МОДУЛЬ ЛАЗЕРНЫЙ Российский патент 2015 года по МПК H01S5/22 H01S5/24 F41G1/34 G02B6/42 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к лазерным источникам света, и может быть использовано в оптических системах, предназначенных, например, для указания направления или цели.

Известен лазерный модуль по патенту США №5394430, МПК H01S 3/08, содержащий полый цилиндрический корпус, линзу, расположенную в держателе, закрепленном в передней части корпуса модуля, лазерный диод с выводами, расположенный в корпусе на оптической оси с линзой, плату со схемой управления лазерным диодом, выводы внешнего соединения. Но у данного лазерного модуля недостаточно мощности оптического излучения для использования его на расстояниях, превышающих несколько километров. Известен также лазерный модуль по патенту США №5121188, МПК H01L 23/04, содержащий корпус, в котором установлены на оптической оси оптическая схема и лазерный диод, элементы электрической схемы управления лазерным диодом в виде лазерного кристалла, установленного на основании и закрытого крышкой. Первым контактом подачи питания на лазерный диод является корпус, а вторым - крышка диода. Но у данного устройства ограничена дальность лазерного луча, большие габариты и масса.

Наиболее близким к заявленному устройству является лазерный целеуказатель, описанный в патенте РФ №2100744, МПК F41G 1/34, опубликованном 27.12.1994 г., содержащий полый цилиндрический корпус, излучатель, втулку, наружная поверхность которой контактирует с цилиндрическим корпусом, а внутренняя сферическая поверхность - с корпусом излучателя, пружину, контактирующую с торцем втулки и торцем опорного кольца, электронный блок, блок батарей, выключатель и механизм юстировки. Втулка установлена с возможностью перемещения вдоль своей оси. Механизм юстировки включает в себя два юстировочных и один опорный винты, контактирующие с опорными поверхностями, выполненными на корпусе излучателя. Но отсутствие регулировки лазерного луча по углам, отсутствие возможности выполнения фокусировки оптической схемы не позволяют достичь требуемой точности выставления лазерного луча и использовать его для мощных лазерных модулей. Кроме того, не обеспечена работа лазерного модуля в диапазоне температур от +55°C до -50°C, и затруднено обслуживание и ремонт лазерного модуля при эксплуатации.

Задачей изобретения является создание модуля лазерного с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - обеспечение возможности фокусировки объектива и установки лазерного диода с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси, во взаимно перпендикулярных направлениях, обеспечение работы в заданном диапазоне температуры окружающей среды, повышение надежности, снижение потребляемой мощности.

Это достигается тем, что модуль лазерный, расположенный в полом корпусе и содержащий объектив, в фокальной плоскости которого расположен лазерный диод, с выходным окном, обращенным в сторону объектива, и систему теплоотвода, в отличие от известного объектив установлен с возможностью поворота вокруг и перемещения вдоль оптической оси, лазерный диод установлен с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси, во взаимно перпендикулярных направлениях, а система теплоотвода, включающая датчик температуры, термоэлектронный преобразователь, радиатор и вентилятор, дополнена осушенным азотом, заполняющим внутренний объем лазерного модуля.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен модуль лазерный как вариант реализации изобретения в конкретной конструкции, а на фиг.2 - задняя часть модуля лазерного.

Модуль лазерный (фиг.1) расположен в полом, цилиндрическом корпусе 1, который имеет переднюю и заднюю части. В передней части расположены защитное стекло 2, коллимирующий объектив 3, установленный в оправе 4 с возможностью перемещения вдоль и поворота вокруг оптической оси, электрический разъем 5 для подключения внешнего соединителя, электрический герметичный разъем 6, электрический разъем 7 для внутреннего электрического монтажа модуля лазерного, датчик мощности излучения 8 лазерного диода 9 и блоки электронные 10, которые обеспечивают работу электрической схемы лазерного модуля. В задней части размещены: в фокальной плоскости объектива 3 лазерный диод 9 (фиг.2), закрепленный в оправе 11 позиционным винтом 12. В оправе 11 закреплен также датчик температуры 13, а оправа 11, в свою очередь, установлена в дополнительной оправе 14, содержащей попарно взаимно перпендикулярно расположенные пазы, через термоизолирующий вкладыш 15. Оправа 14 с установленной в ней оправой 11, содержащей лазерный диод 9 и датчик температуры 13, размещена в механизме перемещения лазерного диода 9, в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива 3 (фиг.1),с возможностью перемещения в направлениях плюс, минус осей X, Y, то есть во взаимно перпендикулярных направлениях. В механизме перемещения лазерного диода, содержащем дополнительный корпус 16 (фиг.2), установлены попарно, взаимно перпендикулярно расположенные симметрично оптической оси объектива 3(фиг.1) стаканы 17, содержащие ползуны 18, толкатели 19 и пружины 20, обеспечивающие силовое замыкание толкателей 19 с ползунами 18. Ползуны 18 и толкатели 19 кинематически взаимодействуют с дополнительной оправой 14. Для отвода тепла от лазерного диода 9 модуль лазерный снабжен системой теплоотвода, обеспечивающей требуемый тепловой режим его работы, включающий теплопроводящую прокладку 21, контактирующую передней своей поверхностью с оправой 11, а задней поверхностью - с основанием 22, на котором установлен термоэлектронный преобразователь 23, контактирующий передней своей поверхностью с основанием 22, а задней - с радиатором 24. Последним из системы теплоотвода в задней части лазерного модуля размещен вентилятор 25, закрепленный также на дополнительном корпусе 16, который, в свою очередь, жестко связан с корпусом 1. Внутренний объем лазерного модуля для дополнительного теплоотвода заполнен осушенным азотом.

