Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕРА

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных двухканальных оптических системах, в том числе предназначенных для контроля лазерных дальномерных оптических систем видимого и ИК-диапазонов спектра.

Известно устройство для контроля лазерного дальномера, патент РФ на изобретение №2246710, МПК G01M 11/02, G01B 11/26, опубл. 20.02.2005 г. Устройство содержит расположенные последовательно приемный оптический модуль, включающий оптически связанные ослабитель лазерного излучения, первый объектив и первый световод, устройство задержки оптического сигнала и модуль излучения, включающий оптически связанные второй световод и второй объектив, причем выходной торец второго световода расположен в фокальной плоскости второго объектива, при этом оси приемного оптического модуля и модуля излучения параллельны между собой. Приемный оптический модуль дополнительно содержит сетку со светящимися радиальными штрихами и прозрачной диафрагмой, установленную в фокальной плоскости первого объектива, а также фотоприемное устройство, устройство управления и регистрации измерительной информации, осветитель, оптический блок, волоконно-оптический делитель и волоконно-оптический сумматор. Однако указанная оптическая система конструктивно сложна и не может использоваться для контроля лазерного дальномера с концентричным расположением передающего и приемного каналов.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является устройство для контроля лазерного дальномера, установленного в изделии с телевизионным каналом наблюдения, свидетельство на полезную модель №40680, МПК G01S 17/10, G02B 23/00, G01C 3/00, опубл. 20.09.2004 г. Устройство содержит волоконно-оптическую линию задержки с входным и выходным торцами, входную оптическую систему с зеркальным объективом, выполненным в виде сферического зеркала, и выходную оптическую систему с выходным зеркальным объективом, выполненным в виде сферического зеркала с центральным отверстием, и плоского зеркала. Во входную оптическую систему введена апертурная диафрагма, блок ослабления излучения, блок переменного отклонения излучения, входной зеркальный объектив, первая полевая диафрагма, рассеиватель излучения, первый осветитель, фотоприемник. В выходную оптическую систему введена вторая полевая диафрагма и второй осветитель, размещенный с возможностью освещения второй полевой диафрагмы, расположенные перед выходным зеркальным объективом, при этом выходной торец волоконно-оптической линии задержки расположен в фокальной плоскости выходного зеркального объектива.

Данная оптическая система конструктивно сложна, недостаточно технологична (содержит сферическое зеркало с отверстием) и не может использоваться для контроля лазерного дальномера с концентричным расположением входной и выходной оптических систем.

Задачей изобретения является создание устройства для контроля лазерного дальномера с улучшенными технико-экономическими и эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - создание компактного устройства с повышенной технологичностью при высоком качестве формирования лазерных пучков и упрощенной конструкцией для контроля лазерного дальномера с концентричным расположением входной и выходной оптических систем.

Это достигается тем, что в устройстве для контроля лазерного дальномера, содержащем входную и выходную оптические системы, связанные между собой волоконно-оптической линией задержки, выполненной в виде световода, входной и выходной торцы которого расположены в фокальных плоскостях входной и выходной оптических систем соответственно, в отличие от известного входная собирающая и выходная коллимирующая оптические системы образованы двумя соосными менисками, обращенными вогнутостью к торцу световода и имеющими зеркальные покрытия на выпуклых поверхностях, причем зеркальная поверхность мениска, расположенного первым от торца световода, выполнено в виде периферийной кольцевой зоны.

Кроме того, по крайней мере один торец световода может быть состыкован с плоскопараллельной пластиной в непрозрачной зоне, содержащей соосную со световодом диафрагму с диаметром, меньшим диаметра световода.

Кроме того, по крайней мере, один из менисков выполнен склеенным.

На фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4 и фиг.5 изображена оптическая схема устройства для контроля лазерного дальномера для первого, второго, третьего, четвертого и пятого вариантов исполнения соответственно.

