CN111237651A - 一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统 - Google Patents

一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，包括光源模块、分光模块、照明模块、驱鸟模块，所述光源模块通过总光纤连接所述分光模块，所述分光模块通过分路光纤分别连接所述照明模块和驱鸟模块。本发明提供的一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，首先利用激光作为光源，再利用光纤导光，实现航空照明系统的集成化设计，极大地减小了飞行器照明系统的体积和质量。其次，通过分光模块的加入，在同一套光学系统上设计一套激光驱鸟系统，实现激光照明、激光驱鸟一体化光学系统设计，进一步减轻飞行器的负荷，为飞行器的机动性能的改善提供可能性并保证飞行器的航空安全。

Description

一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统
技术领域
本发明涉及激光照明系统技术领域，具体涉及一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统。
背景技术
现代航空照明系统多采用LED灯作为照明光源，而LED光源往往具有较大的体积和质量，且不可避免的需要相应的体积庞大的散热系统，极大地影响了飞行器的机动性能。现阶段航空照明系统多采用LED光源，并辅以体积庞大的散热系统。由于飞行器有滑行灯、着陆灯、航行灯、防撞灯、尾部航行灯、翼尖编队灯、机身编队灯和加油区域照明灯等不同区域的照明需求，整个照明系统对飞行器的负荷巨大。因此，如何降低航空照明系统的体积和质量，改善飞行器的机动性能，是现阶段飞行器照明系统设计中亟待解决的重要问题。
此外，鸟害是影响飞行安全的主要隐患之一，尤其是飞机在低空飞行及起飞降落过程中，鸟类极容易被吸入飞机发动机，打坏发动机的叶片，从而严重影响航空安全。在飞机高速飞行中，鸟类同机体、窗口发生碰撞，同样将产生极大的破坏。因此，如何驱赶鸟类，使鸟类远离飞行器保证飞行安全，是亟需解决的关键问题。
激光驱鸟技术是用来保护航空安全而采取的一种驱鸟措施，激光驱鸟技术利用鸟类眼睛最敏感的波长为532nm的绿色激光作为光源，利用激光传输距离长优点，使鸟类在远距离外感受激光，远离飞行器，达到驱鸟目的。常见的激光驱鸟技术多采用大型的激光驱鸟设备，利用鸟类的眼睛对波长为532nm绿色激光极为敏感的特点，在机场跑道安装自动激光驱鸟器并设置了激光扫描，可完成全天候不间断地运转。此外激光驱鸟枪也常用于小区域范围内驱鸟，可对多种鸟类能进行有效的疏散。这些激光驱鸟设备均无噪声、化学物质、对环境无害等优势。然而此类激光驱鸟装置体积和重量往往均比较大，单独作为机载设备使用极不经济。
并且，现阶段激光驱鸟装置尚未应用于飞行器之上，其主要原因是激光驱鸟装备体积、重量均较大，单独作为机载设备使用极不经济。因此，如何减小激光驱鸟装备体积与重量，是激光驱鸟装置应用于航空的关键技术难题。
发明内容
本发明提供了一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，首先利用激光作为光源，再利用光纤导光，实现航空照明系统的集成化设计，极大地减小了飞行器照明系统的体积和质量。其次，通过分光模块的加入，在同一套光学系统上设计一套激光驱鸟系统，实现激光照明、激光驱鸟一体化光学系统设计，进一步减轻飞行器的负荷，为飞行器的机动性能的改善提供可能性并保证飞行器的航空安全。
本发明采用如下技术方案：
一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，包括光源模块、分光模块、照明模块、驱鸟模块，所述光源模块通过总光纤连接所述分光模块，所述分光模块通过分路光纤分别连接所述照明模块和驱鸟模块；
所述光源模块包括多波长光源、透镜阵列和散热单元，所述多波长光源通过透镜阵列与所述光纤连接，所述多波长光源包括多个光源，所述多个光源放置于同一位置，所述多个光源共用一个散热单元，所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜的数量与所述光源的数量相同，所述每个光源对应一个透镜，所述总光纤的数量与所述透镜的数量相同，所述每根总光纤对应一个透镜；
所述分光模块包括光纤耦合器、转台电机、转台，所述总光纤连接所述光纤耦合器，所述光纤耦合器与所述转台依次设置，所述转台连接所述转台电机，所述转台上设置有通孔，所述通孔连接第一分路和第二分路，所述分路光纤包括第一分路光纤和第二分路光纤，所述第一分路通过所述第一分路光纤连接所述照明模块，所述第二分路通过所述第二分路光纤连接所述驱鸟模块；
所述照明模块包括光学透镜和反光罩杯，所述光学透镜的数量与所述第一分路光纤的数量相同，所述每个光学透镜对应一根第一分路光纤，所述反光罩杯的数量与所述光学透镜的数量相同，所述每个反光罩杯包围在一个光学透镜外部；
