световое автономное защитное устройство нелетального воздействия

Формула изобретения

1. Световое автономное защитное устройство нелетального воздействия, содержащее корпус с расположенным в нем светоизлучающим модулем, блоком питания, генератором импульсов и переключателем режимов работы, отличающееся тем, что световой модуль выполнен в виде вогнутой поверхности с расположенными на ней светоизлучающими элементами таким образом, что оптические оси этих элементов пересекаются на расстоянии L, определяемом формулой ,

где D - диаметр пятна засветки;

d - диаметр излучающей поверхности светоизлучающего элемента;

- угол расходимости излучения светоизлучающего элемента.

2. Световое устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве светоизлучающих элементов используются светоизлучающие диоды с малым углом расходимости излучения.

3. Световое устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем дополнительно установлен одиночный источник узконаправленного излучения в видимой области, ориентированный таким образом, что его оптическая ось параллельна оптической оси устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано для защитного светового воздействия на человека или животного, в случае угрозы его нападения, в качестве индивидуального защитно-осветительного средства.

Известны специальные световые автономные устройства для охранно-предупредительных действий и подсветки объектов, в том числе людей, например, использующие лампу накаливания по патенту США 4186851, B67d 5/66, 1980 г. или ксеноновую лампу по патенту США 5243896, F41g 11/00, 1993 г. Устройства такого типа имеют незначительное действие на объект и поэтому не нашли широкого применения.

Широкое распространение в настоящее время получили лазерные защитные устройства, например, по патентам России 2197008, F21K 7/00, 20.11.2001 г.; 2197009, F21K 7/00, 20.11.2001 г.; 2207608, F21K 7/00, 20.11.2001 г. или по патентам США 5685636, F21K 7/00, 1997 г.; 6007218, F21K 7/00, 1999 г., 6190022, F21К 7/00, F21V 8/00, 2001 г. Основной недостаток этих устройств заключается в том, что они формируют лазерный пучок малой расходимости, который благодаря своей когерентности и оптических свойств глаза фокусируется в предельно малое пятно на сетчатке глаза, при этом плотность энергии, воздействующей на сетчатку глаза, возрастает во много раз по сравнению с плотностью излучения. Таким образом, воздействие лазерного луча может превысить предельно-допустимый уровень (ПДУ) облучения сетчатки и вызвать необратимые изменения в сетчатке глаза.

Известно устройство по патенту США 5685636, F21К 7/00, 1997 г., представляющее собой лазерный излучатель, ухудшающий или временно ослабляющий зрение человека путем воздействия яркого света или ослепляющей вспышки, не вызывающей длительной потери зрения. Устройство содержит корпус, выполненный в форме, например, карманного фонаря или полицейской дубинки, и последовательно установленные в нем источник питания с выключателем, цепь источника питания, лазерный излучатель и объектив, выполненный с возможностью его перемещения вдоль оси. Подвижкой объектива обеспечивают формирование узконаправленного лазерного пучка света или его расширение с целью освещения и обнаружения с его помощью таких объектов как человек. Способ применения устройства заключается в том, что предварительно обнаруживают объект и направляют луч лазерного излучателя на короткое время в глаза объекту. Прямое попадание лазерного излучения в глаза человеку приводит к его дезориентации, вызванной физиологической перестройкой его зрительного восприятия, связанной со световой адаптацией. Время, необходимое для адаптации, зависит от плотности мощности излучения светового потока на объекте и времени воздействия света на объект. Для дезориентации человека или животного используют узконаправленный пучок света, а для его предварительного обнаружения - расширенный. Для переформирования светового пучка необходимо произвести перенастройку устройства, то есть перемещением объектива сформировать световое пятно нужного размера.

