Защита моностатического или квазимоностатического лазерного дальномера

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и касается способа защиты лазерного дальномера. Дальномер содержит оптический выход для испускания лазерного луча первичного излучения и оптический вход для сбора части отраженного излучения, которые расположены близко друг к другу или совпадают. Перед оптическим выходом размещен оптический модуль для смещения лазерного луча первичного излучения в поперечном направлении. Оптический модуль выполнен так, что направление распространения первичного излучения после оптического модуля идентично направлению распространения первичного излучения между оптическим выходом дальномера и оптическим модулем. Оптический модуль содержит два отражательных узла, которые расположены так, что первичное излучение отражается первым отражательным узлом, а затем вторым из двух отражательных узлов, при этом каждый отражательный узел способен создавать отклонение лазерного луча первичного излучения, и соответствующие отклонения, созданные первым отражательным узлом, а затем вторым из двух отражательных узлов, противоположны друг другу. Технический результат заключается в снижении риска повреждения датчика оптического датчика дальномера отраженным излучением. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу защиты моностатического или квазимоностатического лазерного дальномера путем добавления к дальномеру оптического модуля перед его оптическим выходом. Изобретение относится также к соответствующему дальномерному узлу.

Лазерные дальномеры - это приборы для измерения расстояния, которые испускают лазерный луч, называемый первичным излучением, и собирают часть этого излучения, называемую отраженным излучением, которое рассеивается в обратном направлении или отражается в обратном направлении целью, расположенной на расстоянии от дальномера. Определение времени распространения излучения между дальномером и целью, просуммированного для прямого и обратного путей распространения, обеспечивает измерение расстояния от дальномера до цели. В общем случае у такого дальномера имеется оптический выход для испускания первичного лазерного луча и оптический вход для сбора части отраженного излучения.

В зависимости от расстояния, отделяющего оптический центр испускающего зрачка, который ассоциирован с оптическим выходом, и оптический центр приемного зрачка, который ассоциирован с оптическим входом, обычно различают три типа дальномеров. Это расстояние называют межосевым расстоянием между испускающим и приемным зрачками, а указанные три типа дальномеров представляют собой:

- моностатические дальномеры, в которых межосевое расстояние между испускающим и приемным зрачками равно нулю;

- квазимоностатические дальномеры, в которых межосевое расстояние между испускающим и приемным зрачками меньше или равно 100 мм; и

- бистатические дальномеры, в которых межосевое расстояние между испускающим и приемным зрачками больше 100 мм.

На фиг. 1а-1с показаны эти три типа дальномеров: на фиг. 1а - моностатический дальномер, на фиг. 1b - квазимоностатический дальномер и на фиг. 1с - бистатический дальномер. На этих чертежах позицией PU₂₁ обозначен выходной зрачок дальномера, называемый также испускающим зрачком, а позицией PU₂₂ обозначен входной зрачок дальномера, называемый также приемным зрачком.

Среди этих лазерных дальномеров моностатические или квазимоностатические дальномеры используются для многих приложений, потому что их легко осуществить и перемещать. Действительно, для моно статического или квазимоностатического дальномера оптические вход и выход совмещены или находятся близко друг от друга, и дальномер разработан так, что путь распространения первичного излучения, испускаемого оптическим выходом, совпадает с путем распространения части отраженного излучения, которое собирают во время проведения дальномером операции измерения, а направления распространения противоположны друг другу. Таким образом, моностатический или квазимоностатический дальномер может состоять из одного блока, который содержит компоненты испускания и приема излучения. В отличие от моностатических или квазимоностатических дальномеров бистатические дальномеры состоят из блока для излучения первичного луча и приемного блока, предназначенного для приема части отраженного излучения, которые представляют собой отдельные блоки. Таким образом, использование бистатического дальномера требует точного знания относительного положения этих двух блоков и такой ориентации направления испускания первичного излучения и направления сбора отраженного излучения, чтобы эти два направления пересекались по существу на цели.

Поэтому настоящее изобретение ограничено областью моностатических или квазимоностатических лазерных дальномеров, другими словами, лазерных дальномеров, для которых оптический выход и оптический вход расположены близко или совпадают, при этом межосевое расстояние между испускающим и приемным зрачками равно нулю либо меньше или равно 100 мм.

В общем случае мощность части отраженного излучения, которое собирают через оптический вход дальномера, намного меньше, чем интенсивность лазерного луча первичного излучения, испускаемого через оптический выход. Действительно, в большинстве ситуаций, когда используется моностатический или квазимоностатический лазерный дальномер, цель вызывает значительное поглощение первичного излучения и/или отражает это первичное излучение с существенным расширением луча по углу. Поэтому оптический датчик в дальномере, который предназначен для обнаружения отраженного излучения, имеет высокую чувствительность, которая соответствует этим наиболее общим рабочим условиям, когда детектируемое излучение имеет намного меньшую интенсивность, чем испускаемое излучение.