所述驱鸟模块包括凹透镜和凸透镜，所述第二分路光纤对应所述凹透镜，所述凹透镜与所述凸透镜依次放置。
进一步地，所述多波长光源通过透镜阵列与所述光纤连接的连接方式为光学透镜耦合。
进一步地，所述光源为激光灯头。
进一步地，所述多波长光源包括1064nm红外光源、650nm红光光源、532nm绿光光源、405nm蓝光光源。
进一步地，所述散热单元为风扇。
本发明的有益效果为：
(1)将照明模块由传统照明系统复杂、庞大的光源、散热系统、透镜、反光罩杯及相应的供电系统转化为体积极小的、无需通电的光纤、透镜、反光罩杯，极大地减小照明模块体积，避免了复杂的供电系统，并集成了激光驱鸟系统于一套光学系统中，进一步减轻了飞行器的负荷，提升飞行器的机动性能，并保证飞行器的航空安全。
(2)将多个光源放置于同一位置，同透镜阵列一起组成光源模块，由于多个光源放置位置接近，因此可共用一套散热系统，极大降低了散热系统的体积与功耗。
(3)将激光照明模块、激光驱鸟模块集成于一套光学系统内，通过控制光源的参数以及分光系统闭合，来选择光学系统的工作模式。
(4)同一套激光光源可分别用于激光照明、激光驱鸟两种不同功能，在增加激光驱鸟功能的同时无需额外增加激光光源，从而极大的降低了系统整体重量与体积；共用一套光源、供电设备、散热系统等，进一步减轻了飞行器的负荷，保证了飞行器的机动性能和战斗性能，并提升飞行安全性。
附图说明
图1为本发明一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统的原理示意图。
图2为本发明中透镜阵列耦合多波长光源、光纤的原理示意图。
图3为本发明中驱鸟模块的结构示意图。
图4为本发明中分光模块的结构示意图。
附图中，光源模块1、多波长光源11、散热单元12、透镜阵列13、分光模块2、光纤耦合器21、转台电机22、转台23、第一分路24、第二分路25、照明模块3、光学透镜31、反光罩杯32、驱鸟模块4、凹透镜41、凸透镜42、总光纤5、第一分路光纤61、第二分路光纤62。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
现阶段的航空照明系统多采用LED光源，并辅以体积庞大的散热系统，并考虑到飞行器上有滑行灯、着陆灯、航行灯、防撞灯、尾部航行灯、翼尖编队灯、机身编队灯和加油区域照明灯等不同区域的照明需求，整个照明系统的体积和质量极大，严重影响了飞行器的机动性能。
现阶段的激光驱鸟技术多采用大型激光设备，过大的体积和质量限制了其在飞行器上的应用。
在传统照明系统中，每个光源紧邻反光罩杯32安放，光源间距很大；由于高功率光源具有很强的热效应，因此每个光源必须单独安置独立的散热系统(如风扇等)，造成极大的空间和能量浪费，同时，独立的激光驱鸟装置体积与质量极大。
因此，如图1所示，本发明提供了一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，包括光源模块1、分光模块2、照明模块3、驱鸟模块4，光源模块1通过总光纤5连接分光模块2，分光模块2通过分路光纤分别连接照明模块3和驱鸟模块4。
光源模块1包括多波长光源11(由多个激光灯头组成的阵列式光源，并包含不同波长光源，如1064nm红外光源、650nm红光光源、532nm绿光光源、405nm蓝光光源等，且灯头数量不限于图1所展示数量。)、透镜阵列13和散热单元12(风扇)，多波长光源11通过透镜阵列13与光纤连接，多波长光源11包括多个光源，多个光源放置于同一位置，多个光源共用一个散热单元12，由于多个光源放置位置接近，因此可共用散热单元12，极大降低了散热系统的体积与功耗。
如图2所示，透镜阵列13包括多个透镜，透镜的数量与光源的数量相同，每个光源对应一个透镜，总光纤5的数量与透镜的数量相同，每根总光纤5对应一个透镜；利用光纤对照明光束的传导效应，使用多束光纤，实现对光源光束的传导。光源与光纤之间通过透镜阵列13连接，从而保证光源所产生的光入射至光纤之内。
光源与光纤之间通过透镜阵列13连接原理为利用光学透镜31耦合，即利用光学透镜31对光线有汇聚作用，从而把光源发出的光束进行单方向汇聚，从而使光线得以压缩，进而入射至光纤内部，实现光源与光纤的耦合；而对于多波长光源11，将多波长光源11的每个灯头同透镜阵列13的每一个透镜一一对应，从而实现每根光纤对应多波长光源11的每个灯头，实现了多波长光源11光线的传导。
如图4所示，分光模块2包括光纤耦合器21、转台电机22、转台23，总光纤5连接光纤耦合器21，光纤耦合器21与转台23依次设置，转台23连接转台电机22，转台23上设置有通孔，通孔连接第一分路24和第二分路25，分路光纤包括第一分路光纤61和第二分路光纤62，第一分路24通过第一分路光纤61连接照明模块3，第二分路25通过第二分路光纤62连接驱鸟模块4；光线经过光纤及光纤耦合器21，通过转台23上的通孔入射至第一分路24，第一分路24连接照明模块3，从而实现激光照明功能。同时，可通过控制转台电机22来控制转台23的旋转，使光线入射至第二分路25，第二分路25连接驱鸟模块4，从而实现激光驱鸟功能。因此，通过分光系统的调节，实现激光照明、激光驱鸟功能的转变。
