SU1282051A1

SU1282051A1 - Коллиматор

Info

Publication number: SU1282051A1
Application number: SU853867883A
Authority: SU
Inventors: Янис Артурович Спигулис
Original assignee: Латвийский Государственный Университет Им.П.Стучки
Priority date: 1985-01-09
Filing date: 1985-01-09
Publication date: 1987-01-07

Abstract

Изобретение относитс к устройствам преобразовани лучистой энергии источников расход щегос излучени в виде пучка параллельных лучей без применени зеркальных покрытий. Коллиматор представл ет собой тело вращени из однородно прозрачного материала с заданным показателем преломлени . Профиль поверхности образован вращением линии, составленной из четверти окружности 1, в центре которой располагаетс источник, отрезка пр мой 2, участка параболы 3, отрезка пр мой 4 и участка эллипса 5. Наклон оси параболы 3 под углом Q arcsin (1-2/п2) относительно оси симметрии обеспечивает полное внутреннее отложение лучей от параболы к поверхности, образованной вращением отрезка пр мой 4, расположенного вдоль радиуса окружности 1 под определенным углом, обуславливаюцщм параллельность с осью симметрии преломленных этой поверхностью лучей. Коллиматор отличаетс повьшгенной эффективностью образовани хода лучей, уменьшенным искажением профил выходного пучка, свободного от сферических аберраций, и уменьшенными габаритами . 1 ил. i (Л

Description

ю

00

to

о

СП

fO

15

11282051

Изобретение относитс к оптике, а точнее к устройствам преобразовани лучистой энергии источников расход щегос излучени (светодиодов, газоразр дных ламп, ламп накаливани и др.) в виде пучка параллельных лучей.

Цель изобретени - уменьшение искажени профил пучка, упрощение конструкции и экономи материала.

На чертеже изображена верхн часть коллиматора, аксиальное сечение .

Коллиматор вьтолнен из прозрачного однородного материала в виде тела вращени , содержащего полусферическую входную поверхность, образованную вращением четверти окружности 1 относительно оси симметрии X, поверхности , образованной вращением отрезка 2 пр мой относительно оси X, сопр гак цей входную поверхность с боковой поверхностью полного внутреннего отражени , образованную вращением участка параболы 3, причем ось параболы X наклонена под углом

0 arcsin (1 - 2/п) относительно оси симметрии, и выходную поверхность , образованную вращением отрезка 4 пр мой и участка эллипса 5.Причем отрезок 4 пр мой расположен вдоль радиуса сферической входной поверхности и наклонен относительно

20

25

30

С

оси симметрии X на угол Ч , определ емый из соотношени

.2/п2 -- 2-п

arccos

при услови х

n-cos (Ч 0) сов n 1,656,

где n - относительный показатель преломлени материала.

Образованна вращением отрезка 4 пр мой, коническа поверхность сопр гает боковую параболическую и эллиптическую поверхности.

Коллиматор работает следующим образом.

Радиальные лучи, имекицие разные углы наклона Ц относительно оси симметрии X, испускаютс источником S в полусфере с телесным углом 21Г. При Ч РО лучи направл ютс через сферическую поверхность 1 на эллиптическую поверхность 5 коллиматора, где подвергаютс преломлению и да- лее следуют параллельно оси X.Уравнение дл линии вращени 5 имеет вид

f/)

R,-exp S

,

(1)

где n - относительный показатель

преломлени материала коллиматора . После преобразований получают

fO

Р() (.11

n - COS Ц

(2)

или

РХЧ ) Р ( ч)

n - COS Ч

(3)

0

где Р ( Ч) - значение функции при граничном угле Ч -

О

Так как угол преломленного луча с касательной эллиптической поверхности 5 не превышает -- , условие

дл угла

-f следующее:

25

Ч arccos

оn

(4)

Дп преобразовани периферийных лучей, испускаемых под углами Ч Ч в коллиматоре использовано полное внутреннее отражение от поверхности 3, котора образована вращением вокруг оси X участка параболы с осью X . Отраженные лучи параллельны оси X и образуют с осью X угол D , выбранный С учетом услови полного внутреннего отражени :

0 i-у 2arcsin - arcsin (1-j-)

Крива 3 аналитически описываетс выражением

Р (U) ) Г-совХч- +е )

при ч 1 --- ,

Тг

т

(6)

где

COS9

(условие прохождени луча , испущенного при W

«-).

