КОНУСНЫЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ СВЕТОТЕХНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА

Полезная модель относится к области светотехники, конкретно к конструкциям лазерных светоизлучающих модулей, и предназначена для использования при создании разнообразных светотехнических устройств внутреннего и внешнего освещения в различных отраслях, в частности, в промышленности и в быту, в транспортных средствах, в области дизайнерского оформления.
Известен лазерный светоизлучающий модуль (US 9074755, 2015 г.), содержащий подключенную к источнику питания лазерную головку, отражатель, имеющий форму с параболической, гиперболической или эллиптической кривизной, и преобразователь света в виде ряда люминофорных сегментов, равномерно размещенных по окружности поворотного от привода несущего диска. Пространственное (вне отражателя) расположение лазерной головки и выполнение носителя люминофора, периодически доставляющего тот или иной люминофорный сегмент в фокальную точку отражателя, обуславливает некоторое конструктивное усложнение такого модуля и увеличение габаритов, что ограничивает его использование, особенно при модульном построении светотехнических устройств.
Известен лазерный светоизлучающий модуль, содержащий отражатель, размещенную по оси, проходящей через фокальную точку отражателя, лазерную головку, выходное отверстие которой располагается в окне отражателя, и размещенный на пути лазерного луча люминофорный преобразователь света, выполненный в виде оптически прозрачного шара с нанесенным на него слоем люминофора. Шар установлен внутри отражателя с позиционированием относительно его стенок посредством держателей в виде кронштейнов (RU 156989U, 2015 г.). При использовании в нем двух и более лазерных головок они размещаются по оси шара или под углом к ней, и по месту прохождения луча лазера в оптически прозрачном шаре преобразователя света предусмотрены свободные от люминофора участки, обеспечивающие прохождение луча лазера внутрь полого шара для усиления активации люминофора. В этом аналоге, в отличие от предыдущего, модуль компактен, конструктивно упрощен и не требует значительных затрат в изготовлении и эксплуатации, однако при выполнении модуля с одной расположенной по его оптической оси лазерной головкой в шарообразном преобразователе света затруднительно получить достаточно равномерное вдоль этой оси распределение луча лазера по поверхности шара с люминофором.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является, лазерный светоизлучающий модуль для светотехнического устройства (US 6350041, 2002 г.), содержащий держатель для размещенных вдоль оптической оси модуля последовательно друг за другом источника излучения в виде лазерной головки и выполненного из оптически прозрачного материала в форме полого конуса люминофорного преобразователя света, отстоящего от выходного светового отверстия лазерной головки на технологическом расстоянии L.
В прототипе лазерная головка и люминофорный преобразователь света соединены между собой в единый блок посредством активного (например, в виде светодиодного провода) или пассивного (в виде трубки или стержней) держателя, что, по сравнению с первым аналогом, также упрощает его конструктивное построение, однако из-за жесткой фиксации преобразователя света, в частности, на пассивном держателе, ухудшаются условия его эксплуатации и технического обслуживания, поскольку, как известно, люминофорное средство преобразования света быстрее, чем лазерная головка, вырабатывает свой ресурс и чаще требует замены.
При этом основным недостатком прототипа является то, что в нем внутренний объем конуса преобразователя света полностью заполнен люминофором, а это, препятствует эффективному использованию потенциала люминофора и тем самым ухудшает технические параметры модуля, т.к. воздействию лазерного луча подвергается не весь люминофор вдоль оси модуля, а, в основном, люминофор, расположенный в зоне прохождения луча, определяемой диаметром луча, который при этом значительно меньше диаметра основания конуса.
Задача, решаемая полезной моделью, направлена на создание светоизлучающего модуля с улучшенными техническими параметрами.
Технический результат, получаемый при реализации полезной модели, состоит в повышении яркости светового потока светоизлучающего модуля путем увеличения площади свечения.
