СВЕТОСИГНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Светосигнальное устройство
Полезная модель относится к светотехнике, в частности к светосигнальным устройствам для управления транспортными потоками.
Светосигнальное устройство состоит из источника света и оптической системы, преобразующей световой поток этого источника. Развитие указанных устройств в настоящее время идет по пути усовершенствования как источников света, так и оптических светопреобразующих систем, т.е. совместно работающих элементов устройства.
Известно светосигнальное устройство для управления транспортными потоками, разработанное фирмой HEWLETT (дскАа1п (США) 1. Указанное светосигнальное устройство содержит источник света выполненный в виде сборки светоизлучающих диодов (СИД), образующих плоскую матрицу. Тело свечения такого источника света представляет собой диск, практически полностью перекрывающий световое отверстие светосигнального устройства и формирующего световой поток с заданным углом расходимости за счет подбора СИД с соответствующими углами излучения. Это позволило отказаться от оптической светопреобразующей системы и перекрыть световое отверстие устройства нейтральным стеклом, выполняющим функцию защиты источника света от воздействия внешней среды.
Основной недостаток этого устройства состоит в том, что поскольку этот источник является источником света с неравномерной яркостью в пределах габарита светящего тела, то и само устройство имеет недостаточную равномерность распределения светового потока в пучке.
Указанный недостаок может быть устранен путем дополнительного рассеяния светового пучка, создаваемого источником света.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является светосигнальное устройство, выбранное в качестве прототипа 2, которое содержит источник света в виде сборки СИД, равномерно распределеленных по поверхности плоскостей матрицы, и светопреобразующей системырассеивателя, установленного в световом отверстии светосигнального устройства. Рассеиватель выполнен из бесцветного прозрачного материала в виде
растровой линзовой регулярной системы, внутренняя поверхность которой заполнена примыкающими друг к другу линзовыми элементами. Линзовые элементы системы выполнены в виде обращенных внутрь в сторону источника света выпуклых сферических линз. Передняя (наружняя) поверхность рассеивателя выполнена слегка выпуклой для предотвращения возможного появления световых бликов. Очевиное достоинство этой конструкции - простота изготовления растровой линзовой системы с линзовыми элементами такого типа с большой точностью по расчету.
Однако, для эффективного использования выпуклых сферических линз в данном устройстве (для обеспечения высокой равномерности распределения светового потока в пучке) угол охвата линзовых элементов должен иметь величину не менее 30° При этом толщина линзовых элементов достигает значительной величины, сравниваясь с диаметром линзы, что приводит к увеличению потерь светового потока, проходящего через рассеиватель.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель состоит в создании светосигнального устройства с источником света в виде сборки СИД, обеспечивающего высокую равномерность распределения светового потока в пучке при одновременном снижении потерь светового потока в рассеивателе.
Указанная задача реализуется за счет специальной конструкции рассеивателя, который выполнен, как и прототип, в виде растровой линзовой регулярной системы из бесцветного прозрачного материала. Внутренняя поверхность растровой линзовой системы заполнена примыкающими друг к другу линзовыми элементами. В отличие от прототипа указанные линзовые элементы имеют другой профиль, что обеспечивает, с одной стороны, рассеяние достаточное для создания необходимой равномерности распределения светового потока в пучке, а, с другой стороны, приводит к существенному снижению потерь светового потока за счет поглощения уменьшением толщины линзовых элементов и снижения рассеяния на вершине линзового элемента.
В соответствии с предлагаемой конструкцией светосигнальное устройство содержит источник света в виде сборки СИД и рассеиватель, выполненный из
бесцветного прозрачного материала в виде растровой линзовой регулярной системы,вогнутая внутренняя поверхность которой заполнена примыкающими друг к другу выпуклыми линзовыми элементами, вершины которых выполнены в виде участков поверхности эквидистантной с внешней поверхностью растровой линзовой регулярной системы, причем суммарная площадь этих участков составляет не более 20% площади внешней поверхности растровой линзовой регулярной системы. В частном случае сечения эквидистантной поверхностью линзовых элементов сферической формы рабочая грань профильного сечения линзовых элементов представляет собой сопряжение частей различных окружностей соответстующих боковой поверхности сферического линзового элемента и внешней поверхности рассеивателя.
