СВЕТОВОЙ ПРИБОР НА СВЕТОДИОДАХ Российский патент 2003 года по МПК F21V5/00 G08G1/95 

Изобретение относится к светотехнике, в частности к световым приборам на светодиодах прожекторного типа, например к прожекторам с узким лучком излучения, светофорам, светосигнальным огням направленного действия и т.п.

Световые приборы могут эксплуатироваться со светодиодами, генерирующими излучение белого, желтого, красного, зеленого, синего цветов или излучающие в ИК-области спектра и предназначены для освещения удаленных объектов и светосигнализации.

Известны световые приборы прожекторного типа с источником света, устанавливаемым в фокусе Френелевской дисковой линзы с прямым несущим слоем [1].

Применение в качестве источника света даже самого мощного из известных светодиодов (1,2 Вт) не обеспечивает возможность получения высокой силы света прожектора (или светофора).

Известен световой прибор (светофор), содержащий лампу с большим количеством светодиодов, усыновленных на поверхности шарового пояса, располагаемую в световом центре параболлоидного отражателя, перераспределяющего световой поток на оптический рассеиватель, перекрывающий выходное отверстие прибора [2].

Недостатки устройства обусловлены сравнительно большими габаритами лампы на светодиодах, что увеличивает расходимость формируемого отражателем пучка излучения, снижает коэффициент использования излучения светодиодов.

Известно осветительное устройство [3] на светодиодах, содержащее оптический модуль со светодиодами, установленными равноудаленно между собой на плоской плате, и плоский оптический элемент, смонтированный параллельно указанной плате, собранные в корпусе. Оптический элемент выполнен в форме плоского оптически прозрачного диска, с наружной стороны которого имеются продольные выступы, преломляющие световые лучи и располагаемые на некотором удалении друг от друга, а на внутренней стороне - выпуклые сфероидальные выступы, примыкающие друг к другу, с центром симметрии, совпадающим с оптической осью каждого светодиода.

Устройство обеспечивает равномерное распределение светового потока в широком угле рассеяния.

Недостатки прототипа обусловлены трудностями фокусирования и формирования узких пучков светового излучения. Кроме того, при плотной компоновке светодиодов на плоской плате ухудшаются тепловые параметры устройства.

Целью предлагаемого изобретения является создание светового прибора на светодиодах, лишенного указанных недостатков, обладающего высокой степенью концентрации светового потока в узком пучке излучения, повышенным коэффициентом использования излучения светодиодов и улучшенными тепловыми параметрами.

Поставленная цель достигается тем, что в световом приборе на светодиодах, содержащем оптический модуль со светодиодами, установленными и подключенными между собой на плоской плате, и плоский оптический элемент, смонтированный параллельно указанной плате в выходном отверстии корпуса прибора, указанный плоский оптический элемент выполнен в виде оптической решетки, по меньшей мере частично состоящей из квадратных оптических ячеек, на каждой из которых имеются одинаковые Френелевские дисковые линзы с прямым несущим слоем, причем оптические оси указанных линз параллельны между собой и совпадают с оптическими осями светодиодов, светящие центры которых установлены в фокусе каждой линзы.

Цель достигается также тем, что светодиоды выбраны с двойным углом рассеяния излучения на уровне 0,5 от максимальной силы света каждого из них, меньшим угла охвата оптической ячейки каждой дисковой линзы Френеля в 1,5-2 раза.

Достижению поставленной задачи способствует и то, что между оптической решеткой с Френелевскими дисковыми линзами и плоской платой со светодиодами оптического модуля в плоскости, проходящей через фокусы каждой линзы установлена перфорированная пластина из теплопроводного материала, в отверстиях которой плотной посадкой размещены светодиоды, ориентированные в пространстве с совпадением оптических осей каждой линзы и светодиода.

Цель достигается также тем, что перфорированная пластина зачернена со стороны, обращенной к оптической решетке.

Наиболее предпочтительный вариант исполнения устройства согласно предлагаемому изобретению показан на чертежах.

Фиг.1 - Световой прибор на светодиодах, вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг.2 - То же, что и на фиг.1, вид спереди.

Фиг. 3 - Фрагмент оптического модуля с ячеистым плоским элементом, вид сбоку; стрелками показан ход лучей оптической системы.

Изображенный на фиг. 1, 2 и 3 световой прибор на светодиодах содержит оптический модуль со светодиодами 1, светящие центры которых равноудалены относительно друг друга и установлены токоведущими ножками 2 на плоской плате 3 из диэлектрического материала, преимущественно из стеклотекстолита. Светодиоды 1 подключены между собой последовательно или параллельно-последовательными цепочками на плате 3 методом печатного монтажа.

На удалении от платы со светодиодами 1 и параллельно ей в выходном отверстии корпуса 4 светового прибора на шпильках 5 установлен плоский оптический элемент, выполненный в виде оптической решетки 6, по меньшей мере частично состоящей из квадратных оптических ячеек 7 (см.фиг.2), на каждой из которых имеются одинаковые Френелевские дисковые линзы 8 с прямым несущим слоем 9. Оптические оси 0₁0₁, 0₂0₂, 0₃0₃ и т.д. линз 8 (см. фиг.3) параллельны между собой, совпадают с оптическими осями светодиодов 1 и проходят через их светящиеся центры, установленные в фокусах F1, F2, F3 и т.д. каждой линзы 8.

