RU11298U1 - Источник света и световой блок светосигнального прибора с таким источником света - Google Patents

Description

ИСТОЧНИК СВЕТА И СВЕГОЮЙ БЛОК СВЕТОСИГНАЛЬНОГО ПРИБОРА С ТАКИМ ИСТОЧНИКОМ

2IK 7УОО, 2IQ ЗУОО

Полезная ШШ относится к светотехнике,в частности к источникам света светосигнальных приборов прожекторного типа преимущественно для обеспечения безопасности движения на транспорте ,

Обеспечение безопасности движения транспортных средств, в том числе управление транспортными потоками, осуществляется по оптическим каналам связи передачи и получения информации - в частности светосигнализацией. Используемый для светосигнализации световой прибор прожекторного типа содержит световой блок, включающий источник света и светопреобразующую оптическую систему, осуществляющую преобразование светового потока источника света в отношении распределения его в пространстве и цветности.

В применяемых в настоящее время для управления дорожным движением светосигнальных приборах (ГОСТ 25,625-91) в качестве светопреобразующей оптической системы преимущественно используются зеркальные отражатели (как правило параболоидного типа), в фокуве которого установлен источник света, и (или) линзовый рассеиватель, выполняющий одновременно функцию цветного светофильтра, перекрывающий световое отверстие светосигнального прибора. Источником света являются, как правило, лампы накаливания, форму светящего тела которых с определенной степенью достоверности можно считать шаровой с равномерным распределением яркости по светящему телу. Сущность действия светопреобразующей оптической системы заключается в том, что та или иная часть светового потока источника света захватывается системой и после отражения и (или) преломления направляется в соответствующр) точку пространства для обеспечения требуемого угла излучения и увеличения осевой силы света в направлении излучения за счет перераспределения светового потока от источника света.

Основной недостаток традиционных светосигнальных приборов состоит в большом энергопотреблении и, что особенно важно, в

,.

3000 часов (в зависимости от режима нагрузки), причем выход лампы из строя приводит к полному (катастрофическому) отказу светосигнального устройства.

Новейшие достижения зарубежной и отечественной техники в области светоизлучаюпрх диодов показывают, что по световой отдаче и силе света на единицу подводимой мощости современные светодиоды превосходят лампы накаливания. К важнейшим преимуществам светоизлучающх диодов следует отнести - малые габариты, практически неограниченный срок службы (до 10 часов), ничтожно малое потребление энергии, отсутствие тепловьщеления, вибростойкость конструкции, достаточная гамма цветов излучения, полная совместимость с любым первичньм источником электроэнергии. Указанные преимущества светодиодов явились предпосылкой для создания нового поколения светосигнальных приборов с источником света в виде сборки светоизлучающих диодов определенной цветности.

Известен светосигналышй прибор прожекторного типа для управления транспортными потоками, разработанный фирмой H& tetfc P&clccu- (CM),. Светосигнальный прибор содержит источник света в виде сборки светоизлучающих диодов, образуюпрх плоскую матрицу, практически полностью перекрывающую световое отверстие прибора. Светодиоды равномерно распределены по поверхности матрищ, причем их оптические оси параллельны оптической оси прибора. Высокая плотность установки светодиодов в плоской матрице обеспечивает перекрытие световых пучков отдельных светодиодов во всех направлениях иадучения. Тело свечения такого источника света представляет собой диск равномерной яркости, светящийся с одной стороны, что позволило отказаться в светосигнальном приборе от светопреобразующей системы и перекрыть световое отверстие нейтральным стеклом для защиты источника света от воздействия внешней среды.

Основной недостаток этого прибора - высокая стоимость (в настоящее время) сборки светодиодов, что существенно ограничивает его широкое применение в РФ.

Появление на рынке светоизлучающих диодов повышенной яркости с осевой силой света 3000 мкд и выше дало возможность достигнуть требуемую ГОСТ 25.695-91 осевую силу света при использовании меньшего количества светодиодов в сборке. Такой

источник света значительно дешевле, но не обеспечивает требуемой равномерности распределения дркости по поверхности светящего тела.

Известен светосигнальный прибор Е , содержащий источник света в виде сборки светонзлучающих диодов, равномерно распределенных по поверхности плоской матрицы и перекрывающих световое отверстие светосигнального прибора, но в отличие от ll снабженный рассеивателем из прозрачного поликарбоната, установленным в световом отверстии. Внутренняя поверхность рассеивателя представляет собой набор небольших сферических линз, параметры которых определяются углом излучения светодиодов, образующих сборку. По оценке изготовителей эксплуатация указанных светосигнальных приборов приводит к экономии электроэнергии в среднем в 3 раза, по сравнению с традиционньми приборами, а повышение долговечности прибора и снижение затрат на их обслуживание в 100 раз.