Однако имеются особые ситуации использования, в которых цель отражает в обратном направлении значительную часть первичного излучения вдоль пути распространения отраженного излучения, который идентичен пути первичного излучения, но с ориентацией направления распространения отраженного излучения, которое противоположно направлению распространения первичного излучения. Это особо актуально, когда цель представляет собой металлический отражатель с тремя гранями, расположенными так, что они формируют угол куба. В этом случае мощность части отраженного излучения, которое собирают оптическим входом моностатического или квазимоностатического лазерного дальномера, больше, чем допустимый предел оптического датчика дальномера, таким образом, датчик повреждается или разрушается.

На практике высокая чувствительность датчика дальномера, которая необходима для наиболее распространенных рабочих условий, входит в противоречие с допустимым пределом входной мощности, который для этого оптического датчика является высоким.

В связи с этим первой целью изобретения является обеспечение средства защиты, которое способно защитить моностатический или квазимоностатический лазерный дальномер от повреждения, вызванного описанными выше конкретными ситуациями.

Дополнительная цель состоит в обеспечении такого средства защиты, которое является небольшим, недорогим и не увеличивает сложность использования моностатического или квазимоностатического лазерного дальномера.

Для достижения по меньшей мере одной из этих целей, первый аспект настоящего изобретения предлагает способ защиты моностатического или квазимоностатического лазерного дальномера, при этом дальномер имеет оптический выход для испускания лазерного луча первичного излучения и оптический вход для сбора части отраженного излучения, при этом оптические вход и выход расположены близко друг к другу или совпадают, а межосевое расстояние между испускающим и приемным зрачками равно нулю либо меньше или равно 100 мм. Способ согласно настоящему изобретению применяется, когда дальномер выполнен так, что направление распространения первичного излучения, испускаемого оптическим выходом идентично направлению распространения части отраженного излучения, собираемого во время проведения дальномером операции измерения. Способ включает размещение оптического модуля перед оптическим выходом моностатического или квазимоностатического лазерного дальномера для смещения в поперечном направлении лазерного луча первичного излучения, испускаемого этим оптическим выходом. Используемый оптический модуль выполнен так, что направление распространения первичного излучения после оптического модуля идентично направлению распространения первичного излучения между оптическим выходом дальномера и оптическим модулем. Кроме того, оптический модуль обеспечивает длину поперечного сдвига, которая находится в диапазоне между 10 см (сантиметрами) и 35 см, предпочтительно между 15 см и 20 см, если измерять перпендикулярно к направлению распространения.

С этой целью оптический модуль согласно изобретению содержит два отражательных узла, которые расположены на пути лазерного луча первичного излучения, испускаемого дальномером, оборудованным оптическим модулем, после оптического выхода дальномера так, что первичное излучение отражается первым отражательным узлом, а затем вторым из двух отражательных узлов. Кроме того, каждый отражательный узел способен создавать отклонение лазерного луча первичного излучения, и соответствующие отклонения, созданные первым отражательным узлом, а затем вторым из двух отражательных узлов, противоположны друг другу.

Таким образом, оптический модуль, который используется для обеспечения фикции защиты согласно изобретению, имеет простую оптическую конструкцию, и эта конструкция может быть ограничена двумя отражательными узлами, установленными в подходящих местах.

Кроме того, поскольку отклонения, которые вносятся в луч первичного излучения первым отражательным узлом, а затем вторым отражательным узлом, противоположны друг другу, оптический модуль может быть настроен так, чтобы параллельность между направлениями распространения первичного луча в прямом и обратном направлениях внутри оптического модуля не изменялась при наклоне этого модуля по меньшей мере относительно одной оси.

Поэтому оптический модуль, при прикреплении к моно статическому или квазимоностатическому лазерному дальномеру, создает эффект поперечного смещения испускающего зрачка для первичного излучения, относительно приемного зрачка для отраженного излучения. В этом случае, если цель отражает в обратном направлении первичное излучение, создавая только малую угловую дисперсию, например, такую, как у отражающей цели, имеющей форму входного угла куба, мощность отраженного излучения в основном содержится в пределах луча с площадью поперечного сечения всего лишь чуть больше, чем размер испускающего зрачка дальномера, и это отраженное излучение посылается в оптический вход модуля. Однако благодаря изобретению, оно смещено в поперечном направлении относительно оптического входа дальномера, так что оптический вход оказывается расположен вне главной части луча отраженного излучения. Таким образом, мощность части отраженного излучения, которое собирается и, таким образом, принимается оптическим датчиком дальномера, уменьшается до степени, которая достаточна для предотвращения повреждения оптического датчика.

