приемная линзовая система и оптический дальномер

Формула изобретения

1. Приемная линзовая система для оптического дальномера (1), предназначенная для приема отраженного от объекта оптического излучения и имеющая расположенные на траектории (6) принимаемых лучей полимерную линзу (12) и стеклянную линзу (11), отличающаяся тем, что расстояние между стеклянной линзой (11) и полимерной линзой (12) является регулируемым, предпочтительно за счет выполнения полимерной линзы (12) регулируемой по положению относительно неподвижной стеклянной линзы (11).

2. Приемная линзовая система по п.1, отличающаяся тем, что стеклянная линза (11) расположена на траектории (6) принимаемых лучей перед полимерной линзой (12).

3. Приемная линзовая система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что стеклянная линза (11) представляет собой сферическую линзу, предпочтительно плоско-выпуклую линзу, и/или полимерная линза (12) представляет собой асферическую линзу.

4. Приемная линзовая система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что стеклянная линза (11) выполнена с обеспечением существенно большей, предпочтительно по меньшей мере в три раза или в пять раз большей, сходимости принятого оптического излучения по сравнению с полимерной линзой (12) и/или имеет по сравнению с ней существенно большую, предпочтительно более чем в три раза большую, кривизну поверхности и/или существенно больший, предпочтительно более чем в три раза больший, показатель преломления.

5. Приемная линзовая система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что стеклянная линза (11) снабжена противоотражающим покрытием.

6. Оптический дальномер, предпочтительно лазерный дальномер, с приемной линзовой системой (7) по одному из предыдущих пунктов.

7. Оптический дальномер по п.6, отличающийся тем, что траектория (5) исходных лучей расположена под углом к траектории (6) принимаемых лучей в приемной линзовой системе (7).

8. Оптический дальномер по п.6 или 7, отличающийся тем, что его корпус (8) выполнен брызгозащищенным и/или водонепроницаемым и/или грязезащищенным.

9. Оптический дальномер по п.6 или 7, отличающийся тем, что либо вся приемная линзовая система (7), либо только стеклянная линза (11), либо только полимерная линза (12) выполнена регулируемой по положению относительно фотодетектора (3) поперечно траектории (6) принимаемых лучей.

Описание изобретения к патенту

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к приемной линзовой системе для оптического дальномера согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения, а также к оптическому дальномеру с такой приемной линзовой системой согласно п.6 формулы изобретения.

Лазерные дальномеры используются обычно в жестких условиях на строительных площадках. По этой причине лазерные дальномеры и прежде всего их оптические системы должны обладать невосприимчивостью к воздействию температуры и влаги и стойкостью к загрязнению. Помимо этого лазерные дальномеры должны обладать превосходными оптическими качествами для возможности выполнения измерений с наименьшими погрешностями не только на ближних дистанциях, но и на расстояниях, достигающих нескольких сотен метров. При этом приходится сталкиваться с той проблемой, что функционально связанная с фотодетектором приемная линзовая система должна проецировать на него лазерное излучение, отражаемое и удаленными на очень большое расстояние объектами, и очень близкорасположенными объектами. При измерении расстояния до лишь незначительно удаленных объектов большое значение имеет параллактический угол между оптической осью приемной линзовой системы и излученным измерительным пучком, тогда как при измерении больших расстояний параллактическим углом можно пренебречь.

Краткое изложение сущности изобретения

Задача изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать приемную линзовую систему для оптического дальномера, сделав ее менее чувствительной к воздействию температуры и/или влаги и/или к загрязнению. Конструкция такой усовершенствованной приемной линзовой системы предпочтительно должна обеспечивать возможность конструктивно простого выполнения водонепроницаемого и/или грязенепроницаемого корпуса для оптического дальномера, прежде всего лазерного дальномера. Помимо этого подобная приемная линзовая система предпочтительно должна допускать возможность ее применения для измерения расстояний и на ближних, и на дальних дистанциях. В особенно предпочтительном варианте такая приемная линзовая система должна быть максимально рентабельной в изготовлении. Задача настоящего изобретения состояла далее в разработке оптического дальномера, прежде всего лазерного дальномера, с приемной линзовой системой, имеющей указанное выше исполнение.

Решение положенной в основу изобретения задачи

В отношении приемной линзовой системы положенная в основу изобретения задача решается с помощью отличительных признаков, представленных в п.1 формулы изобретения, а в отношении оптического дальномера - с помощью отличительных признаков, представленных в п.6 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. В объем изобретения включены также все возможные комбинации из по меньшей мере двух его отличительных особенностей, представленных в описании, в формуле изобретения и/или на чертежах.

