RU2503095C1 - Optical module of light diode lamp - Google Patents
Optical module of light diode lamp Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503095C1 RU2503095C1 RU2012127192/28A RU2012127192A RU2503095C1 RU 2503095 C1 RU2503095 C1 RU 2503095C1 RU 2012127192/28 A RU2012127192/28 A RU 2012127192/28A RU 2012127192 A RU2012127192 A RU 2012127192A RU 2503095 C1 RU2503095 C1 RU 2503095C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working surface
- fos
- optical module
- determined
- indicatrix
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к светотехнике, в частности к световым приборам на светодиодах (СД). Данное изобретение может быть использовано в системах внешнего (подсветка улиц, автомагистралей, технических сооружений) и внутреннего (подсветка жилых, офисных и производственных помещений) освещения.The invention relates to lighting engineering, in particular to light devices using LEDs (LEDs). This invention can be used in systems of external (street lighting, highways, technical structures) and internal (lighting residential, office and industrial premises) lighting.
Уровень техникиState of the art
Известны конструкции оптических модулей, в которых формирование требуемой индикатрисы осуществляется за счет выбора формы, размеров и материалов формирующей оптической системы (ФОС).Known designs of optical modules in which the formation of the required indicatrix is carried out by choosing the shape, size and materials of the forming optical system (FOS).
Наиболее близким техническим решением является светодиод с оптическим элементом (оптический модуль) (Патент РФ №2265917, МПК H01L 33/00, опубл. 10.12.2005). Оптический модуль содержит светоизлучающий кристалл с примыкающей к нему однолинзовой ФОС, которая имеет асферическую форму наружной (рабочей) поверхности, образованную вращением вокруг оси симметрии светодиода кривой, полученной с учетом оптических свойств светодиодного кристалла и материала ФОС. В рассматриваемом устройстве ФОС собирает и выводит через рабочую поверхность все излучение, испускаемое кристаллом, и осуществляет преобразование исходной индикатрисы в индикатрису требуемой формы.The closest technical solution is an LED with an optical element (optical module) (RF Patent No. 2265917, IPC H01L 33/00, publ. 10.12.2005). The optical module contains a light-emitting crystal with a single-lens FOS adjacent to it, which has an aspherical shape of the outer (working) surface formed by rotation of the curve around the axis of symmetry of the LED, obtained taking into account the optical properties of the LED crystal and the FOS material. In the device under consideration, the FOS collects and displays through the working surface all the radiation emitted by the crystal, and converts the initial indicatrix into an indicatrix of the desired shape.
Однако с помощью данного устройства можно получить индикатрису только осесимметричной формы.However, using this device, you can get the indicatrix only axisymmetric shape.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей заявляемого изобретения является создание оптического модуля, обеспечивающего формирование требуемой индикатрисы, имеющей в общем случае асимметричную форму, для решения конкретной осветительной задачи, например для освещения участка автомобильной дороги.The objective of the invention is the creation of an optical module that provides the formation of the desired indicatrix, which in the general case is asymmetric, to solve a specific lighting problem, for example, to illuminate a section of a highway.
Причем указанный оптический модуль является частью светодиодного светильника, состоящего из множества таких близко расположенных сонаправленных идентичных модулей, число которых определяется требованиями по светоэнергетическим параметрам разрабатываемого светильника. Поскольку все модули в дальней зоне (на расстоянии, в 10…20 раз превышающем поперечные размеры светильника) формируют одинаковое световое поле, то и весь светильник даст идентичное световое поле. То есть индикатриса всего светильника (поле в дальней зоне) практически идентична индикатрисе единичного модуля.Moreover, the specified optical module is part of the LED lamp, consisting of many closely spaced identical directional modules, the number of which is determined by the requirements for the light-energy parameters of the developed lamp. Since all modules in the far zone (at a distance of 10 ... 20 times the transverse dimensions of the lamp) form the same light field, the entire lamp will give an identical light field. That is, the indicatrix of the entire lamp (field in the far zone) is almost identical to the indicatrix of a single module.
Сущность изобретения заключается в том, что в оптическом модуле, состоящем из светодиода (светодиодного кристалла) и примыкающей к нему ФОС, ее рабочая поверхность, через которую выводится излучение светодиода, представляет собой в общем случае асимметричную асферическую поверхность. При этом форма рабочей поверхности определена из решения системы уравненийThe essence of the invention lies in the fact that in an optical module consisting of a light emitting diode (LED crystal) and an adjacent FOS, its working surface through which the light emitting from the light emitting diode is a generally asymmetric aspherical surface. The shape of the working surface is determined from the solution of the system of equations
где
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 представлены индикатрисы излучения: а) ламбертовая и б) требуемая;Figure 1 shows the indicatrixes of radiation: a) Lambertian and b) required;
На фиг.2 представлен ход луча в ФОС;Figure 2 presents the beam path in FOS;
На фиг.3 представлены аксонометрические проекции (виды спереди и сзади) оптического модуля с ФОС с рассчитанной рабочей поверхностью.Figure 3 presents axonometric projections (front and rear views) of the optical module with FOS with a calculated working surface.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Работает устройство следующим образом. Световой поток от светоизлучающего кристалла поступает на однолинзовую ФОС, преобразующую световой поток с ламбертовой индикатрисой в поток, преобразованный ФОС. Принципиально важной особенностью заявляемого изобретения является то, что рабочая поверхность ФОС представляет собой в общем случае асимметричную асферическую поверхность, форму которой получают непосредственно из решения системы нелинейных уравнений.The device operates as follows. The luminous flux from the light-emitting crystal enters the single-lens FOS, converting the luminous flux with the Lambert indicatrix into a flux converted by the FOS. A fundamentally important feature of the claimed invention is that the working surface of the FOS is in the general case an asymmetric aspherical surface, the shape of which is obtained directly from the solution of a system of nonlinear equations.
