SE520189C2 - Ljusemitterande element - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 520 189 2 ljusmottagande elementet D, och referenssignalerna, vilka erhålls genom omvandling av referensljuset till en elektrisk signal vid det ljusmottagande elementet D, i avsikt att mäta avståndet till den reflekterande spegeln F. Med en sålunda utformad elektronisk apparat för distansmätning uppkom emellertid problem med avseende på livstid och svarshastighet eftersom mekaniskt rörliga delar krävdes till den ljusbaneomkopplande slutaren H.

Föreliggande sökande har därför utvecklat ett ljus- emitterande element som förmår lösa dessa problem och som var föremål för det japanska patentdokumentet nr Hei-6-230111. Det i detta dokument beskrivna ljus- emitterande elementet har tvä ljusemitterande dioder med anpassade faser, varvid en av de ljusemitterande dioderna används för mätljus och den andra ljusemitterande dioden används för referensljus, och varvid omkoppling mellan dessa ljusemitterande dioder sker elektriskt.

Med ett sådant ljusemitterande element uppkom emellertid följande tekniska problem, i synnerhet när mätdistansen var lång och avständsmätning med hög nog- grannhet måste utföras.

Med en elektronisk apparat för distansmätning av något av ovanstående slag, påverkas de uppmätta värdena av förändringar i hastigheten hos det mätljus som ut- breder sig genom luften i beroende av omgivningsförhäl- landena, såsom lufttemperaturen och lufttrycket. Detta är inget stort problem om mätdistansen är kort eller om hög noggrannhet ej erfordras.

För att utföra elektronisk distansmätning över långa mätdistanser med hög noggrannhet, mäste omgivningsför- UPP- och de uppmätta värdena mäste korrigeras hällandena, såsom lufttemperaturen och lufttrycket, mätas samtidigt, i överensstämmelse med förändringarna av omgivningsför- hällandena. Vid sidan av uppmätning av omgivningsförhål- landena med användning av en barometer, termometer etc för åstadkommande av dylika korrektioner, kan den elektroniska distansmätningen på samma plats utföras med lO l5 20 25 30 35 520 189 mätljus av olika våglängder, eftersom inverkan av för- ändringar av omgivningstillstånden skiljer sig åt i beroende av mätljusets våglängd, i avsikt att härleda korrektionsvärdena från respektive mätresultat.

De ljusemitterande element som hittills har presen- terats, innefattande det ljusemitterande element som be- skrivs i ovannämnda japanska patentpublikation, är emel- lertid individuellt placerade och även om det finns ele- ment som emitterar ljus av olika våglängder, finns det inga element som emitterar ljus av olika våglängder från ett ensamt ljusemitterande element. Den sistnämnda korrektionen var därför extremt svår att genomföra i praktiken.

Föreliggande uppfinning har som syfte att lösa ovan- stående problem med känd teknik, och dess ändamål är att åstadkomma ett ljusemitterande element, i vilket ljus av ett flertal våglängder kan emitteras från ett ensamt ljusemitterande element.

Sammanfattning av uppfinningen För att uppnå ovanstående ändamål àstadkommes enligt föreliggande uppfinning ett ljusemitterande element om- fattande ett flertal ljusemitterande dioder, som har olika emissionsvåglängder och som är inrättade inom ett enda paket, och varvid de ljusemitterande diodernas ljus- emitterande ytor är anordnade att vara orienterade i en och samma riktning. Det ljusemitterande elementet ut- märkes av att de ljusemitterande dioderna är arrangerade i stegformiga lager så att de ljusemitterande ytorna är arrangerade på koncentriskt vis.

Eftersom det ljusemitterande elementet enligt ovan- stående arrangemang har ett flertal ljusemitterande dio- der, som har olika våglängder och som är anordnade inom ett enda paket, och eftersom de ljusemitterande diodernas ljusemitterande ytor är anordnade att vara orienterade i samma riktning, kan ljus av olika våglängder avges i en enda riktning från ett ensamt ljusemitterande element. 10 l5 20 25 30 35 520 189 4 Tack vare att de ljusemitterande dioderna är arrange- rade i stegformiga lager så att de ljusemitterande ytorna är koncentriskt arrangerade, kan med detta arrangemang ett flertal ljusknippen av olika våglängder avges på kon- centriskt och parallellt vis.

