Світлодіодний прожектор

Світлодіодний прожектор, що містить світлодіод з полімерним куполом та оптичний елемент, 3 24883 вання похибки виготовлення поверхонь, очевидно, повинна відповідати довжині хвилі випромінювання, тобто бути майже на порядок меншою. Практично це відповідає умовам виробництва якісних об'єктивів. Такі затрати значно перевищують вартість світлодіодів та інших складових систем сигналізації (світлофори) та пожежної охорони (датчики диму), де найчастіше застосовуються світлодіодні випромінювачі. Тому важливою практичною задачею видаються технічні рішення, які не потребують те хнологічно складних елементів та значних витрат. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення величини освітленості віддаленого об'єкту, шляхом застосування світлодіода з полімерним куполом, що має технологічно просту сферичну форму, та недорогий оптичний елемент, сукупна дія яких забезпечує малі втрати світла при формуванні вузького вихідного променя. Поставлена задача вирішується тим, що світлодіодний прожектор містить світлодіод та оптичний елемент, що формує вихідний промінь, згідно з корисною моделлі, випромінююча поверхня світлодіода розташована на такій відстані від вершини сферичного полімерного купола, що випромінювання заломлюється на цій поверхні без аберацій, зменшуючи при цьому кутову ширину до значень, які можливо узгодити по апертурі з оптичним елементом. Запропонована побудова світлодіодного прожектора має дві суттєві відмінності від відомих устроїв. Вони стосуються положення випромінюючої поверхні відносно полімерного купола та положення оптичного елемента, що колімує ви хідний промінь. На відміну від відомих устроїв, де випромінююча поверхня міститься в фокальній площині полімерного купола, в запропонованому пристрої вона співпадає з положенням апланатичної точки сферичного купола, що знаходиться на відстані [(n+1)/n]R від вершини купола, де R - радіус кривизни сферичної поверхні, n - показник заломлення полімеру. Таке розташування випромінюючої поверхні відносно сферичного купола призводить до того, що він не спотворює світловий п учок сферичними абераціями, які призводять до збільшення кутового розходження вихідного променю. Друга відмінність запропонованого пристрою полягає в тому, що в фокальній площині колімаційного елемента розміщена не випромінююча поверхня, а її уявне зображення. Таке схемне рішення зумовлено тим, що апланатичні точки сферичної поверхні не придатні для колімації променю або побудови дійсних зображень. Оскільки для колімації променю не обов'язково використовувати саме полімерний купол, то цю функцію було покладено на оптичний елемент. Полімерний купол лише змінював кутову апертуру п учка. При цьому була використана саме та з трьох відомих апланатичних точок, яка зменшує кутову апертуру. Це дозволяє узгодити пучок, що ви ходить з полімерного купола, з апертурою реальних оптичних елементів, які прийнятні для колімації вихідного променю. Таке узгодження дозволяє використовувати промені джерела світла зі значними кутовими апертурами при помірних апертурах оптичних елементів. Такі апертури дозволяють відносно простими засобами 4 забезпечити вимоги до аберацій цих оптичних елементів. Розміщення випромінюючої поверхні в апланатичній точці сферичного полімерного купола дозволяє перетворювати світловий пучок без сферичних аберацій, тобто без збільшення кутового розходження. Використання саме тієї апланатичної точки, що знаходиться на відстані [(n+1)/n]R від вершини купола дозволяє зменшити кутову апертуру світлового пучка. Таке зменшення дозволяє або додатково використовувати промені джерела світла зі значними кутовими апертурами, або застосовувати оптичні елементи з помірними відносними отворами, які є простішими та дешевшими. Корисну модель пояснює Фіг., на якій зображена оптична схема світло діодного прожектора. Прожектор містить випромінюючий кристал світлодіода 1, полімерний купол зі сферичною вихідною поверхнею 2, оптичний елемент 