×
27.12.2013
216.012.921a

Результат интеллектуальной деятельности: ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к светотехнике, в частности к световым приборам на светодиодах. Сущность изобретения заключается в том, что рабочая поверхность формирующей оптической системы, через которую выводится излучение светодиода, представляет собой в общем случае асимметричную асферическую поверхность. Оптический модуль согласно изобретению содержит светодиод (светодиодный кристалл) и примыкающую к нему формирующую оптическую систему (ФОС), через которую выводится излучение светодиода. Рабочая световыводящая поверхность ФОС представляет собой асимметричную асферическую поверхность, при этом форма рабочей поверхности ФОС определена из решения предложенной системы уравнений. Задача изобретения заключается в создании оптического модуля, обеспечивающего формирование требуемой индикатрисы излучения. 1 табл., 3 ил.
Основные результаты: Оптический модуль, содержащий светодиод (светодиодный кристалл) и примыкающую к нему формирующую оптическую систему (ФОС), имеющую рабочую световыводящую поверхность, отличающийся тем, что рабочая поверхность ФОС представляет собой асимметричную асферическую поверхность, при этом форма рабочей поверхности ФОС определена из решения системы уравнений где - уравнение рабочей поверхности в сферической системе координат с центром в геометрическом центре светодиодного кристалла; - оператор градиента функции; - векторное поле нормалей к рассчитываемой рабочей поверхности в точках N - число точек на рабочей поверхности, для которых определены нормали; C - коэффициенты уравнения рабочей поверхности; М и К - максимальные степени полинома, а нормали определены на основании функции преобразования индикатрис, характеризующей процесс преобразования формирующей оптической системой исходной индикатрисы светодиодного кристалла в индикатрису требуемой формы и связывающей соответствующие телесные углы указанных индикатрис (Ω и Ω') через равенство потоков излучения, распространяющегося в пределах этих углов: Ф(Ω)=Ф(Ω').

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.

Уровень техники

Известны конструкции оптических модулей, в которых формирование требуемой индикатрисы осуществляется за счет выбора формы, размеров и материалов формирующей оптической системы (ФОС).

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.

Однако с помощью данного устройства можно получить индикатрису только осесимметричной формы.

Раскрытие изобретения

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.

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.

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 уравнений

где - уравнение рабочей поверхности в сферической системе координат с центром в геометрическом центре светодиодного кристалла; - оператор градиента функции; - векторного поля нормалей к рассчитываемой рабочей поверхности в точках N - число точек на рабочей поверхности, для которых определены нормали; Cij - - коэффициенты уравнения рабочей поверхности; М и К - максимальные степени полинома, а нормали определены на основании функции преобразования индикатрис, характеризующей процесс преобразования формирующей оптической системой исходной индикатрисы светодиодного кристалла в индикатрису требуемой формы и связывающей соответствующие телесные углы указанных индикатрис (Ω и Ω') через равенство потоков излучения, распространяющегося в пределах этих углов: Ф(Ω)=Ф(Ω').

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлены индикатрисы излучения: а) ламбертовая и б) требуемая;

На фиг.2 представлен ход луча в ФОС;

На фиг.3 представлены аксонометрические проекции (виды спереди и сзади) оптического модуля с ФОС с рассчитанной рабочей поверхностью.

Осуществление изобретения

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.

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 Причем при определении ФПИ используется закон сохранения энергии Φ(Ω)=Φ(Ω'), где Φ(Ω) и Φ(Ω')- потоки излучения от СД до и после ФОС в пределах телесных углов Ω, и Ω' соответственно. Потоки излучения при известных индикатрисах I(θ,φ) и I'(θ',φ') определяются по формулам и

ФПИ необходима для определения векторного поля нормалей (фиг.2) к рассчитываемой рабочей поверхности в точках:

,

где n - показатель преломления материала ФОС (2); n' - показатель преломления воздуха, n'=1,0; - направляющий вектор луча, выходящего с поверхности светоизлучающей площадки СД (1), проходящего в ФОС и приходящего в точку (θll), ; - направляющий вектор луча, выходящего из ФОС в точке (θl, φl), l - точки, N - число точек.

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):

где (ρ,θ,φ) - сферических координаты точек рабочей поверхности ФОС; М и К - максимальные степени полинома.

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.

Далее составляют и решают систему уравнений для совокупности нормалей к поверхности:

,

где N - число точек на рабочей поверхности, для которых определены нормали; - оператор градиента функции.