При использовании указанного малогабаритного лазерного устройства его держат в руке, поэтому в экстремальных ситуациях попадание узкого лазерного пучка света непосредственно в глаза нападающего крайне затруднительно. Для обеспечения большей вероятности попадания лазерного света и предварительного обнаружения объекта перемещением объектива устройства достигают расширения лазерной марки до поперечного размера примерно 150-300 мм на расстоянии 3-4 м от него. Расширение лазерной марки вызывает снижение уровня освещенности объекта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является автономное ручное, не наносящее необратимого ущерба, оптическое защитное устройство по патенту США 6190022, F21К 7/00, F21V 8/00, 2001 г., содержащее корпус и размещенные в нем по крайней мере два источника света с излучением видимого диапазона, хотя бы один из которых выполнен в виде лазерного излучателя, объектив, установленный с возможностью его продольного перемещения и сопряженный с источниками света посредством светопроводящих волоконно-оптических жгутов, блок питания с системой внутреннего контроля интенсивности света на выходе устройства, переключатель режимов работы источников света путем включения - выключения их всех одновременно или выборочно. Для повышения эффективности работы устройства источники могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режимах. Малое тело свечения, образованное собранными вместе выходными торцами волокон и размещенное на оси объектива вблизи его фокальной плоскости, создает на выходе устройства световой пучок малой расходимости с лучами, близкими к параллельным.

С помощью подвижки объектива световое сечение пучка на выходе устройства, имеющее форму круга, может быть изменено (увеличено или уменьшено). Этот вариант исполнения устройства обладает всеми недостатками, присущими лазерным устройствам и перечисленными выше. Попыткой преодолеть эти недостатки явился описанный в этом же патенте вариант реализации, в котором в качестве источников света использованы светоизлучающие диоды. При этом они могут быть сопряжены с объективом посредством светопроводящих волоконно-оптических жгутов или могут быть установлены непосредственно перед объективом на плоском основании, выполненном в виде светодиодной матрицы. Изображение такого источника не фиксируется в точку на сетчатке глаза, что повышает безопасность устройства. Однако при установке светодиодной матрицы непосредственно перед объективом диаграмма направленности света на выходе устройства является широкоугольной независимо от положения объектива, т.к. только один светоизлучающий диод расположен на оси объектива, а оси световых пучков остальных излучающих диодов параллельны оси объектива на его выходе и пересекаются в фокусе объектива после его прохождения. Так как описанное устройство является ручным, т.е. компактным, объектив может быть только короткофокусным, а это означает, что во всем реальном диапазоне расстояний от устройства до объекта получается быстро расходящийся световой поток, что снижает дальность его действия.

Изобретение решает задачу обнаружения и дезориентации объекта в щадящем режиме, исключающем повреждение глаз, и использует психофизиологические законы работы органа зрения, что позволяет уменьшить энергию излучения и повысить безопасность устройства.

Для этого световое автономное защитное устройство нелетального воздействия, содержащее корпус с расположенным в нем световым модулем, блоком питания, генератором импульсов и переключателем режимов работы, выполнено таким образом, что световой модуль имеет форму вогнутой поверхности с расположенными на ней светоизлучающими элементами, оптические оси которых пересекаются на расстоянии L, определяемом формулой

где D - диаметр пятна засветки,

d - диаметр излучающей поверхности светоизлучающего элемента,

- угол расходимости излучения светоизлучающего элемента.

В качестве светоизлучающих элементов используются светоизлучающие диоды с малым углом расходимости излучения. Оптические оси светоизлучающих диодов пересекаются в точке или в линии на оси устройства или в линии, перпендикулярной оси устройства. В устройстве дополнительно установлен одиночный источник узконаправленного излучения в видимой области, ориентированный таким образом, что его оптическая ось параллельна оптической оси устройства.

Совокупность заявленных признаков устройства позволяет обеспечить постоянство интенсивности излучения на расстоянии, определяемом уровнем расходимости используемых излучающих элементов по всей апертуре излучения. При этом достигается эффект временного нарушения функции зрения объекта, но не превышается предельно допустимый уровень энергии нелетального воздействия.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено заявленное световое автономное защитное устройство в разрезе; на фиг.2 представлен вариант проекции расположения излучающих элементов по поверхности светового модуля; на фиг.3 - схема распространения светового потока.

