RU2051448C1 - Laser scanner - Google Patents
Laser scannerInfo
- Publication number
- RU2051448C1 RU2051448C1 SU5060177A RU2051448C1 RU 2051448 C1 RU2051448 C1 RU 2051448C1 SU 5060177 A SU5060177 A SU 5060177A RU 2051448 C1 RU2051448 C1 RU 2051448C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat exchanger
- active element
- evaporator
- cooling system
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02407—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
- H01S5/02423—Liquid cooling, e.g. a liquid cools a mount of the laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерным сканерам и может быть использовано в системах отображения на экранах коллективного пользования знаковой и графической информации в реальном масштабе времени, в составе технологического обслуживания в системах автоматизированного проектирования и изготовления двухмерных и трехмерных изделий, или в качестве диагностического и лечебного средства в составе медицинского оборудования, а также в сканирующих оптических микроскопах. The invention relates to laser scanners and can be used in real-time display of symbolic and graphic information on collective use screens, as part of technological maintenance in computer-aided design and manufacturing systems for two-dimensional and three-dimensional products, or as a diagnostic and therapeutic tool in medical equipment, as well as in scanning optical microscopes.
Известен лазерный сканер, содержащий блоки питания, лазерную электронно-лучевую трубку с фокусирующей отклоняющей системой и системой охлаждения подложки активного элемента трубки [1] Подложка активного элемента охлаждается жидким азотом или фреоном. Known laser scanner containing power supplies, a laser cathode ray tube with a focusing deflecting system and a cooling system for the substrate of the active element of the tube [1] The substrate of the active element is cooled with liquid nitrogen or freon.
Недостатком известного сканера является неэкономичность системы охлаждения, вызванная необходимостью использования расходуемого хладоагента. A disadvantage of the known scanner is the inefficiency of the cooling system, caused by the need to use consumable refrigerant.
Наиболее близким из известных к предлагаемому устройству является лазерный сканер, содержащий по меньшей мере одну лазерную электронно-лучевую трубку, включающую вакуумированный корпус, активный элемент с "глухим" и выходным зеркалами, и систему охлаждения активного элемента, включающую компрессор и холодильный агент [2] Охлаждение подложки активного элемента осуществляется с помощью жидкостного контура, включающего гидронасос. The closest known to the proposed device is a laser scanner containing at least one laser cathode ray tube, including a vacuum housing, an active element with a blind and output mirrors, and an active element cooling system including a compressor and a refrigerant [2] The cooling of the substrate of the active element is carried out using a liquid circuit, including a hydraulic pump.
Используемая в известном устройстве система охлаждения на основе микрокриогенной машины, работающей по циклу Стирлинга, характеризуется большими габаритами и массой (около 200 кг), высоким уровнем акустических шумов, малым ресурсом таких систем (обычно не превышает 1,5 тыс.ч). Жидкостной контур, предназначенный для передачи тепловой мощности к холодной головке микрокриогенной машины, является источником больших паразитных тепловых потерь, обусловленных теплопритоками от внешней среды и гидронасоса, что существенно снижает полезную хладопроизводительность системы охлаждения. При этом теплопритоки от гидронасоса принципиально не могут быть устранены посредством использования теплоизоляции жидкостного контура, поскольку гидронасос является частью этого контура. Недостатком является также необходимость разгерметизации жидкостного контура при замене электронно-лучевой трубки в сканере. The cooling system used in the known device based on a microcryogenic machine operating according to the Stirling cycle is characterized by large dimensions and weight (about 200 kg), high level of acoustic noise, low resource of such systems (usually does not exceed 1.5 thousand hours). The liquid circuit designed to transfer heat power to the cold head of a microcryogenic machine is a source of large parasitic heat losses caused by heat influx from the external environment and the hydraulic pump, which significantly reduces the useful cooling capacity of the cooling system. In this case, the heat influx from the hydraulic pump cannot be eliminated in principle by using the thermal insulation of the liquid circuit, since the hydraulic pump is part of this circuit. The disadvantage is the need for depressurization of the liquid circuit when replacing the cathode ray tube in the scanner.