2

г - габаритный размер (радиус ) щточника.

Отраженные от поверхности 3 лучи преломл ютс поверхностью 4, котора образована вращением радиальной пр мой с углом наклона f Параллельность преломленных лучей с осью симметрии X обеспечивает условие + 0 Р. С учетом закона преломлени

данное условие можно виде

. созЧ,.

arcsin

или

n-cos (0+© )

cosf

(7)

Выражение (7) определ ет взаимную св зь параметров п, ,& в предлагаемом решении. Кроме того, имеет место ограничение на неличину показател преломпени : п п , где значение п согласно выражени м (4), (5) и (7), удовлетвор ет равенству

--- --- + arcsin n, 2

1

п (8)

откуда п g 1,656.

Точка пересечени линий 4 дана ходом луча с f --- :

и 5 .за- 20

)

R COS 0 sin Тц) +Ъ )

(9)

Следовательно, выражение дл отрезка пр мой 4 следующее:

) - Их) г, ( СО)

Сопоставл выражени (5) и (6) можно определить нижний предел значени tf ;

о

f arctg

. . (11) п2 - 2 -

о

1282051

Фор

мула изобретени

Коллиматор из прозрачного однородного материала, содержащий полусфе-

рическую входную поверхность, боковую поверхность полного внутреннего отражени , образованную вращением участка параболы, сопр гак цую их плоскую кольцеобразную поверхность

и выходную поверхность, образованную вращением отрезк пр мой и участка эллипса относительно оси симметрии, отличающийс тем, что, с целью уменьшени искажени профил пучка, упрощени конструкции и

экономии материала, ось параболы на- 1.,, -2

клонена под углом 0 6 arcsin (1- -7-)

п

относительно оси симметрии, а отрезок пр мой, вращением которого образована часть выходной поверхности, расположен вдоль радиуса сферической входной поверхности и образует с осью симметрии угол ч определ емый из соотношени

2 /n2 - l - n ... arctg-Г YO.

- 2

30

arccos

J. n

при услови х: n-cos ( ) cos 4 и n 1,656, где n - относительный показатель преломпени материала.

Claims

Формула изобретения

Коллиматор из прозрачного однородного материала, содержащий полусферическую входную поверхность, боковую поверхность полного внутреннего отражения, образованную вращением участка параболы, сопрягающую их плоскую кольцеобразную поверхность и выходную поверхность, образованную вращением отрезк прямой и участка эллипса относительно оси симметрии, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искажения профиля пучка, упрощения конструкции и экономии материала, ось параболы на¹ · /. ² , клонена под углом 0 < arcsin (1- -у-) n^z откуда η _е = 1,656.

Точка пересечения линий 4 дана ходом луча с 4 = ~- :

R cos Θ___ sir. (ч + Θ )

О и 5 ,.за(9) ^ς Следовательно, выражение для резка прямой 4 следующее:

--А р ( ) ср (4) sin(4_o + ©) ^k от(10)

Сопоставляя выражения (5) и (6) но определить нижний предел значения ц ·

О* мож25
2 /n² - 1 - n
4>_o>_zarctg —’2----(11) относительно оси симметрии, а отрезок прямой, вращением которого образована часть выходной поверхности, расположен вдоль радиуса сферической входной поверхности и образует с осью симметрии угол ч , определяе6 мый из соотношения arctg

2 Vn² - l‘ - η η² - 2

4 arccos — η при условиях: η-cos (ч+Θ ) = = cos Ч_о и η 1,656, где η - относительный показатель преломления материала.