Odwrotna inżynieria optyki dalmierza laserowego na podstawie modelu 3D
Dalmierz laserowy typu TOF (time-of-flight) analizowany jest poprzez odwrotną inżynierię modelu 3D. Z geometrii obudowy i opraw soczewek odtwarzana jest średnica wejściowej wiązki laserowej do 0,8 mm, typy elementów optycznych oraz materiały szkieł. Symulacja w Zemax potwierdza schemat ekspandera wiązki z konstrukcją trójsoczewkową.
Struktura układu optycznego
Układ optyczny impulsowego dalmierza laserowego obejmuje kluczowe bloki:
- Emiter — dioda laserowa z optyką kolimującą.
- Ekspander wiązki — system teleskopowy do zwiększenia średnicy wiązki.
- Obiektyw odbiorczy.
- Filtr świetlny.
- Odbiornik — fotodioda lawinowa.
Analiza skupia się na ekspanderze. Z modelu 3D widoczne są oprawy soczewek, umożliwiające rekonstrukcję rur świetlnych. Soczewki numerowane są zgodnie z kierunkiem światła: 1 (ujemna, rozpraszająca), 2 i 3 (składnik dodatni).
Geometria określa maksymalną średnicę wiązki na soczewce 1 ~1,35 mm. Biorąc pod uwagę dyfrakcyjną rozbieżność kolimowanej diody, wiązka wejściowa nie przekracza oprawy soczewki 2.
Analiza emitera i wiązki wyjściowej
Emiter w modelu podobny jest do rzeczywistych chińskich próbek: niebieski uszczelniacz mocuje optykę, wspornikowe mocowanie pierwszej soczewki ekspandera na szklanym klocku obniża dokładność centrowania. Różowy odblask na soczewce wyjściowej wskazuje na powłokę antyrefleksyjną dostosowaną do długości fali diody laserowej (~905 nm).
Wiązka wyjściowa z emitera modelowana jest jako wiązka Gaussa o średnicy ~0,8 mm z apodyzacją (13% energii na krawędzi). Jest to wartość graniczna, obliczona z podpór rur świetlnych między soczewkami.
Modelowanie w Zemax
Geometria przenoszona jest do Zemax:
- Wiązka wejściowa: 0,8 mm, profil Gaussa.
- Soczewka 1: ujemna, wklęsłe powierzchnie.
- Materiały: test na szkle CDGM (H-FK71 niskie n_d=1,497; H-K9L analog BK7).
Różnica średnic świetlnych na soczewce 1 (0,256/0,15 ≈1,7) odpowiada n=1,7 ciężkich kronów. Z H-K9L schemat daje wiązkę rozbieżną (165 mrad RMS, wyjście 21,4 mm zamiast 14 mm).
Kluczowe rozbieżności z oczekiwaniami ekspandera:
- Obraz pozorny na lewo od soczewki 1.
- Winietowanie przy D>0,8 mm.
- System nieafokalny bez równoległego wyjścia.
Dobór szkieł (nie wszystkie H-K9L) i optymalizacja promieni (R=117,38 mm niemal płaska powierzchnia) są niezbędne dla afokalności.
Porównanie z obliczonym schematem
Autorski schemat ekspandera:
- Równe promienie soczewki ujemnej (oszczędność narzędzi).
- Płaska powierzchnia zamiast R=117,38 mm.
- Jednorodne szkło (BK7/H-K9L).
Chińska wersja jest bardziej złożona: różne szkła, nieoptymalne promienie. Geometria się zgadza, potwierdzając uniwersalność schematu teleskopowego dla wiązek laserowych.
Obliczanie średnic świetlnych:
| Soczewka | Wejście D (mm) | Wyjście D (mm) | Ograniczenie |
|----------|----------------|----------------|--------------|
| 1 | 0,8 | 1,35 | Podpora |
| 2 | ~2,5 | ~4 | Obudowa |
| 3 | ~12 | 14 | Wyjście |
Co jest ważne
- Średnica wejściowa wiązki laserowej ≤0,8 mm z geometrii opraw.
- Ujemna soczewka 1 wymaga n_d≈1,7 dla minimalizacji winietowania.
- Schemat jest afokalny tylko z doborem szkieł CDGM (nie wszystkie H-K9L).
- Wspornikowe mocowanie obniża dokładność, wpływa na deklarowany zasięg.
- Zemax potwierdza podobieństwo do niezależnych obliczeń.
— Editorial Team
Brak komentarzy.