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. Задачей полезной модели является упрощение конструкции осветительного оптического устройства (ООУ) при использовании излучателя, имеющего любые соотношения ширины и длины излучающей поверхности в виде прямоугольной полосы. Сущность полезной модели заключается в том, что в осветительном оптическом устройстве, включающем формирующую оптическую систему, выполненную в виде объектива с положительным фокусным расстоянием, и излучатель, имеющий излучающую поверхность в виде прямоугольной полосы, и определенные расходимости пучка излучения в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, путем выполнения формирующей оптической системы с определенными оптическими и конструктивными параметрами и выбора конструктивных и оптических параметров излучателя обеспечивается простая конструкция для формировании пучка излучения ООУ с заданными расходимостями во взаимно перпендикулярных плоскостях. 1 Илл.
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 использованием излучателя, у которого расходимости пучка излучения различны в взаимно перпендикулярных плоскостях. Оно включает излучатель, и формирующую оптическую систему, включающую коллимирующую линзу для приема излучения, две ортогональные цилиндрические линзы с общей фокальной плоскостью, выпуклую положительную линзу, имеющую фокус в общей фокальной плоскости. ООУ [1] 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.
Более простая конструкция ООУ описана в [2], являющаяся наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату и выбранная в качестве прототипа.
ООУ [2] включает формирующую оптическую систему, выполненную в виде объектива с положительным фокусным расстоянием, и излучатель, имеющий излучающую поверхность в виде прямоугольной полосы, ширина которой пренебрежимо мала по сравнению с длиной.
При выборе параметров формирующей оптической системы, излучателя с определенными геометрическими характеристиками указанной излучающей поверхности и с определенными пространственно-энергетическими характеристиками пучка излучения, связанными определенными соотношениями друг с другом и пространственно-энергетическими характеристиками пучка излучения ООУ, реализована простая конструкция ООУ.
Однако ООУ [2] возможно реализовать только при условии, что, ширина излучающей поверхности излучателя в виде прямоугольной полосы пренебрежимо мала по сравнению с ее длиной.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции ООУ при использовании излучателя, имеющего любые соотношения ширины и длины излучающей поверхности в виде прямоугольной полосы.
Сущность полезной модели заключается в том, что в осветительном оптическом устройстве, включающем формирующую оптическую систему, выполненную в виде объектива с положительным фокусным расстоянием, и излучатель, имеющий излучающую поверхность в виде прямоугольной полосы, в отличие от прототипа, излучатель выполнен таким образом, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости 
w, и d пучка излучения излучателя в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, выбраны удовлетворяющими соотношениям:
tg(w/2)/tg(d/2)<min[w/d, tg(
w/2)/tg(d/2)],
или
tg(w/2)/tg(d/2)>max[w/d, tg(w/2)/tg(d/2)],
где min и max - минимальное и максимальное значения, выбираемые из двух величин в скобках, w и d - 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 формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние 
от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
2>f'/Q>0,5,
где
Осветительное оптическое устройство возможно реализовать таким образом, что излучатель выполнен так, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости w и d пучка излучения излучателя выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w«1 и tg(w/2)/tg(d/2)<[tg(w/2)/tg(d/2],
а формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
2>f'/Q>0,5,
где
Осветительное оптическое устройство возможно реализовать таким образом, что излучатель выполнен так, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости w и d пучка излучения излучателя выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w«1 и tg(w/2)«tg(d/2),
а формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
2>f'/Q>0,5,
где
Осветительное оптическое устройство возможно реализовать таким образом, что излучатель выполнен так, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости w и d пучка излучения излучателя в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w«1 и tg(w/2)/tg(d/2)<2,
а формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
D/f'>0,79, 2>f'(мм)/15,0>0,5, 
Осветительное оптическое устройство возможно реализовать таким образом, что излучатель выполнен так, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости w и d пучка излучения излучателя в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w«1 и tg(w/2)/tg(d/2)<0,35,
а формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
D/f'>0,5, 2>f'(мм)/15,0>0,5, 
Осветительное оптическое устройство возможно реализовать таким образом, что в качестве излучателя использован лазерный диод или светодиод.