Техническим результатом изобретения является повышение долговечности и удобства эксплуатации лазерного сканера. The technical result of the invention is to increase the durability and ease of use of the laser scanner.
Технический результат достигается тем, что в лазерном сканере, содержащем по меньшей мере одну лазерную электронно-лучевую трубку, включающую вакуумированный корпус, активный элемент с "глухим" и выходным зеркалами, и систему охлаждения активного элемента, включающую компрессор и холодильный агент, система охлаждения выполнена в виде замкнутого контура циркуляции смеси холодильных агентов, включающего последовательно соединенные компрессор и дополнительно введенные концевой холодильник и дроссельно-теплообменный блок с теплообменником-испытателем, корпус которого установлен с непосредственным тепловым контактом с участком поверхности активного элемента со стороны "глухого" зеркала, противоположным выходному зеркалу, а дроссельно-теплообменный блок снабжен теплоизолирующим кожухом. The technical result is achieved by the fact that in a laser scanner containing at least one laser cathode ray tube, including a vacuum housing, an active element with a blind and output mirrors, and an active element cooling system including a compressor and a refrigerant, the cooling system is made in the form of a closed loop circuit of a mixture of refrigerants, including a series-connected compressor and an additionally introduced end cooler and a throttle-heat exchange unit with a heat exchange test tester, whose case is installed with direct thermal contact with the surface area of the active element from the side of the “blind” mirror, opposite the output mirror, and the throttle-heat exchange unit is equipped with a heat-insulating casing.
Отличием является также то, что в корпусе трубки со стороны активного элемента выполнено углубление, в котором размещен теплообменник-испаритель. The difference is also that in the tube body on the side of the active element there is a recess in which the heat exchanger-evaporator is placed.
Другое отличие состоит в том, что дроссельно-теплообменный блок снабжен рентгенозащитным экраном, размещенным в теплоизолирующем кожухе. Another difference is that the throttle-heat exchange unit is equipped with an X-ray shield placed in a heat-insulating casing.
Технический результат достигается в большей мере, если рентгенозащитный экран и корпус теплообменника-испарителя выполнены из материала, обладающего высоким значением коэффициента ослабления рентгеновского излучения в интервале энергии 20-65 КэВ. The technical result is achieved to a greater extent if the X-ray shield and the body of the heat exchanger-evaporator are made of a material having a high value of the attenuation coefficient of X-ray radiation in the energy range of 20-65 KeV.
Наилучшие результаты достигаются, когда корпус теплообменника-испарителя выполнен из материала с высокой теплопроводностью в интервале температуры 80-300 К. The best results are achieved when the body of the heat exchanger-evaporator is made of a material with high thermal conductivity in the temperature range 80-300 K.
Cистема охлаждения в предлагаемом устройстве не требует разгерметизации и последующего вакуумирования контура циркуляции холодильных агентов в процессе эксплуатации, обладает существенно меньшими весом и габаритами, а также меньшим уровнем сопутствующих акустических шумов, что повышает удобство эксплуатации лазерного сканера. Герметичность контура циркуляции холодильных агентов в процессе эксплуатации в сочетании с обеспечением рентгеновской защиты дроссельно-теплообменного блока и использованием смазываемых компрессоров повышает долговечность лазерного сканера. The cooling system in the proposed device does not require depressurization and subsequent evacuation of the circulation circuit of refrigerants during operation, has significantly less weight and dimensions, as well as a lower level of associated acoustic noise, which increases the usability of the laser scanner. The tightness of the refrigerant circuit during operation, combined with the provision of X-ray protection of the throttle-heat exchange unit and the use of lubricated compressors, increases the durability of the laser scanner.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство с одной лазерной электронно-лучевой трубкой; на фиг. 2 структурная схема дроссельно-теплообменного блока. In FIG. 1 shows the proposed device with one laser cathode ray tube; in FIG. 2 block diagram of the throttle-heat exchange unit.
