RU11589U1

RU11589U1 - LIGHT DEVICE

Info

Publication number: RU11589U1
Application number: RU99108186U
Authority: RU
Inventors: Н.В. Кононов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Зенит"
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 1999-10-16

Description

Светосигнальное устройство Lighting device

Полезная модель относится к светотехнике, в частности к светосигнальным устройствам для управления транспортными потоками.The utility model relates to lighting engineering, in particular to light-signaling devices for controlling traffic flows.

Светосигнальное устройство состоит из источника света и оптической системы, преобразующей световой поток этого источника. Развитие указанных устройств в настоящее время идет по пути усовершенствования как источников света, так и оптических светопреобразующих систем, т.е. совместно работающих элементов устройства.The light-signal device consists of a light source and an optical system that converts the light flux of this source. The development of these devices is currently on the path of improving both light sources and optical light-converting systems, i.e. collaborative device elements.

Известно светосигнальное устройство для управления транспортными потоками, разработанное фирмой HEWLETT (дскАа1п (США) 1. Указанное светосигнальное устройство содержит источник света выполненный в виде сборки светоизлучающих диодов (СИД), образующих плоскую матрицу. Тело свечения такого источника света представляет собой диск, практически полностью перекрывающий световое отверстие светосигнального устройства и формирующего световой поток с заданным углом расходимости за счет подбора СИД с соответствующими углами излучения. Это позволило отказаться от оптической светопреобразующей системы и перекрыть световое отверстие устройства нейтральным стеклом, выполняющим функцию защиты источника света от воздействия внешней среды.A light signal device for controlling traffic flows developed by HEWLETT (dskAa1n (USA) 1 is known. The specified light signal device contains a light source made in the form of an assembly of light emitting diodes (LEDs) forming a flat matrix. The luminescence body of such a light source is a disk that almost completely covers the light hole of the light-signaling device and forming the light flux with a given angle of divergence due to the selection of LEDs with the corresponding radiation angles. of refuse from the optical system and the light-block light neutral glass opening device performing the protection function of the light source from the external environment.

Основной недостаток этого устройства состоит в том, что поскольку этот источник является источником света с неравномерной яркостью в пределах габарита светящего тела, то и само устройство имеет недостаточную равномерность распределения светового потока в пучке.The main disadvantage of this device is that since this source is a light source with uneven brightness within the dimensions of the luminous body, the device itself also has insufficient uniformity in the distribution of light flux in the beam.

Указанный недостаок может быть устранен путем дополнительного рассеяния светового пучка, создаваемого источником света.This drawback can be eliminated by additional scattering of the light beam generated by the light source.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является светосигнальное устройство, выбранное в качестве прототипа 2, которое содержит источник света в виде сборки СИД, равномерно распределеленных по поверхности плоскостей матрицы, и светопреобразующей системырассеивателя, установленного в световом отверстии светосигнального устройства. Рассеиватель выполнен из бесцветного прозрачного материала в видеThe closest in technical essence to the claimed utility model is a light signal device selected as prototype 2, which contains a light source in the form of an LED assembly uniformly distributed over the surface of the planes of the matrix, and a light-converting diffuser system installed in the light hole of the light signal device. The diffuser is made of a colorless transparent material in the form of

растровой линзовой регулярной системы, внутренняя поверхность которой заполнена примыкающими друг к другу линзовыми элементами. Линзовые элементы системы выполнены в виде обращенных внутрь в сторону источника света выпуклых сферических линз. Передняя (наружняя) поверхность рассеивателя выполнена слегка выпуклой для предотвращения возможного появления световых бликов. Очевиное достоинство этой конструкции - простота изготовления растровой линзовой системы с линзовыми элементами такого типа с большой точностью по расчету.raster lens regular system, the inner surface of which is filled with adjacent lens elements. The lens elements of the system are made in the form of convex spherical lenses facing inward towards the light source. The front (outer) surface of the diffuser is slightly convex to prevent the occurrence of light glare. The obvious advantage of this design is the simplicity of manufacturing a raster lens system with lens elements of this type with great accuracy by calculation.

Однако, для эффективного использования выпуклых сферических линз в данном устройстве (для обеспечения высокой равномерности распределения светового потока в пучке) угол охвата линзовых элементов должен иметь величину не менее 30° При этом толщина линзовых элементов достигает значительной величины, сравниваясь с диаметром линзы, что приводит к увеличению потерь светового потока, проходящего через рассеиватель.However, for the efficient use of convex spherical lenses in this device (to ensure a high uniformity of the distribution of the light flux in the beam), the angle of coverage of the lens elements must be at least 30 °. The thickness of the lens elements reaches a significant value, compared with the diameter of the lens, which leads to increased losses of light flux passing through the diffuser.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель состоит в создании светосигнального устройства с источником света в виде сборки СИД, обеспечивающего высокую равномерность распределения светового потока в пучке при одновременном снижении потерь светового потока в рассеивателе.The problem to which the claimed utility model is directed is to create a light-signaling device with a light source in the form of an LED assembly, which ensures high uniformity of the distribution of the light flux in the beam while reducing the loss of light flux in the diffuser.

