Источник остронаправленного луча

 

Использование: в светотехнике, в оптических системах и для создания узкого, высокоплотного и остронаправленного некогерентного пучка световой энергии. Сущность изобретения: устройство состоит из двух пар соосно и софокусно установленных параболических зеркал 1, 5, 3, 6 с источником излучения 2 в одном из фокусов. Параметры зеркал (диаметры и фокусные расстояния) находятся между собой в определенной зависимости , а степень концентрации луча характеризуется лишь отношением диаметров основного зеркала 1 и выходного отверстия 4. 2 ил.

союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)ю F 21 Ч 7/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4950956/07 (22) 27.06.91 (46) 15.05,93. Бюл.М 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский . институт "Альтаир" (72) Ю.В.Шитов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1262185, кл, F 21 V 7/06, 1984. (54) ИСТОЧНИК ОСТРОНАПРАВЛЕННОГО

ЛУЧА (57) Использование: в светотехнике, в оптических системах и для создания узкого, вы„„Я „„1815472 А1 сокоплотного и остронаправленного некогерентного пучка световой энергии. Сущность изобретения: устройство состоит из двух пар соосно и софокусно установленных параболических зеркал 1, 5, 3, 6 с источником излучения 2 в одном из фокусов. Параметры зеркал (диаметры и фокусные расстояния) находятся между собой в определенной зависимости, а степень концентрации луча характеризуется лишь отношением диаметров основного зеркала 1 и выходного отверстия

4. 2 ил.

1815472

Изобретение относится k оптике и может быть использовано в качестве источника узкого, концентрированного остронаправленного светового (или инфракрасного) некогерентного пучка излучения, Целью изобретения является расширение области использования путем повышения стейени концентрации излучения при уменьшении коэффициента рассеяния выходящего луча, На фиг.1 изображено устройство источника со схемой прохождения лучей; на фиг.2 — вариант установки основного и дополнительного зеркал, не имеющих общей апертурной границы.

Источник остронаправленного луча включает в себя основное параболическое зеркало

1 с источником излучения 2 в его фокусе, дополнительное параболическое зеркало 3 с осевым отверстием для выхода сконцентрированного луча 4 и два внутренних параболических зеркала 5 и 6, одно из.которых имеет общий фокус с основным, а другое с дополнительным зеркалом, Соотношения диаметров зеркал (d и О) их фокусных расстояний (F> и Fz. f> и fz) должны подчиняться закономерностям:

0 16f)

F . d — = — (4

0 d

Fz fz

Все лучи, исходящие из источника 2, путем отражения от основного 1 (луч 7) или предварительно переотражения от внутреннего 5(луч 8) зеркал попадает параллельным потоком на дополнительное зеркало 3, и путем многократных переотражений от него и внутреннего зеркала 6 в конечном итоге выходят узким сконцентрированным пучком через отверстие 4. А так как система зеркал 3 и 6, собирающая и концентрирующая лучи, имеет общий фокус, не занятый и не затененный никаким физическим объектом (типа источника излучения, как в прототипе), но ничто не мешает формированию сколь угодно узкого пучка, ограниченного . лишь диаметром выходного отверстия 4 (Dc), и искажений лучей, Проходящих через этот фокус, не происходит, что позволяет достичь минимального коэффициента рассеивания выходящего пучка лучей. Этому способствует также возможность увеличения базы прохождения пучка (суммы фокусных расстояний fz и Fz) по схеме, изображенной мэ фиг.2, Поэтому, имея даже маломощный источник излучения, предложенным набором соответствующим образом установленных зеркал можно получить очень высокую плотность излучения, причем не в определенной пространственной точке, как это делают фокусирующие системы, а в параллельном лучевом пучке, на пути которого в любом месте можно расположить требуемый потребитель (например, приемное устройство в системе контроля или пачку листов материала — пластмассы, ткани — для его раскроя), Путем подбора соотношений диаметров (d и D) зеркал и диаметра выходного отверстия (0О) можно при одной и той же мощности источника излучения добиться требуемой величины плотности выходящего пучка, характеризуемой коэффициентом сжатия:

20 сж =(— )

0о

0 16 f1 120 16 18

Р1 Ь 25 60 получим кольцеобразный плоскопараллель-. ный световой поток, направленный на дополнительное зеркало, фронтальной площадью:

Выходящий пучок будет иметь в сечении кольцевую структуру со свободной се25 рединой, в которой расположится точка скрещивания лучей (фокус дополнительного зеркала).