Кроме того, учитывая размеры поперечного сечения лазерного луча первичного излучения, величина поперечного сдвига между 10 см и 35 см достаточна, чтобы обеспечить защиту оптического датчика как моностатического, так и квазимоностатического дальномера. Согласно изобретению, эта величина поперечного сдвига создается оптическим модулем, который сам может иметь малые размеры и занимать ограниченный объем. Другими словами, оптический модуль, используемый в изобретении, преобразует моностатический или квазимоностатический дальномер в бистатический дальномер в смысле типов дальномеров, перечисленных выше, но без общих недостатков, присущих бистатическим дальномерам.

В общем случае два отражательных узла могут быть выбраны так, чтобы не было необходимости в точной подстройке одного или двух углов для ориентации узла оптического модуля относительно дальномера, при сохранении идентичных направлений распространения для первичного излучения до и после оптического модуля. Таким образом, оптический модуль может быть присоединен к дальномеру просто и быстро.

Предпочтительно, чтобы отражательный узел был приспособлен для того, чтобы обеспечить лазерному лучу первичного излучения отклонение, которое по существу не зависит по меньшей мере от одного угла ориентации этого отражательного узла. «По существу независимое отклонение» означает, что первая производная отклонения, полученного от лазерного луча первичного излучения соответствующим отражательным узлом, по углу ориентации этого отражательного узла, равна нулю. Другими словами, отражательные узлы могут быть выбраны так, чтобы не было необходимо точно регулировать один или два угла ориентации каждого отражательного узла, что упрощает конструкцию и понижает стоимость сборки оптического модуля.

В общем случае, согласно изобретению, используемый оптический модуль может быть предпочтительно выполнен так, что не смещает в поперечном направлении часть отраженного излучения, которую собирает дальномер во время проведения операции измерения.

В первом варианте выполнения настоящего изобретения каждый отражательный узел используемого оптического модуля может содержать часть материала, который прозрачен для первичного излучения, при этом эта часть имеет три отражающие плоские грани, совпадающие с областями трех соответствующих граней куба, расположенных вокруг вершины этого куба. Таким образом, когда оптический модуль установлен перед оптическим выходом дальномера, каждый отражательный узел меняет направление распространения первичного излучения на противоположное, при этом направление распространения первичного излучения остается прежним, но с созданием элементарного поперечного сдвига лазерного луча первичного излучения. Эффективный поперечный сдвиг лазерного луча первичного излучения между лучом после оптического модуля и лучом в промежутке между оптическим выходом дальномера и оптическим модулем в этом случае представляет собой векторную сумму элементарных поперечных сдвигов, произведенных двумя отражательными узлами. Предпочтительно, чтобы каждая часть прозрачного материала имела форму бруска, при этом первый продольный конец бруска содержит плоскую отражающую грань, а второй продольный конец бруска, лежащий напротив первого продольного конца, содержит прямоугольный двугранный угол отражения, при этом ребро этого двугранного угла перпендикулярно плоской отражающей грани первого продольного конца бруска. Другими словами, каждый отражательный узел может иметь форму бруска, который вписан во внутренний угол куба. Каждый отражательный узел согласно этим первым вариантам выполнения настоящего изобретения можно тогда называть уголковым бруском.

Во втором варианте выполнения настоящего изобретения каждый отражательный узел используемого оптического модуля может содержать оптический угольник на основе пентапризмы, у которого имеются две плоских отражающих грани, такие, что когда оптический модуль установлен перед оптическим выходом дальномера, каждый отражательный узел вносит отклонение на прямой угол по отношению к направлению распространения первичного излучения. Для такого второго варианта выполнения настоящего изобретения механическое соединение между двумя отражательными узлами предпочтительно является жестким или недеформируемым.

В третьем варианте выполнения настоящего изобретения каждый отражательный узел может быть плоским зеркалом, и оптический модуль выполнен так, что эти два плоских зеркала параллельны. Тогда идентичные направления распространения первичного излучения до двух плоских зеркал и после них не меняются, если модифицируется ориентация двух зеркал, но они остаются параллельны друг другу. В частности, оптический модуль может содержать ромбоэдр из прозрачного материала, у которого две противоположные грани выполнены с возможностью отражения, так чтобы произвести отражение первичного излучения, вошедшего внутрь ромбоэдра из прозрачного материала. Таким образом, каждая из двух отражающих граней ромбоэдра формирует один из двух отражательных узлов. Предпочтительно, чтобы угол по меньшей мере между некоторыми из граней ромбоэдра лежал между 40° (градусами) и 50°, в частности, был равен 45°.

Кроме того, для усовершенствования изобретения предпочтительно может быть применен один или более следующих признаков по отдельности или в комбинациях друг с другом:

- каждая отражающая плоская грань отражательных узлов в используемом оптическом модуле может иметь площадь поверхности, которая меньше 9 см², предпочтительно меньше 4 см². Таким образом, оптический модуль может иметь малые размеры и быть компактным;

- используемый оптический модуль может дополнительно содержать по меньшей мере одну призму Рисли, которая способна компенсировать отсутствие идентичных направлений распространения первичного излучения после оптического модуля и указанного первичного излучения в промежутке между оптическим выходом дальномера и оптическим модулем, когда оптический модуль установлен перед оптическим выходом дальномера; и

- используемый оптический модуль может дополнительно содержать средства съемного крепления, которые служат для крепления с возможностью снятия оптического модуля к моностатическому или квазимоностатическому лазерному дальномеру, так чтобы прикрепленный оптический модуль был эффективен для лазерного луча первичного излучения, испускаемого оптическим выходом дальномера.

