ЛИНЗА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ДИОДА Российский патент 2016 года по МПК H01L33/58 G02B19/00 F21V13/04 G02B27/09 

Изобретение относится к светотехнике, а именно к полупроводниковым источникам света на основе лазерных диодов, и может быть использовано при создании лазерных диодов, обеспечивающих формирование излучения светового потока под требуемым углом к его продольной оси.

Известен светодиод с оптическим элементом (патент РФ №2055420, МПК H01L 33/00, опубл. 27.02.1996), содержащий светоизлучающий кристалл, покрытый выполненным из светопрозрачного материала оптическим элементом, часть наружной поверхности которого представляет собой плоскость и является световыводящей поверхностью, а другая часть является не выводящей излучение поверхностью и имеет асферическую форму, образованную вращением вокруг оси симметрии кривой f(x), уравнение которой удовлетворяет условиям полного внутреннего отражения света, излучаемого кристаллом, в любой точке данной поверхности. При этом кривая f(x) получена с учетом оптических свойств кристалла и оптического элемента, а именно с учетом значений их показателей преломления.

В рассматриваемом устройстве оптический элемент собирает и выводит через световыводящую поверхность практически все излучение, испускаемое кристаллом, что обуславливает повышение выходной мощности излучения светодиода, однако с помощью данного устройства не удается получить требуемое распределение светового потока в заданном пространственном угле.

Известен светодиод (патент РФ №2265917, МПК H01L 33/00, опубл. 10.12.2005) с оптическим элементом, содержащий светоизлучающий кристалл, покрытый выполненным из светопрозрачного материала оптическим элементом, который имеет асферическую форму наружной поверхности, полученную вращением вокруг оси симметрии светодиода кривой f(x). Указанная поверхность является световыводящей, при этом кривая f(x) в системе координат, точка начала которой совпадает с геометрическим центром активной области светоизлучающего кристалла и образована множеством точек, координаты которых определены с учетом оптических свойств кристалла и оптического элемента, а именно с учетом значений их показателей преломления. В рассматриваемом устройстве оптический элемент обеспечивает формирование требуемой диаграммы направленности излучения светового потока.

Недостатком данного устройства является существенное влияние точности позиционирования светоизлучающего кристалла относительно начальной точки системы координат кривой f(x) на формирование диаграммы направленности излучения светового потока, а также высокие требования к обеспечению точности выполнения световыводящей поверхности.

Известен светодиод (патент РФ №2303800, МПК G02B 27/09, опубл. 27.07.2007), линза которого содержит последовательно установленные внутреннюю, по ходу излучения светодиода, и внешнюю поверхности и отличается тем, что внутренняя поверхность линзы выполнена выпуклостью к излучателю, а внешняя поверхность имеет гладкую веретенообразную форму, обращенную вершиной от излучающей площадки светодиода, причем профиль внешней поверхности таков, что при первом взаимодействии излучения с внешней поверхностью линзы происходит полное внутреннее отражение, а при втором - преломление света в направлении, преимущественно перпендикулярном оптической оси линзы. Технический результат - снижение доли потока излучения, выходящего из формирующей линзы вблизи ее оси, повышение интенсивности выходящего пучка света и обеспечение более равномерного распределения интенсивности света, попадающего на экран.

Основными недостатками является невозможность обеспечения формирования излучения светового потока под требуемым углом к его продольной оси.

Задачей заявляемого изобретения является создание оптического элемента, обеспечивающего формирование диаграммы направленности потока излучения светодиода под требуемым углом к продольной оси оптического элемента.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная линза для формирования излучения лазерного диода, согласно изобретению, включает расположенные по ходу излучения излучающего элемента диода внутреннюю и внешнюю поверхности, причем центральная зона внутренней поверхности, прилегающая к продольной оси линзы, имеет оптическую силу, обеспечивающую коллимирование потока излучения, а внешняя поверхность линзы имеет призменную форму, вершина которой расположена от источника излучения, и содержит основную поверхность, расположенную в непосредственной близости от излучающего элемента диода, и вспомогательную поверхность, установленную под углом к продольной оси линзы и к основной поверхности, при этом углы расположения внешней основной и вспомогательной поверхностей линзы выбраны таким образом, что поток излучения излучающего элемента полностью отражается от внутренней стороны основной поверхности внутрь корпуса линзы и выходит под прямым углом к ее вспомогательной поверхности, при этом обеспечивается требуемый угол излучения по отношению к продольной оси линзы.

