ЛАЗЕРНЫЙ МОДУЛЬ
LASER MODULE

Изобретение относится к оптико-электронным приборам для наведения и прицеливания, в частности к малогабаритным лазерным источникам света, и может быть использовано, например, в качестве юстировочного источника излучения в системах с автоматической юстировкой.
Известен лазерный целеуказатель [патент РФ №2100744, МПК: F41G 1/34, опубл. 27.12.1997 г., конструкторское бюро приборостроения, Бушмелев Н.И., Жихарев В.П. и др.], содержащий полый цилиндрический корпус и размещенные в нем источник лазерного излучения с элементами его фиксации. Источник лазерного излучения выполнен в виде корпуса с установленными в него лазерным диодом и коллимирующим объективом. Также лазерный целеуказатель включает в себя втулку, выполненную с возможностью взаимодействия своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, а внутренней сферической поверхностью с ответной поверхностью корпуса источника лазерного излучения, встроенные элементы управления в виде электронного блока и выключателя, встроенные элементы питания в виде блока батарей. Также предусмотрен механизм юстировки источника лазерного излучения, включающий, по меньшей мере, один опорный и два юстировочных винта, установленных в цилиндрическом корпусе с возможностью взаимодействия с опорными поверхностями источника лазерного излучения. При этом лазерный целеуказатель снабжен опорным кольцом, закрепленным в передней части цилиндрического корпуса, и пружиной, установленной между втулкой и опорным кольцом с возможностью взаимодействия с торцами последних, при этом втулка установлена с возможностью перемещения вдоль своей оси, а источник лазерного излучения снабжен хвостовиком, закрепленным в задней части корпуса и выполненным в виде усеченной трехгранной пирамиды, грани которой являются опорными поверхностями для взаимодействия с опорным и юстировочными винтами.
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством элементов;
- низкая стабильность положения источника лазерного излучения в корпусе, обусловленная наличием подвижных деталей;
- плохой теплоотвод за счет применения соединения «сфера-сфера» с высоким термическим сопротивлением, что в свою очередь, ограничивает мощность лазерного диода;
- отсутствие элементов для угловой ориентации диода, что затрудняет использование в оптических приборах и системах, требующих однозначности положения плоскости поляризации излучаемого света;
- сложность установки и замены лазерного диода;
- низкая виброустойчивость ввиду отсутствия средств предохранения от самоотвинчивания резьбовых соединений, в том числе резьбовых соединений отвечающих за удержание источника лазерного излучения в отъюстированном положении.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является лазерный целеуказатель [патент РФ №2253822, МПК: F41G 1/32, опубл. 10.06.2005 г., ЗАО «КАНТЕГИР», Свердлов М. И., Миряха А. Н. и др.], состоящий из корпуса и размещенных в нем источника лазерного излучения, включающего корпус, внешняя поверхность которого имеет сферический участок, механизма фиксации источника лазерного излучения в корпусе целеуказателя, устройства юстировки, встроенного элемента питания в виде блока батарей, встроенных элементов управления в виде электронного блока и выключателя, внешнего элемента управления в виде дистанционного выключателя с выходящим жгутом. Корпус целеуказателя со стороны внутренней поверхности имеет сферический опорный участок для контактирования с задней частью сферической поверхности корпуса источника лазерного излучения. Механизм фиксации выполнен в виде шайбы с прижимной гайкой, при этом внутренняя поверхность шайбы выполнена сферической для контактирования с передней частью сферической поверхности корпуса источника лазерного излучения. Для работы с прижимной гайкой используется специальный ключ, позволяющий одновременно устанавливать на корпус источника лазерного излучения специальное юстировочное устройство, представляющее собой трубку, расположенную за пределами корпуса целеуказателя с подвижной посадкой на корпус источника лазерного излучения. Недостатками известного устройства являются:
- относительно большое количество элементов с учетом дополнительных специальных элементов для юстировки и фиксации, а именно ключа для работы с прижимной гайкой и устройства для юстировки;
- сложность процесса юстировки и низкая ее точность, обусловленные отсутствием элементов для плавного углового перемещения источника по той или иной угловой координате и выполнением юстировки фактически «от руки», а также возможной разъюстировкой при последующей фиксации;
- плохой теплоотвод за счет применения соединения «сфера-сфера» с высоким термическим сопротивлением и фиксации лазерного диода в корпусе без прижимных элементов, обеспечивающих плотный контакт лазерного диода к корпусу источника лазерного излучения, что в свою очередь, ограничивает мощность лазерного диода;
- отсутствие фиксации выходящего жгута, что может привести к повреждению мест заделки проводов (например, мест пайки к диоду, микросхеме и т.п.) при натяжении жгута;
- отсутствие элементов для угловой ориентации диода, что затрудняет использование в оптических приборах и системах, требующих однозначности положения плоскости поляризации излучаемого света;
- сложность установки и замены лазерного диода;
- относительно невысокая виброустойчивость ввиду отсутствия средств предохранения от самоотвинчивания резьбовых соединений, в том числе резьбового соединения, отвечающего за удержание источника в отъюстированном положении.
Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции за счет минимизации количества составных частей с учетом отсутствия дополнительных специальных элементов для юстировки и фиксации источника лазерного излучения, а также в улучшении эксплуатационных характеристик за счет упрощения процесса юстировки, увеличения точности юстировки, улучшения теплоотвода, повышения механической защищенности мест заделки выходящих проводов, определенности углового положения источника относительно его оси в корпусе, упрощения электромонтажа, установки, замены источника лазерного излучения и повышения виброустойчивости.
Технический результат достигается тем, что в лазерном модуле, содержащем корпус, источник коллимированного лазерного излучения с элементами его фиксации в корпусе, элементы юстировки, элементы питания и управления, выполненные встроенными и/или внешними с выходящим жгутом, новым является то, что передняя часть корпуса модуля содержит неподвижное основание корпуса, которое соединено упругим элементом с подвижным основанием корпуса, которое в свою очередь соединено аналогичным, но расположенным в другой плоскости, упругим элементом со средней частью корпуса, в которой расположен источник коллимированного лазерного излучения, причем упругие элементы вместе с юстировочными винтами являются элементами юстировки, при этом модуль содержит по меньшей мере два юстировочных винта, один из которых установлен в средней части корпуса модуля и упирается в его подвижное основание, а второй установлен в подвижное основание корпуса модуля и упирается в его неподвижное основание, причем юстировочные винты установлены с возможностью изменения при их вращении углового положения оси источника лазерного излучения за счет деформации упругого элемента или упругих элементов, также модуль дополнительно содержит в средней части корпуса элементы угловой ориентации источника лазерного излучения относительно его оси, а при использовании внешних элементов питания и управления с выходящим жгутом модуль дополнительно снабжен элементами его фиксации в виде по меньшей мере одного сжимного элемента и упругого хомута, сформированного на корпусе посредством выполнения по меньшей мере одной прорези, а на корпусе выполнена соединяющая внутреннюю его полость с внешним контуром прорезь, ширина которой больше минимального размера выходящего жгута в поперечном сечении.
Кроме того, в качестве источника коллимированного лазерного излучения может быть использован лазерный диод со встроенными фотодиодом и коллимирующей линзой, а корпус может быть выполнен из медного сплава.
Влияние отличительных признаков патентной формулы на технический результат.