Основная идея изобретения заключается в том, чтобы использовать для образования приемной линзовой системы по меньшей мере одну полимерную линзу в паре с по меньшей мере одной стеклянной линзой, при этом в объем изобретения включен также вариант, предусматривающий использование только одной полимерной линзы и/или только одной стеклянной линзы. Применение по меньшей мере одной стеклянной линзы и по меньшей мере одной полимерной линзы позволяет оптимально комбинировать между собой преимущества каждой из них. Так, в частности, стеклянная линза и прежде всего с точки зрения ее фокусного расстояния сравнительно невосприимчива к изменениям температуры и влажности. Помимо этого сферические стандартные стеклянные линзы имеют малую стоимость и нечувствительны к загрязнениям. Преимущество же полимерных линз состоит в том, что такие линзы благодаря возможности их гораздо более простого выполнения более предпочтительно использовать для эффективной коррекции аберраций. Так, в частности, полимерные линзы дешевле по сравнению со стеклянными линзами выполнять с соответствующей асферической поверхностью, прежде всего для компенсации параллактического угла, появление которого характерно для большинства оптических дальномеров из-за расположения приемной линзовой системы и источника света, выполненного преимущественно в виде лазера, рядом друг с другом.

Согласно изобретению расстояние между стеклянной линзой и полимерной линзой является регулируемым по меньшей мере при сборке приемной линзовой системы для настройки таким путем ее фокусного расстояния. При этом предпочтительно выполнять стеклянную линзу, прежде всего переднюю стеклянную линзу, неподвижной, а полимерную линзу - регулируемой по положению, что также положительно сказывается на пригодности приемной линзовой системы к встраиванию в по меньшей мере брызго- и грязезащищенный корпус. Выполнение по меньшей мере одной из линз, предпочтительно только полимерной линзы, регулируемой по положению, позволяет компенсировать производственные допуски, которые неизбежно возникают при изготовлении линз. Оптимизированная пригодность для изготовления по меньшей мере брызгозащищенных корпусов оптических дальномеров обусловлена тем, что передняя, предпочтительно закрепленная в соответствующем держателе на корпусе, линза постоянно зафиксирована в своем положении и не требует ее перестановки, благодаря чему удается сравнительно простым путем обеспечить оптимальное и надежное уплотнение между этой линзой и корпусом. Выполнение же по меньшей мере одной линзы, предпочтительно только полимерной линзы, регулируемой по положению, позволяет простым путем компенсировать производственные допуски.

Особенно предпочтителен вариант выполнения приемной линзовой системы, в котором полимерная линза расположена на траектории принимаемых лучей между стеклянной линзой и фотодетектором, т.е. стеклянная линза является передней линзой на траектории принимаемых лучей. В этом состоит решающее преимущество постольку, поскольку стеклянные линзы, как указано выше, менее восприимчивы к влаге, температуре и загрязнениям и поэтому пригодны для наружной герметизации корпуса оптического дальномера. Помимо этого расположение стеклянной линзы в качестве передней линзы на траектории принимаемых лучей позволяет облегчить решение задачи по выполнению корпуса водонепроницаемым, предпочтительно до одного метра глубины при погружении в воду, но по меньшей мере решение задачи по выполнению корпуса брызгозащищенным. По меньшей мере одна полимерная линза находится внутри корпуса и тем самым оптимально защищена от воздействия влаги и от загрязнений.

Наиболее предпочтителен вариант выполнения приемной линзовой системы, в котором стеклянная линза выполнена в виде сферической линзы, т.е. имеет сферическую поверхность с по меньшей мере одной своей стороны. В предпочтительном варианте под стеклянной линзой подразумевается стандартная стеклянная линза, особенно предпочтительно плоско-выпуклая линза. Дополнительно к этому или альтернативно этому полимерную линзу можно выполнять в виде асферической линзы, т.е. в виде линзы без сферической поверхности с одной ее стороны, для коррекции таким путем аберраций.

В одном из предпочтительных вариантов предлагается искривлять волновой фронт принятого лазерного излучения в стеклянной линзе в гораздо большей степени (высокая сходимость), чем в полимерной линзе (низкая сходимость). Для этого у стеклянной линзы ее показатель преломления предпочтительно должен быть значительно больше, чем у полимерной линзы. Поскольку у стеклянной линзы на ее показатель преломления в основном не влияют колебания температуры и/или влажности, изменения температуры и/или влажности лишь несущественно сказываются на общих рабочих характеристиках приемной линзовой системы.

В еще одном предпочтительном варианте стеклянная линза выполнена с обеспечением существенно большей, предпочтительно по меньшей мере в три раза или в пять раз большей, сходимости принятого оптического излучения по сравнению с полимерной линзой и/или имеет по сравнению с ней существенно большую, предпочтительно более чем в три раза большую, кривизну поверхности и/или существенно больший, предпочтительно более чем в три раза больший, показатель преломления.

Стеклянную линзу приемной линзовой системы наиболее предпочтительно выполнять с противоотражающим покрытием. Снабжение стеклянных линз противоотражающим покрытием возможно в отличие от полимерных линз сравнительно простым и рентабельным путем и положительно сказывается на оптических свойствах приемной линзовой системы.

