КОМБИНИРОВАННЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ПРОЖЕКТОР
COMBINED LED SPOTLIGHT

Изобретение относится к области светотехники, в частности к поисковым и осветительным прожекторам с излучением в различных диапазонах волн твердотельными полупроводниковыми источниками, и может быть использовано для поиска и наблюдения объектов при установке на транспортные средства.
Прожекторы, предназначенные для поиска и наблюдения объектов, должны обеспечивать формирование высокоинтенсивного светового излучения в видимом, инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом диапазонах волн. Использование прожектора в качестве источника ИК-излучения в сочетании с ИК-аппаратурой обеспечивает скрытное наблюдения объектов в темное время суток.
Известен светодиодный прожектор (патент RU 99592, МПК F21S 8/00, опублик. 20.11.2010), содержащий защитный корпус с прозрачным колпаком, внутри которого размещены элементы схемы электрического питания, оптическую систему, радиатор и светоизлучающие диоды, установленные на плате, выполненной в виде многослойной структуры, которая содержит последовательно расположенные слои диэлектрического материала и металла, на которых выполнена топология печатной платы, и которая расположена на теплоотводящей основе, размещенной на радиаторе.
Известен модульный светодиодный прожектор (патент RU 2510644, МПК F21S 13/00, опублик. 10.04.2014), содержащий защитный корпус, в котором установлены светодиодные модули, блок питания, каждый светодиодный модуль содержит оптическую систему со светодиодными секторами, включающими светодиоды, линзы и теплопроводящие печатные платы на основе алюминия, при этом светодиоды установлены в фокусе линз, светодиодный модуль холодного резервирования и вертикальные и горизонтальные регуляторы положения оптической системы, а светодиодные модули размещены на несущем основании, выполненном в виде единой ровной детали или в виде сварной рамы на металлической основе с алюминиевыми теплоотводами, а преобразователь напряжения расположен либо непосредственно в корпусе радиатора модуля, либо в отдельном корпусе, каждый сектор дополнительно содержит съемные разборные фокусирующие сборки, индивидуальные для каждого светодиода, закрывающие пластины, причем фокусирующие сборки состоят из асферической линзы и держателя на основе из поликарбоната.
За прототип заявляемого изобретения принято решение по патенту RU 2274801, МПК F21S 8/10, F21Y 101/00 от 20.04.2006 «Многоцветный комбинированный прожектор-фара». Многоцветный комбинированный прожектор-фара содержит корпус с ребрами охлаждения и перекрывающий выходное отверстие прозрачный защитный элемент, средства токопровода с внутренним размещением пластин-держателей с лампами и диодными излучателями в виде ИК-диодов, белых и цветных светодиодов, часть которых помещена в фокусы плоских линз Френеля, изготовленных в шахматном порядке на прозрачной пластмассовой пластине, установленной около выходного отверстия прожектора-фары, на каждом участке прозрачной пластмассовой пластины между четырьмя плоскими линзами Френеля в ее середине и между двумя линзами Френеля на ее краях установлены дополнительные излучатели, электрическое соединение и подключение которых выполнено автономно и независимо от остальных типов излучателей.
Основным недостатком известных технических решений является то, что оптическая система, в основном определяющая габаритно-массовые характеристики прожектора, состоит из оптических подсистем, формирующих световой поток для каждой группы светодиодов определенной длины волн излучения или использующихся для светодиодов холодного резервирования. Следовательно, при работе прожектора в определенном режиме излучения задействуется только часть оптической системы, что уменьшает КПД прожектора, значение которого при равных других параметрах зависит от соотношения числа светодиодов различных длин волн излучения.
Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик комбинированного светодиодного прожектора с переключением между режимами излучения в различных диапазонах волн.
Технический результат изобретения заключается в увеличении КПД комбинированного светодиодного прожектора за счет использования единой оптической системы для каждой группы однотипных светодиодов заданного диапазона волн излучения.