Форма поверхности рассчитана с учетом оптических свойств и габаритных характеристик светодиодного кристалла, материала оптической системы и требований к формируемой индикатрисе. Для того чтобы входящая в состав оптического модуля ФОС формировала требуемую индикатрису излучения, на первом этапе расчета ее рабочей поверхности определяют функцию преобразования индикатрис (ФПИ) - зависимость угловых сферических координат выхода луча из ФОС (θ', φ') от угловых сферических координат выхода луча (θ, φ) со светоизлучающей площадки светодиода (СД), характеризующая требуемое преобразование индикатрис
ФПИ необходима для определения векторного поля нормалей
где n - показатель преломления материала ФОС (2); n' - показатель преломления воздуха, n'=1,0;
На втором этапе расчета определяют собственно саму рабочую поверхность ФОС. Для этого сначала выбирают вид уравнения рабочей поверхности ФОС. В частности, уравнение может быть представлено в виде степенного полинома (в сферической системе координат с центром в геометрическом центре светодиодного кристалла):At the second stage of the calculation, the working surface of the FOS itself is determined. To do this, first choose the type of equation of the working surface of the WCF. In particular, the equation can be represented as a power polynomial (in a spherical coordinate system centered at the geometric center of the LED crystal):
где (ρ,θ,φ) - сферических координаты точек рабочей поверхности ФОС; М и К - максимальные степени полинома.where (ρ, θ, φ) are the spherical coordinates of the points of the working surface of the FOS; M and K are the maximum degrees of the polynomial.
Коэффициент С00 есть толщина ФОС вдоль оптической оси, которая определяется из конструктивных и технологических соображений (в том числе габаритных ограничений на ФОС). Остальные коэффициенты уравнения поверхности Cij неизвестны и определяются в процессе расчета.Coefficient C 00 is the thickness of the FOS along the optical axis, which is determined from structural and technological considerations (including overall limitations on the FOS). The remaining coefficients of the surface equation C ij are unknown and are determined in the calculation process.
Далее составляют и решают систему уравнений для совокупности нормалей к поверхности:Next, they compose and solve a system of equations for the set of normals to the surface:
где
Сферические координаты ρl, неизвестны и их определяют в процессе расчета.The spherical coordinates ρ l are unknown and they are determined in the calculation process.
При этом для N нормалей получается 2N уравнений с N+M·K неизвестными ({ρl}, {Cij}). Для получения качественного решения необходимо, чтобы N≥(1,5…2,5)М·К.Moreover, for N normals, 2N equations with N + M · K unknowns are obtained ({ρ l }, {C ij }). To obtain a quality solution, it is necessary that N≥ (1.5 ... 2.5) M · K.
Искомым решением системы уравнений для всех нормалей являются коэффициенты Cij уравнения рабочей поверхности ФОС.The desired solution to the system of equations for all normals are the coefficients C ij equations of the working surface of the FOS.
В качестве примера был разработан оптический модуль, используемый в светодиодном светильнике, предназначенном для равномерной подсветки участка двухполосного дорожного полотна размером 30×5,6 м2 при расположении светильников на столбах высотой 10 м с углом наклона гусака 15°, расстояние между столбами 30 м вдоль полотна дороги.As an example, an optical module was developed, which is used in an LED lamp designed to uniformly illuminate a section of a two-lane roadway with a size of 30 × 5.6 m 2 when the lamps are located on poles 10 m high with a gander angle of 15 °, the distance between the poles is 30 m along canvases of the road.
Уравнение рабочей поверхности ФОС оптического модуля представляет собой степенной полином двух переменных:
Значения коэффициентов C2ij, полученных в результате решения, приведены в таблице.The values of the coefficients C 2ij obtained as a result of the solution are shown in the table.
Две аксонометрические проекции (виды спереди и сзади) оптического модуля с ФОС с рассчитанной в примере рабочей поверхностью представлены на фиг.3.Two axonometric projections (front and rear views) of the optical module with FOS with the working surface calculated in the example are presented in FIG. 3.