Выполнение излучателя, имеющего излучающую поверхность в виде прямоугольной полосы, таким образом, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости w и d пучка излучения излучателя в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, выбраны удовлетворяющими соотношениям:
tg(w/2)/tg(d/2)<min[w/d, tg(w/2)/tg(d/2)],
или
tg(w/2)/tg(d/2)>max[w/d, tg(w/2)/tg(d/2)],
где min и max - минимальное и максимальное значения, выбираемые из двух величин в скобках, w и d - расходимости пучка излучения ООУ в плоскостях, проходящих через геометрическую ось ООУ 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 при разных соотношениях ширины и длины излучающей поверхности излучателя.
Выполнение формирующей оптической системы со следующей связью параметров, определенной соотношениями:
2>f'/Q>0,5,
где
позволяет, во-первых, полностью использовать весь поток излучения излучателя, во-вторых, получить заданные расходимости пучка излучения ООУ в плоскостях, проходящих через геометрическую ось ООУ через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, и соответственно, создать простую конструкцию ООУ при использовании излучателя, имеющего разные соотношения ширины и длины излучающей поверхности в виде прямоугольной полосы.
Возможная реализация ООУ таким образом, что излучатель выполнен так, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости w и d пучка излучения излучателя выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w«1 и tg(w/2)/tg(d/2)<tg(w/2)/tg(d/2),
и возможное выполнение формирующей оптической системы таким образом, что диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
2>f'/Q>0,5,
где
позволяет упростить оптическую схему формирующей оптической системы.
Возможная реализация ООУ таким образом, что излучатель выполнен так, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости w и d пучка излучения излучателя выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w«1 и tg(w/2)«tg(d/2),
и возможное выполнение формирующей оптической системы таким образом, что диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
2>f'/Q>0,5,
где
позволяет упростить оптическую схему формирующей оптической системы при использовании излучателя, имеющего ширину d излучающей поверхности в виде прямоугольной полосы значительно меньше ее длины w, и имеющего расходимость w пучка излучения излучателя в плоскости, проходящей перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно ее длинной стороне, значительно меньшую расходимости d пучка излучения излучателя в плоскости, проходящей перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы перпендикулярно ее длинной стороне.
Возможная реализация ООУ таким образом, что излучатель выполнен так, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости w и d пучка излучения излучателя в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w«1 и tg(w/2)/tg(d/2)<2,
и возможное выполнение формирующей оптической системы таким образом, что диаметр входного зрачка D объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
D/f'>0,79, 2>f'(мм)/15,0>0,5,
позволяет упростить оптическую схему формирующей оптической системы прожекторных систем с расходимостью пучка излучения ~1° при использовании в качестве излучателя лазерного диода.
Возможная реализация ООУ таким образом, что излучатель выполнен так, что ширина d и длина w указанной полосы, и расходимости w и d пучка излучения излучателя в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w«1 и tg(w/2)/tg(d/2)<0,35,
и возможное выполнение формирующей оптической системы таким образом, что диаметр входного зрачка D объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
D/f'>0,5, 2>f'(мм)/15,0>0,5, 
,
позволяет упростить оптическую схему формирующей оптической системы для оптических систем накачки лазеров при использовании в качестве излучателя лазерного диода.
Возможная реализация ООУ с использованием в качестве излучателя лазерного диода или светодиода позволяет упростить конструкцию ООУ.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фигуре представлена оптическая схема ООУ.
ООУ включает в себя излучатель 1, в качестве которого используется лазерный диод (ЛД) с длиной волны излучения 
=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 ЛД параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, в горизонтальной плоскости, равную w=1,5°, а в вертикальной плоскости, равную d=0,75°.
