СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2002 года по МПК F21V5/00 G08G1/95 

Изобретение относится к технике световой сигнализации, в частности к светодиодным осветительным устройствам, в которых устанавливаются и удерживаются параллельно друг другу множество светоизлучающих диодов (светодиодов). Изобретение может быть использовано в светофорах, применяемых для регулирования дорожного движения, рекламных щитах и других аналогичных осветительных устройствах.

Известны устройства по [1, 2, 3], содержащие полый цилиндрический корпус, имеющий отверстие с одного конца и дно - с другого конца, монтажную плату, которая закрепляется по средней внутренней периферии корпуса, множество светодиодов, установленных во множестве отверстий монтажной платы и отходящих от одной поверхности. Светодиоды крепятся к плате путем припаивания двух штифтов, поэтому они могут наклониться при ручном контакте в процессе сборки, что является причиной многонаправленной проекции света, излучаемого светодиодами, и снижения их светимости. Необходимо создать осветительное устройство, в котором оптические оси светодиодов устанавливались параллельно друг другу и соосно с оптическими системами, с которыми они работают, чтобы обеспечить однонаправленную проекцию света, тем самым повышая светоотдачу светодиодов.

Например, известно осветительное устройство по [4], которое содержит полый цилиндрический корпус, имеющий отверстие с одного конца и дно с другого конца, монтажную плату, выполненную в виде диска, который размещен в средней части полого корпуса и закреплен по его диаметру, и имеет множество отверстий для установки соответствующих светодиодов, оправу для светодиодов, также выполненную в виде диска, закрепленного по диаметру корпуса и имеющего множество отверстий, в каждом из которых находится головка соответствующего светоизлучающего диода, чем обеспечивается удержание оптической оси каждого светоизлучающего диода в одном и том же направлении.

Указанное устройство обладает следующими недостатками: не имеет оптической системы, формирующей требуемую диаграмму распределения светового потока относительно оптической оси, и часть его бесполезно теряется, не достигая наблюдателей.

Известно осветительное устройство по [5], принятое заявителем в качестве прототипа, которое содержит монтажную плату, на которой размещена матрица светодиодов, расположенных на оптических осях, в фокальных плоскостях конденсорных линз-секций, образующих первый по ходу оптического луча линзовый растр, и внешний рассеиватель, представляющий собой второй по ходу оптического луча линзовый растр. Число линз-секций внешнего рассеивателя намного превышает число конденсорных линз-секций, равное числу светодиодов. Линзы-секции внешнего рассеивателя выполнены сферическими.

Прототип обладает следующими недостатками: светодиоды, закрепленные (припаянные) к монтажной плате, не имеют устройства для точного их центрирования относительно оптической системы и из-за этого снижается сила света всего осветительного устройства и не обеспечивается требуемая диаграмма распределения силы света. Кроме того коэффициент температурного расширения монтажной платы, как правило, отличается от коэффициента температурного расширения внешнего рассеивателя (линз), что приводит к дополнительной децентровке при изменении температуры.

Задача изобретения заключается в увеличении эффективности осветительного устройства путем создания оптимального (в соответствии с действующим стандартом [1]) распределения светового потока.

Поставленная задача решается в предлагаемом светодиодном осветительном устройстве, содержащем монтажную плату, на которой размещена матрица из светодиодов, расположенных на оптических осях, в фокальных плоскостях конденсорных линз-секций, образующих первый по ходу оптического луча линзовый растр и внешний рассеиватель, представляющий собой второй по ходу оптического луча линзовый растр, причем число линз первого линзового растра равно числу светодиодов.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что в него дополнительно введено устройство для позиционирования светодиодов, выполненное в виде оправы, имеющей множество отверстий, число которых равно числу светодиодов, в каждом из которых располагается головка соответствующего светодиода, а сама оправа жестко связана с обоими линзовыми растрами.

Предложен вариант устройства, отличающийся тем, что оба линзовых растра выполнены на оптических поверхностях одного рассеивателя.

Предложен вариант устройства, отличающийся тем, что в каждом отверстии оправы расположен радиатор, выполненный в виде металлической втулки.

Сущность устройства заключается в следующем: светодиодное осветительное устройство состоит из набора элементов, включающих в себя светодиод, конденсорную линзу и линзы растра рассеивателя. Светодиод, расположенный в переднем фокусе конденсорной линзы, создает на выходе из нее параллельный пучок света, который линзами рассеивателя отклоняется на требуемый угол, обеспечивая нужную диаграмму распределения силы света. Светодиоды установлены в специальной оправе, обеспечивающей их точное позиционирование. К этой же оправе крепятся оба линзовых растра оптической системы осветительного устройства.