Устройство для контроля лазерного дальномера по первому варианту исполнения (фиг.1) содержит входную собирающую и выходную коллимирующую оптические системы, образованные соосными отрицательными менисками 1 и 2, и световод 3. На периферийной части выпуклой поверхности отрицательного мениска 1, обращенного вогнутостью к торцу световода, нанесено зеркальное покрытие в виде кольцевой зоны, отрицательный мениск 2 обращен вогнутостью к торцу световода, причем на его выпуклую поверхность нанесено зеркальное покрытие. При этом центральная прозрачная часть отрицательного мениска 1 и отрицательный мениск 2 образуют входную собирающую оптическую систему, а кольцевая периферийная часть отрицательного мениска 1 - выходную коллимирующую оптическую систему, причем в фокусе F′ входной оптической системы находится входной торец световода 3, а в фокусе F выходной оптической системы находится выходной торец световода 3, закрепленный, например, с помощью механических держателей торцевых частей, выполненных в виде трехлучевой конструкции, используемой в качестве держателя вторичного зеркала оптической системы зеркального объектива Кассегрена (на фиг.1 не показаны).

Устройство для контроля лазерного дальномера по второму варианту исполнения (фиг.2) содержит входную и выходную оптические системы, образованные соосными отрицательными менисками 1 и 2, световод 3, плоскопараллельные пластины 4 и 5. Отрицательный мениск 1 обращен вогнутостью к торцу световода и на периферийной части его второй, выпуклой поверхности нанесено зеркальное покрытие в виде кольцевой зоны, отрицательный мениск 2 обращен вогнутостью к торцу световода и на его выпуклую поверхность нанесено зеркальное покрытие, причем центральная прозрачная часть отрицательного мениска 1 и отрицательный мениск 2 образуют входную собирающую оптическую систему, а периферийная кольцевая часть отрицательного мениска 1 - выходную коллимирующую оптическую систему. Входной торец световода 3 находится в фокусе F′ в плоскости первого промежуточного изображения, находящегося на первой со стороны контролируемого дальномера поверхности плоскопараллельной пластины 5, а выходной торец световода 3 находится в фокусе F в плоскости второго промежуточного изображения, расположенного на первой со стороны контролируемого дальномера поверхности плоскопараллельной пластины 4, содержащей соосное со световодом прозрачное отверстие - диафрагму с диаметром, меньшим диаметра световода.

Устройство для контроля лазерного дальномера по третьему варианту исполнения (фиг.3) состоит со стороны контролируемого дальномера из наклонной светоделительной плоскопараллельной пластины 6, у которой светоделительная поверхность является второй со стороны контролируемого дальномера, плоскопараллельной пластины 7, отрицательного мениска 8, отрицательного мениска 9, плоскопараллельной пластины 10, наклонного плоского зеркала 11 и световода 3. Отрицательный мениск 8 обращен вогнутостью к торцу световода и на периферийной части его выпуклой поверхности нанесено зеркальное покрытие в виде периферийной кольцевой зоны, отрицательный мениск 9 обращен вогнутостью к торцу световода, и на его выпуклую поверхность нанесено зеркальное покрытие, причем центральная прозрачная часть отрицательного мениска 8 и отрицательный мениск 9 образуют входную собирающую оптическую систему, а кольцевая часть отрицательного мениска 8 - выходную коллимирующую оптическую систему. Входной торец световода 3 находится в фокусе F′ в плоскости первого промежуточного изображения, находящегося на первой со стороны контролируемого дальномера поверхности плоскопараллельной пластины 7, а выходной торец световода 3 находится в фокусе F в плоскости второго промежуточного изображения, находящегося на первой по ходу лучей поверхности плоскопараллельной пластины 10.