Техническим результатом изобретения является создание оптического устройства, обеспечивающего максимальную плотность светового потока излучения светодиода в направлении под требуемым углом к продольной оси оптического устройства, характеризующегося простотой конструкции.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 представлено схематическое изображение линзы в составе лазерного диода для формирования излучения.

Лазерный диод содержит излучающий элемент 1, линзу 2, включающую внутреннюю поверхность 3, по ходу излучения, обеспечивающую коллимирование потока излучения, внешнюю поверхность 4, выполненную призменной формы, причем профиль внешней поверхности 4 таков, что при первом взаимодействии излучения с внешней поверхностью 4 происходит полное внутреннее отражение потока излучения 5, а при втором взаимодействии излучения с внешней поверхностью происходит преломление светового потока 6 и его излучение в направлении под требуемым углом α к продольной оси лазерного диода.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Световой поток излучается вдоль продольной оси лазерного диода, при взаимодействии с внутренней поверхностью 3 линзы 2 световой поток коллимируется, далее при взаимодействии с внешней поверхностью 4 линзы 2 происходит его полное внутреннее отражение 5. Переотраженный поток излучается через световыводящий участок внешней поверхности 4, обеспечивающий направление излучения светового потока 6 под требуемым углом α к продольной оси лазерного диода.

Использование предложенного технического решения позволит создать оптическое устройство на основе лазерного диода, обеспечивающее формирование излучения светового потока под требуемым углом к продольной оси оптического устройства.

Линза для формирования излучения лазерного диода включает расположенные по ходу излучения излучающего элемента диода внутреннюю и внешнюю поверхности. Центральная зона внутренней поверхности имеет оптическую силу, обеспечивающую коллимирование потока излучения. Внешняя поверхность линзы имеет призменную форму, вершина которой расположена от источника излучения, и содержит основную поверхность, расположенную в непосредственной близости от излучающего элемента диода, и вспомогательную поверхность, установленную под углом к продольной оси линзы и к основной поверхности. Углы расположения внешней основной и вспомогательной поверхностей линзы выбраны таким образом, чтобы обеспечить угол полного внутреннего отражения. Поток излучения излучающего элемента полностью отражается от внутренней стороны основной поверхности внутрь корпуса линзы и выходит под прямым углом к ее вспомогательной поверхности. Технический результат заключается в создании оптического устройства, обеспечивающего максимальную плотность светового потока излучения светодиода в направлении под требуемым углом к продольной оси оптического устройства, характеризующегося простотой конструкции. 1 ил.

Линза для формирования излучения лазерного диода, характеризующаяся тем, что она включает расположенные по ходу излучения излучающего элемента диода внутреннюю и внешнюю поверхности, причем центральная зона внутренней поверхности, прилегающая к продольной оси линзы, имеет оптическую силу, обеспечивающую коллимирование потока излучения, а внешняя поверхность линзы имеет призменную форму, вершина которой расположена от источника излучения, и содержит основную поверхность, расположенную в непосредственной близости от излучающего элемента диода, и вспомогательную поверхность, установленную под углом к продольной оси линзы и к основной поверхности, при этом углы расположения внешней основной и вспомогательной поверхностей линзы выбраны таким образом, что поток излучения излучающего элемента полностью отражается от внутренней стороны основной поверхности внутрь корпуса линзы и выходит под прямым углом к ее вспомогательной поверхности, при этом обеспечивается требуемый угол излучения по отношению к продольной оси линзы.