Осветительное устройство

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет обеспечить равномерность освещения полей, имеющих угловой размер 2 У 0,10 рад. Окуляр осветительного устройства выполнен в виде блока 2 децентрированных линз с одинаковой площадью входного зрачка, установленных вплотную друг к другу симм.етрично относительно оптической оси устройства. Блок 2 делит пучок лучей от лазера 1 на внеосевые пучки, фокусирующиеся в фокальной плоскости объектива 3. Количество пучков определяется числом линз,-входящих в блок. Каждый из падающих на линзовьй растр 4 параллельный пучок преобразуется им в множество пучков параллельных лучей, распространяющихся под углом друг к другу и освещакяпих в плоскости объектива равные площадки . Фокусы линзовых элементов по всем меридиональным направлениям отсто- § ят друг от друга на определенную величину, зависящую от заднего апертурного угла линзового растра. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 (gg 4 G 02 В 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

11

7nac rracmb а&в m à

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3739052/24-10 (22) 08,05.84 (46) 15.01,87. Бюл, 9 2 (72) П.Д.Иванов, Г.В.Лазарева, С.Н.Натаровский, В,С.Смирнов и 1 1,И,Филатов (53) 535 ° 8(088.8) (56) Известия ВУЗов, Приборостроение, 1980, т. 23, 1(77, с. 70.

Известия ВУЗов. Приборостроение, 1979, т, 22, Ф 8, с. 83, рис. 1. (54) ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет обеспечить равномерность освещения полей, имеющих угловой размер 2 > О, 10 рад. Окуляр осве титель нo ro устройства выполнен в виде блока 2 децентрированных линз с одинаковой площадью входного зрачка, установленных вплотную друг к другу симметрично относительно оптической оси устройства ° Блок 2 делит пучок лучей от лазера 1 на внеосевые пучки, фокусирующиеся в фокальной плоскости объектива 3. Количество пучков определяется числом линз, входящих в блок. Каждый иэ падающих на линзовый растр 4 параллельный пучок преобразуется им в множество пучков параллельных лучей, распространяющихся под углом друг к другу и освещающих в плоскости объектива равные площадки. Фокусы линзовых элементов по всем меридиональным направлениям отсто- Fg ят друг от друга на определенную величину, зависящую от заднего апертурного угла линзового растра. 2 ил, 1283694

1О

1

Изобретение относится к оптике, а точнее к осветительным устройствам, применяемым преимущественно для освещения удаленных объектов, Целью изобретения является обеспечение равномерности освещения полей, имеющих угловой размер 2 >

)0,10 рад.

На фиг. l представлена оптическая схема осветительного устройства с габаритным ходом лучей на.фиг,2примеры выполнения линзового блока. а — из N=2 элементов, б — из N=4 элементов, в — из N †-3 элементов, пунктиром показан контур лазерного пучка.

Осветительное устройство (фиг,l) состоит из источника света лазера

1, вдоль оптической оси которого последовательно установлены блок 2,,по меньней мере из двух децентрированных друг относительно друга линзовых элементов, объектив 3 телескопической системы, причем расстояние между блоком 2 линзовых элементов и объективом 3 равно сумме их фокусных расстояний, линзовый растр 4.

Устройство работает следующим образом.

Работу устройства (фиг. 1) рассмотрим на примере блока, состоящего из двух линзовых элементов.

Пучок лучей от лазера 1 падает на блок 2 линзовых элементов, после прохождения которого образуются два внеосевых пучка лучей, фокусирующихся в, фокальной плоскости объектива

3. Из объектива 3 выходят два параллельных пучка лучей, которые попадают на лийзовый растр 4 под углом uJ и 1„, причем и3 =-иЗ к оптической

1 оси осветительного устройства °

Линзовый растр 4 преобразует каждый из двух параллельных пучков лучей в бесконечное множество параллельных пучков лучей, распространя ющихся под углом друг к другу в" пространстве, ограниченном задним апертурным углом линзового растра

2<р которые, достигая плоскости объектива, освещают две равные площадки.

