ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к осветительным оптическим устройствам, и может быть использована для создания источников направленного излучения для освещения местности.
Известно [1] осветительное оптическое устройство (ООУ) с высокой направленностью излучения, включающее один или несколько светоизлучающих диодов (СИД), закрепленных на общем основании параллельно друг другу, каждый из которых оптически связан с формирующей оптической системой (ФОС). Все ФОС размещены на общем основании и установлены с возможностью перемещения параллельно оптической оси ООУ. При этом ФОС может состоять из одной положительной линзы, расположенной на расстоянии фокуса от СИД, и с апертурой, полностью принимающей расходящееся излучение СИД. Это ООУ создает пучок направленного излучения либо в виде конуса, либо в виде нескольких конусов. Однако такое ООУ неудобно для освещения горизонтальной местности, где предпочтительнее иметь пучок света, имеющий высоту в несколько раз меньше, чем ширину, обеспечивая таким образом большой сектор обзора поверхности.
Создание ООУ для освещения горизонтальной местности удобней производить с помощью лазерного диода, у которого расходимости пучка излучения различны в взаимно перпендикулярных плоскостях. Такое ООУ описано в [2]. Оно включает лазерный диод, и формирующую оптическую систему, включающую коллимирующую линзу для приема лазерного излучения, две ортогональные цилиндрические линзы с общей фокальной плоскостью, выпуклую положительную линзу, имеющую фокус в общей фокальной плоскости. ООУ [2] с лазерным диодом позволяет получить
пучок излучения с необходимыми расходимостями в взаимно перпендикулярных плоскостях, в том числе и пучок с большим сектором обзора горизонтальной местности. Недостатком ее является сложная конструкция из-за наличия нескольких оптических элементов.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции ООУ при формировании пучка излучения с заданными расходимостями в взаимно перпендикулярных плоскостях.
w
d
Сущность полезной модели заключается в том, что в осветительном оптическом устройстве, включающем лазерный диод и формирующую оптическую систему, формирующая оптическая система выполнена в виде объектива с положительным фокусным расстоянием, лазерный диод выполнен с излучающей поверхностью в виде прямоугольной полосы, ширина d и длина w которой, и расходимости α и α пучка излучения лазерного диода в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, выбраны удовлетворяющими соотношениям
w
d
w
d
d/w≪1 и tg(α/2)/tg(α/2)<tg(β/2)/tg(β/2),
w
d
f
где β и β - расходимости пучка излучения осветительного оптического устройства в плоскостях, проходящих через геометрическую ось осветительного оптического устройства через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, а фокусное расстояние f′, диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок S объектива, расстояние Δ от его переднего фокуса до излучающей поверхности лазерного диода связаны соотношениями
w
w
d
d
w/2f′=tg(β/2)-tg(α/2)tg(β/2)/tg(α/2),
f
w
d
D/(|S|-Δ)>max[2tg (α/2), 2tg(α/2)],
d
d
|Δ|/f′=tg(β/2)/tg(α/2),
где max - максимальное значение.
Выполнение формирующей оптической системы в виде объектива с положительным фокусным расстоянием позволяет упростить конструкцию формирующей оптической системы, и соответственно, упростить конструкцию ООУ.
w
d
Выполнение лазерного диода с излучающей поверхностью в виде прямоугольной полосы, ширина d и длина w которой, и расходимости α и α пучка излучения лазерного диода в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, выбраны удовлетворяющими соотношениям
w
d
w
d
d/w«1 и tg(α/2)/tg(α/2)<tg(β/2)/tg(β/2),
w
d
где β и β - расходимости пучка излучения осветительного оптического устройства в плоскостях, проходящих через геометрическую ось осветительного оптического устройства через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, позволяет использовать формирующую оптическую систему с положительным фокусным расстоянием для формирования освещающего пучка ООУ с заданными расходимостями.