Лазерный сканер содержит лазерную электронно-лучевую трубку (ЛЭЛТ), включающую вакуумированный корпус 1, активный элемент 2, состоящий из полупроводниковой пластины 3 с нанесенными на ее плоские поверхности "глухим" 4 и выходным 5 зеркалами, и закрепленной на подложке-теплоотводе 6 посредством слоя клея 7 или припоя, электронный прожектор 8, фокусирующе-отклоняющую систему 9, подключенную к выходам блока 10 питания-управления, систему 11 поддержания вакуума в корпусе 1 ЛЭЛТ, оптический блок 12 в виде проекционного объектива, систему охлаждения активного элемента 2, включающую последовательно соединенные в замкнутый контур циркуляции смеси холодильных агентов смазываемый компрессор 13, концевой холодильник 14, например, в виде конденсатора воздушного охлаждения, фильтр-осушитель 15, дроссельно-теплообменный блок 16, размещенный в теплоизолирующем кожухе 17 и теплообменник-испаритель 18, размещенный в углубленнии 19 корпуса 1 ЛЭЛТ. Через слой теплопроводящей пасты 20, например, КПТ-8, корпус 21 теплообменника-испарителя 18, находится в тепловом контакте с подложкой-теплоотводом 6 активного элемента 2. The laser scanner contains a laser cathode ray tube (LELT), which includes a vacuum case 1, an active element 2, consisting of a semiconductor wafer 3 with “blind” 4 and output 5 mirrors deposited on its flat surface, and mounted on the heat sink substrate 6 by means of a layer glue 7 or solder, an electronic spotlight 8, a focusing-deflecting system 9 connected to the outputs of the power-control unit 10, a vacuum maintenance system 11 in the LELT body 1, an optical unit 12 in the form of a projection lens, an ac cooling system element 2, which includes a lubricant compressor 13, an end cooler 14, for example, in the form of an air-cooled condenser, a filter dryer, 15 a throttle-heat exchange unit 16 located in a heat-insulating casing 17 and a heat exchanger-evaporator, connected in series to a closed circuit of a mixture of
Дроссельно-теплообменный блок 16 снабжен рентгенозащитным экраном 22, выполненным, например, из свинца и размещенным внутри теплоизолирующегно кожуха 17. Корпус 21 теплообменника 18 выполнен, например, из меди. Дроссельно-теплообменный блок 16 кроме теплообменика-испарителя 18 содержит два последовательно соединенных теплообменника 23 и 24, сепаратор фаз 25 и два дроссельных устройства 26 и 27. Сканер содержит также электронный регулятор температуры (не показан), вход которого подключен к термодатчику, выполненному, например, в виде диода или терморезистора, установленного в корпусе 21 теплообменника-испарителя 18 вблизи его контактной поверхности с подложкой-теплоотводом 6, а выход регулятора подключен к нагревателю, выполненному, например, в виде высокоомного провода, намотанного на внешнюю поверхность корпуса 21 теплообменника-испарителя 18. Контакт теплообменника-испарителя 18 с подложкой-теплоотводом 6 может осуществляться и без пасты 20. В качестве холодильных агентов используются смеси на основе углеводородов: этана, пропана, бутана и др. The throttle-heat exchange unit 16 is equipped with an X-ray shield 22 made, for example, of lead and placed inside a heat-insulating casing 17. The housing 21 of the
Лазерный сканер работает следующим образом. The laser scanner operates as follows.
