжков в длину и тройных прыжков. Устройство для измерения дальности горизонтальных прыжков в легкой атлетике состоит из двух лазерных приборов, один из которых установлен на каретке с отражателем, передвигающейся по станине вдоль прыжковой ямы, а другой является дальномером, находящимся в районе планки для отталкивания и направляющим лазерный луч в отражающую пластинку, расположенную на каретке.

Способ измерения наклонной дальности и устройство для его осуществления // 2554601

Изобретение относится к способу и устройству определения наклонной дальности до цели. Сущность изобретения состоит в том, что при посылке лазерного излучения в направлении цели верхний край поля излучения передающего канала, включающего передающую оптическую систему и излучатель, совмещают с направлением на цель, в приемном канале осуществляют регистрацию, усиление и оптимальную фильтрацию сигнала с измерением момента максимума отфильтрованного сигнала.

Лазерный дальномер // 2518588

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя.

Лазерный дальномер // 2516165

Изобретение относится к лазерной технике к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя.

Лазерный монокулярный дальномер // 2515418

Дальномер имеет частично совмещенные визирный, излучающий, приемный и проекционный каналы. Объективы всех каналов выполнены двухкомпонентными, первый компонент объектива визирного канала входит в состав объектива приемного и излучающего каналов.

Способ определения расстояния между телами // 2478984

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано во взрывателях различных боеприпасов, для определения расстояния между телами. .

Способ определения расстояния до цели // 2477869

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано во взрывателях различных боеприпасов, для определения расстояния до цели. .

Способ определения дальности // 2469269

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

Способ определения пространственного положения объектов и устройство для его осуществления // 2580908

Способ определения пространственного положения объектов обеспечивает облучение объекта через двумерную дифракционную решетку, что обеспечивает образование матрицы смежных оптических каналов.

Способ измерения расстояния до объектов, их угловых координат и взаимного расположения и устройство для его осуществления // 2575318

Способ измерение расстояния до объектов, их угловых координат и взаимного расположения включает в себя облучение во множестве направлений, перекрывающих в совокупности поле обзора и образующих матрицу смежных оптических каналов, каждому оптическому каналу ставится в соответствие определенное угловое направление, а дальность до точки объекта вычисляется в оптических каналах поочередно в соответствии с заданной последовательностью.

Прицел системы управления огнем // 2568419

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно, к устройствам наблюдения объектов и прицеливания, а также к устройствам для наведения управляемых ракет на цель по лазерному лучу, и может быть использовано в системах управления огнем объектов бронетанковой техники.

Прецизионный датчик расстояний // 2567185

Изобретение касается прецизионного датчика расстояния. Особенностью указанного датчика является то, что приемная схема выполнена двухканальной и состоит из оптической системы, включающей две ромб-призмы и два отклоняющих клина, и приемной проекционной системы, включающей цилиндрическую линзу и сферический объектив, а в качестве фотодетектора использована двухкоординатная ПЗС-матрица, выход которой подключен к персональному компьютеру или контроллеру.

Способ оценки дальности и скорости удаленного объекта // 2563608

Способ определения дальности и скорости удаленного объекта заключается в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты и статистической обработке зарегистрированных данных.

Устройство для измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата // 2562150

Изобретение относится к устройству для автоматического определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Устройство содержит лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности.

Способ определения дальности и скорости удаленного объекта // 2562148

Изобретение относится к способу определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Способ включает в себя многократное зондирование объекта импульсами лазерного излучения, прием и регистрацию отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, образующим ячейки дальности, и статистическую обработку зарегистрированных данных.

Устройство для определения дальности и скорости // 2562147

Изобретение относится к измерительной технике определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Устройство обеспечивает возможность работы в двух режимах.

Способ измерения на основе структурированного света // 2560996

В способе определения расстояния до объекта используется видеоизмерительное устройство, включающее первый излучатель света и второй излучатель света, при этом первый излучатель света может испускать свет через отверстие по меньшей мере с одним тенеобразующим элементом.

Лазерный дальномер // 2560011

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой области, где необходимо определить скорость движущегося объекта и расстояние до него, в частности для автоматического определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата.

Отическое экранирующее устройство для разделения оптических путей // 2594949

Датчик для дальномера имеет чувствительный элемент и оптическое экранирующее устройство. Чувствительный элемент имеет первую детектирующую часть для детектирования измерительного излучения и вторую детектирующую часть для детектирования контрольного излучения. Оптическое экранирующее устройство является перегородкой, прилегающей к поверхности чувствительного элемента, и оптически отделяет одну от другой его первую и вторую детектирующие части. Технический результат заключается в эффективном оптическом отделении друг от друга расположенных близко оптических путей. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 25 ил.