f
Выполнение формирующей оптической системы в виде объектива с положительным фокусным расстоянием f′, диаметром входного зрачка D и передним фокальным отрезком S объектива, и расстоянием Δ от его
переднего фокуса до излучающей поверхности лазерного диода связанными соотношениями
w
w
d
d
w/2f′=tg(β/2)-tg(α/2)tg(β/2)/tg(α/2),
f
w
d
D/(|S|-Δ)>max[2tg(α/2), 2tg(α/2)],
d
d
|Δ|/f′=tg(β/2)/tg(α/2),
где max - максимальное значение, позволяет, во-первых, получить заданные расходимости пучка излучения ООУ в плоскостях, проходящих через геометрическую ось ООУ через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, во-вторых, полностью использовать поток излучения лазерного диода, и соответственно, упростить конструкцию ООУ.
Полезная модель поясняется рисунком.
На фигуре представлена оптическая схема ООУ.
w
d
ООУ включает в себя лазерный диод 1 с длиной волны излучения λ=0,803 мкм и формирующую оптическую систему, выполненную в виде объектива 2 с положительным фокусным расстоянием f′. ООУ обеспечивает заданные расходимости пучка излучения в плоскостях, проходящих через геометрическую ось ООУ через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, в горизонтальной плоскости, равную β=1,5°, а в вертикальной плоскости, равную β=0,75°.
Лазерный диод 1 имеет излучающую поверхность (показана на фиг. в проекции) в виде прямоугольной полосы, ширина d которой равна 1 мкм, а длина w равна 200 мкм, связанные соотношением d/w«1. Лазерный диод 1 установлен в ООУ так, что его излучающая поверхность перпендикулярна геометрической оси ООУ, проходящей вдоль оптической оси объектива 2.
w
d
Расходимость пучка излучения лазерного диода равна (по уровню 0,5 от максимального значения плотности мощности): α=11,5° и α=43° в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, что обеспечивает выполнение условия
w
d
w
d
tg(α/2)/tg(α/2)=0,27<2=tg(β/2)/tg(β/2).
f
Объектив 2 имеет выходной зрачок D=5,3 мм, передний фокальный отрезок S объектива 2 равен 5,56 мм, фокусное расстояние f′ положительное и равно 8,8 мм для длины волны излучения 0,803 мкм. Лазерный диод 1 находится на расстоянии |Δ|=0,14 мм от переднего фокуса объектива 2.
f
Фокусное расстояние f′, диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок S объектива, и расстояние Δ от его переднего фокуса до излучающей поверхности лазерного диода связаны соотношениями
w
w
d
d
w/2f′=0,114=tg(β/2)-tg(α/2)tg(β/2)/tg(α/2),
f
w
d
D/(|S|-Δ)=0,97>0,79=max[2tg(α/2), 2tg(α/2)],
d
d
|Δ|/f′=0,016=tg(β/2)/tg(α/2).
ООУ работает следующим образом.
w
d
Лазерный диод 1 излучает с поверхности в виде прямоугольной полосы, имеющей ширину d и длину w, пучок излучения с λ=0,803 мкм и с расходимостью α и α в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной
полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно.
w
d
Объектив 2 принимает и преобразует этот поток излучения в пучок излучения ООУ с расходимостью β и β в плоскостях, проходящих через геометрическую ось осветительного устройства через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно.
В данном случае ООУ освещает горизонтальную поверхность пучком излучения с расходимостью 1,5° по горизонту и расходимостью 0,75° по вертикали.
Таким образом, ООУ обеспечивает простую конструкцию (без применения цилиндрических линз) для формировании пучка излучения с заданными расходимостями в взаимно перпендикулярных плоскостях.
Источники информации.
1 Свидетельство РФ на полезную модель №10835, МПК F21Q 3/00, опубл. 16.08.1999, БИПМ №8.
2 Патент ЕР №1331709 А1, МПК Н01S 5/00, опубл. 2004 г., БИСМ вып. 104 №14 - (прототип).