Устройство для контроля лазерного дальномера по четвертому варианту исполнения (фиг.4) состоит со стороны контролируемого дальномера из наклонной светоделительной плоскопараллельной пластины 6, у которой светоделительная поверхность является второй со стороны контролируемого дальномера, плоскопараллельной пластины 7, отрицательного мениска 12 и положительного мениска 13, склеенного с отрицательным мениском 14, наклонного плоского зеркала 11, плоскопараллельной пластины 10 и световода 3. Отрицательный мениск 12 обращен вогнутостью к торцу световода, на периферийной части его выпуклой поверхности нанесено зеркальное покрытие в виде периферийной кольцевой зоны, положительный мениск 13 склеен с отрицательным мениском 14 и оба они обращены вогнутостью к торцу световода, а на вторую от торца световода, выпуклую поверхность отрицательного мениска 14 нанесено зеркальное покрытие, причем центральная прозрачная часть отрицательного мениска 12, положительный мениск 13 и отрицательный мениск 14 образуют входную собирающую оптическую систему, а кольцевая часть отрицательного мениска 12 - выходную коллимирующую оптическую систему. Входной торец световода 3 находится в фокусе F′ в плоскости первого промежуточного изображения, находящегося на первой со стороны контролируемого дальномера поверхности плоскопараллельной пластины 7, а выходной торец находится в фокусе F в плоскости второго промежуточного изображения, находящегося на первой со стороны контролируемого дальномера поверхности плоскопараллельной пластины 10.

Устройство для контроля лазерного дальномера по пятому варианту исполнения (фиг.5) состоит со стороны контролируемого дальномера из наклонной светоделительной плоскопараллельной пластины 6, у которой светоделительная поверхность является второй со стороны контролируемого дальномера, плоскопараллельной пластины 7, первого склеенного мениска, состоящего из положительного мениска 15 и отрицательного мениска 16, второго склеенного мениска, состоящего из положительного мениска 17 и отрицательного мениска 18, наклонного плоского зеркала 11, плоскопараллельной пластины 10 и световода 3. Положительный мениск 15 обращен вогнутостью к торцу световода и склеен с отрицательным мениском 16, у которого на периферийной части выпуклой поверхности нанесено зеркальное покрытие в виде периферийной кольцевой зоны, положительный мениск 17 обращен вогнутостью к торцу световода и склеен с отрицательным мениском 18, обращенным вогнутостью к торцу световода, и на его выпуклую поверхность нанесено зеркальное покрытие, причем центральная часть положительного мениска 15 и центральная прозрачная часть отрицательного мениска 16, а также положительный мениск 17 и отрицательный мениск 18 образуют входную собирающую оптическую систему, а положительный мениск 15 и кольцевая часть отрицательного мениска 16 - выходную коллимирующую оптическую систему. Входной торец световода 3 находится в фокусе F′ в плоскости первого промежуточного изображения, находящегося на первой со стороны контролируемого дальномера поверхности плоскопараллельной пластины 7, а выходной торец световода 3 находится в фокусе F в плоскости второго промежуточного изображения, находящегося на первой поверхности по ходу лучей плоскопараллельной пластины 10.

Кроме того, плоскопараллельная пластина 7 (фиг.3, фиг.4, фиг.5) может быть заменена механическими держателями торцевых частей световода 3, выполненных в виде трехлучевой конструкции, используемой, например, в качестве держателя вторичного зеркала оптической системы зеркального объектива Кассегрена.

Устройство для контроля лазерного дальномера для первого варианта работает следующим образом:

Для входной собирающей оптической системы поток лазерного излучения излучающего канала контролируемого лазерного дальномера в виде параллельного пучка лучей поступает на отрицательный мениск 1, проходит, преломляясь, через его центральную часть, затем попадает на отрицательный мениск 2, преломляясь в нем, отражается от его второй поверхности и возвращается, проходя оптические элементы 2, 1 и собираясь в фокусе F′ входной оптической системы, совпадающем с входным торцом световода 3, затем по световоду 3 поступает на его выходной торец, где расположен передний фокус выходной коллимирующей оптической системы, затем, расходясь, попадает на отрицательный мениск 1, проходит сквозь него, затем отражается от его зеркальной кольцевой периферийной зоны на второй поверхности, вновь проходит через мениск 1 и выходит в виде параллельного коллимированного пучка лучей большего диаметра, чем тот, который входил сначала из контролируемого лазерного дальномера во входную оптическую систему, и уже оттуда поступает на приемный канал контролируемого лазерного дальномера.