На фиг, 2 показаны конкретные примеры исполнения линзового блока для числа линзовых элементов N=2 (фиг, 2а), И=З (фиг. 2ь), N=4 (фиг. 2b), а пунктиром показан диаметр падающего лазерного пучка, г

Линзовый блок (фиг. 2a) изготавливается следующим образом. Смещаем исходный окуляр в декартовой системе координат (ось Х вЂ” горизонтально, ось У - вертикально, начало координат совпадает с оптической осью лазера) перпендикулярно оптической оси на величину xJ<, где

Х вЂ” расстояние между фокусами линзовых элементов блока в передней фокальной плоскости объектива, и обрабатываем по форме и размеру входного зрачка (форма зрачка — квадратная, размер зрачка балыке или равен диаметру лазерного пучка). Для данного случая смещение вдоль оси равно нулю. Смещение исходного окуляра при изготовлении двух элементов происходит в двух противополож20 ных направлениях. При этом заданное расположение задних фокусов линзовых элементов определяется величи-!

1 ной 6=2f . tp8р

Для линзового блока по фиг. 25.

Смещение исходного окуляра произвоХ У дим на величину (— ; вЂ,) в декартовой системе координат с последующей обработкой по форме и размеру вход30 ного зрачка (форма зрачка — квадратная, размер зрачка равен или болыпе половины диаметра лазерного пучка).

Для линзового блока по фиг. 26.

Величину смещепия исходного окуляра

35 для каждого из линзовых элементов производим на величину Х, У, где

19 1Ф

1, 2, 3, Х, У; — координаты фокусов линзовых элементов в декартовой системе координат, совмещенной с

40 передней фокальной плоскостью объектива. Форма зрачков — секторная, Выполнение окуляра телескопической системы в виде блока из нескольких децентрированных оптических эле45 ментов приводит к фокусировке отдельных частей исходного лазерного пучка в задних фокусах указанных децентрированных элементов. Так как эти фокуса лежат в передней фокальной плос50 кости объектива телескопической *системы и находятся друг от друга в этой плоскости на конечном расстоянии, например й, то все это приводит к появлению в телескопической системе вне55 осевых пучков лучей, которые выходят из объектива в виде наклонных пучков параллельных лучей, попадающих на линзовый растр, на котором происходит ,преобразование каждого из укаэанных

3 2836 внеосевых пучков лучей во множество параллельных пучков лучей, распространяющихся под углом друг к другу в пространстве, or ðàrrè÷åííoì значением заднего апертурного угла линэово- 5

ro растра 26, т.е. из образованных р У внеосевых пучков, рассеянных линзовым растром, получаем на удаленном расстоянии одинаковые площадки, угловой размер которых определяется некоторым углом 23, который, в свою очередь, равен 26;..Линейный размер указанной площадки L, как следует из чисто тригонометрических соображений, определяется по формуле с достаточной !5 для практики точностью L=2H itpb,räå

Н вЂ” расстояние до объекта.

Таким образом, одновременно освещается несколько площадок размером L световыми пучками, полученными из од- 2 ного исходного ° В случае, если количество энергии, несомой каждым из внеосевых пучков одинаково, то освещенность каждой из указанных площадок будет также одинаковой, а равномер- 25 ность распределения освещенности определяется действием линзового растра и его техническими параметрами.