Ovannämnda ljusemitterande ytor kan vara utformade så, att de är vända mot ingångsändytan hos en optisk fiber.

Eftersom de ljusemitterande ytorna är vända mot in- gångsändytan hos en optisk fiber, medger detta arrange- mang att ljus som emitteras från var och en av de ljus- emitterande dioderna kan uppsamlas i en enda optisk fiber.

I detta fall kan de ljusemitterande ytorna vara ut- formade som reflekterande speglar, med hjälp av vilka det från var och en av de ljusemitterande dioderna avgivna ljuset optiskt fokuseras till samma brännpunkt.

Dessutom kan de ljusemitterande ytorna vara utforma- de som inåt snedställda ytor som bringar de från foto- dioderna emitterade ljusknippena att korsa varandra, och den optiska fiberns ingångsändyta kan vara utformad med en kilform, vars diameter minskar i riktning mot front- änden vid den position där de emitterade ljusknippena korsas.

Det är därför ett huvudändamål med föreliggande upp- finning att åstadkomma en ljusemitterande diod som är in- rättad att emittera ljus i ett flertal våglängder.

Såsom beskrivits ovan, eftersom ett flertal ljus- knippen av olika våglängder emitteras från ett enda ljus- emitterande element, kan man, såsom beskrivits ovan, med det ljusemitterande elementet enligt uppfinningen auto- matiskt korrigera uppmätta värden och förbättra mät- noggrannheter genom att exempelvis införliva detta ljus- emitterande element i en elektronisk apparat för distans- mätning eller någon annan mätanordning, vid vilken varia- tioner i ljushastigheten i beroende av lufttemperatur, lufttryck etc kommer att inverka på mätresultaten. lO 15 20 25 30 35 520 189 5 Dessa och andra ändamål med och särdrag hos uppfin- ningen kommer att framgå av beskrivningen, kraven och ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna Fig l är en sidovy och en planvy av en första före- dragen utföringsform av det ljusemitterande elementet enligt föreliggande uppfinning.

Fig 2 är ett exemplifierande diagram över en driv- krets som använder det ljusemitterande elementet.

Fig 3 är ett diagram över ett arrangemang där ett ljusemitterande element enligt uppfinningen används i en ljusvågavstàndsmåtare.

Fig 4 är en sidovy och en planvy av den andra före- dragna utföringsformen av det ljusemitterande elementet enligt uppfinningen.

Fig 5 är ett diagram över arrangemanget hos en ljus- vàgavståndsmätare enligt tidigare känd teknik.

Beskrivning av föredragna utföringsformer I det följande kommer föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning att beskrivas i detalj med hän- visning till de bifogade ritningarna. Fig l visar en föredragen utföringsform av ett ljusemitterande element 10 enligt uppfinningen. Såsom framgår av fig l är det på en sockel l, vilken är inrymd inom ett paket (ej visat), placerat en skivformig diodplatta 2, som emitterar ljus i det infraröda våglängdsintervallet (t ex våglängden 960 nm).

En skivformig diodplatta 3, som emitterar rött ljus och vars diameter är mindre än diametern av den infrarött ljus emitterande dioden 2, är koncentriskt skiktad över den infrarött ljus emitterande diodens 2 ovanyta. Denna rött ljus emitterande diod 3 emitterar ett ljus med en våglängd om exempelvis 630 nm. En skivformig diodplatta 4, som emitterar blått ljus och vars diameter är mindre än diametern av den rött ljus emitterande dioden 3, är koncentriskt skiktad över den rött ljus emitterande diodens 2 ovanyta. Denna blått ljus emitterande diod 4 lO 15 20 25 30 35 520 189 6 emitterar ljus med en våglängd om exempelvis 440 nm.