Полученный в результате дальномерный узел, содержащий лазерный дальномер и оптический модуль, установленный перед его оптическим выходом, может быть интегрирован в оптический визирный узел, оптический указательный узел, оптический узел целеуказания или мультисенсорную головку, которая предназначена для измерения параметров окружающей среды.

Другие признаки и преимущества изобретения будут очевидны из последующего описания некоторых примеров выполнения, не ограничивающих настоящее изобретение, со ссылками на сопровождающие чертежи, где:

- на фиг. 1а-1с, описанных выше, иллюстрируется различие между тремя типами дальномеров: моностатическим, квазимоностатическим и бистатическим;

- на фиг. 2 показан вид в перспективе оптического модуля, который может использоваться в первом варианте выполнения настоящего изобретения;

- на фиг. 3 иллюстрируются геометрические принципы конструкции отражательного узла, используемого в варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг. 2;

- фиг. 4 соответствует фиг. 2 для второго варианта выполнения настоящего изобретения;

- фиг. 5 соответствует фиг. 2 для третьего варианта выполнения настоящего изобретения; и

- на фиг. 6а и 6b показаны два примера использования изобретения.

Для наглядности размеры элементов, представленных на этих чертежах, не соответствуют ни фактическим размерам, ни фактическим пропорциям. Кроме того, одинаковые позиции на различных чертежах обозначают одинаковые элементы или элементы, выполняющие одинаковые функции.

Как показано на фиг. 2, квазимоностатический лазерный дальномер 20 содержит оптический выход 21 для лазерного излучения, а также оптический вход 22, который размещен рядом с оптическим выходом 21. Такой квазимоностатический дальномер соответствует изображенному на фиг. 1b. Моностатический дальномер 20 может использоваться аналогично, если оптический выход 21 и оптический вход 22 совпадают, как показано на фиг. 1а. Дальномер 20 через оптический выход 21 испускает лазерный луч F₁, называемый первичным лазерным лучом. Луч F₁ представляет собой параллельный луч и может иметь длину волны от 0,360 мкм (микрометров) до 3 мкм, например равную 1,5 мкм с диаметром луча, который, например, меньше 12 мм (миллиметров). При этом оптический выход 21 может иметь поперечные размеры, которые меньше 15 или 20 мм.

Оптический вход 22 предназначен для сбора части F_R лазерного луча F₁ после прохождения луча F₁ весь путь до цели (не показана), обратного рассеяния целью и прохождения назад от цели к оптическому входу 22. В общей части этого описания F_R называется отраженным излучением. Поэтому расстояние между соответствующими оптическими осями зрачков оптического выхода 21 и оптического входа 22 меньше или равно 100 мм. Работа моностатического или квазимоностатического лазерного дальномера по измерению расстояния от дальномера до цели известна специалистам. В общем случае, вследствие того, что рассеянный целью в обратном направлении луч F₁ распространяется в большом телесном угле, и/или потому, что обратное рассеяние целью сопровождается поглощением, мощность этой части отраженного излучения F_R, которая собирается оптическим входом 22 дальномера 20, намного ниже, чем мощность лазерного луча F₁. Поэтому в общем случае площадь поперечного сечения оптического входа 22 больше, чем площадь оптического выхода 21. Позицией 23 обозначен оптический датчик, который используется в дальномере 20 после оптического выхода 22 для обнаружения собранной части F_R отраженного излучения.

Однако в некоторых ситуациях отражение лазерного луча F₁ от цели может быть интенсивным и в точности направленным к оптическому выходу 21 дальномера 20. Это, в частности, имеет место, когда цель представляет собой отражающий внутренний угол куба. В этом случае мощность излучения, принятая датчиком 23, очень велика, так что датчик 23 может быть поврежден. Но в таких ситуациях, отраженное излучение FR формирует квазипараллельный или параллельный луч с меньшей площадью поперечного сечения. Смещения оптического выхода 21 относительно оптического входа 22 достаточно, чтобы устранить большую часть рисков повреждения детектора 23. Длины сдвига, составляющей от 10 см до 35 см, а возможно, от 15 см до 20 см, оказывается достаточно. Специалистам в данной области техники очевидно, что смещение оптического выхода 21 относительно оптического входа 22 означает перемещение эффективного излучающего зрачка и приемного зрачка дальномера 20 друг относительно друга.