Пример. Допустим, поставлена задача: создавать источник остронаправленного

30 луча световой энергии с плотностью излучения не меньше 0,5 вт/мм2, имея устройство, вписываемое в объем = 1 дм, с относительно маломощным точечным источником излучения мощностью 10 — 15 вт. Плотность

35 светового и теплового излучения 0,5-0,8 втlмм позволит получить локальный нагрев материала с хорошими поглощающими свойствами свыше 800 С. (Ориентировочный расчет укаэанной температуры может

40 быть при необходимости представлен дополнительно). Имея луч такой энергетической мощности, можно проводить широкий спектр технологических операций (резка различных материалов, сварки их и т.п.) в

45 различных областях техники.

Располагая по указанной на фиг,2 схеме точечный источник световой энергии мощностью 15 вт s фокусе основного зеркала с

0 = 120 мм и софокусного с ним внутреннего

50 зеркала с d - 60 мм, при выполнении соотношения их фокусных расстояний (F> - 25 мм и f> - 18 see) 1815472

Sn = — (120 — 60 ) =- 8482 мм

Мощность источника, приходящаяся на эту площадь, с учетом эон, не участвующих в отражении и КПД отражающих поверхностей (0,95), составит

Рп = 15 0,56 0 95- 7,98 вт, Следовательно, плотность этого потока будет цп = — = — =9,41 10 вт/мм

Рп 7 98 . -4 г

$п 8482

Этот световой поток, переотразившись от поверхностей дополнительного (О - 120 мм, Fz = 36 мм) и софокуено ему установленного внутреннего зеркала (d = 60 мм, fz - 18 мм), выйдет сжатым до требуемого уровня плотности через осевое отверстие в дополнительном зеркале Do - 3,75 мм. Эти зеркала выполнены также с указанным в формуле условием: — — = — =3.33 (4

D «d 120 60

F2 fz 36 18

Выходящий луч будет иметь с учетом

КПД мощность .

Рл - Рп 0 95 = 7.89 0,63 = 5,03 вт

Площадь сечения кольцеобразного выходящего луча с Do - 3,75 мм будет составлять: . Ог дг,г 3,75г

s„— — (1 — — ) — х

4 Ог 4 х(1 — — ) =828мм

60 г

120 ила Sn = ", где Ксэ =(— )

0 г

Ксж Do

120 г

=() =1024

Плотность выходящего луча соответственно будет составлять

gn = — = 0,61 вт/мм

Рл «5,03

Зл 8,28

Таким образом, поставленную задачу можно реализовать, имея источник световой энергии мощностью 15 вт и установленные по схеме, представленной на фиг.1 параболические зеркала:

1. 0 = 120 мм, F > =- 25 мм

2. 0 =--120 мм, Ег = 36 мм

5.6, d == 60 мм, f1 = fg =- 18 мм.

Примерные общие габариты устройства

5 будут: 0 = 120 мм, 1 = 110 мм, Таким образом, предложенное устройство источника остронаправленного луча обладает по сравнению с прототипом следующими основными преимуществами: воз10 можность теоретически неограниченной степени концентрации энергии (плотности) выходящего луча, ограниченной лишь технологическими возможностями изготовления точных зеркал и их взаимной фокусировки, 15 возможность применения весьма маломощных источников энергии при достижении высокой плотности луча, что открывает широкие воэможности для различных направлений его использования в народном хозяйстве, 20 заметно снижается коэффициент рассеивания выходящего луча за счет отсутствия в фокусе концентрирующей системы зеркал каких-либо физических объектов (типа источника излучения), препятствующих гео25 метрически правильному распространению лучей и достижению требуемых уровней плотности выходящего пучка и минимальных размеров его сечения.

Использование предложенного устрой30 ства может дать значительный экономический и технический эффект эа счет расширения технологических возможностей при достижении высоких степеней плотности энергии выходящего пучка и минимального его рассеивания

35 в пространстве.

Формула изобретения

Источник остронаправленного луча, содержащий основное вогнутое параболическое зеркало с источником излучения в его

40 фокусе и дополнительное вогнутое параболическое зеркало с фокусным расстоянием большим, чем у основного, и с осевым отверстиемдля выхода луча, установленнге соосно с основным с противоположной от

45 источника излучения стороны, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения путем повышения степени концентрации излучения при уменьшении коэффициента рассеивания выходящего

50 луча, основное и дополнительное зеркала установлены так, что сумма их фокусных расстояний меньше суммы их осевых габаритов, соосно с ними установлены два внутренних вогнутых параболических зеркал

5 равных между собой диаметров d, но меньших, чем у основного и дополнительного 0 диаметров, при этом одно иэ них установлено софокусно основному зеркалу и их диаметры б и 0 и фокусные расстояния f> и F> находятся в соотношении

1815472

D/F1 16f1/d 4, D/Fz = d/fz 4.

Составитель Ю. Шитов

Техред М. Моргентал KoPPeKTbP С.Шекмар,, Редактор

Заказ 1628 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101 а другое установлено софокусно дополнительному зеркалу и их диаметры d и 0 и фокусные расстояния fz u Fz находятся соответственно в соотношении