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