Для этого два отражательных узла, соответственно обозначенные позициями 1 и 2, объединяют в оптическом модуле 10, который устанавливают перед оптическим выходом 21, чтобы сместить в поперечном направлении эффективный испускающий зрачок лазерного луча F₁, так чтобы он переместился относительно оптического входа 22. Предпочтительно, чтобы оптический модуль 10 не воздействовал на часть отраженного излучения F_R, которую собирает оптический вход 22.

Согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения, который показан на фиг. 2, каждый отражательный узел 1, 2 может быть сформирован отражающим и внутренним углом куба. В этом случае лазерный луч F₁ первичного излучения отражается каждым отражательным узлом 1, 2 параллельно самому себе, но изменяя на обратную ориентацию направления распространения. Два отражательных узла 1 и 2 скомбинированы так, чтобы последовательно отразить лазерный луч F₁, посылая при этом лазерный луч F₁ вновь параллельно направлению распространения, которое имело место между оптическим выходом 21 дальномера 20 и модулем 10, и с той же самой ориентацией направления распространения. Однако, каждый отражательный узел 1, 2 сдвигает испускающий зрачок луча F₁, и полный сдвиг этого испускающего зрачка равен векторной сумме двух отдельных сдвигов, произведенных отражательным узлом 1 и отражательным узлом 2 соответственно. На чертеже позицией L обозначена полная длина сдвига.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения, каждый отражательный узел 1, 2 может содержать прямолинейный брусок из прозрачного материала, например стекла, у которого торцевые грани можно наложить на три грани куба, соседние для одной и той же вершины куба. На фиг. 3 показан принцип такого наложения для отражательного узла 1. P₁, Р₂, … Р₇ обозначают семь видимых вершин куба, а А₁, А₂ и А₃ обозначают три ребра куба, которые сходятся к вершине P₁. У бруска отражательного узла 1 может быть любое поперечное сечение, но предпочтительно с плоской боковой гранью, которая представляет собой как входную грань, так и выходную грань для лазерного луча F₁ в бруске. Первый продольный конец L₁₁ бруска может содержать плоскую грань S₀, которая может быть наложена на часть грани Р₁Р₃Р₇Р₄ куба, а другой продольный конец L₁₂ бруска может упираться в ребро A₁ между вершинами P₁ и Р₂. Таким образом, продольный конец L₁₂ бруска образован плоской гранью S₁, которая наложена на части грани Р₁Р₂Р₅Р₃ куба, а также другой плоской гранью S₂, которая наложена на часть грани Р₁Р₂Р₆Р₄ куба. Другими словами, грани S₁ и S₂ формируют прямоугольный двугранный угол, ребро которого перпендикулярно грани S₀. Предпочтительно, чтобы торцевые поверхности S₀, S₁ и S₂ были металлизированы для отражения первичного излучения. Тогда, если лазерный луч F₁ входит в стеклянный брусок отражательного узла 1 через одну из его боковых граней, отражаясь от одной грани, а затем от другой из двух граней S₁ и S₂ конца L₁₂ внутри бруска, он может распространяться продольно в стеклянном бруске, пока не отразится гранью S₀ конца L₁₁, прежде чем выйти из этого бруска через ту же боковую грань, через которую вошел. Кроме того, отклонения при отражении, которые действуют на лазерный луч F₁ при его входе в стеклянный брусок и при его выходе из этого бруска, могут быть противоположны друг другу, чтобы направление распространения лазерного луча F₁ не изменилось между его входом и выходом из бруска, за исключением того, что ориентация направления распространения лазерного луча F₁ изменяется на противоположную. Длина стеклянного бруска определяет величину сдвига между эффективным выходным зрачком для лазерного луча F₁ после отражательного узла 1 и испускающим зрачком оптического выхода 21. Специалисту в данной области техники очевидно, что только что описанный отражательный узел 1 можно инвертировать так, чтобы лазерный луч F₁ входил в стеклянный брусок, сначала отражаясь торцевой поверхностью S₀, а затем распространялся в продольном направлении в стеклянном бруске и затем отражался торцевыми поверхностями S₁ и S₂, прежде чем выйти из стеклянного бруска.

Известно, что, обращение ориентации направления распространения лазерного луча F₁ вдоль того же направления распространения, как только что описано на примере стеклянного бруска, от конца L₁₂ к концу L₁₁, или от конца L₁₁ к концу L₁₂, достигается независимо от угловой ориентации бруска, лишь бы лазерный луч F₁ оставался в бруске между двумя его концами. Другими словами, обращение ориентации направления распространения лазерного луча F₁ вдоль его начального направления распространения не зависит от двух полярных координатных углов, которые определяют продольную ориентацию бруска, когда каждый из двух углов меняется в пределах интервала с ненулевой шириной.

