Изготовление излучателя для лазертага (часть 2)

Определение оптимального размера линзы для излучателя.

Итак, в прошлый раз мы определили фокусное расстояние линзы. Теперь нам нужно решить следующую проблему: какая часть излучения собирается линзой. Для этого обратимся к даташиту на наш ИК-диод. Для TSAL 6100 (как и для 5100) угол 50 % падения интенсивности излучения составляет 10 градусов в каждую сторону, что дает нам около 85 % (приблизительно) излучения с сектором в 20 градусов. Линза у нас сферическая, поэтому лезть в дебри оптики не будем. Результаты будут одинаковы для любой из плоскостей, лежащих на оси ИК-диод — центр линзы. Картина получается следующая.

Определение нужного размера линзы

где ϕ — полный угол 50% падения интенсивности излучения, L — фокусное расстояние линзы, d — диаметры линз. Для получения нужного радиуса линзы обратимся к школьному курсу геометрии.

У нас получился прямоугольный треугольник ОАВ, в котором нам известен угол АОВ и катет ОА. Задача — найти катет АВ (это радиус линзы, которая соберет большую часть излучения). Формула примитивная tg (OAB)=AB/OB. Тангенс 10º, если верить калькулятору, составляет около 0,176326980708464973471091. Следовательно, АВ=ОВ*0,17632698070846497347109. ОВ — это фокусное расстояние линзы. Для нашей линзы, рассмотренной в первой части данной статьи оно составляет 178 мм. Значит, чтобы уловить максимум излучения ее радиус должен составлять (178 мм*0,17632698070846497347109) ≈ 31,37 мм или диаметр 63 мм. Больше брать не имеет смысла, габариты излучателя увеличиваются, а прирост мощности ИК-излучения падает. У нас линза — 40 мм, а угол воспринимаемого излучения 6º (проверьте по он-лайн калькулятору). Большую часть излучения она сфокусирует (см. даташит TSAL 6100, параметр Relative Radiant Intensity этого угла 85-90 %).

Таблица оптимальных размеров линз.

Фокусное расстояние Диаметр линзы
мм
10 4
20 7
30 11
40 14
50 18
60 21
70 25
80 28
90 32
100 35
110 39
120 42
130 46
140 49
150 53
160 56
170 60
180 63
190 67
200 71

Имеет ли смысл поставить более короткофокусную линзу? Доля собираемого излучения увеличится, но увеличится и размер пятна поражения. На предельных дистанциях необходимость целиться просто пропадает. Кроме того, значительно снизится плотность излучения, что негативно скажется на дальности поражения.


9 комментариев: Изготовление излучателя для лазертага (часть 2)

  1. Евгений говорит:

    Не совсем правильно с точки зрения оптики рассматривать светодиод как ведро с водой из которого наполняют бутылку и когда диаметр струи равен диаметру горлышка то вся вода попадет по назначению а когда струя шире горлышка то часть её прольется мимо. Это точечный источник света имеющий определенный диаметр только и всего.

    • kindats говорит:

      С обычным светодиодом да. Но TSAL 6100 имеет определенные оптические характеристики. Если смотреть на него под углом в 90 градусов (допустим через камеру мобильника) видно, что интенсивность излучения практически нулевая — излучение идет конусом и ослабевает на 50 % при отклонении на угол в 10 градусов от линии выводы светодиода — линза светодиода (см. даташит). Нашей задачей было собрать максимальную интенсивность излучения и сфокусировать его (излучение) линзой, стараясь при этом не получить излучатель слишком большого диаметра. Полученные результаты нас пока удовлетворили. В крайнем случае, возьмем линзы с более коротким фокусным расстоянием. Если наши рассуждения неправильны (профессиональных оптиков у нас нет) — просим аргументировать свою позицию.

  2. Евгений говорит:

    Кардиода напрвленности это всего лишь индивидуальные свойства светодиода, но максимальная сила светового потока направлена по оси ( не отступая от даташита ) Направив фокус линзы на кристал светодиода при соосности оптической оси линзы и светодиода и есть 100% использования мощности. При практическом применении такого способа фокусировки в нашей системе мы видим ореол наличие которого обясняется собственной оптической системой светодиода. Можете провести эксперимент удалив  на "камне" оптическую часть линзы сточив почти  до кристала и отполировав полученную поверхность. При этом вы получите кардиоду направленности близкую к 180град. , но при фокусировке на кристал пятно не будет иметь ореола, примерно в 4 раза уменьшится размер пятна и даже на глаз ( с использованием камеры ) увеличится его интенсивность.  
     

  3. Евгений говорит:

    То же самое можно получить с использованием диафрагмы расположенной сразу за светодиодом отверстие которой должно располагаться на одной оптической оси линзы и светодиода.

    • kindats говорит:

      Евгений, не поверите, подобное предложения не встретило поддержки еще полгода назад и здесь, и на лазертаг-форуме. По-моему, MidnightDreamer, предложил использовать диафрагму после линзы (светодиод-линза-диафрагма). Самодельщики не оценили, но отдельные российские производители взяли на вооружение и даже спасибо не сказали. И, если Вы не против, перенесем дискуссию в форум (адрес в комментарии Gaspar'а).

  4. Gaspar говорит:

    С диафрагмой экспериментировали,  пятно можно получить действительно очень маленькое, была бы такая цель. У нас основная задача не уменьшить пятно, за счёт отсечения большей части излучения, а уменьшить угол излучения, что даст большую плотность светового потока и позволит увеличить дальность. Как вариант — использовать другие диоды с меньшим углом излучения, нашли такие у Osram, но в России таких не достать, надо заказывать.  Сточить линзу у Tsal6100? — интересное предложение, попробуем. А вообще, предлагаю перенести обсуждение на форум - http://www.open-tag.ru/forum/viewtopic.php?f=5&t=11

  5. Алексей говорит:

    День добрый!Есть пару вопросов:
    1. Последнее время некоторые клубы говорят о новых мощных ик-диодах,которые бьют аж на 1 км.Правда ли это?Если да, то что это за диоды такие.
    2. Хотим вмонтировать всю начинку из излучателя в ствол или пламягаситель.Следовательно нужна подходящая линза и расчёты.У нас с геометрией проблемы,не мог бы кто-нибудь подсказать как всё это сделать.Заранее спасибо.

    • Gaspar говорит:

      Насчёт диодов не знаю, есть более мощные, но каковы они в плане безопасности? Руки пока не дошли до диодов с узким лучём, может они подойдут. И оперативней будет, если вопросы зададите на форуме.

  6. SkMan говорит:

    Спасибо огромное, очень много интересной и нужной информации! Но в процессе моделирования возникло 2 вопроса: 

    1. Почему все повально используют линзу Ø40, а не, например, Ø7? ведь в таком случае в некоторых ситуациях можно обойтись без изготовления тубуса, и вмонтировать оптическую систему прямо в ствол?

    2. Где можно купить линзу? Пол ночи искал в интернете, в результате нашел только изготовление на заказ. Но это не дело, сами понимаете.

Добавить комментарий для Евгений Отменить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


9 − = 6

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>