Достигается технический результат за счет того, что в комбинированный светодиодный прожектор, содержащий корпус с прозрачным защитным элементом, внутри которого размещены основание-держатель со светодиодами, имеющими различные диапазоны длин волн излучения, причем однотипные светодиоды объединены в группы, и оптическая система, включающая линзы, согласно изобретению дополнительно введены блок перемещения и фиксации, соединенный с основанием-держателем, система охлаждения светодиодов и блок питания и управления, соединенный с каждой группой светодиодов и блоком перемещения и фиксации. В оптическую систему дополнительно введены блок рефлекторов, соединенный с корпусом неподвижным соединением, причем количество рефлекторов в блоке соответствует количеству линз, и рамка, объединяющая линзы в единый блок линз, соединенный с блоком рефлекторов, который, в свою очередь, соединен с основанием-держателем подвижным соединением, выполненным с возможностью смещения основания-держателя относительно блока рефлекторов для соосного расположения группы однотипных светодиодов относительно входных отверстий рефлекторов, причем количество светодиодов в каждой группе соответствует количеству рефлекторов.
Технический результат достигается и тем, что:
блок питания и управления выполнен с возможностью управления яркостью светодиодов в режиме стробоскопирования и регулирования осевой силы света прожектора;
прожектор включает соединенный с блоком питания и управления датчик температуры, который установлен на основании-держателе;
блок питания и управления выполнен с возможностью подключения к сети постоянного тока и получения команд от внешних источников;
блок питания и управления выполнен с возможностью получения команд от внешних источников;
блок перемещения и фиксации выполнен с возможностью ручного управления;
прожектор включает линейный привод, соединенный с блоком питания и управления, выполненным с возможностью управления его работой, и блоком линз, соединение которого с блоком рефлекторов выполнено с возможностью линейного перемещения вдоль оси корпуса;
линейный привод выполнен с возможностью ручного управления;
на основании-держателе установлены не менее одной группы однотипных светодиодов видимого диапазона волн излучения и/или группа однотипных светодиодов инфракрасного диапазона волн излучения, и/или группа однотипных светодиодов ультрафиолетового диапазона волн излучения;
на основании-держателе установлена не менее одной группы однотипных светодиодов холодного резервирования видимого диапазона волн излучения и/или инфракрасного диапазона волн излучения, и/или ультрафиолетового диапазона волн излучения;
подвижное соединение основания-держателя с блоком рефлекторов выполнено с возможностью вращения основания-держателя вокруг оси, перпендикулярной к плоскости основания-держателя;
подвижное соединение основания-держателя с блоком рефлекторов выполнено с возможностью линейного перемещения основания-держателя в его плоскости;
система охлаждения светодиодов включает радиатор;
корпус имеет не менее одного воздушного канала, защищенного сеткой и/или фильтром;
система охлаждения включает не менее одного вентилятора, соединенного с блоком питания и управления, который выполнен с возможностью управления его работой;
блок линз содержит асферические линзы или линзы Френеля, или плосковыпуклые линзы;
поверхности каждой линзы имеют просветляющее покрытие;
внутренняя поверхность прозрачного защитного элемента имеет просветляющее покрытие;
внешняя поверхность прозрачного защитного элемента имеет упрочняющее покрытие;
между корпусом и прозрачным защитным элементом установлен уплотнитель из эластичного материала;
прожектор имеет U-образный кронштейн с креплением к сторонам корпуса и возможностью поворота относительно оси, проходящей через отверстия креплений, и оси основания кронштейна;
корпус включает крышку;
основание-держатель выполнено из теплопроводного материала;
прожектор выполнен с возможностью пылевлагозашиты светодиодов и оптической системы.
Вариант исполнения комбинированного светодиодного прожектора согласно изобретению показан на чертежах, на которых представлены:
на фиг. 1 - общий вид;
на фиг. 2 - структурная кинематическая схема;
на фиг. 3 - структурная электрическая схема;
на фиг. 4 - вид сверху основания-держателя.
Прожектор (фиг. 1, 2) включает корпус 1, прозрачный защитный элемент 2, основание-держатель 3 со светодиодами, оптическую систему, блок 4 питания и управления, блок 5 перемещения и фиксации, линейный привод 6, датчик 7 температуры, систему охлаждения и кронштейн 8.
Корпус 1 является несущей конструкцией прожектора, в свой состав включает крышку 9 и имеет воздушный канал 10, защищенный сеткой и/или фильтром для предотвращения загрязнения системы охлаждения. Корпус 1 может быть выполнен из металла или пластмассы. В выходном отверстии корпуса 1 закреплен прозрачный защитный элемент 2. Между корпусом 1 и прозрачным защитным элементом 2 установлен уплотнитель из эластичного материала.