Указанная задача реализуется за счет специальной конструкции рассеивателя, который выполнен, как и прототип, в виде растровой линзовой регулярной системы из бесцветного прозрачного материала. Внутренняя поверхность растровой линзовой системы заполнена примыкающими друг к другу линзовыми элементами. В отличие от прототипа указанные линзовые элементы имеют другой профиль, что обеспечивает, с одной стороны, рассеяние достаточное для создания необходимой равномерности распределения светового потока в пучке, а, с другой стороны, приводит к существенному снижению потерь светового потока за счет поглощения уменьшением толщины линзовых элементов и снижения рассеяния на вершине линзового элемента.This task is realized due to the special design of the diffuser, which is made, like the prototype, in the form of a raster lens regular system of colorless transparent material. The inner surface of the raster lens system is filled with adjacent lens elements. Unlike the prototype, these lens elements have a different profile, which ensures, on the one hand, sufficient scattering to create the necessary uniformity of the distribution of light flux in the beam, and, on the other hand, leads to a significant reduction in light flux losses due to absorption by a decrease in the thickness of the lens elements and reducing scattering on top of the lens element.

В соответствии с предлагаемой конструкцией светосигнальное устройство содержит источник света в виде сборки СИД и рассеиватель, выполненный изIn accordance with the proposed design, the light signal device comprises a light source in the form of an LED assembly and a diffuser made of

бесцветного прозрачного материала в виде растровой линзовой регулярной системы,вогнутая внутренняя поверхность которой заполнена примыкающими друг к другу выпуклыми линзовыми элементами, вершины которых выполнены в виде участков поверхности эквидистантной с внешней поверхностью растровой линзовой регулярной системы, причем суммарная площадь этих участков составляет не более 20% площади внешней поверхности растровой линзовой регулярной системы. В частном случае сечения эквидистантной поверхностью линзовых элементов сферической формы рабочая грань профильного сечения линзовых элементов представляет собой сопряжение частей различных окружностей соответстующих боковой поверхности сферического линзового элемента и внешней поверхности рассеивателя.a colorless transparent material in the form of a raster lens regular system, the concave inner surface of which is filled with convex lens elements adjacent to each other, the vertices of which are made in the form of surface sections that are equidistant to the outer surface of the raster lens regular system, and the total area of these sections is no more than 20% of the area the outer surface of the raster lens regular system. In the particular case of the cross-section of the equidistant surface of the lens elements of a spherical shape, the working face of the profile section of the lens elements is the conjugation of parts of various circles corresponding to the side surface of the spherical lens element and the outer surface of the diffuser.

На фиг.1 представлено схематическое изображение конкретного варианта выполнения светосигнального прибора; на фиг. 2 - форма линзовых элементов растровой линзовой регулярной системы светосигнального прибора.Figure 1 presents a schematic representation of a specific embodiment of a light-signal device; in FIG. 2 - the shape of the lens elements of the raster lens regular system of the light signal device.

Светосигнальное устройство содержит источник света 1 в виде сборки СИД 2, установленных на печатной плате в форме диска 3, и растровой линзовой регулярной системы 4, на внутренней поверхности которой сформированы выпуклые линзовые элементы 5. Линзовые элементы 5 представляют собой сечение выпуклых сферических линз (в данном конкретном случае) поверхностью 6 эквидистантной с наружней поверхностью 7 растровой линзовой регулярной системы 4; 8- рассеивающая поверхность линзового элемента 5; 9 - вершина линзового элемента.The light-signal device contains a light source 1 in the form of an LED assembly 2 mounted on a printed circuit board in the form of a disk 3, and a raster lens regular system 4, on the inner surface of which convex lens elements 5 are formed. The lens elements 5 are a section of convex spherical lenses (in this a specific case) surface 6 equidistant with the outer surface 7 of the raster lens regular system 4; 8 - diffusing surface of the lens element 5; 9 - the top of the lens element.

Светосигнальное устройство работает следующим образом. При подаче на СИД 2 электропитания (электрическая схема на фиг.1 не показана) каждый СИД 2 формирует в пространстве световой пучок. Световые пучки от СИД 2 захватываются линзовой системой 4 и рассеиваются линзовыми элементами 5, формируя световой поток во внешнем пространстве. Весь световой поток проходящий через растровую линзовую систему 4 можно условно представить в виде совокупности двух потоков - светового потока, рассеянного линзовым элементом 5 и светового потока, который рассеянию не подвергся и прошел через растровую линзовую систему практически без рассеяния. При использовании для рассеяния сферических выпуклых линзовых элементов второй световой поток формируют только те лучи.The light signal device operates as follows. When applying power to the LED 2 (an electrical circuit is not shown in FIG. 1), each LED 2 forms a light beam in space. The light beams from the LED 2 are captured by the lens system 4 and scattered by the lens elements 5, forming a luminous flux in the outer space. The entire luminous flux passing through the raster lens system 4 can be conventionally represented as a combination of two fluxes - the luminous flux scattered by the lens element 5 and the luminous flux, which was not scattered and passed through the raster lens system with virtually no scattering. When using spherical convex lens elements for scattering, only those rays form the second light flux.