Световое автономное защитное устройство содержит корпус 1 с установленными в нем блоком питания 2, светоизлучающими элементами 3, укрепленными на вогнутой поверхности модуля 4, генератором импульсов 5, коммутирующим устройством 6 и прозрачной крышкой 7. На вогнутой поверхности модуля 4 также установлен одиночный источник узконаправленного излучения 8. Блок питания 2 представляет собой аккумуляторную батарею. В качестве излучающих элементов 3 использованы светоизлучающие диоды с малым углом расходимости, оптические оси которых ориентированы так, что они пересекаются на оптимальном расстоянии, определяемом заданным диаметром пятна засветки. Генератор импульсов 5 служит для создания модулирующей частоты светового потока 5-20 Гц в режиме кратковременной дезориентации объекта и для создания одиночных импульсов длительностью 40-60 мсек в режиме экстремальной засветки. Коммутирующее устройство 6 служит для переключения режимов работы. Одиночный источник узконаправленного излучения 8 представляет собой полупроводниковый лазер малой мощности типа лазерной «указки».

Работа устройства поясняется схемой распространения светового потока, представленной на фиг.3. Для надежного поражения обеих глаз человека размер пятна засветки на расстоянии L_{макс.эф} должен быть больше максимально возможного межцентрового расстояния глаз человека, т.е. больше 75 мм. При этом пятно должно иметь высокую симметрию, чтобы результат попадания излучения в оба глаза не зависел от наклона головы. На расстоянии L_{макс.эф} устройством создается такая же плотность световой энергии, как одним излучающим элементом в пятне радиусом, равным радиусу корпуса излучающего элемента. Как видно из схемы фиг.3, максимальное расстояние эффективного действия связано с диаметром пятна засветки соотношением

где D - диаметр пятна засветки,

d - диаметр излучающего элемента,

- угол расходимости излучения излучающего элемента.

Для того что бы плотность мощности световой энергии в пятне засветки диаметром D была равна плотности мощности световой энергии в пятне, равном диаметру излучающего элемента d, достаточно расположить излучающие элементы вплотную друг к другу в световом модуле диаметром D. Таким образом достигается высокая плотность световой энергии в пятне, достаточная для поражения обеих глаз человека на значительном расстоянии. Плотность мощности световой энергии при этом практически одинакова на любом расстоянии от оптической оси в пределах пятна диаметра D и на расстоянии от устройства до L _{макс.эф}. Минимальное количество параллельных элементарных лучей внутри светового потока обеспечивает высокую степень безопасности для засвечиваемого органа зрения.

Воздействие на объект световым автономным защитным устройством осуществляют следующим образом. В случае возникновения опасной ситуации включают режим кратковременной дезориентации объекта. В этом режиме создается световой поток ограниченной мощности, промодулированный частотой 5-20 Гц. Пределы частоты модуляции определены из психофизиологического эффекта повышения на этих частотах видимой яркости мелькающего света. Таким образом, может быть достигнут эффект дезориентации объекта при меньшей мощности излучения. После обнаружения объекта включают режим экстремальной засветки, при котором достигается полная мощность излучения одиночными импульсами длительностью 40-60 мсек. Пределы длительность одиночных импульсов также определены как наиболее эффективные исходя из психофизиологического эффекта повышения яркости раздражителя на глаз человека. Для более точного ориентирования устройства относительно объекта включают одиночный источник узконаправленного излучения типа лазерной «указки».

Заявленное устройство было изготовлено на основе серийно выпускаемого светодиода СДК-Л522-120-3/2. Его основные параметры:

- угол расходимости излучения по уровню 0,5; град. - 3

- максимальная сила света - 140 кд.

- диаметр излучаемой поверхности - 8 мм.

Устройство было изготовлено из расчета, что диаметр пятна засветки объекта D составит 114 мм, при этом L_{макс.эф} =2,2 м.

Световой модуль представлял собой сферический сегмент диаметром 114 мм, при этом на нем разместилось 60 светодиодов, ориентированных так, что их оптические оси пересекались на расстоянии L=2,2 м. Испытания показали работоспособность устройства. При этом достигался эффект временного нарушения функции зрения объекта, но не превышался предельно допустимый уровень энергии не летального воздействия.

Таким образом, изобретение позволяет решать задачу обнаружения и дезориентации объекта в щадящем режиме, исключающем повреждение глаз с использованием психофизиологических эффектов работы глаза для уменьшения энергии излучения и повышения безопасности устройства.