Модуль лазерный работает следующим образом. При включении питания, через разъемы 5, 6 и 7 (фиг.1) подается напряжение на лазерный диод 9 и на все элементы электрической схемы лазерного модуля, включая датчик температурный 13, датчик мощности излучения 8 лазерного диода 9, блок электронный 10, термоэлектронный преобразователь 23 и вентилятор 25. Фокусировка объектива 3 по определению положения плоскости расположения лазерного диода производится путем вращения оправы 4. Установка лазерного диода 9 по центру оптической оси объектива 3 производится вращением толкателей 19, установленных в стаканах 17, при этом усилие передается на ползуны 18, далее ползуны 18 воздействуют на дополнительную оправу 14, имеющую пазы, которая перемещает установленную в ней оправу 11 с закрепленным в ней лазерным диодом 9, позиционным винтом 12 и встроенным в нее датчиком температуры 13 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 3. Силовое замыкание толкателей 19 выполняют пружины 20. Для коррекции мощности излучения лазерного диода 9 используется датчик мощности излучения 8, регистрирующий изменение фототока лазерного диода 9 от номинального, установленного при юстировке лазерного диода 9 по эталонному измерительному датчику; далее сигнал поступает на электронную схему, автоматически изменяющую значение тока, питающего лазерный диод 9. Регулирование мощности излучения лазерного диода 9 при изменении температуры производится посредством датчика температуры 13, термоэлектронного преобразователя 23, при этом с целью улучшения теплообмена между элементами 13 и 23 дополнительно введены: термопроводящая прокладка 21, радиатор 24 и вентилятор 25, а также материалы оправы 11, прокладки 21, основания 22 и радиатора 25 используются с высоким коэффициентом теплопроводности. Кроме того, регулирование мощности излучения лазерного диода 9 осуществляется автоматически с помощью элементов электрической схемы лазерного модуля, а именно датчика температуры 13, измеряющего непосредственно температуру лазерного диода 9 (в оправе) и передающего сигналы в процессор, и термоэлектронного преобразователя 23, который, преобразовав сигнал, автоматически переключает полюса температуры лазерного диода 9 (передней и задней плоскостей его) на режим нагрева или охлаждения. Датчик температуры 13 предварительно выставлен на оптимальный температурный режим работы лазерного диода 9 (аналоговый способ регулировки мощности излучения) и путем модуляции управляющего сигнала электрической схемы, содержащей блок электронный 10 (цифровой способ регулирования мощности излучения) лазерного диода 9. Оба способа задействованы в процессе регулирования мощности излучения лазерным диодом 9 в зависимости от изменения температуры последнего. Лазерный диод 9 производит излучение в видимой области спектра с длиной волны, близкой к 638 nm. С целью исключения передачи тепла на внешние детали лазерного модуля оправа 11 установлена в дополнительной оправе 14 через термоизоляционный вкладыш 15.

Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в обеспечении высокой точности регулировки лазерного диода по углу расхождения лазерного луча, возможности обеспечения точной фокусировки объектива в плоскости излучения лазерного диода, повышении надежности (безотказности) его работы, обеспечении высокой технологичности, полной взаимозаменяемости, обеспечении простоты обслуживания лазерного модуля при эксплуатации и обеспечении возможности работы лазерного модуля в диапазоне температур от +55°C до -50°C.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к лазерным источникам света, и может быть использовано в оптических системах, предназначенных, например, для указания направления или цели. Модуль лазерный содержит объектив, в фокальной плоскости которого расположен лазерный диод, с выходным окном, обращенным в сторону объектива и систему теплоотвода. Объектив установлен с возможностью поворота вокруг и перемещения вдоль оптической оси. Лазерный диод установлен с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси, во взаимно перпендикулярных направлениях, а система теплоотвода, включающая датчик температуры, термоэлектронный преобразователь, радиатор и вентилятор, дополнена осушенным азотом, заполняющим внутренний объем лазерного модуля. Технический результат - обеспечение возможности фокусировки объектива и точной регулировки установки лазерного диода в направлениях вдоль оси и перпендикулярно оптической оси объектива по осям X и Y, обеспечение работы в заданном диапазоне температуры окружающей среды, повышение надежности, снижение потребляемой мощности. 2 ил.

Модуль лазерный, расположенный в полом корпусе и содержащий объектив, в фокальной плоскости которого расположен лазерный диод, с выходным окном, обращенным на объектив и систему теплоотвода, отличающийся тем, что объектив установлен с возможностью поворота вокруг и перемещения вдоль оптической оси, лазерный диод установлен с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси, во взаимно перпендикулярных направлениях, а система теплоотвода, включающая датчик температуры, термоэлектронный преобразователь, радиатор и вентилятор, дополнена осушенным азотом, заполняющим внутренний объем лазерного модуля.