[go: up one dir, main page]

RU2674263C1 - Led illuminator - Google Patents

Led illuminator Download PDF

Info

Publication number
RU2674263C1
RU2674263C1 RU2017137689A RU2017137689A RU2674263C1 RU 2674263 C1 RU2674263 C1 RU 2674263C1 RU 2017137689 A RU2017137689 A RU 2017137689A RU 2017137689 A RU2017137689 A RU 2017137689A RU 2674263 C1 RU2674263 C1 RU 2674263C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
led
illuminator
lens
lighting
radiation
Prior art date
Application number
RU2017137689A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Павлович Гультяев
Александр Валерьевич Клюкин
Виктор Сергеевич Ковальчук
Евгений Владимирович Письменный
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения"
Priority to RU2017137689A priority Critical patent/RU2674263C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2674263C1 publication Critical patent/RU2674263C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00Lighting devices intended for fixed installation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: lighting engineering.SUBSTANCE: invention relates to the field of lighting, in particular to LED illuminators that perform functions of both lighting and signaling, in particular for illuminating the area of space observed by a television camera. Technical result is achieved due to the fact that LED sources in the amount of not less than two, each of which has an immersion lens, concentrating the radiation in solid angle α, arranged in several lines parallel to each other, and placed at the vertex of the corresponding focon line, each with two mirrored surfaces, limiting radiation with an angle β, determined by the ratio of tg(α/2):tg(β/2)=16:9 or tg(α/2):tg(β/2)=4:3, and the protective cap-lens is made flat.EFFECT: technical result is the formation of a close to a rectangular light spot of the illuminator corresponding to the image format of a television camera, namely 16:9 or 4:3.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светодиодным осветителям (светильникам, прожекторам) с симметричным светораспределением, применяемым для освещения области пространства и объектов, наблюдаемых телевизионной камерой.The invention relates to lighting equipment, namely to LED illuminators (lamps, searchlights) with symmetrical light distribution used to illuminate the area of space and objects observed by a television camera.

Формат изображения телевизионной камеры стандартизован и равен 16:9 либо 4:3. Поэтому с целью уменьшения энергетических потерь на освещение необходимо сформировать световой поток осветителя не в форме конуса с круглым пятном света, а в форме пирамиды с прямоугольным световым пятном при соотношении сторон 16:9 или 4:3.The image format of the television camera is standardized and is 16: 9 or 4: 3. Therefore, in order to reduce energy losses for lighting, it is necessary to form the luminous flux of the illuminator not in the form of a cone with a round spot of light, but in the form of a pyramid with a rectangular light spot with an aspect ratio of 16: 9 or 4: 3.

Известно «Осветительное устройство с несимметричным распределением светового потока относительно оптической оси», описанное в патенте RU 2137978 (опубл. 20.09.1999 г.). Световой поток в указанном устройстве формируется следующим образом: сначала излучение проходит линзы - конденсоры, затем линзовый растр - рассеиватель и далее - две оптические поверхности линз-секций внешнего рассеивателя с взаимно перпендикулярными оптическими осями. В результате создается неравномерное распределение света в вертикальной плоскости.Known "Lighting device with an asymmetric distribution of the light flux relative to the optical axis" described in patent RU 2137978 (publ. 09/20/1999). The luminous flux in the specified device is formed as follows: first, the radiation passes through the lenses - capacitors, then the lens raster - the diffuser, and then the two optical surfaces of the lens sections of the external diffuser with mutually perpendicular optical axes. The result is an uneven distribution of light in the vertical plane.

Известен также «Формирователь светового луча», патент RU 2456503, (опубл. 10.05.2011 г.), предназначенный для придания вытянутой формы лучу света. Устройство содержит линзу, имеющую ось, входной диоптр (поверхность) и выходной диоптр (поверхность). Выходной диоптр содержит первую собирающую секцию, вторую собирающую секцию и рассеивающую секцию, соединяющую упомянутые первую и вторую собирающие секции. Выходной диоптр содержит осесимметричную непрерывную поверхность, выполненную вокруг оси вращения, перпендикулярную к упомянутой оси.Also known is “Light beam shaper”, patent RU 2456503, (published May 10, 2011), intended to give an elongated shape to a light beam. The device comprises a lens having an axis, an input diopter (surface) and an output diopter (surface). The output diopter comprises a first collecting section, a second collecting section and a scattering section connecting said first and second collecting sections. The output diopter contains an axisymmetric continuous surface, made around the axis of rotation, perpendicular to the axis.