3. На схемі також показано уявне зображення 4 випромінюючої поверхні, побудоване полімерним куполом. Геометричну форму купола утворюють півсфера та циліндр, що мають спільну вісь симетрії, яка співпадає з оптичною віссю. Таким чином оптична вісь проходить через центр випромінюючого кристалу 1 та вершину к упола Р. Центр уявного зображення 4 також міститься на цій осі. Випромінюючий кристал 1 розміщений в апланатичній точці сферичної поверхні, яка знаходиться на відстані [(n+1)/n]R від вершини купола Р. Приклад роботи пристрою. Кристал світлодіода 1 випромінює світло в напрямках тілесного кута 2p. На вихідну поверхню полімерного купола потрапляють промені, що знаходяться в межах кутової апертури U. Заломлення променів на сферичній поверхні спричиняє зменшення кутової апертури до величини U'. Далі світловий пучок потрапляє на оптичний елемент 3, який розміщений на оптичній осі так, що його фокальна площина співпадає з уявним зображенням 4 випромінюючого кристалу 1. Таке положення оптичного елементу 3 зумовлює колімацію світлового пучка, що ви ходить з полімерного купола. Здійснення задачі корисної моделі визначається можливістю більш ефективного освітлення віддалених об'єктів, порівняно з відомими схемними рішеннями. Незважаючи на те, що відомі рішення теоретично дозволяють вирішити означену задачу, практичній реалізації перешкоджає надто складна форма оптичних поверхонь, що описуються рівняннями другого та п'ятого порядку. І хоча такі поверхні в принципі можуть бути виготовленими, вартість таких те хнологій для більшості практичних задач є неприйнятною. Основна перевага запропонованого пристрою полягає саме в можливості використання технологічно простої сферичної поверхні полімерного купола, виготовлення якої не потребує значних витрат. Реалізації високої ефективності освітлення сприяють ще дві особливості запропонованої оптичної схеми. Перша з них полягає в значній величині вхідної кутової апертури U полімерного купола. Для числових оцінок ефективності пристрою скористаємось співвідношенням tgU=R/h, де h - відстань між випромі 5 24883 нюючим кристалом і центром сферичної поверхні купола. Оскільки h=R[(n+1)/n]-R=R/n, то маємо U=arctg n. Для типових полімерних куполів показник заломлення n@1,58. Тоді U@57,7°, і доля використаного випромінювання, яка пропорційна sin2U, складає >70%. Таку ефективність освітлення можна вважати цілком прийнятною. Друга корисна властивість запропонованої схеми полягає в тому, що при значній вхідній кутовій апертурі (U»60°) вихідна апертура U' складає лише 32,4°. Колімація таких пучків не потребує оптичних систем з надзвичайно великими відносними отворами. Кутову апертуру U'»30° можливо узгодити, наприклад, зі стандартними лінзами Френеля, які мають прийнятні аберації та не потребують значних витрат. Отже в запропонованому пристрої використовуються такі оптичні елементи, як сферичний полімерний купол та лінза Френеля, виготовлення яких не потребує надто складних та витратних технологій. З іншого боку, ці елементи характери Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 6 зуються малими абераціями, порівняно з традиційними оптичними елементами, які створюють значне додаткове кутове розширення пучків. При цьому елементи дозволяють реалізувати значні кутові апертури, які забезпечують високі енергетичні передаточні показники системи. Сукупність згаданих властивостей запропонованого технічного вирішення задачі забезпечує переконливі можливості його практичного здійснення. Джерела інформації: 1. Коган Л.М., Водовозова М.Л., Ви шневская Б.И. и др. Светодиоды с узконаправленным излучением. - Электронная техника. - Серия 2 Полупроводниковые приборы. - 1988. - Вып.1. - С. 17-23. 2. Коган Л.М., Вишневская Б.И. и др. Электронная промышленность, 1991, N 123, С.40-42. 3. Заявка Японії N 61-214485, кл. H01L 33/00,1987. 4. Патент SU 1819488 A3, 20.05.1995. 5. Патент RU 2174646 С1, 10.10.2001. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601