Технический результат достигается тем, что в конусном светоизлучающем модуле для светотехнического устройства, содержащем пассивный держатель для размещенных вдоль продольной оси модуля последовательно друг за другом: источника излучения в виде лазерной головки и выполненного из оптически прозрачного материала в форме полого конуса люминофорного преобразователя света, отстоящего от выходного светового отверстия лазерной головки на технологическом расстоянии L, в отличие от известных аналогов, держатель выполнен в виде имеющего возможность подключения к системе питания цилиндрического стакана из теплопроводящего металла, в котором лазерная головка и люминофорный преобразователь света установлены в следующей последовательности: лазерная головка установлена в держателе со стороны дна стакана и ее излучатель обращен в сторону открытого торца держателя, а преобразователь света - на выходе излучателя консольно, и при этом преобразователь света выполнен с открытым в сторону лазерного луча основанием, диаметр которого равен диаметру этого луча, и с высотой конуса, определяемой в зависимости от мощности излучателя лазерной головки в соотношении один сантиметр высоты на один ватт мощности, и снабжен цилиндрическим, свободным от люминофора пояском, которым он плотно закреплен с возможностью разъема внутри открытого торца стакана, а люминофор в нем содержится в виде нанесенного на его поверхностях определенной толщины слоя.
Дополнительные отличия заключаются в том, что в частных случаях исполнения в предлагаемом модуле:
- слой люминофора в преобразователе света нанесен на внутренние или наружные поверхности конуса;
- лазерная головка выполнена на основе полупроводникового лазерного диода;
- содержится драйвер для стабилизации работы лазерного диода, размещенный внутри держателя за лазерной головкой;
- имеется отражатель с формой светоотражающих поверхностей, образующей оптическую систему, и снабженный, как минимум, одним окном для помещения в нем держателя с расположенными в нем упомянутыми компонентами;
- на выходе отражателя установлен рассеиватель преобразованного света;
- имеются средства для увеличения дальности светового луча и его видимости, например, линзы.
На представленных чертежах: на фиг. 1 дан общий вид предлагаемого светоизлучающего модуля; на фиг. 2 дана развертка конуса - площадь свечения модуля; на фиг. 3 - пример исполнения модуля в частности, для использования в светотехническом устройстве транспортного средства.
В держателе 1 предлагаемого модуля установлены последовательно друг за другом вдоль продольной оси модуля источник излучения в виде лазерной головки 2 и люминофорный преобразователь света 3, выполненный из оптически прозрачного материала в форме полого конуса.
Держатель имеет форму цилиндрического стакана, выполненного из неокисляющегося легкого металла с высокой теплопроводностью, например из латуни или алюминия. Лазерная головка 2, выполненная на основе, например полупроводникового лазерного диода 4, размещена внутри держателя 1 со стороны его дна и ее излучатель обращен в сторону открытого торца держателя 1, а преобразователь света 3 основанием конуса размещен со стороны выхода диода 4 головки 2 на технологическом расстоянии L от него, и цилиндрическим пояском 5, плотно входящим внутрь открытого торца держателя 1, консольно крепится в нем.
Подключение модуля к источнику питания обеспечивается посредством соответствующих предусмотренных на корпусе держателя 1 средств 6.
Преобразователь света 3 выполнен с открытым в сторону лазерного луча 7 основанием, диаметр которого равен диаметру этого луча, и с высотой Н конуса, определяемой в зависимости от мощности излучения лазерной головки в соотношении 1 см на 1 Вт мощности. Следовательно, чем меньше высота конуса, тем ярче свечение люминофора и чем больше его высота, тем меньше яркость при неизменной мощности излучения. Это позволяет получать любые требуемые значения яркости люминофора, не только изменяя мощность лазерного модуля, но и высоту полого конусного прозрачного преобразователя света, что очень важно для нужд светотехнической промышленности, и способствует разработке номенклатурного типоразмерного ряда светотехнических устройств, в частности, ламп освещения.