Основной недостаток указанного вьше прибора состоит в том, что возможность его применения ограничена (в особенности в РФ) из-за достаточно высокой цены, которая в 5-6 pas превосходит стоимость традиционных светосигнальных приборов, и, следовательно, значительных первоначальных затрат на массовую замену ими традиционных светосигнальных приборов. Следует отметить, что источник света, используемый в этих светосигнальных приборах абсолютно несовместим с традиционными системами, что делает невозможной его установку в традионных светосигнальных системах с целью сокращения первоначальных затрат.

Радом зарубежных фирм разрабатываются источники света на светоизлучающих диодах, заменяющих лампы накаливания и совместимые с существующей светотехнической аппаратурой.

Так, известен истохшик светаf3j в виде сборки светоизлучающих диодов, помещенных в прозрачную колбу, по форме соответствующую колбе заменяемой лампы, на нижнем конце которой установлен электрический контакт, выполненный с возможностью размещения и закрепления источника света в фиксированном положении в стандартной светотехнической арматуре. Светоди,оды (20 и более) укреплены в два ряда на прозрачной линейке. Вдоль линейки проложены провода питания. Внутри колбы вблизи электрического контакта установлена схема питания светодиодов.

- 3 Недостаток этого источника света на еветоди.рдах состоит в том, что он не обеспечивает равномерной фкости по поверхности светящего тела, и,следовательно, не обеспечивает равномерного распределения светового потока в световом пучке оптической системы светосигнального прибора, что крайне важно для приборов данного типа.

Наиболее близким по технической сущности и заявляемой полезной моделе является,выбранный в качестве прототипа, светоизлучающй блок (истохшик света), предназначенный для оборудования, обеспечивающего безопасность дорожного движения 4 . Светоизлучающий блок выполнен в виде объемной осесимметричной сборки светоизлучающих диодов, смонтированных на электрических платах, расположенных в параллельных горизонтальных плоскостях. Светодиоды равномерно распределены по краям плат, так, что их оптические оси образуют с осью симметрии сборки прямой угол, Светодиоды каждой платы имеют угловое смещение относительно светодиодов соседней платы на достаточно малый угол (л), что обеспечивает высокую степень равномерности яркости поверхности тела свечения, а число плат в сборке (л/) удовлетворяет соотношению:

где угловое расстояние между двумя смежными светодиодами одной платы.

Следует отметить, что конфигурация светового пучка на выходе светопреобразующей оптической системы светосигнального прибора и распределение в нем светового потока существенно зависит от формы светящего тела источника света, работающего в паре с данной оптической системой, и, следовательно, согласование формы светящего тела источника света с оптической системой является обязательным условием эффективной работы светосигнальной аппаратуры,

В соответствии с соотношением, известньм в еветотехнике как закон Шнжена, сила света светосигнального прибора прожекторного типа в направлении его оптической оси равна произведению яркости источника света, помещенного в фокус отражателя, на площадь светового отверстия и на коэффициент выхода, учитывающий потери света в приборе. Для оптической светопре

образующей систели с параболоидным отражателем, характеризуемым углом охвата свыше 180°, коэффициент выхода имеет наибольшую величину для шарового тела свечения равномерной яркости.

На основании вышеизложенного очевидно, что недостаток технического решения, выбранного в качестве прототипа, состоит в принципиальной невозможности обеспечить достаточно высокую величину коэффициента выхода оптической системы при использовании его в качестве источника света, работающего в паре с такой системой, т.к. форма тела свечения этого источника света (цилиндр) существенно отличается от шаровой.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, сотоит в создании источника света для светосигнального прибора прожекторного типа в вида сборки светоизлучающих диодов, обеспечивающего эффективное согласование с оптической светопреобразующей системой светосигнального прибора, простого в изготовлении и надежного в эксплуатации.

Указанная задача реализуется за счет специальной конструкции источника света, адаптированной к условиям работы в паре с оптической системой светового блока светосигнального прибора прожекторного типа.

Источник света согласно заявляемой полезной модели выполнен в виде объемной сборки светоизлучающих диодов. В отличие от прототипа сборка выполнена, по крайней мере в зоне охвата источника света оптической системой, в виде равноудаленных от светового центра источника света светоизлучающих диодов, излучающие поверхности которых обращены к активной поверхности оптической системы светового блока, оптические оси светодиодов проходят через световой центр источника света, а угловые расстояния между смежными светоизлучающими диодами в плоскостях перпендикулярных оптической оси оптической системы установлены постоянными, т.е. форма светящего- тела максимально приближена к шаровой равномерной яркости.