Активный элемент 2 представляет собой полупроводниковый лазер с продольной накачкой электронным пучком. Проникновение электронного пучка накачки в полупроводниковую пластину 3 и вывод лазерного излучения осуществляется через выходное зеркало 5. Управление величиной тока электронного пучка, его двумерным сканированием и фокусировкой в плоскости полупроводниковой пластины 3 осуществляется известными в технике электронно-лучевых трубок методами, например, посредством управления током электронного прожектора 8 и магнитными полями электромагнитных катушек фокусирующе-отклоняющей системы 9, подключенных к выходам блока питания-управления 10. Формируемое электронным пучком на активном элементе 2 лазерное изображение посредством оптического блока 12 проецируется с необходимым изменением масштаба на объект (экран коллективного пользования, слой фотополимера, участок живой ткани и т.п.). Необходимая для работы ЛЭЛТ степень вакуума в корпусе 1 обеспечивается системой 11 поддержания вакуума, выполненной, например, в виде пассивных геттерных элементов. Active element 2 is a longitudinally pumped electron-beam semiconductor laser. The penetration of the electron pump beam into the semiconductor wafer 3 and the laser radiation is output through the output mirror 5. The electron beam current, its two-dimensional scanning and focusing in the plane of the semiconductor wafer 3 are controlled by methods known in the art of cathode ray tubes, for example, by controlling the electron current spotlight 8 and magnetic fields of the electromagnetic coils of the focusing-deflecting system 9 connected to the outputs of the power-control unit 10. The laser image formed by the electron beam on the active element 2 is projected by means of the optical unit 12 with the necessary zoom onto the object (a collective use screen, a photopolymer layer, a section of living tissue, etc.). The degree of vacuum required for LELT operation in the housing 1 is provided by the vacuum maintenance system 11, made, for example, in the form of passive getter elements.
Полупроводниковая пластина 3 активного элемента 2 охлаждается до 120-170 К посредством компрессионно-дроссельной системы, работающей следующим образом. The semiconductor wafer 3 of the active element 2 is cooled to 120-170 K by means of a compression-throttle system operating as follows.
Смесь холодильных агентов сжимается компрессором 13, проходит через концевой холодильник 14, в котором отдает в окружающую атмосферу избыточное тепло, полученное при сжатии. При этом часть высококипящих компонентов смеси конденсируется и задерживается при последующем прохождении через фильтр-осушитель 15. Смесь далее поступает в дроссельно-теплообменный блок 16, который в зависимости от требований, предъявляемых к сканеру, может выполняться в различных вариантах. Например, в дроссельно-теплообменном блоке 16 смесь холодильных агентов первоначально проходит рекуперативный теплообменник 23, где высококипящие компоненты смеси продолжают конденсироваться за счет охлаждения при теплообмене со встречным потоком, далее смесь поступает в сепаратор 25 фаз, в котором разделяется на жидкую и газообразную составляющие, при этом жидкая составляющая смеси направляется в дроссельное устройство 28 и далее в обратный поток через рекуперативный теплообменник 23. Газообразная составляющая смеси из сепаратора 25 фаз направляется через рекуперативный теплообменник 24 в дроссельное устройство 27, после дросселирования в котором приобретает температуру, необходимую для охлаждения активного элемента 2, и поступает в теплообменник-испаритель 18, где отводит тепло от активного элемента 2 и через теплообменники 24 и 23 направляется на всасывание в компрессор 13. Система охлаждения работает на смеси углеводородов, хорошо растворяющей масла компрессора 13, что является одной из причин ее высокой долговечности (ресурс 30-40 тыс.ч). Другой причиной повышения долговечности системы охлаждения является реализованная в сканере в виде корпуса 21 теплообменника-испарителя 18 и экрана 22 защита смеси холодильных агентов от сопутствующего электронной накачке рентгеновского излучения, причем корпус 21 и экран 22входят в общую систему биологической защиты сканера. The mixture of refrigerants is compressed by the compressor 13, passes through the end cooler 14, in which it transfers to the surrounding atmosphere the excess heat obtained by compression. At the same time, part of the high-boiling components of the mixture condenses and is delayed during subsequent passage through the filter dryer 15. The mixture then enters the throttle-heat exchange unit 16, which, depending on the requirements for the scanner, can be performed in various ways. For example, in the throttle-heat exchange unit 16, the mixture of refrigerants initially passes through a