У отражательного узла 2 может быть аналогичная конструкция: он может содержать другой стеклянный брусок в форме угла куба, один конец L₂₁ которого может быть сформирован частью грани куба, а другой конец L₂₂ может упираться в ребро куба. На фиг. 2 позиция F₁ обозначает лазерный луч первичного излучения в промежутке между оптическим выходом 21 дальномера 20 и отражательным узлом 1, F₁₂ обозначает тот же самый лазерный луч, но между двумя отражательными узлами 1 и 2, a F₂ обозначает тот же самый лазерный луч, отраженный отражательным узлом 2. Соответствующие продольные направления двух стеклянных брусков отражательных узлов 1 и 2 могут образовывать между собой любой угол на проекции в плоскости, перпендикулярной лазерному лучу F₁. Кроме того, два отражательных узла 1 и 2 могут быть отстоять друг от друга на любое расстояние вдоль луча F₁₂.

Повторимся, что преимущество варианта выполнения настоящего изобретения, описанного выше со ссылками на фиг. 2 и фиг. 3, заключается в том, что для двух отражательных узлов 1 и 2 нет необходимости в угловом выравнивании ни друг относительно друга, ни относительно направления испускания лазерного луча F₁ в оптическом выходе 21 дальномера 20. Фактически, вообще говоря, для этого варианта выполнения изобретения, который основан на геометрии и отражающих входных углах куба, отклонении лазерного луча, которые произведены двумя отражательными узлами 1 и 2, равны каждая 180° по абсолютной величине, и поэтому автоматически противоположны по направлению.

Фиг. 4 соответствует фиг. 2, когда каждый из отражательных элементов 1 и 2 составляет пентапризму из прозрачного материала, например, стекла. Пентапризма представляет собой оптический компонент, предназначенный для отклонения луча света под прямым углом, известный специалистам в данной области техники и относящийся к категории компонентов, называемых оптическими угольниками. У каждой пентапризмы имеется плоская входная грань, две отражающие плоские грани, обозначенные S'₁ и S'₂, и плоская выходная грань, если смотреть в порядке прохождения лазерного луча F₁. Предпочтительно, отражающие плоские грани S'₁ и S'₂ металлизированы, чтобы повысить интенсивность каждого внутреннего отражения лазерного луча F₁. Каждая из двух пентапризм, которые формируют отражательные элементы 1 и 2, последовательно отклоняет лазерный луч F₁ первичного излучения на 90° (градусов). На фиг. 4 D₁ и D₂ обозначают отклонения лазерного луча F₁, которые произведены соответственно двумя пентапризмами, при этом каждое отклонение равно по абсолютной величине 90°, но противоположно по направлению ориентации. Кроме того, известным образом каждое отклонение D₁ или D₂ лазерного луча F₁, производимое одной из пентапризм, в первом порядке не зависит от угла ориентации этой пентапризмы относительно направления D, которое одновременно параллельно двум отражающимся плоским граням пентапризмы. Термин «первый порядок» означает, что отклонение лазерного луча F₁ мало меняется по сравнению с 90°, когда ориентация пентапризмы относительно направления D изменяется в малых пределах относительно ориентации, при которой лазерный луч F₁ пересекает перпендикулярно как входную, так и выходную грань пентапризмы. Более конкретно, производная от отклонения лазерного луча F₁, созданного пентапризмой, по ориентации этой пентапризмы относительно направления D, равна нулю, когда отклонение равно 90°.

Однако параллельность между лазерным лучом F₁, когда он находится в промежутке между оптическим выходом 21 дальномера 20 и отражательным узлом 1, и лазерным лучом F₂, когда последний идет после отражательного узла 2, может быть нарушена из-за погрешности в ориентации по меньшей мере одной из пентапризм, в особенности из-за такой погрешности в ориентации относительно направления, отличающегося от направления D. Для компенсации такой погрешности можно добавить призму 3 Рисли во внутреннюю часть оптического модуля 10, предпочтительно между отражательными узлами 1 и 2, но также, возможно, и до отражательного узла 1 или после отражательного узла 2. Согласно принципам, известным специалистам в данной области техники, призма 3 Рисли содержит два соседних прозрачных клина 3а и 3b, каждый из которых содержит две противоположные грани, которые между собой формируют угол, являющийся малым, но не нулевым, например между 0,1° и 1,5°, при этом оба клина имеют одинаковые величины углов при вершине. Ориентация каждого из клиньев призмы 3 Рисли относительно лазерного луча позволяет компенсировать угловое рассогласование по осям по меньшей мере для одной из двух пентапризм, а в более общем смысле, по меньшей мере одного из двух отражательных узлов 1 и 2.