Люминофор 8 нанесен на поверхности конуса преобразователя 3 слоем определенной толщины в зависимости от конструкции светового прибора изнутри или снаружи конуса. Так, при отсутствии у светового прибора внешнего защитного элемента, к примеру, колбы, люминофор лучше наносить изнутри прозрачного конуса с тем, чтобы люминофор не загрязнялся при эксплуатации, а при наличии такого элемента, например корпуса фары, люминофор может быть нанесен снаружи конуса.
Люминофор нанесен на конус слоем такой оптимальной толщины, при которой обеспечивается возбуждение от луча лазера как нижних, так и верхних его слоев, что повышает КПД лазерного излучения.
Получению такого эффекта способствует и выполнение основания конуса преобразователя открытым по месту входа луча 7, что обеспечивает активацию люминофора независимо от того помещен ли люминофор снаружи или внутри конуса.
В зависимости от назначения светотехнического устройства модуль может содержать:
- драйвер 9 для стабилизации работы лазерного диода, который размещается в держателе 1 за лазерной головкой 2;
- отражатель 10, имеющий форму светоотражающих поверхностей, образующую оптическую систему, и снабженный, как минимум, одним окном для размещения в нем одного держателя 1 с установленными в нем упомянутыми компонентами: лазерной головкой 2 и преобразователем света 3, причем на выходе отражателя может быть установлен рассеиватель 11 преобразованного света (фиг. 3);
- средства для увеличения дальности светового луча и его видимости, например, линзы (не показаны).
Параметры отражателя лазерной головки и технологического расстояния L определяются из условий стабильности требуемых служебных характеристик модулей, например, стабилизации вольт-амперных характеристик диода.
В частных случаях исполнения в головке 2 модуля могут быть использованы лазерные диоды различных длин волн: от ИК до УФ диапазонов, а также различные люминофорные покрытия в преобразователе 3.
Цвет излучения модуля может широко варьироваться в зависимости от применяемого лазерного диода и типа люминофора. В результате можно получать источники света широкой световой гаммы, что зачастую крайне необходимо в транспортных системах, системах иллюминации, декоративных целях.
С помощью соответствующих средств подключения 6 модуль подключается к сети питания - это может быть обычная промышленная или бытовая электросеть - и на лазерный диод 4 подается напряжение от драйвера или без него. Начинается генерация излучения в виде узкого пучка света, который попадает внутрь оптически прозрачного полого конуса преобразователя света 3 с нанесенным на него люминофором 8, преобразующим луч лазера в видимый свет.
Поскольку поверхности пояска 5 преобразователя света свободны от люминофора, обеспечивается полное прохождение оптического луча лазерной головки внутрь конуса, в отличие от прототипа, без преломления и рассеивания.
Повышение эффективности излучения света оптическим конусом достигается за счет того, что луч лазерного диода, встречая на пути своего распространения конусную поверхность с нанесенным на ее поверхность люминофором, условно разделяется на концентрические излучающие поверхности на конусе в виде светящихся колец, причем каждому кольцу соответствует условная световая трубка лазерного луча.
В идеале количество светящихся колец приближается к бесконечности, так как количество световых условных трубок также бесконечно. В итоге вся световая поверхность излучаемого конуса будет равна развертке боковой поверхности конуса, равномерно освещенной лазерным лучом (фиг. 2). Площадь этой поверхности будет равна S=l⋅2πd, где:
l - длина боковой поверхности конуса, мм;
d - диаметр лазерного луча, мм.
Благодаря совокупности существенных признаков полезной модели предлагаемый светоизлучающий модуль обладает следующими преимуществами:
- повышенная светоотдача при конструктивном упрощении и малых габаритах;
- высокая технологичность в изготовлении и эксплуатации;
- возможность применения в бытовых осветительных устройствах;
- возможность применения в промышленных осветительных установках;
- возможность применения в осветительных установках на транспорте;
Изготовление модуля не требует значительных капитальных вложений, так как он может быть изготовлен в условиях действующего производства с использованием известных технологий и универсального оборудования на основе доступных недорогих комплектующих, и может явиться экономически эффективным объектом малого бизнеса.