Теплоизолирующий кожух 17, выполненный из пенополиуретана или пенопласта, и вакуумированый корпус 1 трубки образуют эффективную теплоизоляцию узла состыковки теплообменника-испарителя 18 с активным элементом 2 и за счет сокращения теплопритоков от внешней среды повышает полезную хладопроизводительность системы охлаждения, которая при температуре охлаждения 135 К достигает 50-60 Вт при потреблении от сети 500 Вт. Тепло от активного элемента 2 отводится контактным способом, поэтому операция замены лазерной трубки не требует разгерметизации контура циркуляции смеси холодильных агентов, что повышает долговечность системы охлаждения и удобство эксплуатации лазерного сканера. The heat-insulating casing 17, made of polyurethane foam or foam, and the evacuated tube body 1 form an effective thermal insulation of the interface between the heat exchanger-
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5060177 RU2051448C1 (en) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | Laser scanner |
PCT/RU1993/000198 WO1994006180A1 (en) | 1992-08-27 | 1993-08-12 | Laser scanner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5060177 RU2051448C1 (en) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | Laser scanner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2051448C1 true RU2051448C1 (en) | 1995-12-27 |
Family
ID=21612318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5060177 RU2051448C1 (en) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | Laser scanner |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2051448C1 (en) |
WO (1) | WO1994006180A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5677923A (en) * | 1996-01-11 | 1997-10-14 | Mcdonnell Douglas Corporation | Vertical cavity electron beam pumped semiconductor lasers and methods |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3443138A (en) * | 1966-11-08 | 1969-05-06 | Nat Video Corp | Magnetic shielding means for cathode ray tube |
US3531674A (en) * | 1968-07-05 | 1970-09-29 | Raytheon Co | Cathode ray tube with cooling means for the fluorescent screen |
JPS578617Y2 (en) * | 1977-12-12 | 1982-02-18 | ||
JPS58162185A (en) * | 1982-03-19 | 1983-09-26 | Sony Corp | Single cathod ray tube type projector of color picture |
CH661380A5 (en) * | 1982-04-02 | 1987-07-15 | Efim Usherovich Kornitsky | Laser cathode ray tube and a method for producing the same |
NL8300114A (en) * | 1983-01-13 | 1984-08-01 | Philips Nv | PICTURE TUBE. |
-
1992
- 1992-08-27 RU SU5060177 patent/RU2051448C1/en active
-
1993
- 1993-08-12 WO PCT/RU1993/000198 patent/WO1994006180A1/en unknown
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Уласюк В.Н. Квантоскопы. М.: Радио и связь, 1988, с.207. * |
Уласюк В.Н. Квантоскопы. М.: Радио и связь, 1988, с.215. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1994006180A1 (en) | 1994-03-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4399006B2 (en) | Electronic component cooling system for air-cooled refrigerator | |
EP1739446B1 (en) | A MRI superconductive magnet | |
EP1610077B1 (en) | A method for cooling | |
US7236571B1 (en) | Systems and apparatus for integrated X-Ray tube cooling | |
US20060162903A1 (en) | Liquid cooled thermosiphon with flexible partition | |
US20010024485A1 (en) | Heat pipe assisted cooling of x-ray windows in x-ray tubes | |
EP3742076A1 (en) | Cryogenic cooling system | |
US5371369A (en) | Conformal cold baffle for optical imaging systems | |
KR20190081707A (en) | Cooling generator | |
US6430936B1 (en) | Photonic microheatpipes | |
RU2051448C1 (en) | Laser scanner | |
DE60124617D1 (en) | Refrigerated display cabinets | |
EP3270496B1 (en) | Power conversion device and refrigeration cycle device | |
US20050284612A1 (en) | Piezo pumped heat pipe | |
CN116259591B (en) | Refrigerating method applied to superconducting quantum chip and quantum computing device | |
US20150075181A1 (en) | Optical Refrigerator | |
US7073340B2 (en) | Cryogenic compressor enclosure device and method | |
JP3952279B2 (en) | Detection system | |
EP1329139A1 (en) | Heat removal from high power ct x-ray tubes using heat buffer and refrigeration techniques | |
CN211348972U (en) | Laser projection equipment and heat dissipation system thereof | |
JP2001185396A (en) | X-ray tube apparatus | |
JPH08242463A (en) | Projector | |
JPH07332829A (en) | Freezer | |
JPH11237130A (en) | Cooling apparatus for refrigerator system | |
JPH0370975A (en) | Cooling structure for electronic part |