Недостатком обоих вышеуказанных известных устройств является то, что они не формируют симметричного распределения светового потока со световым пятном необходимой формы.The disadvantage of both of the above known devices is that they do not form a symmetric distribution of the light flux with a light spot of the required shape.

Наиболее близким к заявляемому устройству является «Осветительное устройство», патент RU 2499184 (опубл. 20.11.2013 г.). Известное устройство содержит корпус с размещенными в нем элементами питания и подключения, светодиодные источники света, смонтированные на теплопроводящем основании, установленном в тепловом контакте с корпусом, и защитный колпак-линзу. Защитный колпак-линза выполнен в форме параболлоида вращения с вдавленной вершиной, наружная и внутренняя поверхности которого образованы вращением части параболы, отсекаемой прямой, параллельной оси параболы и отстоящей на расстоянии А от нее, причем упомянутая прямая является осью вращения.Closest to the claimed device is "Lighting device", patent RU 2499184 (publ. November 20, 2013). The known device comprises a housing with power and connection elements placed therein, LED light sources mounted on a heat-conducting base installed in thermal contact with the housing, and a protective cap lens. The protective lens cap is made in the form of a paraboloid of revolution with a depressed apex, the outer and inner surfaces of which are formed by the rotation of a part of the parabola that is cut off by a straight line parallel to the axis of the parabola and spaced A apart from it, the said straight line being the axis of rotation.

Недостатком прототипа является то, что известное устройство также не формирует симметричного распределения светового потока необходимой формы, и кроме того, защитный колпак-линза сложен в изготовлении (особенно из твердых и хрупких материалов).The disadvantage of the prototype is that the known device also does not form a symmetric distribution of the light flux of the required shape, and in addition, the protective cap lens is difficult to manufacture (especially from hard and brittle materials).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание светодиодного осветителя со световым потоком, имеющим близкую к прямоугольной форму светового пятна.The problem to which the invention is directed, is the creation of an LED illuminator with a light flux having a rectangular spot shape of a light spot.

Техническим результатом является формирование близкой к прямоугольной формы пятна излучаемого света, соответствующего формату изображения телевизионной камеры, а именно 16:9 или 4:3.The technical result is the formation of a near-rectangular shape of a spot of emitted light corresponding to the image format of a television camera, namely 16: 9 or 4: 3.

Всякий другой формат светового потока (светового пятна), например, круглый, приводит к снижению качества телевизионного изображения и излишним энергозатратам.Any other format of the light flux (light spot), for example, round, leads to a decrease in the quality of the television image and excessive energy consumption.

Это достигается тем, что осветитель светодиодный, состоящий из корпуса с размещенными в нем элементами питания и подключения, светодиодными источниками и защитного колпака-линзы, отличается тем, что светодиодные источники, в количестве не менее двух, на каждом из которых установлена иммерсионная линза, концентрирующая излучение в телесном угле α, расположены в несколько строк, параллельных друг другу, и помещены в вершину соответствующего каждой строке фокона, имеющего две зеркальные поверхности, ограничивающие излучение углом β, определяемым соотношением tg(α/2):tg(β/2)=16:9 или tg(α/2):tg(β/2)=4:3, а колпак-линза выполнен плоским.This is achieved by the fact that the LED illuminator, consisting of a housing with power and connection elements placed in it, LED sources and a protective lens cap, is characterized in that at least two LED sources, each of which has an immersion lens concentrating radiation in the solid angle α, are arranged in several lines parallel to each other, and placed at the top of the focon corresponding to each line, which has two mirror surfaces restricting the radiation to angle β, by the relation tg (α / 2): tg (β / 2) = 16: 9 or tg (α / 2): tg (β / 2) = 4: 3, and a lens-cap is flat.

Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами, где:The essence of the invention is illustrated by graphic materials, where:

на фиг. 1 изображено сечение А-А заявляемого осветителя;in FIG. 1 shows a section AA of the inventive illuminator;

на фиг. 2 - фронтальный вид осветителя;in FIG. 2 - front view of the illuminator;

на фиг. 3 - диаграммы излучения осветителя;in FIG. 3 - radiation diagrams of the illuminator;

на фиг. 4 - формат светового пятна осветителя.in FIG. 4 - format of the light spot of the illuminator.