Для обеспечения равенства количества энергии в каждом из внеосевых пучков необходимым является наличие равенства формы и площади входных зрачков указанных децентрированных линзовых элементов блока и такое расположение указанных децентрированных элементов блока в исходном лазерном пучке, при котором функции распределения энергии по поверхности входного зрачка, определенной частью, ограничиваемой указанным входным зрач- 40 ком, функции распределения энергии в сечении лазерного пучка будут одиHBKoBbl Это значит, что контуру каждого входного зрачка должна принадлежать осевая точка лазерного пучка, а площади сечения указанного пучка входными зрачками децентрированных линзовых элементов блока равны, что обеспечивается касанием боковых поверхностей указанных.линзовых элементов, одинаковой формой и площадью входного зрачка и наличием общей касательной для всех элементов, проходящих через оптическую ось лазера. Ориентация! освещаемых площадок при действии внеосевых пучков в пространстве объекта определяется в данном случае углом наклона внеосевого

94 4 . пучка,д, которь1й может быть определен следующим образом: .Х ! Гь1f ФБ 1 где Х вЂ” расстояние от заднего фокуса отдельного линзового элемента до оптической оси;

à — фокусное расстояние объекоо тива телескопической систеMbI, При освещении большой площадки, формируемой нз отдельных меньших освещаемых площадей, с .целью обеспечения равномерного освещения по всей площади необходимо и достаточно, кроме равномерного освещения отдельных указанных площадей,,обеспечение такого положения в плоскости освещаемого объекта, при котором будет отсутствовать как зазор между соседними элементарными площадками, так и переналожение.: Этого можно добиться, если расстояние между центрами указанных площадок, причем одинаковых по размеру, будет равно размеру указанной площадки L в данном направлении, что равносильно выполнению равенства

2Н 1д 1=Н(1!и), -tP1Д.), 1+ 1 где о, 1, н ; — yrrII-I наклона внеосевых пучков, образованных

i+1-м и i-м элементами.

Преобразовывая формулу, получаем

2tgP -,--{Х. -Х. ), !

f iá1 Ф

oR где Х,:,Х: — расстояние в фокальной

41 Ч плоскости объектива от фокусов i+!-го и i-го линзовых элементов до оптической оси соответственно. .Разность (Х -Х ) — есть расстоя1 i ние между фокусами соседних элементов в фокальной плоскости объектива d.

С учетом того, что 1=0р, получаем условие

I 1

d=2f tg6

Р

Указанное условие обеспечивает; в совокупности со всеми остальными, достижение указанной цели, В зависимости от формы и размера всего освещаемого поля элемен" тарные площадки, иэ которых формируется поле, получается эа счет дей83694 6 ° которого последовательно установлены телескопическая система, состоящая из окуляра и объектива, и линзовый растр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения равномерности освещения полей, имеющих угловой размер 2 3 >0,10 рад, окуляр телескопической системы выполнен в виде блока, симметричного оси, по меньшей мере из двух децентрированных и установленных вплотную друг к другу линзовых элементов, фокусы которых по всем меридиональным направлениям отстоят друг от друга на величину й, определяемую по следующей зависимости:

5 12 ствия внеосевых пучков, могут быть расположены друг относительно друга, перекрывая всю площадь, по-разному: их центры могут лежать на одной прямой или в узлах, например, ортогональной сетки, т.е. в точках пересечения эквидистантных параллельных прямых с другой системой эквидистантных параллельных прямых, направленных перпендикулярно первой системе прямых, Аналогично может бытв из ортогоиальных сеток получена гексагональная сетка путем наложения двух ортогональных сеток, сдвинутых друг относительно друга. Так как расположение фокусов вдоль одной прямой линии можно представить в виде одномерной ортогональной упаковки (одна строка или один столбец), то с учетом всего сказанного достаточно рассмотреть случай ортогональной сетки.

2 о Р. ! где g,g

& р

Осветительное устройство, содержащее лазер, вдоль оптической оси а/

Фиг. 2

Составитель В,Сорокин

Редактор М,Бандура Техред В.Кадар . Корректор С.1Чекмар

Заказ 7435/44 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, л. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я — фокусное расстояние объектива; задний апертурный угол линзового растра, при этом :,все элементы линзового блока имеют одинаковую площадь входного зрачка.,