Прозрачный защитный элемент 2 предназначен для пылевлагозащиты светодиодов и оптической системы. Он может быть выполнен из стекла или оргстекла, внутренняя поверхность которого имеет просветляющее покрытие, а внешняя поверхность - упрочняющее покрытие.
Оптическая система прожектора предназначена для фокусирования излучения от однотипных светодиодов в узкий поток излучения с изменяемым углом расхождения луча. Оптическая система прожектора включает соединенные блок 11 рефлекторов, закрепленный в корпусе 1, и блок 12 линз, причем каждая соответствующая пара рефлектора и линзы образует оптическую систему, в фокусе которой находится один светодиод. Блок 12 линз включает рамку 13, в которой установлены линзы 14, выполненные из материала, прозрачного для всего диапазона длин волн излучения светодиодов. В качестве линз 14 могут быть использованы асферические линзы или линзы Френеля, или плосковыпуклые линзы. Поверхности линз 14 имеют просветляющее покрытие. В данном варианте прожектора блок 12 линз соединен с блоком 11 рефлекторов посредством кинематической пары, включающей не менее одной втулки или ролика, закрепленной на блоке 11 рефлекторов, и не менее одного штыря или оси, закрепленного на блоке 12 линз. Перемещение блока линз в пределах заданной области фокусировки позволяет одновременно для всех оптических систем светодиодов устанавливать одинаковый угол расхождения луча. Изменение положения блока 12 линз обеспечивает линейный привод 6.
Система охлаждения (фиг. 2) реализует активный способ отвода тепла от светодиодов и включает радиатор 15, соединенный с основанием-держателем 3, и не менее одного вентилятора 16, работой которого управляет блок 4 питания и управления. Радиатор 15 представляет собой ребристую конструкцию, изготовленную из теплопроводного материала.
Основание-держатель 3 (фиг. 2, 4) предназначено для размещения светодиодов, радиатора 15 системы охлаждения и датчика 7 температуры. Оно выполнено из теплопроводного материала для обеспечения теплоотвода от светодиодов к системе охлаждения. Светодиоды отличаются диапазоном длин волн излучения, причем однотипные светодиоды объединены в группы, например группу 17 однотипных светодиодов видимого диапазона волн излучения, группу 18 однотипных светодиодов инфракрасного диапазона волн излучения и группу 19 однотипных светодиодов ультрафиолетового диапазона волн излучения. Количество светодиодов в каждой группе соответствует количеству рефлекторов, а количество групп соответствует количеству режимов излучения прожектора. Дополнительно на основании-держателе 3 может устанавливаться не менее одной группы 20 однотипных светодиодов холодного резервирования.
Основание-держатель 3 соединено с блоком 11 рефлекторов подвижным соединением 21, выполненным с возможностью смещения основания-держателя 3 относительно блока 11 рефлекторов в заданное положение, которое в совокупности с порядком размещения группы однотипных светодиодов, обеспечивает соосное расположение светодиодов этой группы относительно входных отверстий рефлекторов блока 11 рефлекторов. Подвижное соединение 21 представляет собой подшипник и опорные ролики, закрепленные на основании-держателе 3, и ось вращения, закрепленную на блоке 11 рефлекторов, которое обеспечивает вращение основания-держателя 3 вокруг оси. Для обеспечения пылезащищенности оптической системы и светодиодов по периметру основания-держателя 3 установлен пыльник 22.
Блок 5 перемещения и фиксации (фиг. 2) предназначен для изменения и фиксации положения основания-держателя 3 относительно блока 11 рефлекторов, которое обеспечивает расположение одной из групп 17, 18, 19 или 20 однотипных светодиодов, соответствующих заданному режиму излучения прожектора, по оси входных отверстий рефлекторов. Блок 5 перемещения и фиксации представляет собой электропривод с датчиком положения и фиксатором, соединенный с корпусом 1 и основанием-держателем 3 посредством зубчатой передачи. Блок 5 может быть выполнен с возможностью ручного управления.
