Пристрій для подання світлових сигналів

Пристрій для подання світлових сигналів, який містить джерело світла у ви гляді полікристалічної касети з монолітно зв'язаними напівпровід никовими кристалами, що випромінюють світло та мають площин у подовжнього сві тлового вип ромінювання, який відрізняє ться тим, що в кристалах ви конані площини поперечної концентрації світлового вип ромінювання у ви гляді симетричних щодо подовжньої осі кристалів скосів, розташова них по периметру криста ла, а к ут нахилу площин поперечної концентрації світлового випромінювання знахо диться в межах від 35° до 60°, при цьому кристали розміщені на монолітній поверхні пристрою по координатній сітці "X-Y", з встановленням їхнього центру в місцях перехрещен ня координатних осей. Ю (13) 34528 (11) UA – недостатня інформативність показань при яскравому сонячному світлі, особливо фари світлофора з зеленим світлом. Зазначені недоліки значно знижуються в конструкціях світлофорів, ви конаних на основі світлодіодів. Відомий, наприклад, світлофор відбивновипромінюючого типу, який має робочу секцію з джерелом світла у вигляді великої кількості світлодіодів та оптичний елемент, (акцептована заявка Японії за №5-18160, 5G081/095, 1993). Якості цієї конструкції істотно підвищуються в пристрої для подання світлових сигналів, у якому оптичний елемент виконаний у вигляді сукупності збиральних лінз із загальною фокальною площиною, у якій розміщені внутрішні і зовнішні зони випромінювання світлодіодів, які послідовно чергуються один за одним, у межах області їхн ьої установки (заявка № 99095373 від 30.09.1999 р., по якій є рішення про видачу патенту від 13 січня 2000 p.). У порівнянні з конструкцією світлофора, приведеною в акцептованій заявці Японії, пристрій забезпечує концентрацію світлових потоків великої кількості світлодіодів, істотно збільшує інтегральний світловий потік, що приводить до значного підвищення інформативності показань. Проте пристрій має ряд недоліків: складність монтажу великої кількості світлодіодів у зв'язку з необхідністю розташування їх вн утрішніх і зовнішніх зон випромінювання в загальній фокальній площині сукупності збиральних лінз; складність технології виготовлен (19) Зап ропонований ви нахід відноси ться до те хніки сві тло вої си гналізації і мо же бути використа ний як си гнальний пристрій, пе реважно у ви ді сві тлофора для ре гулюван ня дорожнього руху. Найважливішими вимогами при розробці сигнальної світлотехніки, особливо світлофорів, є: – забезпечення високої стабільності та інформативності показань; – забезпечення високої довговічності; – забезпечення експлуатаційної надійності роботи в різних погодних умовах; – зменшення енергоспоживання джерел світла; – зниження матеріалоємності конструкції. Найбільше поширення в цей час мають світлофори на основі ламп розжарювання. Відомий, наприклад, світлофор, що містить робочу секцію з корпусом і козирком, усередині якого вста новлене джерело світла - лампа розжарювання, і оптичний елемент у вигляді кольорової лінзи, що розсіює. До істотних недоліків цього типу світлофорів варто віднести: – малий термін служби світлофора; – низька надійність у роботі; – високе енергоспоживання, оскільки використовують ся електричні лампи розжарювання потужністю не менше 100 Вт; – значна матеріалоємність внаслідок збільшення габариту, створюваного лампою, і схемою її уп равління; C2 ______________________________ 34528 ня пристрою при розміщенні світлодіодів під кутами до загальної фокальної площини збиральних лінз оптичного елемента, а також ряд інши х недоліків, що утруднюють засто сування пристрою в практичних цілях. Найбільш близьким по технічній сутності й результату, що досягається, є пристрій для подання світлових сигналів, у якому джерело світла виконане у вигляді полікристалічної касети, яка містить монолітно зв'язані напівпровідникові