Устройство для контроля лазерного дальномера для второго варианта работает следующим образом:

Для входной собирающей оптической системы поток лазерного излучения излучающего канала контролируемого лазерного дальномера в виде параллельного пучка лучей поступает на плоскопараллельную пластину 4, проходит через нее, затем проходит через плоскопараллельную пластину 5, проходит затем, преломляясь, через центральную часть отрицательного мениска 1, затем попадает на отрицательный мениск 2, преломляясь в нем, отражается от его второй поверхности и возвращается, проходя оптические элементы 2, 1, 5 и собираясь в фокусе первого канала в плоскости первого промежуточного изображения, совпадающем с первой со стороны контролируемого дальномера поверхностью плоскопараллельной пластины 5, которая состыкована с входным торцом световода 3, затем по световоду 3 поступает на его выходной торец, где расположен передний фокус выходной коллимирующей оптической системы и плоскость второго промежуточного изображения, причем выходной торец световода 3 состыкован с первой со стороны контролируемого дальномера поверхностью плоскопараллельной пластины 4, затем проходит, расходясь, через плоскопараллельную пластину 4, через плоскопараллельную пластину 5 и попадает на отрицательный мениск 1, проходит сквозь него, затем отражается от его зеркальной кольцевой периферийной зоны на второй поверхности, проходит назад через отрицательный мениск 1 и, отразившись от его периферийной зеркальной поверхности, выходит в виде параллельного пучка лучей, который затем проходит назад через плоскопараллельную пластину 5 и плоскопараллельную пластину 4 и выходит в виде параллельного коллимированного пучка лучей большего диаметра, чем тот, который входил сначала из контролируемого лазерного дальномера во входную собирающую оптическую систему, после чего поступает на приемный канал контролируемого лазерного дальномера.

Устройство для контроля лазерного дальномера для третьего варианта работает следующим образом:

Для входной собирающей оптической системы поток лазерного излучения излучающего канала контролируемого лазерного дальномера в виде параллельного пучка лучей поступает на наклонную светоделительную плоскопараллельную пластину 6, проходит через нее, затем проходит через плоскопараллельную пластину 7, проходит затем, преломляясь, через центральную часть отрицательного мениска 8, затем попадает на отрицательный мениск 9, преломляясь в нем, отражается от его второй поверхности и возвращается, проходя оптические элементы 9, 8, 7 и собираясь в фокусе входной собирающей оптической системы в плоскости первого промежуточного изображения, совпадающем с первой со стороны контролируемого дальномера поверхностью плоскопараллельной пластины 7, которая состыкована с входным торцом световода 3, затем по световоду 3 поступает на его выходной торец, где расположен передний фокус выходной коллимирующей оптической системы и плоскость второго промежуточного изображения, затем проходит, расходясь через плоскопараллельную пластину 10, отражается от зеркала 11 и затем отражается от наклонной светоделительной пластины 6, проходит через плоскопараллельную пластину 7 и попадает на отрицательный мениск 8, проходит сквозь него, затем отражается от его зеркальной кольцевой периферийной зоны на второй поверхности, возвращается через отрицательный мениск 8 и выходит в виде параллельного пучка лучей через плоскопараллельную пластину 7 и через наклонную светоделительную плоскопараллельную пластину 6, выходит в виде параллельного коллимированного пучка лучей большего диаметра, чем тот, который входил сначала из контролируемого лазерного дальномера во входную собирающую оптическую систему, и оттуда поступает в приемный канал контролируемого лазерного дальномера.