Наличие в передней части корпуса модуля неподвижного основания корпуса, которое соединено упругим элементом с подвижным основанием корпуса, которое в свою очередь соединено аналогичным, но расположенным в другой плоскости, упругим элементом со средней частью корпуса, в которой расположен источник коллимированного лазерного излучения, причем упругие элементы вместе с юстировочными винтами являются элементами юстировки, при этом модуль содержит по меньшей мере два юстировочных винта, один из которых установлен в средней части корпуса модуля и упирается в его подвижное основание, а второй установлен в подвижное основание корпуса модуля и упирается в его неподвижное основание, причем юстировочные винты установлены с возможностью изменения при их вращении углового положения оси источника лазерного излучения за счет деформации упругого элемента или упругих элементов позволяет упростить процесс юстировки и увеличить точность юстировки за счет плавного углового перемещения источника по той или иной угловой координате при вращении соответствующего юстировочного винта, улучшить теплообмен, а соответственно увеличить мощность источника лазерного излучения за счет отсутствия соединений «сфера-сфера», обладающим высоким термическим сопротивлением, и плотного контакта лазерного диода с корпусом источника лазерного излучения, увеличить виброустойчивость за счет «самоконтровки» юстировочных винтов при их взаимодействии с упругими элементами корпуса без применения дополнительных элементов и одновременно с этим позволяет минимизировать количество составных частей с учетом отсутствия дополнительных специальных элементов для юстировки и фиксации источника (специального ключа для работы с прижимной гайкой и устройства для юстировки), что положительно влияет на вышеуказанный технический результат.
Наличие в корпусе дополнительно элементов угловой ориентации источника лазерного излучения относительно его оси, позволяет обеспечить однозначность установки источника лазерного излучения, а, соответственно, и однозначность положения плоскости поляризации излучаемого света, что улучшает эксплуатационные возможности.
Снабжение модуля при использовании внешних элементов питания и управления с выходящим жгутом дополнительно элементами его фиксации в виде по меньшей мере одного сжимного элемента и упругого хомута, сформированного на корпусе посредством выполнения по меньшей мере одной прорези, позволяет повысить механическую защищенность мест заделки проводов (например, мест пайки к диоду, микросхеме и т.п.) за счет того, что механическая нагрузка при натяжении выходящего жгута не передается на места заделки проводов, при этом количество деталей остается минимальным при одновременным увеличением виброустойчивости за счет «самоконтровки» сжимного элемента или сжимных элементов при их упругом взаимодействии с элементами хомута, кроме того, такой хомут может выполнять функцию дополнительного теплоотвода, несколько улучшая теплообмен источника лазерного излучения с окружающей средой, что, в свою очередь, дает возможность увеличения мощности источника лазерного излучения, что улучшает эксплуатационные возможности.
Выполнение на корпусе соединяющая внутреннюю его полость с внешним контуром прорези, ширина которой больше минимального размера выходящего жгута в поперечном сечении, позволяет устанавливать в корпус источник с заранее смонтированным выходным жгутом, элементами питания, управления и иными электрическими компонентами, что положительно влияет на технический результат.
Использование в качестве источника коллимированного лазерного излучения лазерного диода со встроенными фотодиодом и коллимирующей линзой, позволяет упростить конструкцию за счет уменьшения количества деталей.
Выполнение корпуса из медного сплава, позволяет увеличить мощность источника лазерного излучения за счет достаточно высокой теплопроводности материала при сохранении удовлетворительных прочностных и упругих свойств, тем самым улучшая эксплуатационные характеристики устройства.
Рассмотрим реализацию предлагаемого изобретения, представленного на фиг. 1, 2. На фиг. 1 - аксонометрическое изображение лазерного модуля; На фиг. 2 - лазерный модуль: вид сбоку (а), вид сверху (б), разрез вертикальной плоскостью, проходящей через ось неподвижного основания корпуса (в), разрез плоскостью, проходящей через ось одного из юстировочных винтов и ось неподвижного основания корпуса (г), разрез горизонтальной плоскостью, проходящей через ось неподвижного основания корпуса (д).
На фигурах позициями обозначены:
1 - корпус;
2 - неподвижное основание корпуса;
3 - упругий элемент;
4 - подвижное основание корпуса;
5 - лазерный диод;
6 - юстировочный винт;
7 - выходящий жгут;
8- элементы фиксации выходящего жгута;
9 - радиальная прорезь;
10 - элемент фиксации источника лазерного излучения;
11 - средство предохранения от самоотвинчивания элемента фиксации источника лазерного излучения;
12 - элемент угловой ориентации;
13 - средство предохранения от самоотвинчивания элемента угловой ориентации;
Корпус 1 лазерного модуля выполнен цилиндрическим. Передняя часть корпуса содержит неподвижное основание корпуса 2, которое соединено упругим элементом 3 в виде тонкой плоской перемычки с подвижным основанием корпуса 4, которое в свою очередь соединено аналогичной, но расположенной в другой плоскости перемычкой со средней частью корпуса 1, в которой расположен источник коллимированного лазерного излучения в виде лазерного диода 5 со встроенными фотодиодом и коллимирующей линзой. Элементы питания и управления (на фиг. не показаны) выполнены внешними и соединены с лазерным диодом 5 выходящим жгутом 7.