Объектом изобретения является также оптический дальномер, предпочтительно лазерный дальномер, с предлагаемой в изобретении приемной линзовой системой. В предпочтительном варианте траектория исходных лучей от источника света расположена под углом к траектории принимаемых лучей в приемной линзовой системе, т.е. существует параллакс, который можно простым путем рентабельно компенсировать с помощью выполненной согласно изобретению приемной линзовой системы.

Наиболее предпочтителен вариант выполнения оптического дальномера, в котором его корпус выполнен водонепроницаемым, предпочтительно до одного метра глубины при погружении в воду, но по меньшей мере выполнен брызгозащищенным и грязезащищенным. Практическая возможность реализации оптического дальномера с подобным корпусом обеспечивается прежде всего благодаря тому, что передняя линза приемной линзовой системы представляет собой стеклянную линзу, прежде всего выполненную в виде стандартной линзы, наиболее предпочтительно сферическую линзу, а внутри корпуса расположена по меньшей мере одна, предпочтительно только одна, полимерная линза, прежде всего только с асферическими поверхностями.

Для изменения положения оптической оси приемной линзовой системы относительно другой оптической оси, прежде всего относительно оптической оси исходного луча, т.е. предпочтительно оси лазера или оси корпуса, существуют в основном две возможности. В первом варианте можно всю приемную линзовую систему выполнить регулируемой по положению относительно фотодетектора. Согласно второй - альтернативной - возможности только по меньшей мере одну, а предпочтительно только одну линзу, наиболее предпочтительно полимерную линзу приемной линзовой системы, выполняют регулируемой по положению относительно фотодетектора и относительно по меньшей мере одной другой линзы, предпочтительно стеклянной линзы, приемной линзовой системы. Особенно предпочтителен при этом вариант, в котором линза, предпочтительно полимерная линза, выполнена регулируемой по положению и в направлении оптической оси, и в боковом направлении относительно нее, что позволяет одновременно регулировать фокусное расстояние приемной линзовой системы и положение оптической оси, т.е. параллакс.

Преимущество, связанное с выполнением стеклянной(-ых) линзы(линз) с наибольшим показателем преломления, состоит в том, что он практически не подвержен влиянию влаги и температуры. Неизбежное влияние изменения температуры на показатель преломления по меньшей мере одной полимерной линзы благодаря предпочтительно минимальной его величине в целом лишь в малой степени сказывается на нем.

Краткое описание чертежа

Другие преимущества, отличительные особенности и частные аспекты изобретения вытекают из последующего описания одного из предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемый к описанию единственный чертеж. На этом чертеже схематично показан выполненный в виде лазерного дальномера оптический дальномер с приемной линзовой системой, имеющей стеклянную линзу и полимерную линзу.

Описание варианта осуществления изобретения

На прилагаемом к описанию чертеже в очень упрощенном схематичном виде показан выполненный в виде лазерного дальномера оптический дальномер 1 с лазером 2, фотодетектором 3, а также связанной с ним схемой 4 обработки, определяющей расстояние до не показанного на чертеже объекта на основании интерферометрического метода либо на основании измерения фазового сдвига (времени прохождения оптическим излучением измеряемого расстояния).

Как показано на чертеже, исходная траектория 5 лучей от лазера 2 расположена под углом к траектории 6 лучей (траектории принимаемый лучей) в приемной линзовой системе 7.

Оптический дальномер 1 имеет брызго- и грязезащищенный корпус 8 с первым отверстием 9 и вторым, латерально отстоящим от него отверстием 10. В первом отверстии 9 водонепроницаемо установлена сферическая (в данном случае плоско-выпуклая) стеклянная линза 11 приемной линзовой системы 7, прочно закрепленная в этом отверстии и расположенная неподвижно относительно фотодетектора 3. Во втором отверстии 10 неподвижно расположена сферическая линза 13 из стекла, функционально связанная с лазером 2.

На траектории 6 лучей между сферической стеклянной линзой 11 и фотодетектором 3 находится асферическая полимерная линза 12, которая для возможности совмещения фокуса приемной линзовой системы 7 с фотодетектором 3, а также для коррекции аберрации выполнена регулируемой по положению в определенных пределах вдоль траектории 6 лучей и в боковом направлении относительно нее. Асферическая полимерная линза 12 выполнена таким образом, что даже при минимальных расстояниях до объекта, составляющих примерно 5 см, позволяет пренебречь параллаксом между траекторией 5 исходных лучей и траекторией 6 лучей в приемной линзовой системе 7.

У показанной на чертеже приемной линзовой системы 7 достигаемая сходимость принятых световых лучей между стеклянной линзой 11 и полимерной линзой 12 распределена таким образом, что большая часть сходимости приходится на стеклянную линзу 11 с целью сделать приемную линзовую систему 7 по меньшей мере практически невосприимчивой к воздействию температуры и влаги.