Claims (1)
где
Where
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012127192/28A RU2503095C1 (en) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | Optical module of light diode lamp |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012127192/28A RU2503095C1 (en) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | Optical module of light diode lamp |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2503095C1 true RU2503095C1 (en) | 2013-12-27 |
Family
ID=49817823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012127192/28A RU2503095C1 (en) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | Optical module of light diode lamp |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2503095C1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2055420C1 (en) * | 1992-06-03 | 1996-02-27 | Абрамов Александр Владимирович | Light-emitting diode |
RU2170995C1 (en) * | 2000-08-31 | 2001-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Корвет - Лайтс" | Light-emitting diode device |
RU2265916C1 (en) * | 2004-12-02 | 2005-12-10 | Закрытое акционерное общество "Светлана-Оптоэлектроника" | Light-emitting diode incorporating optical component |
RU2265917C1 (en) * | 2004-12-02 | 2005-12-10 | Закрытое акционерное общество "Светлана-Оптоэлектроника" | Light-emitting diode incorporating optical component |
RU2267188C2 (en) * | 2003-06-23 | 2005-12-27 | Федорова Галина Владимировна | Light-emitting diode semiconductor device in casing for surface wiring |
RU2317612C1 (en) * | 2006-07-24 | 2008-02-20 | Александр Эдуардович Пуйша | Light-emitting diode device |
RU79215U1 (en) * | 2007-09-04 | 2008-12-20 | Галина Владимировна Федорова | SEMICONDUCTOR LED DEVICE FOR ASSEMBLY BY SURFACE MOUNTING |
RU113073U1 (en) * | 2011-08-09 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ФТИОП" | LIGHT-Emitting DIODE MODULE |
-
2012
- 2012-06-29 RU RU2012127192/28A patent/RU2503095C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2055420C1 (en) * | 1992-06-03 | 1996-02-27 | Абрамов Александр Владимирович | Light-emitting diode |
RU2170995C1 (en) * | 2000-08-31 | 2001-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Корвет - Лайтс" | Light-emitting diode device |
RU2267188C2 (en) * | 2003-06-23 | 2005-12-27 | Федорова Галина Владимировна | Light-emitting diode semiconductor device in casing for surface wiring |
RU2265916C1 (en) * | 2004-12-02 | 2005-12-10 | Закрытое акционерное общество "Светлана-Оптоэлектроника" | Light-emitting diode incorporating optical component |
RU2265917C1 (en) * | 2004-12-02 | 2005-12-10 | Закрытое акционерное общество "Светлана-Оптоэлектроника" | Light-emitting diode incorporating optical component |
RU2317612C1 (en) * | 2006-07-24 | 2008-02-20 | Александр Эдуардович Пуйша | Light-emitting diode device |
RU79215U1 (en) * | 2007-09-04 | 2008-12-20 | Галина Владимировна Федорова | SEMICONDUCTOR LED DEVICE FOR ASSEMBLY BY SURFACE MOUNTING |
RU113073U1 (en) * | 2011-08-09 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ФТИОП" | LIGHT-Emitting DIODE MODULE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102914872B (en) | Device for shaping and collimating elliptic laser spots of semiconductor lasers | |
WO2010111961A1 (en) | Light distribution lens for led road lamp | |
CN107508140B (en) | A kind of broadband couple device optical microcavity system and its coupling process that on piece is integrated | |
JP5921489B2 (en) | Power generation window set and power generation module thereof | |
JP2011114086A (en) | Light emitting device | |
US20130163258A1 (en) | Lens for uniform illumination | |
US20180145211A1 (en) | Optoelectronic arrangement and depth measuring system | |
CN103776536B (en) | Tandem type big optical path difference bullet light modulation interferometer | |
Kumar et al. | A novel freeform lens design for collimating UV light emitted from an LED with large divergent angle | |
CN104169776A (en) | Improved optical systems and LED luminaires | |
CN205790936U (en) | A kind of white light laser closing bundle technology based on semiconductor laser | |
RU2503095C1 (en) | Optical module of light diode lamp | |
KR101411218B1 (en) | Lateral planar light emitting module | |
CN102679265A (en) | Method for realizing light beam dodging control by utilizing free-form surface lens | |
CN104214592B (en) | LED range light | |
Kravchenko et al. | Design of axisymmetric double-surface refractive optical elements generating required illuminance distributions | |
TWI656355B (en) | Optical device | |
Moreno et al. | Light-emitting diode spherical packages: an equation for the light transmission efficiency | |
RU113073U1 (en) | LIGHT-Emitting DIODE MODULE | |
Mukherjee et al. | Design and implementation of solar-powered optical fiber-based illumination and communication system for underground coal mines | |
Babadi et al. | An optimisation of a freeform lens design for LED street lighting | |
Yang et al. | Optimum design of aspheric collimation lenses for optical antenna system | |
Yan et al. | A novel LED lens for rotationally symmetric uniform illumination | |
TWI227339B (en) | Sloped surface design method of lens forming distributed beams with equal energy | |
Sathian et al. | Brightness-enhanced solid-state light sources: from kaleidoscope effect to uniform illumination |