Осветитель светодиодный (см. фиг. 1, 2) состоит из корпуса 1, в котором установлены элементы 2 питания, элемент 3 подключения, светодиодные источники 4, защитный колпак-линза 5, иммерсионные линзы 6 и один из фоконов 7 с двумя зеркальными поверхностями. Плоскость сечения (А-А) перпендикулярна линиям строк светоизлучающих светодиодных источников 4, каждый из которых может состоять как из одиночного кристалла светодиода, так и из нескольких кристаллов.The LED illuminator (see Fig. 1, 2) consists of a housing 1, in which power elements 2, a connection element 3, LED sources 4, a protective lens cap 5, immersion lenses 6 and one of the foci 7 with two mirror surfaces are installed. The section plane (AA) is perpendicular to the lines of the lines of the light emitting LED sources 4, each of which may consist of a single LED crystal or several crystals.

На фиг. 2 показан фронтальный вид взаимного расположения корпуса 1, светодиодных источников 4, колпака-линзы 5, иммерсионных линз 6 и фоконов 7 с зеркальными поверхностями.In FIG. 2 shows a front view of the relative position of the housing 1, the LED sources 4, the lens cap 5, the immersion lens 6 and the focons 7 with mirror surfaces.

Осветитель светодиодный формирует симметричный световой поток, образующий световое пятно с формой, близкой к прямоугольной и соотношением сторон 16:9 (или 4:3), следующим образом.The LED illuminator generates a symmetrical luminous flux forming a light spot with a shape close to rectangular and an aspect ratio of 16: 9 (or 4: 3), as follows.

Через элемент 3 подключения внешнее напряжение питания подается на элементы 2 питания, преобразующие и стабилизирующие ток для светодиодных источников 4.Through the connecting element 3, an external supply voltage is supplied to the power elements 2, converting and stabilizing the current for LED sources 4.

Каждый из светодиодных источников 4 снабжен иммерсионной линзой 6, концентрирующей излучение в угле α.Each of the LED sources 4 is equipped with an immersion lens 6, concentrating radiation in the angle α.

Если конструктивно изменять расстояние между излучающей поверхностью кристалла светодиода и фокусом иммерсионной линзы 6, можно получать различный телесный угол излучения α. На практике он может лежать в интервале от 30° до 110°.If you constructively change the distance between the emitting surface of the LED crystal and the focus of the immersion lens 6, you can get a different solid angle of radiation α. In practice, it can range from 30 ° to 110 °.

Таким образом можно формировать необходимую ширину светового пятна по одной оси, например, слева направо. Такая ориентация светового пятна вполне оправдана, так как изображение, формируемое телевизионной камерой, также имеет верх, низ, лево и право.Thus, it is possible to form the necessary width of the light spot along one axis, for example, from left to right. This orientation of the light spot is justified, since the image formed by the television camera also has top, bottom, left and right.

Для того чтобы сформировать размер светового пятна по другой оси (верх - низ), светодиодных источников 4 должно быть не менее двух в каждой строке и они должны располагаться в вершинах соответствующих фоконов 7 с двумя зеркальными поверхностями. Эти поверхности ограничивают световой поток, излучаемый в угле α, углом β. При этом угол α, как правило, выбирают равным или большим максимального угла поля зрения телевизионной камеры. Для определения угла β с достаточной для практики точностью следует использовать соотношение tg(α/2):tg(β/2)=16:9, или tg(α/2):tg(β/2)=4:3.In order to form the size of the light spot along the other axis (top - bottom), the LED sources 4 must be at least two in each row and they must be located at the vertices of the corresponding foci 7 with two mirror surfaces. These surfaces limit the luminous flux emitted in angle α to angle β. Moreover, the angle α, as a rule, is chosen equal to or greater than the maximum angle of the field of view of the television camera. To determine the angle β with accuracy sufficient for practice, one should use the ratio tg (α / 2): tg (β / 2) = 16: 9, or tg (α / 2): tg (β / 2) = 4: 3.