Сферические координаты ρl, неизвестны и их определяют в процессе расчета.

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.

Искомым решением системы уравнений для всех нормалей являются коэффициенты Cij уравнения рабочей поверхности ФОС.

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.

Уравнение рабочей поверхности ФОС оптического модуля представляет собой степенной полином двух переменных:

Значения коэффициентов C2ij, полученных в результате решения, приведены в таблице.

Две аксонометрические проекции (виды спереди и сзади) оптического модуля с ФОС с рассчитанной в примере рабочей поверхностью представлены на фиг.3.

Оптический модуль, содержащий светодиод (светодиодный кристалл) и примыкающую к нему формирующую оптическую систему (ФОС), имеющую рабочую световыводящую поверхность, отличающийся тем, что рабочая поверхность ФОС представляет собой асимметричную асферическую поверхность, при этом форма рабочей поверхности ФОС определена из решения системы уравнений где - уравнение рабочей поверхности в сферической системе координат с центром в геометрическом центре светодиодного кристалла; - оператор градиента функции; - векторное поле нормалей к рассчитываемой рабочей поверхности в точках N - число точек на рабочей поверхности, для которых определены нормали; C - коэффициенты уравнения рабочей поверхности; М и К - максимальные степени полинома, а нормали определены на основании функции преобразования индикатрис, характеризующей процесс преобразования формирующей оптической системой исходной индикатрисы светодиодного кристалла в индикатрису требуемой формы и связывающей соответствующие телесные углы указанных индикатрис (Ω и Ω') через равенство потоков излучения, распространяющегося в пределах этих углов: Ф(Ω)=Ф(Ω').
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 41-50 из 80.
10.04.2014
№216.012.af5e

Устройство оптической идентификации измерительных каналов системы встроенного неразрушающего контроля на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков

Изобретение относится к приспособлениям для регистрации сигналов с набора волоконно-оптических брэгговских датчиков системы встроенного неразрушающего контроля (ВНК) объекта. Устройство оптической идентификации измерительных каналов системы встроенного неразрушающего контроля на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510609
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b2e9

Раздвигающая пучковая боевая часть "могоча"

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к раздвигаемым пучковым боевым частям боеприпасов. Раздвигаемая пучковая боевая часть состоит из траекторного взрывателя и нескольких метательных блоков, выдвигаемых перед подрывом за границы первоначального объема боевой части. Каждый из блоков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511517
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b4f7

Ручная граната

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к ручным гранатам. Ручная граната содержит взрыватель с элементом для приведения в действие взрывателя. Взрыватель содержит не менее шести микроэлектромеханических структур. Структуры выполнены из расположенных последовательно и соосно кристалла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002512051
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b4f8

Пучковая граната "гостижа" с зонтичным устройством раскрытия боевой части к ручному гранатомету

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к пучковым гранатам с зонтичным устройством раскрытия боевой части. Пучковая граната с зонтичным устройством раскрытия боевой части содержит боевую часть, заряд взрывчатого вещества, слой готовых поражающих элементов на внешней поверхности блока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002512052
Дата охранного документа: 10.04.2014
27.04.2014
№216.012.bc76

Способ радиомаскировки стационарных объектов

Изобретение относится к технике радиоэлектронного подавления и может быть использовано в средствах радиоэлектронной борьбы для активного подавления навигационных приемников высокоточного оружия (ВТО) и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Достигаемый технический результат - возможность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513985
Дата охранного документа: 27.04.2014
20.05.2014
№216.012.c404

Кассетный боеприпас "городня"

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к кассетным снарядам. Кассетный снаряд состоит из корпуса, набора продолговатых осколочных субснарядов со взрывателем, головного траекторного взрывателя, вышибного порохового заряда и ввинтного дна. Головной траекторный взрыватель расположен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515939
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c40f

Танковый кассетный многопрограммный снаряд "удомля" с поперечным разбросом субснарядов

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к танковым кассетным многопрограммным снарядам. Танковый кассетный многопрограммный снаряд содержит корпус с электронным траекторно-контактным взрывателем и ввинтным дном. В корпусе размещен набор цилиндрических осколочных субснарядов и вышибной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515950
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c686

Способ оценки параметров факела распыла дисперсионноспособной технологической жидкости и установка для его осуществления

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптико-электронным способам контроля и регулирования параметров дисперсных сред. По зарегистрированному импульсному световому изображению рассеченной плоской с малой толщиной части факела распыла определяют параметры распыла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516581
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c6b5