кристали, що випромінюють світло, розта шовані в оптично активній зоні оптичного елемента (заявка № 2000021013 від 22.02.2000 р.). Відомий пристрій - прототип дозволяє створити інтеграцію світлового потоку безпосередньо в області "р-n" переходу кристалів напівпровідників, забезпечує можливість варіацій касети з одержанням необхідних технічних ха рактеристик, дозволяє використо вува ти технології виготовлення дискретних інтегральних мікросхем. Розши рення зони концентрації випромінювання досягається при виконанні оптичного елемента у вигляді сукупності збиральних лінз, із багатокутними контурами, нерозривно зв'язаними один з одним, у фокальній площині кожної із яких розміщені поверхні напівпровідникових кристалів, що випромінюють. Зазначені переваги і те хнічна сутність дозволяють прийняти вищео писаний пристрій за прототип винаходу, що заявляється. Відомий пристрій-прототип має ряд особливостей, які викликають необхідність його подальшого удосконалювання. При монолітному виконанні полікристалічної касети відбуваються значні втрати світлової енергії внаслідок поперечного розсіювання випромінювання, що виходить із зони "р-n" переходу. Втрати в поперечному напрямку складають приблизно 40% всієї енергії, що випромінюється. У відомих конструкціях, що мають загальноприйнятий світлодіод, для концентрації світлової енергії виконуються спеціальні концентратори у ви гляді відбивних лунок, які покриваються тонкою плівкою з золота, або наносять покриття, що відбивають промені, наприклад, нікелеві, на тримачі криста лів. У обох випадках значно збільшується вартість виготовлення, ускладнюється конструкція і технологія виготовлення світлодіода, і, проте, відбувається значне поперечне розсіювання світлової енергії. У зв'язку з цим задачею цього винаходу є створення пристрою для подачі світлових сигналів, у якому шляхом створення концентрації випромінювання в поперечному напрямку в самому кристалі, забезпечуєть ся підвищення ступеня використання світлової енергії, а також збільшення кута розвернення випромінювання без використування спеціальних до рогих концентраторів. Для рішення поставленої задачі у ві домому пристрої, що містить джерело світла у вигляді полікристалічної касети, яка містить монолітнo зв'язані напівпровідникові кристали, що випромінюють світло, та мають площину подовжнього світлового випромінювання; - відповідно винаходу; - у кристалах ви конані площини поперечної концентрації світлового випромінювання, які сполучені з площиною подовжнього випромінювання, і розташовані під кутом до їх подовжньої осі. Площини поперечної концентрації світлового випромінювання можуть бути виконані, зокрема, у вигляді чотирьох або шістьох симетричних що до подовжньої осі скосів, розташованих по периметру криста ла. Причинно-слідчий зв'язок між новими ознаками і технічним результа том міститься в наступному. Світлові промені, які відбиваються у середині кристала, одержують додаткову орієнтацію переважно в напрямку, перпендикулярному до скосів, у той час як у ві домому пристрої-прототипі світло, багатократно відбиваючись, виходить у центральній бічній части ні кристала з розсіюванням по товщині матеріалу, що монолітно зв'язує множину кристалів. При цьому сполучення площин поперечної концентрації з площинами подовжнього випромінювання забезпечує значне збільшення кута розвернення випромінювання, що приводить до збільшення концентрації світлового випромінювання і, в результаті, до підвищення інформативності показань, тобто значного збільшення коефіцієнта корисної дії. Найбільш оптимальним параметром кута нахилу площин поперечної концентрації світлового випромінювання є інтервал у межах від 35 до 60°. При виконанні кута нахилу за межами зазначеного інтервалу відбувається збільшення бічних втрат світлової енергії на 10-15%. Додатковий технічний результат - подальше підвищення концентрації