Увеличение количества светодиодных источников в строке больше 2-х не влияет на форму диаграммы излучения. Поскольку эти источники излучают не когерентный, а диффузный свет, то их световые потоки складываются в пространстве, на расстоянии больше 10 длин строк осветитель можно считать точечным источником. Максимально допустимое количество светодиодных источников в строке и количество строк в осветителе определяется его необходимой мощностью и удобством их питания и управления.An increase in the number of LED sources in a row of more than 2 does not affect the shape of the radiation pattern. Since these sources do not emit coherent, but diffuse light, their light fluxes add up in space, at a distance of more than 10 line lengths, the illuminator can be considered a point source. The maximum allowable number of LED sources per line and the number of lines in the illuminator is determined by its required power and the convenience of their power and control.

На фиг. 3 показаны телесные углы излучения (диаграммы) светодиодного осветителя в требуемом формате в декартовых координатах. Оптическая ось излучения осветителя перпендикулярна его фронтальной проекции.In FIG. Figure 3 shows the solid angles of radiation (diagrams) of the LED illuminator in the required format in Cartesian coordinates. The optical axis of the illuminator radiation is perpendicular to its frontal projection.

На фиг. 4 показана форма светового пятна осветителя и пунктиром показан формат изображения телевизионной камеры с соотношением сторон 16:9.In FIG. 4 shows the shape of the light spot of the illuminator and the dotted line shows the image format of a television camera with an aspect ratio of 16: 9.

Существенным преимуществом заявляемого осветителя является плоская форма колпака-линзы. Это особенно важно для осветителей, рассчитанных на работу под высоким давлением, что требует применения труднообрабатываемых неотливаемых материалов, например, закаленных стекол или лейкосапфира. Плоская форма колпака-линзы также предпочтительна для проектирования осветителей на ультрафиолетовых длинах волн, или в инфракрасном диапазоне, когда применение поликарбонатов и других органических материалов невозможно.A significant advantage of the inventive illuminator is the flat shape of the lens cap. This is especially important for high-pressure illuminators, which requires the use of hard-to-handle non-cast materials, such as tempered glass or leucosapphire. The flat shape of the lens cap is also preferable for the design of illuminators at ultraviolet wavelengths, or in the infrared range, when the use of polycarbonates and other organic materials is impossible.

Поскольку ни корпус 1, ни элементы 2, 3 питания и подключения не влияют на достигаемый результат, то они выполнены, исходя исключительно из условий эксплуатации осветителя, эффективности отвода тепла от светодиодных источников 4 и эффективности теплообмена корпуса 1 с внешней средой. Спроектированный, изготовленный и испытанный опытный образец показал реализуемость и соответствие параметров заявленному результату.Since neither case 1, nor power and connection elements 2, 3 affect the achieved result, they are made solely on the basis of the operating conditions of the illuminator, the efficiency of heat removal from the LED sources 4, and the efficiency of heat exchange of the case 1 with the external environment. Designed, manufactured and tested prototype showed the feasibility and compliance of the parameters with the declared result.

АО «НИИ телевидения»JSC “Research Institute of Television”

Гультяев Юрий Павлович, С-Пб, ул. Грибалевой, д. 8, кв. 48, 194100Gultyaev Yuri Pavlovich, St. Petersburg, ul. Gribaleva, d. 8, apt. 48, 194100

Клюкин Александр Валерьевич, Ленинградская обл., г. Никольское, ул. Первомайская, д. 17, корп. 2, кв. 804, 187026Klyukin Alexander Valerievich, Leningrad Region, Nikolskoye, st. Pervomaiskaya, d. 17, bldg. 2, apt. 804, 187026

Ковальчук Виктор Сергеевич, С-Пб, ул. 2-я Советская, д. 14/4, кв. 2, 191036Kovalchuk Victor Sergeevich, St. Petersburg, ul. 2nd Sovetskaya, d. 14/4, apt. 2, 191036

Письменный Евгений Владимирович, С-Пб, ул. Байконурская, д. 19, корп. 1, кв. 3, 197202Written Evgeny Vladimirovich, St. Petersburg, ul. Baikonurskaya, d. 19, building. 1, apt. 3, 197202

Claims (1)

