Reverzní inženýrství optiky laserového dálkoměru z 3D modelu
Laserový dálkoměr založený na TOF (time-of-flight) je analyzován pomocí reverzního inženýrství 3D modelu. Z geometrie pouzdra a objímek čoček je rekonstruován vstupní průměr laserového paprsku až 0,8 mm, typy optických prvků a materiály skel. Modelování v Zemaxu potvrzuje schéma rozšiřovače paprsku s tříčočkovou konstrukcí.
Struktura optického schématu
Optické schéma impulsního laserového dálkoměru zahrnuje klíčové bloky:
- Emitor — laserová dioda s kolimační optikou.
- Rozšiřovač paprsku — teleskopický systém pro zvětšení průměru paprsku.
- Příjmový objektiv.
- Světelný filtr.
- Přijímač — lavinová fotodioda.
Analýza se zaměřuje na rozšiřovač. Z 3D modelu jsou viditelné objímky čoček, které umožňují rekonstrukci světelných trubic. Čočky jsou číslovány ve směru světla: 1 (negativní rozptylná), 2 a 3 (pozitivní komponent).
Geometrie určuje maximální průměr paprsku na čočce 1 ~1,35 mm. S ohledem na difrakční divergenci kolimované diody, vstupní paprsek nepřesahuje objímku čočky 2.
Analýza emitoru a výstupního paprsku
Emitor v modelu je podobný skutečným čínským vzorkům: modrý tmel fixuje optiku, konzolové uchycení první čočky rozšiřovače na skleněném kvádrů snižuje přesnost centrování. Růžový odlesk na výstupní čočce naznačuje antireflexní vrstvu pro vlnovou délku laserové diody (~905 nm).
Výstupní paprsek z emitoru je modelován jako gaussovský paprsek o průměru ~0,8 mm s apodizací (13 % energie na okraji). Toto je mezní hodnota, vypočtená z opor světelných trubic mezi čočkami.
Modelování v Zemaxu
Geometrie je přenesena do Zemaxu:
- Vstupní paprsek: 0,8 mm, gaussovský profil.
- Čočka 1: negativní, konkávní povrchy.
- Materiály: test na skla CDGM (H-FK71 nízké n_d=1,497; H-K9L analog BK7).
Rozdíl světelných průměrů na čočce 1 (0,256/0,15 ≈1,7) odpovídá n=1,7 těžkých korunů. S H-K9L schéma dává divergující paprsek (165 mrad RMS, výstup 21,4 mm místo 14 mm).
Klíčové odchylky od očekávání rozšiřovače:
- Virtuální obraz vlevo od čočky 1.
- Vinětace při D>0,8 mm.
- Neafokální systém bez paralelního výstupu.
Výběr skel (ne všechna H-K9L) a optimalizace poloměrů (R=117,38 mm téměř plochý povrch) jsou nezbytné pro afokalitu.
Srovnání s vypočítaným schématem
Autorovo schéma rozšiřovače:
- Stejné poloměry negativní čočky (úspora nástrojů).
- Plochý povrch místo R=117,38 mm.
- Jednotné sklo (BK7/H-K9L).
Čínská verze je složitější: různá skla, neoptimální poloměry. Geometrie se shoduje, potvrzuje univerzálnost teleskopického schématu pro laserové paprsky.
Výpočet světelných průměrů:
| Čočka | Vstup D (mm) | Výstup D (mm) | Omezení |
|-------|-------------|--------------|-------------|
| 1 | 0,8 | 1,35 | Opěra |
| 2 | ~2,5 | ~4 | Pouzdro |
| 3 | ~12 | 14 | Výstup |
Co je důležité
- Vstupní průměr laserového paprsku ≤0,8 mm z geometrie objímek.
- Negativní čočka 1 vyžaduje n_d≈1,7 pro minimalizaci vinětace.
- Schéma je afokální pouze s výběrem skel CDGM (ne všechna H-K9L).
- Konzolové uchycení snižuje přesnost, ovlivňuje deklarovaný dosah.
- Zemax potvrzuje podobnost s nezávislými výpočty.
— Editorial Team
Zatím žádné komentáře.