Способ изготовления деталей из композиционных материалов

Изобретение относится к технологии изготовления деталей из композиционных материалов, а именно к обработке резанием армирующего каркаса из несвязанного армирующего материала до их пропитки связующим веществом и его отверждения. Задачей изобретения является повышение качества деталей из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516628
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c6b9

Способ получения алмазоподобных покрытий комбинированным лазерным воздействием

Изобретение относится к технологиям повышения износостойких, прочностных и антифрикционных свойств металлорежущего инструмента, внешних поверхностей обшивки авиационных и космических летательных аппаратов, оптических приборов и нанотехнологиям. Алмазоподобные покрытия получают в вакууме путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516632
Дата охранного документа: 20.05.2014
Показаны записи 41-50 из 89.
10.04.2014
№216.012.af5e

Устройство оптической идентификации измерительных каналов системы встроенного неразрушающего контроля на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков

Изобретение относится к приспособлениям для регистрации сигналов с набора волоконно-оптических брэгговских датчиков системы встроенного неразрушающего контроля (ВНК) объекта. Устройство оптической идентификации измерительных каналов системы встроенного неразрушающего контроля на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510609
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b2e9

Раздвигающая пучковая боевая часть "могоча"

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к раздвигаемым пучковым боевым частям боеприпасов. Раздвигаемая пучковая боевая часть состоит из траекторного взрывателя и нескольких метательных блоков, выдвигаемых перед подрывом за границы первоначального объема боевой части. Каждый из блоков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511517
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b4f7

Ручная граната

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к ручным гранатам. Ручная граната содержит взрыватель с элементом для приведения в действие взрывателя. Взрыватель содержит не менее шести микроэлектромеханических структур. Структуры выполнены из расположенных последовательно и соосно кристалла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002512051
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b4f8

Пучковая граната "гостижа" с зонтичным устройством раскрытия боевой части к ручному гранатомету

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к пучковым гранатам с зонтичным устройством раскрытия боевой части. Пучковая граната с зонтичным устройством раскрытия боевой части содержит боевую часть, заряд взрывчатого вещества, слой готовых поражающих элементов на внешней поверхности блока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002512052
Дата охранного документа: 10.04.2014
27.04.2014
№216.012.bc76

Способ радиомаскировки стационарных объектов

Изобретение относится к технике радиоэлектронного подавления и может быть использовано в средствах радиоэлектронной борьбы для активного подавления навигационных приемников высокоточного оружия (ВТО) и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Достигаемый технический результат - возможность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513985
Дата охранного документа: 27.04.2014
20.05.2014
№216.012.c404

Кассетный боеприпас "городня"

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к кассетным снарядам. Кассетный снаряд состоит из корпуса, набора продолговатых осколочных субснарядов со взрывателем, головного траекторного взрывателя, вышибного порохового заряда и ввинтного дна. Головной траекторный взрыватель расположен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515939
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c40f

Танковый кассетный многопрограммный снаряд "удомля" с поперечным разбросом субснарядов

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к танковым кассетным многопрограммным снарядам. Танковый кассетный многопрограммный снаряд содержит корпус с электронным траекторно-контактным взрывателем и ввинтным дном. В корпусе размещен набор цилиндрических осколочных субснарядов и вышибной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515950
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c686

Способ оценки параметров факела распыла дисперсионноспособной технологической жидкости и установка для его осуществления

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптико-электронным способам контроля и регулирования параметров дисперсных сред. По зарегистрированному импульсному световому изображению рассеченной плоской с малой толщиной части факела распыла определяют параметры распыла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516581
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c6b5

Способ изготовления деталей из композиционных материалов

Изобретение относится к технологии изготовления деталей из композиционных материалов, а именно к обработке резанием армирующего каркаса из несвязанного армирующего материала до их пропитки связующим веществом и его отверждения. Задачей изобретения является повышение качества деталей из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516628
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c6b9

Способ получения алмазоподобных покрытий комбинированным лазерным воздействием

Изобретение относится к технологиям повышения износостойких, прочностных и антифрикционных свойств металлорежущего инструмента, внешних поверхностей обшивки авиационных и космических летательных аппаратов, оптических приборов и нанотехнологиям. Алмазоподобные покрытия получают в вакууме путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516632
Дата охранного документа: 20.05.2014
+ добавить свой РИД