В среднюю часть корпуса 1 диаметрально противоположно плоскости соответствующего упругого элемента 3 (соединяющего подвижное основание корпуса 4 и среднюю часть корпуса 1) установлен юстировочный винт 6, упирающийся в подвижное основание корпуса 4. В подвижное основание корпуса 4 диаметрально противоположно плоскости соответствующего упругого элемента 3 (соединяющего подвижное снование корпуса 4 и неподвижное основание корпуса 2) установлен второй юстировочный винт 6, упирающийся в неподвижное основание корпуса 2. В задней части корпуса 1 располагаются элементы фиксации выходящего жгута 8 в виде упругого хомута, снабженного сжимными винтами, сформированного на корпусе 1 посредством выполнения двух прорезей, заканчивающихся отверстиями. Также на корпусе 1 выполнена радиальная прорезь 9, являющаяся «продолжением» одной из прорезей упругого хомута, ширина которой больше толщины выходящего жгута 7.
Закрепление лазерного диода 5 в корпусе 1 выполняется элементом фиксации источника лазерного излучения 10 в виде прижимной резьбовой втулки со средством предохранения от самоотвинчивания элемента фиксации источника лазерного излучения 11 с клеем. Однозначность углового положения лазерного диода 5 относительно его оси в корпусе 1 обеспечивается элементом угловой ориентации 12 в виде установленного в корпус 1 винта со средством предохранения от самоотвинчивания элемента угловой ориентации 13 в виде гайки.
Устройство работает следующим образом.
Лазерный диод 5 с заранее смонтированными выходящим жгутом 7 и электрическими компонентами устанавливается в корпус 1 с пропусканием выходящего жгута 7 через радиальную прорезь 9. Далее лазерный диод 5 закрепляется при помощи элемента фиксации источника лазерного излучения 10 со средством предохранения от самоотвинчивания элемента фиксации источника лазерного излучения 11 с совмещением элемента угловой ориентации 12 со средством предохранения от самоотвинчивания элемента угловой ориентации 13 и соответствующего конструктивного элемента лазерного диода 5 (паза, выемки и т.п.). После чего, выполняется закрепление выходящего жгута 7 в корпусе 1 с использованием элементов фиксации выходящего жгута 8. После этого неподвижное основание корпуса 2 крепится к элементам конструкции прибора или установки. На лазерный диод 5 от элементов питания через элементы управления подается необходимый электрический ток. Обратная связь осуществляется с использованием встроенного в лазерный диод 5 фотодиода. При ввинчивании того или иного юстировочного винта 6 происходит его упор в неподвижное основание корпуса 2 или подвижное основание корпуса 4 соответственно и упругая деформация соответствующего упругого элемента 3 корпуса 1, тем самым производится угловая юстировка лазерного диода 5 по двум координатам.
На предприятии была проведена конструкторская разработка и изготовлен опытный образец, который прошел испытания в составе лазерной установки в качестве юстировочного источника излучения. Таким образом, предлагаемое изобретение позволило упростить конструкцию за счет минимизации количества составных частей с учетом отсутствия дополнительных специальных элементов для юстировки и фиксации источника лазерного излучения, а также улучшить эксплуатационные характеристики за счет упрощения процесса юстировки, увеличения точности юстировки, улучшения теплоотвода и соответственного увеличения мощности источника, повышения механической защищенности мест заделки выходящих проводов, определенности углового положения источника относительно его оси в корпусе, упрощения электромонтажа, установки, замены источника лазерного излучения и повышения виброустойчивости.