Эффективность работы указанной пары оптическая система источник света в светосигнальных приборах прожекторного типа в значительной степени определяется согласованием их параметров, которые в данном случае связаны зависимостью:

где v - расстояние (удаление) тела свечения светодиодов от светового центра источника света (т.е., фактически, размер светящего тела источника света);

- фокуснае расстояние оптической системы; ( - угол излучения оптической системы; - угол излучения светодиода;

Ч - угол между оптическими осями светодиода и оптической системы светового блока;

На фиг. I представлена блок-схема варианта конкретного выполнения светового блока светосигнального устройства с источником света в виде сборки светодиодов. Источник света I включает сборку светодиодов 4, установленных на сферической поверхности монтажного элемента Z и плате 3. Световой центр сборки совмещен с фокусом оптической системы 5, которая в данном конкретном случае выполнена в виде параболоидного отражателя.

Источник света работает следующим образом. При подаче на светодиоды 4 электропитания (электрическая схема на фиг. не показана) каждый светодиод 4 формирует в пространстве световой пучок. Световые пучки от светодиодов 4 захватываются оптической системой 5 в пределах сравнительно большого ее телесного угла охвата и после отражения направляются вдоль оптической оси внутри сравнительно малого телесного угла излучения, благодаря чему создается увеличенная концентрация светового потока внутри угла излучения.

При установке заявляемого источника света в штатный блок секции дорожного светофора с диаметром светового отверстия ЕОО или 300 мм для обеспечения световых характеристик светосигнального прибора в соответствии с ГОСТом была использована сборка из 100-189 светоизлучающих диодов в зависимости от их

цветности типа H/.Wфирмы He. Packard ,

Экспериментально установлено, что оптимальной является установка светодиодов в сборке так, чтобы их удаление от светового центра (фокуса оптической системы) было связано с параметрами оптической системы (в данном конкретном случае - параболоидного отражателя) приведенной выше зависимостью. В данном конкретном случае выполнения удаление светодиодов от светового центра составляет - 40 мм.

Предлагаемая конструкция источника света позволяет до 45/ уменьшить количество светодиодов, используемых в сборке, по сравнению с ранее используемыми конструкциями (ТУ 5EI7-002-076I6I87 -98), и существенно снизить затраты на переоснащение имеющихся в эксплуатации светофоров за счет замены только одного элемента светового блока светофора - источника света.

Литература:

1.Применение светодиодов в уличных светофорах.

, Л , 1995, 26, № 10, с.84

2.Светофоры дорожные на светоизлучаюощх диодах. Технические условия, ТУ 5217-002-07616187-98

3.Модернизируемая лампа из светоизлучающих диодов. Пат. СМ № 5463280, МКИ Н05В 37У02, Публ. 31.10.95

4.Сигнальное осветительное устройство.

Пат. Франции № 2714956, МКИ 2IQ ЗУОО. Публ. 13.07.95

Заявитель:

Директор ОАО НИИ

А.И.Кобзарь

Claims (6)

1. Источник света, используемый в световом блоке светосигнального прибора прожекторного типа, выполненный в виде сборки светоизлучающих диодов, отличающийся тем, что по крайней мере в зоне охвата источника света оптической системой светового блока сборка выполнена в виде равноудаленных от светового центра источника света светоизлучающих диодов, излучающие поверхности которых обращены к активной поверхности оптической системы светового блока, оптические оси светоизлучающих диодов проходят через световой центр источника света, угловые расстояния между смежными светоизлучающими диодами в плоскостях, перпендикулярных оптической оси оптической системы, постоянны, а расстояние от тела свечения светоизлучающих диодов в сборке до светового центра (V) и параметры оптической системы светового блока связаны зависимостью

где f - фокусное расстояние оптической системы;
ω - угол излучения оптической системы;
α - угол излучения светоизлучающего диода;
Φ - угол между оптическими осями светоизлучающего диода и оптической системы.

2. Источник света по п.1, отличающийся тем, что сборка светоизлучающих диодов выполнена в виде расположенных параллельно одна под другой дискообразных плат, по краям которых равномерно установлены светоизлучающие диоды, причем радиусы соседних плат относятся, как

где γ - угловое расстояние между соседними платами.

3. Источник света по п.1, отличающийся тем, что сборка светоизлучающих диодов выполнена вне зоны охвата источника света оптической системой светового блока в виде плоской матрицы светоизлучающих диодов, оптические оси которых параллельны оптической оси оптической системы.

4. Источник света по п.1, отличающийся тем, что светоизлучающие диоды смонтированы на расположенных одна под другой платах, связанных жесткой осью, проходящей сквозь платы, причем один конец оси выполнен профилированным с возможностью размещения и закрепления сборки светоизлучающих диодов в устройстве фиксации положения источника света светосигнального прибора.

5. Источник света по п.4, отличающийся тем, что профилированный конец жесткой оси является токоподводом.

6. Источник света по п.1, отличающийся тем, что светоизлучающие диоды смонтированы на внешней поверхности сферического монтажного элемента, снабженного выступом, свободный конец которого выполнен профилированным с возможностью размещения и закрепления сборки светоизлучающих диодов в устройстве фиксации положения источника света светосигнального прибора.