которые прошли линзовый элемент 5 в исчезающе малом пространстве вблизи вершины линзового элемента. Доля светового потока, образованного этими лучами в общем световом потоке мала и , кроме того, этот поток подвергается наибольшему ослаблению. В предлагаемой конструкции при достаточно большом угле охвата линзового элемента (характерном для толстой линзы), который определяется кривизной боковой поверхности 8 линзового элемента 5, необходимом для эффективного рассеяния проходящего через линзовый элемент света, толщина линзового элемента 5 в зоне вершины 9 уменьшена до приемлимой величины потери света в линзовом элементе 5, существенно уменьшаются в том числе и за счет снижения рассеяния. В самом общем виде линзовый элемент 5 можно представить в виде совокупности двух зон - боковой зоны рассеивания и поглощения света 8 и центральной зоны 9 - «зоны прозрачности - только поглощения.which passed the lens element 5 in a vanishingly small space near the top of the lens element. The fraction of the luminous flux formed by these rays in the total luminous flux is small and, in addition, this flux is most attenuated. In the proposed design, with a sufficiently large angle of coverage of the lens element (characteristic of a thick lens), which is determined by the curvature of the side surface 8 of the lens element 5, which is necessary for efficient scattering of light passing through the lens element, the thickness of the lens element 5 in the apex 9 is reduced to an acceptable loss the light in the lens element 5 is significantly reduced including by reducing scattering. In its most general form, the lens element 5 can be represented as a combination of two zones - the lateral zone of scattering and absorption of light 8 and the central zone 9 - "transparency zone - only absorption.

Форма линзовых элементов, их толщина, расстояние между ними подобраны так, что обеспечивается оптимальное соотношение между расе эянием (однородностью) светового потока и пропусканием (отсутствием потерь светового потока за счет рассеяния).The shape of the lens elements, their thickness, the distance between them are selected so that the optimal ratio between the scattering (uniformity) of the light flux and transmission (the absence of light flux loss due to scattering) is ensured.

При использовании предлагаемого решения в секции дорожного светофора с диаметром светового отверстия 200 и 300 мм для обеспечения световых характеристик светосигнального прибора в соответствими с ГОСТом была использована сборка из 180 СИД в зависимости от их цветности типа HLMP-ED30 и EL30 фирмы HEWLETT PACKARD и NSPG S10S фирмы NICHIA.When using the proposed solution in the traffic light section with a light hole diameter of 200 and 300 mm, an assembly of 180 LEDs was used to ensure the light characteristics of the light signal device in accordance with GOST, depending on their color type HLMP-ED30 and EL30 from HEWLETT PACKARD and NSPG S10S from NICHIA.

Экспериментально установлено, что суммарная площадь «зон прозрачности должна составлять 5-20% площади внешней поверхности растровой линзовой системы.It has been experimentally established that the total area of transparency zones should be 5-20% of the outer surface of the raster lens system.

Предполагаемая конструкция светосигнального устройства позволяет существенно повысить равномерность распределения светового потока в пучке по сравнению с ранее используемыми конструкциями (ТУ 5217-002-0761618), снизить потери света на рассеивателя и повысить КПД светосигнального устройства.The proposed design of the light-signal device can significantly increase the uniformity of the distribution of light flux in the beam compared to previously used structures (TU 5217-002-0761618), reduce light loss on the diffuser and increase the efficiency of the light-signal device.

Литература:Literature:

1.Применение светодиодов в уличных светофорах. егес.-Ь-оу, - -Sw . 1995, 26, №10, с. 84.1. The use of LEDs in street traffic lights. heg.-b-oh, -Sw. 1995, 26, No. 10, p. 84.

2.Оптическое сигнальное устройство2.Optical signaling device

Свид. ПМ № 6598, МПК: F2.4Q s/bo Бюл. №5, 16.05.98.Testimonial. PM No. 6598, IPC: F2.4Q s / bo Bull. No. 5, 05.16.98.

(MiU(MiU

Заявитель:Applicant:

Директор ОАО «НИИ ЗеDirector of NII Ze

А. И. КобзарьA. I. Kobzar

Claims

1. A light signal device containing a light source in the form of an assembly of light emitting diodes and a diffuser made of a colorless transparent material in the form of a raster lens regular system, the concave inner surface of which is filled with convex lens elements adjacent to each other, characterized in that the vertices of the lens elements are made in the form of surface sections equidistant with the outer surface of the raster lens regular system.

2. The light-signaling device according to claim 1, characterized in that the working face of the profile section of the lens elements is made in the form of mating parts of various circles, representing the intersection of a spherical surface with an equidistant surface.

3. The lighting device according to claim 1, characterized in that the total area of the vertices of the lens elements is 5 to 20% of the external surface of the raster lens regular system.