Вариант устройства, содержащий два линзовых растра, нерационально использует часть полезного излучения, так как на каждой оптической поверхности теряется как минимум 5% света. Вариант устройства, в котором линзовые растры выполнены на оптических поверхностях одной оптической детали, сохраняет большее количество полезного излучения, но более сложен и дорогостоящ при производстве.

На чертеже показана оптическая схема варианта предлагаемого устройства, в котором оба линзовых растра выполнены на оптических поверхностях одного рассеивателя.

Позиции на чертеже означают следующее:
1 - монтажная плата;
2 - матрица светодиодов;
3 - головка светодиода;
4 - оправа для светодиодов;
5 - рассеиватель (два линзовых растра);
6 - первый по ходу оптического луча линзовый растр;
7 - второй по ходу оптического луча линзовый растр;
8 - радиатор.

Как показано на чертеже предлагаемое осветительное устройство содержит матрицу светодиодов 2, расположенных на оптических осях, в фокальных плоскостях конденсорных линз, образующих первый по ходу оптического луча линзовый растр 6, и внешний рассеиватель 7, представляющий собой второй по ходу оптического луча линзовый растр. Число конденсорных линз-секций первого растра 6 равно числу светодиодов в матрице 2, а число линз-секций внешнего рассеивателя 7 обычно намного превышает число конденсорных линз-секций первого растра 6. В конструкцию осветительного устройства дополнительно введено устройство для позиционирования светодиодов, выполненное в виде оправы 4, имеющей множество отверстий, число которых равно числу светодиодов, в каждом из которых располагается головка соответствующего светодиода 3, а сама оправа жестко связана с обоими линзовыми растрами, выполненными на двух оптических поверхностях одной детали - рассеивателя 5 (в рассматриваемом варианте). В каждом отверстии оправы расположен радиатор 8, выполненный в виде металлической втулки, плотно охватывающей головку светодиода 3.

Устройство работает следующим образом. Матрица светодиодов 2 излучает свет. Первый линзовый растр 6 создает параллельный световой поток, падающий на второй линзовый растр 7, который создает неравномерное распределение света в вертикальной и горизонтальной плоскостях и кроме того направляет излучение в вертикальной плоскости вниз или вверх относительно горизонтальной оптической оси на наблюдателя. Радиатор 8 способствует быстрой и равномерной передаче тепла от головки светодиода 3 к монтажной плате 1, что обеспечивает необходимое для работы светодиода охлаждение его головки 3.

Источники информации
1. Патент США N 5038255.

2. Патент США N 5119279.

3. Патент США N 5122939.

4. Патент США N 5400229.

5. Акцептованная заявка Японии N 3-6601, опуб. 30.01.91 (прототип).

Изобретение предназначено для использования в области светотехники, в частности в светодиодных осветительных устройствах. Техническим результатом является увеличение эффективности осветительного устройства путем создания оптимального распределения светового потока. Светодиодное осветительное устройство состоит из набора элементов, включающих в себя светодиоды, конденсорную линзу и линзы растра рассеивателя. Светодиоды, расположенные в переднем фокусе конденсорной линзы, создают на выходе из нее параллельный пучок света, который линзами рассеивателя отклоняется на требуемый угол, обеспечивая нужную диаграмму распределения силы света. Светодиоды установлены в специальной оправе, обеспечивающие их точное позиционирование. К этой же оправе крепятся оба линзовых растра оптической системы осветительного устройства. Причем оба линзовых растра выполнены на оптических поверхностях одного рассеивателя. В каждом отверстии оправы расположен радиатор, выполненный в виде металлической втулки. 1 ил.

Светодиодное осветительное устройство, содержащее монтажную плату, на которой размещена матрица из светодиодов, расположенных на оптических осях, в фокальных плоскостях конденсорных линз-секций, образующих первый по ходу оптического луча линзовый растр и внешний рассеиватель, представляющий собой второй по ходу оптического луча линзовый растр, причем число линз первого линзового растра равно числу светодиодов, отличающееся тем, что в него дополнительно введено устройство для позиционирования светодиодов, выполненное в виде оправы, имеющей множество отверстий, в каждом из которых расположен радиатор, выполненный в виде металлической втулки, и головка соответствующего светодиода, при этом число отверстий равно числу светодиодов, а сама оправа жестко связана с обоими линзовыми растрами.