Каждый светодиод 1 выбран с двойным углом рассеяния излучения на уровне 0,5 (2 θ_0,5) от максимальной силы света (J мах), меньшим угла охвата (ϕ) в диагональном сечении каждой оптической ячейки дисковой линзы Френеля в 1.5-2 раза, что позволяет оптимально использовать и перераспределять их световой поток.

Для точного совмещения оптических осей 0₁0₁, 0₂0₂, 0₃0₃ и т.д. светодиодов 1 и Френелевских дисковых линз 8 между оптической решеткой с указанными линзами и плоской платой 3 со светодиодами 1 оптического модуля в плоскости, проходящей через фокусы F1,F2, F3 и т.д., установлена центрирующая светодиоды, перфорированная пластина 10 из теплопроводного материала, например из алюминия или его сплавов. В отверстиях 11 пластины 10 плотной посадкой размещены корпуса светодиодов 1, боковые стенки которых примыкают к стенкам отверстий 11, обеспечивая кондуктивный отвод тепла от нижней части корпуса каждого из них и рассеивание внутри светового прибора.

Со стороны, обращенной к оптическим ячейкам 7, поверхность 12 перфорированной пластины 10 зачернена, исключая таким образом отражение световых бликов в сторону выходного отверстия прибора. Последнее может быть перекрыто защитным стеклом 13.

Оптический модуль со светодиодами 1 подключают к низковольтному источнику питания или к промышленной сети через преобразователь (на фиг. не показан).

При этом генерируемое каждым светодиодом световое излучение в конусном угле рассеяния 2 θ_0,5, как показано стрелками на фиг.3, поступает на оптические ячейки 7 дисковых линз 8 Френеля, которые собирают световой поток и перераспределяют его в пространстве на выходе из прибора в узком пучке излучения с минимальными боковыми засветками. Это обеспечивает высокую степень концентрации светового потока в пучке и более высокий коэффициент использования излучения светодиодов.

Одновременно улучшены тепловые параметры светового прибора, определяющие светоотдачу полупроводниковых светодиодов за счет локального кондуктивного теплоотвода от каждого светодиода оптического модуля.

Улучшены также эксплуатационные свойства прибора за счет облегчения фокусировки светодиодов 1 при помощи перфорированной пластины 10 при замене вышедшего из строя оптического модуля.

Литература
1. Справочная книга по светотехнике. Под ред. проф. Ю.Б. Айзенберга. Изд. М.: Энергоиздат. 1995 г., стр. 129,
2. Свидетельство на полезную модель N11298, кл. F 21 Q 3/00, Опубл. 16.09.99. Бюл. 9.

3. Пат. США 5515253, кл. 362-244. Опубл. 07.05.94.

Изобретение относится к области электрорадиотехники и предназначено для освещения удаленных объектов или светосигнализации. Техническим результатом является получение высокой концентрации светового потока в узком пучке, повышение коэффициента использования излучения светодиодов и улучшение тепловых параметров прибора. Устройство содержит оптический модуль со светодиодами, установленными и подключенными между собой на плоской плате, и оптический элемент, выполненный в виде решетки, состоящей из квадратных оптических ячеек, на каждой из которых имеются одинаковые френелевские дисковые линзы с прямым несущим слоем. Оптические оси указанных линз параллельны между собой и совпадают с оптическими осями светодиодов, светящие центры которых установлены в фокусе каждой линзы. Указанный оптический элемент смонтирован в выходном отверстии прибора. Светодиоды при этом выбраны с двойным углом рассеяния излучения на уровне 0,5 от максимальной силы света (излучения) каждого из них, меньшим угла охвата оптической ячейки каждой линзы Френеля в 1,5-2 раза. Между оптической решеткой и платой со светодиодами в плоскости, проходящей через фокус каждой линзы, установлена перфорированная пластина из теплопроводного материала, в отверстиях которой плотной посадкой размещены светодиоды, оптические оси которых совпадают с аналогичными осями линз. Эта пластина зачернена со стороны, обращенной к оптической решетке, и служит для точного совмещения оптических осей светодиодов и Френелевских линз, а также для отвода тепла от светодиодов. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Световой прибор на светодиодах, содержащий оптический модуль со светодиодами, собранными и подключенными между собой на плоской плате и фиксированными в заданном положении перфорированной пластиной, и установленный в выходном отверстии прибора оптический элемент в виде совокупности дисковых линз Френеля, оптические оси которых совпадают с оптическими осями светодиодов, а их светящиеся центры размещены в фокусе соответствующей линзы, отличающийся тем, что оптический элемент выполнен в виде единой плоской оптической решетки, по меньшей мере частично состоящей из квадратных оптических ячеек, на каждой из которых выполнены одинаковые френелевские преломляющие кольца дисковых линз, причем плоская оптическая решетка параллельна перфорированной пластине с установленными в отверстиях указанной пластины светодиодами и механически связана с ней. 2. Световой прибор по п.1, отличающийся тем, что светодиоды выбраны с двойным углом рассеяния излучения на уровне 0,5 от максимальной силы света каждого из них меньшим угла охвата оптической ячейки каждой дисковой линзы Френеля в 1,5-2 раза. 3. Световой прибор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что перфорированная пластина выполнена из теплопроводного материала и установлена в плоскости. проходящей через фокусы каждой дисковой линзы Френеля, механически связана с плоской оптической решеткой при помощи одинаковых шпилек, обеспечивающих параллельную ориентацию перфорированной пластины и плоской оптической решетки.