Осветитель светодиодный, состоящий из корпуса с размещенными в нем элементами питания и подключения, светодиодными источниками (модулями, светодиодами), излучающими в телесном угле α, и защитного колпака-линзы, отличающийся тем, что светодиодные источники в количестве не менее двух расположены в несколько строк, параллельных друг другу, и помещены в вершину соответствующего каждой строке фокона, имеющего две зеркальные поверхности, ограничивающие излучение светодиодных источников углом β, определяемым соотношением tg(α/2):tg(β/2)=16:9 или tg(α/2):tg(β/2)=4:3, а защитный колпак-линза выполнен плоским.LED illuminator, consisting of a housing with power and connection elements placed in it, LED sources (modules, LEDs) radiating in solid angle α, and a protective lens cap, characterized in that at least two LED sources are arranged in several rows parallel to each other, and placed at the top of the focon corresponding to each row, having two mirror surfaces restricting the emission of LED sources to an angle β determined by the ratio tg (α / 2): tg (β / 2) = 16: 9 or tg (α / 2 ): tg (β / 2) = 4: 3, and the protective lens cap is flat.
RU2017137689A 2017-10-27 2017-10-27 Led illuminator RU2674263C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137689A RU2674263C1 (en) 2017-10-27 2017-10-27 Led illuminator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137689A RU2674263C1 (en) 2017-10-27 2017-10-27 Led illuminator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2674263C1 true RU2674263C1 (en) 2018-12-06

Family

ID=64603891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137689A RU2674263C1 (en) 2017-10-27 2017-10-27 Led illuminator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2674263C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU167327A1 (en) * 1963-07-11 1964-11-30 FOCON
RU2047191C1 (en) * 1993-03-15 1995-10-27 Российский институт радионавигации и времени Concentrator
RU2137978C1 (en) * 1998-03-26 1999-09-20 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Lighting fixture with asymmetric distribution of light flux relative to optical axis
JP2006092983A (en) * 2004-09-27 2006-04-06 Enplas Corp Light emitting device, surface light source device, display device, and light flux controlling member
RU2456503C2 (en) * 2007-04-05 2012-07-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Light beam former
RU2499184C1 (en) * 2012-05-18 2013-11-20 Закрытое акционерное общество "Производственное объединение "Электроточприбор" Lighting device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU167327A1 (en) * 1963-07-11 1964-11-30 FOCON
RU2047191C1 (en) * 1993-03-15 1995-10-27 Российский институт радионавигации и времени Concentrator
RU2137978C1 (en) * 1998-03-26 1999-09-20 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Lighting fixture with asymmetric distribution of light flux relative to optical axis
JP2006092983A (en) * 2004-09-27 2006-04-06 Enplas Corp Light emitting device, surface light source device, display device, and light flux controlling member
RU2456503C2 (en) * 2007-04-05 2012-07-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Light beam former
RU2499184C1 (en) * 2012-05-18 2013-11-20 Закрытое акционерное общество "Производственное объединение "Электроточприбор" Lighting device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10295150B2 (en) Asymmetrical optical system
RU2636754C2 (en) Illuminator with led and improved reflective collimator
JP6096180B2 (en) Light emitting diode light source
US9995872B2 (en) Light mixing systems with a glass light pipe
US20160313563A1 (en) Light Mixing Lenses And Systems
US20130235580A1 (en) Asymmetrical Optical System
EP2671755B1 (en) Lighting device comprising an array of optoelectronic sources
TW200916692A (en) LED-based luminaire with adjustable beam shape
CN102654268A (en) LED (Light-Emitting Diode) lens device, LED lens device module and LED lamp device
US10295151B2 (en) Optical member for spot flood lights
KR102050653B1 (en) Light emitting diode lamp
CN102980133A (en) Photo-shaping by LED light source
US10955111B2 (en) Lens and lamp having a lens
Timinger et al. Designing tailored free-form surfaces for general illumination
WO2014060892A1 (en) Lighting device for indirect illumination
CN204986700U (en) LED spotlight
EP2924348B1 (en) Lighting apparatus
CN110425494A (en) A kind of high evenness LED lens mould group, light emitting structure and lamps and lanterns
RU2674263C1 (en) Led illuminator
CN105953175B (en) Projecting lamp lens, have light-emitting module and projecting lamp of this projecting lamp lens
US10995944B2 (en) Illumination module for emitting light directed in parallel
US11480314B2 (en) Light collimation assembly and light emitting devices
CN104246358B (en) remote beam shaping
JP5386600B2 (en) Illuminator and illumination method
KR20190016164A (en) LED searchlight