Блок 4 питания и управления (фиг. 3) предназначен для питания и управления работой групп 17, 18, 19 и 20 однотипных светодиодов, блока 5 перемещения и фиксации, линейного привода 6 и вентилятора 16 на основе команд и сигналов, поступающих от датчиков прожектора, в том числе от внешних источников, например пульта управления. Блок 4 питания и управления представляет собой электронное устройство с микроконтроллером, драйверами питания светодиодов, драйверами управления блоками и системами прожектора, в котором запрограммированы все алгоритмы для осуществления управления процессами, происходящими в прожекторе. Блок 4 питания и управления по средствам разъема подключен к сети постоянного тока и выполняет такие функции как:
включение/выключение прожектора;
выбор одной из групп однотипных светодиодов, соответствующих заданному режиму излучения прожектора;
подача питания и регулирование тока выбранной группы светодиодов;
контроль и управление блоком перемещения и фиксации;
контроль и регулирование параметров излучения (угол расхождения луча, яркость, частота и скважность в режиме стробоскопирования);
контроль и регулирование температуры нагрева основания-держателя со светодиодами.
Линейный привод 6 предназначен для изменения положения и фиксации блока 12 линз относительно блока 11 рефлекторов вдоль оси корпуса, которое обеспечивает заданный угол расхождения луча. Линейный привод 6 может быть выполнен с возможностью ручного управления.
Датчик 7 температуры (фиг. 3) предназначен для измерения и передачи в блок питания и управления температуры нагрева основания-держателя, который представляет собой, например, термопару, терморезистор или цифровой датчик температуры.
Кронштейн 8 (фиг. 1), прикрепленный к сторонам корпуса 1, обеспечивает возможность поворота прожектора относительно оси, проходящей через отверстия креплений, и оси основания кронштейна и представляет собой U-образную конструкцию, изготовленную из металла.
Функционирование прожектора происходит следующим образом.
При подключении прожектора к сети постоянного тока подается питание на блок 4 питания и управления. От внешнего пульта управления в блок 4 питания и управления поступает команда, определяющая включение прожектора в одном из режимов излучения (видимое или инфракрасное, или ультрафиолетовое), а также параметры этого излучения (режим стробоскопирования, яркость, угол расхождения луча). Блок 4 питания и управления выдает команду в блок 5 перемещения и фиксации, который перемещает и фиксирует основание-держатель 3 в положении, обеспечивающем соосное расположение задействованной группы однотипных светодиодов относительно входных отверстий рефлекторов блока 11 рефлекторов. Затем блок 4 питания и управления подает питание на одну из групп 17, 18, 19 однотипных светодиодов, соответствующих режиму и параметрам излучения прожектора. Также блок 4 питания и управления выдает команду в линейный привод 6, который перемещает блок 12 линз в положение, соответствующее заданному углу расхождения потока излучения прожектора, а также при нагреве основания-держателя 3 до определенной температуры подает питание на вентилятор 16. Данные о нагреве основания-держателя 3 со светодиодами от датчика 7 температуры поступают в блок 4 питания и управления, который с учетом величины нагрева изменяет параметры питания светодиодов и скорости вращения вентилятора 16.
При поступлении команды на изменение режима излучения прожектора блок 4 питания и управления отключает питание активной группы однотипных светодиодов и подает питание на группы однотипных светодиодов, соответствующих выбранному режиму излучения прожектора, а также выдает команду в блок 5 перемещения и фиксации, который перемещает и фиксирует основание-держатель 3 в положении, которое обеспечивает соосное расположение вновь выбранной группы однотипных светодиодов относительно входных отверстий рефлекторов, и фиксирует это положение основания-держателя 3. Затем блок 4 питания и управления подает питание на группу светодиодов, соответствующих выбранному режиму излучения прожектора.
При поступлении команды на изменение угла расхождения потока излучения прожектора блок 4 питания и управления выдает команду в линейный привод 6, который перемещает блок 12 линз в положение, соответствующее заданному параметру излучения.
В случае разрыва цепи питания активных светодиодов при наличии резервной группы 20 однотипных светодиодов блок 4 питания и управления выдает в блок 5 перемещения и фиксации команду на заданное перемещение основания-держателя 3 и подает питание на выбранную группу светодиодов.
При снятии питания с блока 4 питания и управления происходит выключение прожектора.
Заявленное изобретение реализовано в опытном образце комбинированного светодиодного прожектора, исследование которого подтверждает увеличение КПД прожектора за счет полного использования оптической системы для каждого режима излучения и увеличения числа режимов излучения за счет возможности дополнительного размещения групп однотипных светодиодов. Дополнительно использование предложенного изобретения позволяет увеличить надежность прожектора за счет реализации холодного резервирования светодиодов.