На фиг.1 представлено схематическое изображение конкретного варианта выполнения светосигнального прибора; на фиг. 2 - форма линзовых элементов растровой линзовой регулярной системы светосигнального прибора.
Светосигнальное устройство содержит источник света 1 в виде сборки СИД 2, установленных на печатной плате в форме диска 3, и растровой линзовой регулярной системы 4, на внутренней поверхности которой сформированы выпуклые линзовые элементы 5. Линзовые элементы 5 представляют собой сечение выпуклых сферических линз (в данном конкретном случае) поверхностью 6 эквидистантной с наружней поверхностью 7 растровой линзовой регулярной системы 4; 8- рассеивающая поверхность линзового элемента 5; 9 - вершина линзового элемента.
Светосигнальное устройство работает следующим образом. При подаче на СИД 2 электропитания (электрическая схема на фиг.1 не показана) каждый СИД 2 формирует в пространстве световой пучок. Световые пучки от СИД 2 захватываются линзовой системой 4 и рассеиваются линзовыми элементами 5, формируя световой поток во внешнем пространстве. Весь световой поток проходящий через растровую линзовую систему 4 можно условно представить в виде совокупности двух потоков - светового потока, рассеянного линзовым элементом 5 и светового потока, который рассеянию не подвергся и прошел через растровую линзовую систему практически без рассеяния. При использовании для рассеяния сферических выпуклых линзовых элементов второй световой поток формируют только те лучи.
которые прошли линзовый элемент 5 в исчезающе малом пространстве вблизи вершины линзового элемента. Доля светового потока, образованного этими лучами в общем световом потоке мала и , кроме того, этот поток подвергается наибольшему ослаблению. В предлагаемой конструкции при достаточно большом угле охвата линзового элемента (характерном для толстой линзы), который определяется кривизной боковой поверхности 8 линзового элемента 5, необходимом для эффективного рассеяния проходящего через линзовый элемент света, толщина линзового элемента 5 в зоне вершины 9 уменьшена до приемлимой величины потери света в линзовом элементе 5, существенно уменьшаются в том числе и за счет снижения рассеяния. В самом общем виде линзовый элемент 5 можно представить в виде совокупности двух зон - боковой зоны рассеивания и поглощения света 8 и центральной зоны 9 - «зоны прозрачности - только поглощения.
Форма линзовых элементов, их толщина, расстояние между ними подобраны так, что обеспечивается оптимальное соотношение между расе эянием (однородностью) светового потока и пропусканием (отсутствием потерь светового потока за счет рассеяния).
При использовании предлагаемого решения в секции дорожного светофора с диаметром светового отверстия 200 и 300 мм для обеспечения световых характеристик светосигнального прибора в соответствими с ГОСТом была использована сборка из 180 СИД в зависимости от их цветности типа HLMP-ED30 и EL30 фирмы HEWLETT PACKARD и NSPG S10S фирмы NICHIA.
Экспериментально установлено, что суммарная площадь «зон прозрачности должна составлять 5-20% площади внешней поверхности растровой линзовой системы.
Предполагаемая конструкция светосигнального устройства позволяет существенно повысить равномерность распределения светового потока в пучке по сравнению с ранее используемыми конструкциями (ТУ 5217-002-0761618), снизить потери света на рассеивателя и повысить КПД светосигнального устройства.
Литература:
1.Применение светодиодов в уличных светофорах. егес.-Ь-оу, - -Sw . 1995, 26, №10, с. 84.
2.Оптическое сигнальное устройство
Свид. ПМ № 6598, МПК: F2.4Q s/bo Бюл. №5, 16.05.98.
(MiU
Заявитель:
Директор ОАО «НИИ Зе
А. И. Кобзарь