Устройство для контроля лазерного дальномера для четвертого варианта работает следующим образом:

Для входной собирающей оптической системы поток лазерного излучения излучающего канала контролируемого лазерного дальномера в виде параллельного пучка лучей поступает на наклонную светоделительную плоскопараллельную пластину 6, проходит через нее, затем проходит через плоскопараллельную пластину 7, проходит затем, преломляясь, через центральную часть отрицательного мениска 12, попадает на положительный мениск 13, проходит через него, затем попадает на отрицательный мениск 14, преломляясь в нем, отражается от его внешней выпуклой поверхности и возвращается, проходя оптические элементы 14, 13, 12 и собираясь в фокусе входной собирающей оптической системы в плоскости первого промежуточного изображения, совпадающей с первой со стороны контролируемого дальномера поверхностью плоскопараллельной пластины 7, которая состыкована с входным торцом световода 3, затем по световоду 3 поступает на его выходной торец, где расположен передний фокус выходной коллимирующей оптической системы и плоскость второго промежуточного изображения, затем проходит, расходясь через плоскопараллельную пластину 10, отражается от зеркала 11 и от наклонной светоделительной пластины 6, попадает через плоскопараллельную пластину 7 на отрицательный мениск 12, проходит сквозь него, затем отражается от его зеркальной кольцевой периферийной зоны на второй поверхности, возвращается через отрицательный мениск 12 в виде параллельного пучка лучей, который затем через плоскопараллельную пластину 7 и через наклонную светоделительную плоскопараллельную пластину 6 выходит в виде параллельного коллимированного пучка лучей большего диаметра, чем тот, который входил сначала из контролируемого лазерного дальномера во входную собирающую оптическую систему, и оттуда поступает на приемный канал контролируемого лазерного дальномера.

Устройство для контроля лазерного дальномера для пятого варианта работает следующим образом:

Для входной собирающей оптической системы поток лазерного излучения излучающего канала контролируемого лазерного дальномера в виде параллельного пучка лучей поступает на наклонную светоделительную плоскопараллельную пластину 6, проходит через нее, затем проходит через плоскопараллельную пластину 7, проходит затем, преломляясь, через центральную часть положительного мениска 15, затем попадает на отрицательный мениск 16, преломляясь в нем также в центральной части, попадает на положительный мениск 17, проходит через него, затем попадает на отрицательный мениск 18, преломляясь в нем, отражается от его внешней выпуклой поверхности и возвращается, проходя оптические элементы 18, 17, 16, 15 и собираясь в фокусе входной собирающей оптической системы в плоскости первого промежуточного изображения, совпадающей с первой со стороны контролируемого дальномера поверхностью плоскопараллельной пластины 7, которая состыкована с входным торцом световода 3, затем поступает на его выходной торец, где расположен передний фокус выходной коллимирующей оптической системы и плоскость второго промежуточного изображения, затем проходит, расходясь через плоскопараллельную пластину 10, отражается от зеркала 11 и затем отражается от наклонной светоделительной пластины 6, проходит через плоскопараллельную пластину 7 и попадает на положительный мениск 15, затем на отрицательный мениск 16, проходит сквозь него, затем отражается от его зеркальной кольцевой периферийной зоны на второй поверхности, проходит назад через отрицательный мениск 16 и через положительный мениск 15 и выходит в виде параллельного пучка лучей, который затем проходит назад через плоскопараллельную пластину 7 и наклонную светоделительную плоскопараллельную пластину 6 и выходит в виде параллельного коллимированного пучка лучей большего диаметра, чем тот, который входил сначала из контролируемого лазерного дальномера во входную собирающую оптическую систему, и оттуда поступает на приемный канал контролируемого лазерного дальномера.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитаны четыре варианта исполнения входной собирающей и выходной коллимирующей оптических систем, соответственно четырех вариантов устройства для контроля лазерного дальномера, исправленных для длины волны 1060 нм, причем для третьего варианта входная собирающая оптическая система выполнена ахроматизованной для длин волн 1060 нм и 589,3 нм, а для четвертого варианта и входная собирающая оптическая система и выходная коллимирующая оптическая система выполнены ахроматизованными для длин волн 1060 нм и 589,3 нм. Конструктивные данные по первому варианту исполнения (фиг.1) для входной собирающей оптической системы представлены в табл.1. Конструктивные данные по первому варианту исполнения (фиг.1) для выходной коллимирующей оптической системы представлены в табл.2. Конструктивные данные по второму варианту исполнения (фиг.2) для входной собирающей оптической системы представлены в табл.3. Конструктивные данные по второму варианту исполнения (фиг.2) для выходной коллимирующей оптической системы представлены в табл.4. Конструктивные данные по третьему варианту исполнения (фиг.3) для входной собирающей оптической системы представлены в табл.5, а конструктивные данные по третьему варианту исполнения (фиг.3) для выходной коллимирующей оптической системы соответствуют представленным в табл.2. Конструктивные данные по четвертому варианту исполнения (фиг.5) для входной собирающей оптической системы представлены в табл.6, а конструктивные данные по четвертому варианту исполнения (фиг.5) для выходной коллимирующей оптической системы соответствуют представленным в табл.7.