випромінювання без ускладнення конструкції оптичного елемента - лінзи і її налагодження - досягається за рахунок розміщення кристалів на монтажній поверхні пристрою по координатній сітці "X-Y" і уста новленням їхнього центру в місцях перехрещування координатних осей. При недотриманні зазначеної умови розміщення кристалів необхідне тонке налагодження лінзової системи, в іншому випадку відбуваються втрати спрямованості світла, що приводить до зниження інформативності показань. Запропонований винахід пояснюється схематичним кресленням, на якому подані: Фіг. 1 - основний вид пристрою; Фіг. 2 - вертикальний розріз А-А на фіг. 1; Фіг. 3 - фрагмент полікристалічної касети, винесений елемент Б на фіг, 2; Фіг. 4 - фрагмент полікристалічної касети, винесений елемент В, на якому показаний у великому плані окремий кристал із чотирма площинами поперечної концентрації світлового випромінювання; Фіг. 5 - фрагмент полікристалічної касети, винесений елемент В, на якому показаний у великому плані окремий кристал із шістьома площинами поперечної концентрації світлового випромінювання; Фіг. 6 - верти кальний розріз Г-Г на фіг. 4 та 5, по ок ремому кристалу із п лощинами поперечної концентрації сві тлового вип ромінюван ня й площиною по довжнього сві тлового вип ромінювання; Фіг. 7 - верти кальний розріз А-А на фіг. 1, варіант виконання полікриста лічної касети з розташуванням кристалів на опуклій монтажній поверхні касети; 2 34528 Фіг. 8 - реалізація винаходу у фор мі двостороннього трьохсекційного світлофора; Фіг. 9 - реалізація винаходу у формі підвісного тр ьохсекційного світлофора. Запропонований пристрій для подання світлових сигналів виконаний таким чином. У корпусі 1 пристрою (фіг. 1 та 2) встановлена полікристалічна касета 2, що містить монолітно зв'язані напівпровідникові кристали 3, що випромінюють світло, які розта шовані в оптично активній зоні 4 оптичного елементу 5. Оптичний елемент 5 виконаний у вигляді сукупності збиральних лінз 6, із багатокутними контурами 7, нерозривно зв'язаними один з одним. У фо кальній площині кожної із цих лінз розміщені площини подовжнього світлового випромінювання 8 (фіг.2 та 6) напівпровідникових кристалів 3, розміщених на монтажній поверхні 9 полікристалічної касети 2. Кожний із напівпровідникових кристалів має площини поперечної концентрації світлового випромінювання 10, сполучені з площиною подовжнього випромінювання 8, і розташовані під кутом b (фіг. 6) до подовжньої осі 11 кристалів 3 (фіг. 2, 4 -6). Площини поперечної концентрації світлового випромінювання 10 виконані у вигляді чотирьох або шістьох скосів по периметру криста ла 3, і створюють симетричні площадки по всіх боках кристала. Кут нахилу b площин поперечної концентрації приймається в межах від 35 до 60°. Криста ли 3 розміщені на монтажній поверхні 9 по координатній сітці "X-Y" 12 з установкою їхнього центру 13 у місцях перехрещення координатних осей. Полікристалічна касета 2 може мати опуклу монтажну поверхню 14. Площини поперечної концентрації світлового випромінювання 10 виконуються аналогічним способом. Запропонований пристрій працює наступ ним способом. Світлове випромінювання 15 від площини подовжнього світлового випромінювання 8 напівпровідникових кристалів 3 і світлове випромінювання 16 від площини поперечної концентрації 10 падає на лінзи 6 оптичного елемента 5. Після переломлення в лінзах світлові промені у вигляді сконцентрованого світлового потоку поступають у зовнішній простір, створюючи кут розвернення a (a/2+ a/2) світлового випромінювання. Запропонований винахід дозволяє значно зменшити ступінь розсіювання світлового випромінювання в поперечному напрямку, збільшити коефіцієнт корисної дії, що забезпечує підвищення інфор мативності сигналу. Фіг. 1 Фіг. 2 3 34528 Фіг. 3 Фіг. 4 Фіг. 7 Фіг. 5 Фіг. 6 Фіг.8 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 4 Фіг. 9