Arrangemanget av det ljusemitterande elementets 10 ljusemitterande dioder 2, 3, 4 enligt denna utföringsform har utformats med tanke på ljusemissionseffektiviteten och den kromatiska aberrationen hos varje ljusemitterande diod. Den blått ljus emitterande dioden 4, vilken har den sämsta ljusemissionseffektiviteten, är placerad överst, och skillnader i brännvidd pga kromatisk aberration, som gör brännvidden kort för en kort våglängd och brännvidden lång för en lång våglängd, kompenseras av ovan beskrivna fysikaliskt skiktade utformning.

Ingångsänden 5a hos en optisk fiber 5, vars kärn- diameter är väsentligen lika med den infrarött ljus emitterande diodens 2 diameter, är placerad vid det ljus- emitterande elementets 10 övre ytsida och är vänd mot detta. När en ström tillåts passera genom det ljusemitte- rande elementet 10 och när en optisk fiber 5 är placerad vid den ljusemitterande diodens 10 övre ytsida på detta vis, emitteras blått ljus från den centrala dioden 4, emitteras rött ljus på koncentriskt vis på utsidan av det blå ljuset, och emitteras infrarött ljus från dioden 2 på koncentriskt vis på utsidan av det röda ljuset, och eftersom det ljusemitterande dioderna är så placerade att ljuset är riktat uppåt, kommer det emitterade ljusknippet att tränga in i den optiska fiberns 5 ändyta 5a och ut- breda sig genom den optiska fibern 5. Även om monteringsstrukturen för de ljusemitterande dioderna 2, 3, 4 inte kommer att beskrivas i detalj, kan nämnas att de positiva och negativa polerna hos dessa ljusemitterande dioder 2, 3, 4 via ej visade lednings- trådar är anslutna till ledningsuttag för yttre anslut- ning, vilka skjuter ut från sockelns 1 nedre ände.

I kretsen för styrning av dessa ljusemitterande dio- ders 2, 3, 4 utsändning av ljus, kan exempelvis var och en av de ljusemitterande dioderna 2, 3, 4 vara ansluten till ett drivkraftaggregat A via omkopplare SW1, SW2, SW3, och kan de ljusemitterande dioderna 2, 3, 4 till- lO 15 20 25 30 35 520 189 7 kopplas individuellt eller samtidigt genom TILL/FRÅN- -manövrering av dessa omkopplare.

Fig 3 visar ett användningsexempel för ett ljus- emitterande element 10 med ovanstående utformning. I det i fig 3 åskådliggjorda användningsexemplet används det ljusemitterande elementet 10 enligt uppfinningen i en ljusvågavståndsmätare ("light wave range finder"). Denna avståndsmätare omfattar ett ljusemitterande organ 51, i vilket det ljusemitterande elementet 10 är införlivat som emitterar ovannämnda ljus med olika våglängder i de infraröda, röda och blå intervallen, och ett ljusmot- tagande organ 53, vilket via en vågformsomformande krets är anslutet till ett beräkningselement (CPU) 52. En modu- lator 50, som är elektriskt förbunden med det ljusemitte- rande elementet 10, är ansluten till det ljusemitterande organet 51.

En optisk fibers 5 ena ände, vilken är placerad vänd mot det ljusemitterande elementet 10, är uppburen vid det ljusemitterande organet 51. Ett prisma 55 är placerat vid den optiska fiberns 5 andra ände. Det av det ljusemitte- rande elementet 10 emitterade mätljuset vidarebefordras genom den optiska fibern 5, prismat 55 och en objektiv- lins 56, reflekteras av ett vid siktpunkten placerat reflekterande prisma 57, vidarebefordras sedan genom en andra objektivlins 58 och mottages av det ljusmottagande organet 53. Samtidigt mottager det ljusmottagande organet 53 direkt det av elementet 10 emitterade ljus som avleds i prismat 55.

Ett beräkningselement 52 omvandlar sådant mätljus och referensljus till elektriska signaler och jämför aritmetiskt fasskillnaden mellan mätsignalerna för att beräkna avståndet till det reflekterande prismat 57.