Рассчитанная оптическая система по первому варианту исполнения для входной собирающей оптической системы имеет следующие характеристики:

Рассчитанная оптическая система по первому варианту исполнения для выходной коллимирующей оптической системы и по третьему варианту исполнения для выходной коллимирующей оптической системы имеет следующие характеристики:

Рассчитанная оптическая система по второму варианту исполнения для входной собирающей оптической системы имеет следующие характеристики:

Рассчитанная оптическая система по второму варианту исполнения для выходной коллимирующей оптической системы имеет следующие характеристики:

Рассчитанная оптическая система по третьему варианту исполнения для

входной собирающей оптической системы имеет следующие характеристики:

Рассчитанная оптическая система по четвертому варианту исполнения для входной собирающей оптической системы имеет следующие характеристики:

Рассчитанная оптическая система по четвертому варианту исполнения для выходной коллимирующей оптической системы имеет следующие характеристики:

Поперечная сферическая аберрация предлагаемого устройства для контроля лазерного дальномера по первому варианту исполнения для входной собирающей оптической системы для длины волны 1060 нм равна 0,0003 мм, а для выходной коллимирующей оптической системы равна 0,0002 мм. Поперечная сферическая аберрация предлагаемого устройства по второму варианту исполнения для входной собирающей оптической системы для длины волны 1060 нм равна 0,0082 мм, а для выходной коллимирующей оптической системы равна 0,0004 мм. Поперечная сферическая аберрация предлагаемого устройства по третьему варианту исполнения для входной собирающей оптической системы для длины волны 1060 нм равна 0,0011 мм, а для выходной коллимирующей оптической системы равна 0,0002 мм.

Поперечная сферическая аберрация предлагаемого устройства по четвертому варианту исполнения для входной собирающей оптической системы для длины волны 1060 нм равна 0,0001 мм, а для выходной коллимирующей оптической системы равна 0,0009 мм.

Предлагаемое устройство для контроля лазерного дальномера имеет компактную конструкцию и высокое качество формирования лазерных пучков для длины волны 1060 нм, что следует из вышеприведенных значений.

Предлагаемое устройство для контроля лазерного дальномера позволяет контролировать лазерный дальномер, имеющий центральную излучающую часть (например, с выходным телескопом) и периферийную кольцевую приемную часть (например, выполненного в виде приемного объектива с интерференционным светофильтром). При этом при включенном контролируемом лазерном дальномере совместно с предлагаемым устройством для контроля лазерного дальномера в случае получения достаточного сигнала на приемнике дальномера подтверждается параллельность оптических осей излучающего и приемного каналов лазерного дальномера относительно фиксированной оси (например, линии визирования визирного канала прибора, содержащего лазерный дальномер) и отсутствие разъюстировки оптики излучающего и приемного каналов лазерного дальномера.

Предлагаемое устройство для контроля лазерного дальномера имеет повышенную технологичность, так как отсутствует трудоемкое отверстие в центральной части сферического зеркала, которое имеется в ближайшем аналоге.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создано компактное устройство с повышенной технологичностью при высоком качестве формирования лазерных пучков и упрощенной конструкцией для контроля лазерного дальномера с концентричным расположением входной и выходной оптических систем.