Фиг. 5 соответствует фиг. 2 для вариантов выполнения настоящего изобретения, в которых оптический модуль 10 содержит два параллельных плоских зеркала 1 и 2. Например, для обеспечения, чтобы два плоских зеркала 1 и 2 оставались параллельными, они могут быть сформированы двумя противоположными гранями ромбоэдра 4 из твердого прозрачного материала. Эти две противоположные грани могут быть сделаны отражающими посредством металлизации или осаждения последовательности из множества диэлектрических слоев. Угол α между некоторыми боковыми гранями ромбоэдра 4, которые расположены между противоположными отражающими гранями, может быть равным 45°. Лазерный луч F₁ первичного излучения входит в ромбоэдр 4 через одну из боковых граней ромбоэдра, называемую входной гранью, а затем отражается зеркальной гранью 1 внутренней части ромбоэдра 4. Затем луч идет к зеркальной грани 2 внутри прозрачного материала ромбоэдра 4 в виде промежуточного луча F₁₂, затем отражается зеркальной гранью 2 все еще внутри ромбоэдра 4 и выходит из ромбоэдра 4 через другую боковую грань ромбоэдра, которая лежит напротив входной боковой грани, формируя лазерный луч F₂, который параллелен лучу F₁. Зеркальные грани 1 и 2 имеют довольно большую площадь, предпочтительно больше 1,0 см², чтобы отразить большую часть энергии лазерного луча F₁, зависящую от площади поперечного сечения этого луча. Кроме того, направление распространения лазерного луча F₂ остается совпадающим с направлением лазерного луча F₁, когда ромбоэдр 4 наклонен относительно любой оси.

В этих трех вариантах выполнения настоящего изобретения, описанных со ссылками на фиг. 2, 4 и 5 соответственно, отражательные элементы 1 и 2 имеют достаточную площадь поперечного сечения, чтобы передать основную часть энергии лазерного луча F₁. Для этого достаточно, чтобы плоские отражающие грани имели площадь больше 1,0 см² в зависимости от площади поперечного сечения лазерного луча F₁.

Два отражательных узла 1 и 2 и, возможно, также призма 3 Рисли, расположены в фиксированном взаимном положении в модуле 10. Предпочтительно, чтобы модуль 10 и/или выход 21 дальномера 20 были оборудованы по меньшей мере одним сборочным кольцом 2 Г до отражательного узла 1, которое подходит для установки с возможностью снятия модуля 10 на дальномере 20 перед оптическим выходом 21. Моностатический или квазимоностатический лазерный дальномер 20, который оборудован оптическим модулем 10, в общей части настоящего описания называется дальномерным узлом. Кроме того, модуль 10 можно присоединить к моностатическому или почти моностатическому лазерному дальномеру 20 внутри дальномерного устройства, другими словами, без возможности разборки. В этом случае соединение между модулем 10 и оптическим выходом 21 может быть упрощено.

В качестве опции дальномерный узел, полученный с использованием способа согласно изобретению, может быть включен в мультисенсорную головку, которая предназначена для описания окружающей среды. В этом случае узел мультисенсорной головки может быть выполнен на основании с регулируемым направлением, с оптическими входами, оптическими выходами и окнами обнаружения для датчиков, сгруппированными в области полезной площади головки, которая ограничена. В этом случае может быть предпочтительно использовать вариант выполнение изобретения, показанный на фиг. 2, в котором ненулевой угол между продольными направлениями двух стеклянных брусков позволяет разместить модуль 10 в области полезной площади мультисенсорной головки, не заслоняя оптический вход, оптический выход или окно обнаружения для любого датчика. На фиг. 6А показан моностатический дальномер 20, который выполнен в соответствии с фиг. 1А и снабжен оптическим модулем 10, показанным на фиг. 2. Аналогично на фиг. 6b показан квазимоностатический дальномер 20, который выполнен согласно фиг. 1b и также снабжен оптическим модулем 10, показанным на фиг. 2. На этих фиг. 6а и 6b для примера позициями 31, 32 и 33 показаны приемные зрачки инфракрасного датчика, датчика видимого излучения с большим углом обзора и датчика видимого излучения с телеобъективом, которые не заслонены оптическим модулем 10. На этих двух чертежах показана также длина L сдвига между лучами F₁ и F₂.

Очевидно, что изобретение может быть воспроизведено путем приспособления или модификации вторичных аспектов относительно вариантов выполнения настоящего изобретения, подробно описанных выше, при сохранении некоторых из раскрытых выше преимуществ. Необходимо отметить, что главное преимущество состоит в обеспечении защиты моностатического или квазимоностатического лазерного дальномера от зеркального обратного отражения лазерного луча первичного излучения целью в случае, когда отраженный луч налагается на лазерный луч первичного излучения.