由于分光模块2的存在，使激光照明、激光驱鸟这两种不同的功能完全共用同一套光源，即利用照明光源进行激光驱鸟，从而彻底解决了激光驱鸟装备体积过大、重量过重等难题。光源经光纤传导后，光线经过分光系统，可分别入射至照明模块3或驱鸟模块4。
照明模块3包括光学透镜31和反光罩杯32，光学透镜31可以根据所需要的照明光形进行设计，反光罩可以根据机身形状设计需求进行系统化设计。光学透镜31的数量与第一分路光纤61的数量相同，每个光学透镜31对应一根第一分路光纤61，反光罩杯32的数量与光学透镜31的数量相同，每个反光罩杯32包围在一个光学透镜31外部。
如图3所示，驱鸟模块4包括凹透镜41和凸透镜42，第二分路光纤62对应凹透镜41，凹透镜41与凸透镜42依次放置。两个透镜组合起光束扩束作用，从而将鸟类敏感的激光光束直径扩大，提升激光驱鸟的效果，并保持激光平行出光，保证激光驱鸟距离。
本发明将多波长光源11放置于同一位置，同透镜阵列13一起组成光源模块1。由于多个光源放置位置接近，因此可共用一套散热系统，极大降低了散热系统的体积与功耗。同时，利用光纤对照明光线的传导效应，将航空照明系统所有光源集成于同一特定位置，实现光源的集成化。后利用光纤对照明光束的集中效应，利用多束光纤，实现对光源光束的传导。将传统的体积庞大的、需极强的散热装置的灯具转换为体积极小的、可柔性移动的光纤，从而实现照明系统简约与集成化。
在本发明中，利用光纤对照明光线的传导效应，将航空照明系统分散在各个部位的照明光源集成于同一位置，通过光学器件将光源的光耦合进入光纤，传输到需要照明的各个部位，然后解耦实现照明。采用激光光源，提高光从光源耦合到光纤内的效率与此同时，在同一套光学系统内安装分光系统，将整条光路分为两路或多路，一路用于激光照明，一路用于激光驱鸟，最终通过光源参数的调节和分光系统的设置完成不同功能的切换，实现激光照明、激光驱鸟一体化光学系统设计，进一步减轻飞行器的负荷，有利于提高飞行器的机动性能，保证航空安全。
本发明所提出的一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，极大的减小了照明模块3体积。此外，将激光照明系统、激光驱鸟系统集成于一套光学系统内，通过控制光源的参数以及分光系统闭合，来选择光学系统的工作模式。共用一套光源、供电设备、散热系统等，进一步减轻了飞行器的负荷，为飞行器的机动性能和战斗性能的改善提供可能性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，其特征在于，包括光源模块、分光模块、照明模块、驱鸟模块，所述光源模块通过总光纤连接所述分光模块，所述分光模块通过分路光纤分别连接所述照明模块和驱鸟模块；
所述光源模块包括多波长光源、透镜阵列和散热单元，所述多波长光源通过透镜阵列与所述光纤连接，所述多波长光源包括多个光源，所述多个光源放置于同一位置，所述多个光源共用一个散热单元，所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜的数量与所述光源的数量相同，所述每个光源对应一个透镜，所述总光纤的数量与所述透镜的数量相同，所述每根总光纤对应一个透镜；
所述分光模块包括光纤耦合器、转台电机、转台，所述总光纤连接所述光纤耦合器，所述光纤耦合器与所述转台依次设置，所述转台连接所述转台电机，所述转台上设置有通孔，所述通孔连接第一分路和第二分路，所述分路光纤包括第一分路光纤和第二分路光纤，所述第一分路通过所述第一分路光纤连接所述照明模块，所述第二分路通过所述第二分路光纤连接所述驱鸟模块；
所述照明模块包括光学透镜和反光罩杯，所述光学透镜的数量与所述第一分路光纤的数量相同，所述每个光学透镜对应一根第一分路光纤，所述反光罩杯的数量与所述光学透镜的数量相同，所述每个反光罩杯包围在一个光学透镜外部；
所述驱鸟模块包括凹透镜和凸透镜，所述第二分路光纤对应所述凹透镜，所述凹透镜与所述凸透镜依次放置。
2.根据权利要求1所述的一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，其特征在于，所述多波长光源通过透镜阵列与所述光纤连接的连接方式为光学透镜耦合。
3.根据权利要求2所述的一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，其特征在于，所述光源为激光灯头。
4.根据权利要求3所述的一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，其特征在于，所述多波长光源包括1064nm红外光源、650nm红光光源、532nm绿光光源、405nm蓝光光源。
5.根据权利要求4所述的一种集激光照明与激光驱鸟于一体的光学系统，其特征在于，所述散热单元为风扇。
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