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 при формировании пучка излучения с заданными расходимостями в взаимно перпендикулярных плоскостях. 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 
w и d 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 d/w<1 и tg(w/2)/tg(d/2)<tg(
w/2)/tg(d/2), где 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 фокусное расстояние f
, диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние 
от его переднего фокуса до излучающей поверхности лазерного диода связаны соотношениями w/2f=tg(w/2)-tg(w/2)tg(d/2)/tg(d/2), D/(|Sf |-)>max[2tg(w/2), 2tg(d/2)], ||/f=tg(d/2)/tg(d/2), где max - максимальное значение. 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 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.
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 w и d 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
d/w<1 и tg(w/2)/tg(d/2)<tg(w/2)/tg(d/2),
где 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 фокусное расстояние f, диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности лазерного диода связаны соотношениями
w/2f=tg(w/2)-tg(w/2)tg(d/2)/tg(d/2),
D/(|S f|-)>max[2tg (w/2), 2tg(d/2)],
||/f=tg(d/2)/tg(d/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.
Выполнение лазерного диода с излучающей поверхностью в виде прямоугольной полосы, ширина d и длина w которой, и расходимости w и d 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
d/w«1 и tg(w/2)/tg(d/2)<tg(w/2)/tg(d/2),
где 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, позволяет использовать формирующую оптическую систему с положительным фокусным расстоянием для формирования освещающего пучка ООУ с заданными расходимостями.
Выполнение формирующей оптической системы в виде объектива с положительным фокусным расстоянием f, диаметром входного зрачка D и передним фокальным отрезком Sf объектива, и расстоянием от его
переднего фокуса до излучающей поверхности лазерного диода связанными соотношениями
w/2f=tg(w/2)-tg(w/2)tg(d/2)/tg(d/2),
D/(|S f|-)>max[2tg(w/2), 2tg(d/2)],
||/f=tg(d/2)/tg(d/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.
ООУ включает в себя лазерный диод 1 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 параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, в горизонтальной плоскости, равную w=1,5°, а в вертикальной плоскости, равную d=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.
Расходимость пучка излучения лазерного диода равна (по уровню 0,5 от максимального значения плотности мощности): w=11,5° и d=43° в плоскостях, проходящих перпендикулярно ее излучающей поверхности через середину излучающей прямоугольной полосы параллельно и перпендикулярно ее длинной стороне, соответственно, что обеспечивает выполнение условия
tg(w/2)/tg(d/2)=0,27<2=tg(w/2)/tg(d/2).
Объектив 2 имеет выходной зрачок D=5,3 мм, передний фокальный отрезок S f 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 ||=0,14 мм от переднего фокуса объектива 2.
Фокусное расстояние f, диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, и расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности лазерного диода связаны соотношениями
w/2f=0,114=tg(w/2)-tg(w/2)tg(d/2)/tg(d/2),
D/(|S f|-)=0,97>0,79=max[2tg(w/2), 2tg(d/2)],
||/f=0,016=tg(d/2)/tg(d/2).
ООУ работает следующим образом.
Лазерный диод 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 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).
Осветительное оптическое устройство, включающее лазерный диод и формирующую оптическую систему, отличающееся тем, что 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 w и d 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
d/w«1 и tg(w/2)/tg(d/2)<tg(w/2)/tg(d/2),
где 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 фокусное расстояние f, диаметр входного зрачка D и передний фокальный отрезок Sf объектива, расстояние от его переднего фокуса до излучающей поверхности лазерного диода связаны соотношениями
w/2f=tg(w/2)-tg(w/2)tg(d2)/tg(d2),
D/(|Sf |-)>max[2tg(w2), 2tg(d2)],
\\/f=tg(d/2)/tg(d2),
где max - максимальное значение.