ЛД 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. ЛД 1 установлен в ООУ так, что его излучающая поверхность перпендикулярна геометрической оси ООУ, проходящей вдоль оптической оси объектива 2. Расходимость пучка излучения ЛД равна (по уровню 0,5 от максимального значения плотности мощности): w=6,75° и d=43° в плоскостях, проходящих перпендикулярно излучающей поверхности ЛД через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, что обеспечивает выполнение условия:
tg(w/2)/tg(d/2)=0,15<2=min[w/d, tg(w/2)/tg(d/2)],
Объектив 2 имеет выходной зрачок D=5,3 мм, передний фокальный отрезок Sf объектива 2 равен 5,56 мм, фокусное расстояние f' положительное и равно 8,8 мм для длины волны излучения 0,803 мкм. ЛД 1 находится на расстоянии 
мм от переднего фокуса объектива 2.
Диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, фокусное расстояние его f', и расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности ЛД связаны соотношениями:
2>(f'=8,8 мм)/(15,0 мм)>0,5,
ООУ работает следующим образом.
ЛД 1 излучает с поверхности в виде прямоугольной полосы, имеющей ширину d и длину w, пучок излучения с =0,803 мкм и с расходимостью w и d в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно.
Объектив 2 принимает и преобразует этот поток излучения в пучок излучения ООУ с расходимостью w и d в плоскостях, проходящих через геометрическую ось ООУ через середину излучающей прямоугольной полосы ЛД 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 для формирования пучка излучения с заданными расходимостями в взаимно перпендикулярных плоскостях при использовании излучателя, имеющего любые соотношения ширины и длины излучающей поверхности в виде прямоугольной полосы.
Использованные источники информации:
1. Патент ЕР 
1331709 А1, МПК Н01S 5/00, опубл. 2004 г.
2. Патент BY 4020, МПК F21S 2/00, опубл. 30.12.2007 г (прототип).
1. Осветительное оптическое устройство, включающее формирующую оптическую систему, выполненную в виде объектива с положительным фокусным расстоянием, и излучатель, имеющий излучающую поверхность в виде прямоугольной полосы, отличающееся тем, что излучатель выполнен таким образом, что ширина d и длина w указанной полосы и расходимости w и d пучка излучения излучателя в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно выбраны удовлетворяющими соотношениям:
tg(w/2)/tg(d/2)<min[w/d, tg(w/2)/tg(d/2)],
или
tg(w/2)/tg(d/2)>max[w/d, tg(w/2)/tg(d/2)],
где min и max - минимальное и максимальное значения, выбираемые из двух величин в скобках, w и d - 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 формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
2>f'/Q>0,5,
где
2. Осветительное оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что излучатель выполнен таким образом, что ширина d и длина w указанной полосы и расходимости w и d пучка излучения излучателя выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w<<1 и tg(w/2)/tg(d/2)<tg(w/2)/tg(d/2),
а формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
2>f'/Q>0,5,
где
3. Осветительное оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что излучатель выполнен таким образом, что ширина d и длина w указанной полосы и расходимости w и d пучка излучения излучателя выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w<<1 и tg(w/2)<<tg(d/2),
а формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
2>f'/Q>0,5,
где
4. Осветительное оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что излучатель выполнен таким образом, что ширина d и длина w указанной полосы и расходимости w и d пучка излучения излучателя в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w<<1 и tg(w/2)/tg(d/2)<2,
а формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
D/f'>0,79, 2>f'(мм)/15,0>0,5, 
5. Осветительное оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что излучатель выполнен таким образом, что ширина d и длина w указанной полосы и расходимости w и d пучка излучения излучателя в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно выбраны удовлетворяющими соотношениям:
d/w<<1 и tg(w/2)/tg(d/2)<0,35,
а формирующая оптическая система выполнена так, что диаметр входного зрачка D объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности излучателя и фокусное расстояние f' объектива связаны соотношениями:
D/f'>0,5, 2>f'(мм)/15,0>0,5, 
6. Осветительное оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве излучателя использован лазерный диод или светодиод.