1. Способ защиты моностатического или квазимоностатического лазерного дальномера (20), имеющего оптический выход (21) для испускания лазерного луча (F₁) первичного излучения и оптический вход (22) для сбора части отраженного излучения (F_R), при этом оптические вход и выход расположены близко друг к другу или совпадают, а межосевое расстояние между испускающим и приемным зрачками равно нулю либо не превышает 100 мм, при этом дальномер выполнен так, чтобы направление распространения первичного излучения, испускаемого оптическим выходом, было идентично направлению распространения части отраженного излучения, собираемого во время проведения дальномером операции измерения,

при этом способ включает размещение перед оптическим выходом (21) дальномера (20) оптического модуля для смещения лазерного луча (F₁) первичного излучения в поперечном направлении,

причем оптический модуль (10) выполнен так, что направление распространения первичного излучения после оптического модуля идентично направлению распространения указанного первичного излучения между оптическим выходом дальномера и указанным оптическим модулем, а длина (L) поперечного сдвига, измеренная перпендикулярно к направлению распространения, находится в диапазоне между 10 см и 35 см, предпочтительно между 15 см и 20 см, при этом указанный оптический модуль содержит два отражательных узла (1, 2), которые расположены на пути лазерного луча первичного излучения, испускаемого дальномером, оборудованным оптическим модулем, после оптического выхода дальномера так, что первичное излучение отражается первым отражательным узлом, а затем вторым из двух отражательных узлов, при этом каждый отражательный узел способен создавать отклонение лазерного луча первичного излучения, и соответствующие отклонения, созданные первым отражательным узлом, а затем вторым из двух отражательных узлов, противоположны друг другу.

2. Способ по п. 1, в котором оптический модуль (10) выполнен так, чтобы не смещать в поперечном направлении часть отраженного излучения (F_R), которая собирается дальномером (20) во время проведения операции измерения указанным дальномером, при этом указанное отраженное излучение возникает вследствие обратного рассеяния или обратного отражения первичного излучения целью, удаленной от дальномера.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором каждый отражательный узел (1, 2) оптического модуля (10) содержит часть из материала, который прозрачен для первичного излучения, при этом указанная часть имеет три отражающие плоские грани (S0, S1, S2), совпадающие с областями трех соответствующих граней куба, расположенных вокруг вершины (P₁) этого куба, так что, когда оптический модуль установлен перед оптическим выходом (21) дальномера (20), каждый отражательный узел меняет направление распространения первичного излучения (F₁) на противоположное, при этом направление распространения первичного излучения остается прежним, но с созданием элементарного поперечного сдвига лазерного луча первичного излучения, и этот эффективный поперечный сдвиг указанного лазерного луча первичного излучения между лучом после оптического модуля и лучом в промежутке между оптическим выходом дальномера и указанным оптическим модулем представляет собой векторную сумму элементарных поперечных сдвигов, произведенных двумя отражательными узлами.

4. Способ по п. 3, в котором каждая часть прозрачного материала имеет форму бруска, при этом первый продольный конец (L₁₁, L₂₁) бруска содержит плоскую отражающую грань (S₀), а второй продольный конец (L₁₂, L₂₂) бруска, лежащий напротив указанного первого продольного конца, содержит прямоугольный двугранный угол отражения, при этом ребро указанного двугранного угла перпендикулярно плоской отражающей поверхности первого продольного конца бруска.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором каждый отражательный узел (1, 2) оптического модуля (10) содержит оптический угольник на основе пентапризмы, у которого имеются две плоских отражающих грани (S'₁, S'₂), такие, что когда оптический модуль установлен перед оптическим выходом (21) дальномера (20), каждый отражательный узел вносит отклонение на прямой угол по отношению к направлению распространения первичного излучения (F₁).

6. Способ по п. 1 или 2, в котором каждый отражательный узел (1, 2) оптического модуля (10) является плоским зеркалом, а оптический модуль выполнен так, что эти два плоских зеркала параллельны.

7. Способ по п. 6, в котором оптический модуль (10) содержит ромбоэдр (4) из прозрачного материала, у которого две противоположные грани выполнены с возможностью отражения так, чтобы произвести отражение первичного излучения, вошедшего внутрь ромбоэдра из прозрачного материала, при этом каждая из двух отражающих граней ромбоэдра формирует один из двух отражательных узлов (1, 2).

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором каждая плоская отражающая грань отражательных узлов (1, 2) оптического модуля (10) имеет площадь поверхности, которая меньше 9 см², предпочтительно меньше 4 см².

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором оптический модуль (10) дополнительно содержит по меньшей мере одну призму (3) Рисли, которая способна компенсировать неидентичность направлений распространения первичного излучения (F1) после оптического модуля и указанного первичного излучения в промежутке между оптическим выходом (21) дальномера (20) и указанным оптическим модулем, когда оптический модуль установлен перед оптическим выходом дальномера.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором оптический модуль (10) дополнительно содержит средства съемного крепления, которые служат для крепления оптического модуля к моностатическому или квазимоностатическому лазерному дальномеру (20) с возможностью снятия, так чтобы прикрепленный оптический модуль был эффективен для лазерного луча первичного излучения (F₁), испускаемого оптическим выходом (21) дальномера.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором лазерный дальномер (20) и оптический модуль (10), установленный перед оптическим выходом (21) указанного лазерного дальномера, входят в состав дальномерного узла, при этом указанный дальномерный узел интегрирован в оптический визирный узел, оптический указательный узел, оптический узел целеуказания или мультисенсорную головку, которая предназначена для измерения параметров окружающей среды.