Med den i fig 3 åskådliggjorda elektroniska appara- ten för distansmätning, kan man exempelvis utföra mät- ningar genom att selektivt omkoppla uppsättningen ljus- emitterande dioder 2, 3, 4 med olika våglängder, vilka är införlivade i det ljusemitterande organet 51, och kan man 10 15 20 25 30 35 520 189 8 i enlighet med ett i beräkningselementet 52 införlivat program korrigera mätvärden med utgångspunkt i resultaten av det ovanstående för att eliminera mätfel till följd av lufttemperatur och lufttryck vid avståndsmätpunkten.

I fig 4 visas en andra föredragen utföringsform av ett ljusemitterande element enligt uppfinningen. I nedan- stående beskrivning har delar som finner motsvarighet i den första utföringsformen åsatts samma hänvisningsbe- teckningar, och endast de delar som skiljer sig åt dem- emellan kommer att beskrivas med användning av andra hän- visningsbeteckningar. Såsom framgår av fig 4 är en skiv- formig diod 2a, som emitterar infrarött ljus, anordnad på sockeln l. En ringformig diod 3a, som emitterar rött ljus och har samma ytterdiameter som den infrarött ljus emitterande dioden 2a, är koncentriskt skiktad över den infrarött ljus emitterande diodens 2a ovanyta. En ring- formig diod 4a, som emitterar blått ljus och har samma ytterdiameter som den rött ljus emitterande dioden 3a, men som har en ännu större innerdiameter än denna rött ljus emitterande diod Ba, är koncentriskt skiktad över den rött ljus emitterande diodens 2a ovanyta.

Ovansidorna hos dessa ljusemitterande dioder 2a, 3a, 4a är de ljusemitterande ytorna, och dessa är samtliga vända uppåt så att det emitterade ljuset utsänds i en och endast en riktning. Ingångsänden 5a hos en optisk fiber 5 är anordnad ovanför de ljusemitterande dioderna 2a, 3a, 4a och är vänd mot den ljusemitterande riktningen så att det från det ljusemitterande elementet lOa utsända ljus- knippet tränger in i den optiska fibern 5.

I likhet med den första utföringsformen kan ljuset med olika våglängder från den infrarött ljus emitterande dioden 2a, den rött ljus emitterande dioden 3a och den blått ljus emitterande dioden 4a avges eller projiceras på koncentriskt vis i samma riktning i den aktuella ut- föringsformen.

Den optiska fibern 5 behöver ej vara anordnad inom paketet i de första och andra föredragna utföringsformer 520 189 9 som beskrivits ovan, och ett transparent fönster kan vara upptaget pà paketets ovansida och ljus kan projiceras utàt direkt fràn detta fönster.

Användningen av de ljusemitterande element som beskrivits ovan är ej begränsad till den i fig 3 àskäd- liggjorda ljusvågavståndsmätaren och kan allmänt användas vid utrustning som kräver ett flertal ljusemitterande element med olika våglängder.

Claims (4)

10 15 20 25 520 189 10 PATENTKRAV

1. Ljusemitterande element omfattande ett flertal ljusemitterande dioder, som har olika emissionsvàglàngder och som är anordnade inom ett enda paket, varvid de ljusemitterande diodernas ljusemitterande ytor är anordnade att vara orienterade i en och samma riktning, k ä n n et e c k n a t av att de ljusemitterande dioderna är anordnade i stegformiga lager, varvid de ljusemitterande ytorna därmed är anordnade på koncentriskt vis.

2. Ljusemitterande element enligt krav 1, vid vilket de ljusemitterande ytorna är vända mot en ingàngsändyta hos en optisk fiber.

3. Ljusemitterande element enligt krav 2, vid vilket de ljusemitterande ytorna är utformade som reflekterande speglar, medelst vilka det av varje ljusemitterande diod utsända ljusknippet är optiskt fokuserbart till en och samma brännpunkt.

4. Ljusemitterande element enligt krav 2, vid vilket de ljusemitterande ytorna är utformade som inåt sned- ställda ytor, vilka bringar de av fotodioderna utsända ljusknippena att korsa varandra, och vid vilket den optiska fiberns ingàngsändyta är utformad med en kilform, vars diameter minskar i riktning mot frontänden vid den position där de utsända ljusknippena korsas.