Комбинированный прожектор

Прожектор предназначен для освещения при поиске и наблюдении удаленных объектов, для использования в светосигнальных комплексах аэродромов, на кораблях, архитектурного освещения. Прожектор содержит корпус с перекрытым рамкой с защитным стеклом или светофильтром выходным отверстием, собранные в нем параболоидный зеркальный отражатель с осевым "слепым" отверстием, в котором аксиально установлен патрон с лампой, располагаемой в фокусе отражателя, и средства токоподвода к источнику питания или к преобразователю питающей сети. В зоне выходного и "слепого" отверстия на оптической оси прожектора аксиально с лампой установлен светодиодный блок-насадка, выполненный в виде печатной платы со светодиодами, оптические оси которых параллельны оптической оси прожектора. Плата с преобразователем размещена в цилиндрическом стакане из теплопроводного материала с плоским дном, на наружной поверхности которого установлены светодиоды, выполняющим функции радиатора. Технический результат - повышение эффективности и дальности действия прожектора, улучшение его излучательных и теплофизических характеристик, расширение функциональных возможностей. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к светотехнике, в частности, к поисковым и осветительным прожекторам преимущественно с узким пучком излучения видимого или ИК-излучения, у которых в качестве источников света использованы галогенные или традиционные лампы накаливания либо коротко-дуговые ксеноновые газоразрядные лампы.

Подобные устройства предназначены для поиска и наблюдения удаленных объектов с эксплуатацией на специальных транспортных средствах. Прожекторы могут быть использованы в светосигнальных комплексах аэродромов, вертодромов или на кораблях, а также в архитектурном освещении.

Известно прожекторное устройство [1] с лампой на светодиодах, используемое в качестве светофора, содержащее зеркальный параболоидный отражатель с осевым "слепым" отверстием, в котором аксиально на оптической оси установлена лампа на светодиодах в форме сферического монтажного элемента, светящее тело которой расположено в световом центре отражателя.

Недостатки аналога связаны с неудовлетворительными светотехническими характеристиками устройства, невозможностью получения узких пучков излучения из-за увеличенных габаритов светящего тела лампы (~80-100 мм) и, как следствие, расположения светодиодов вне фокуса отражателя.

Известен прожектор [2], содержащий корпус, перекрытый защитным стеклом или ИК-фильтром, параболоидный зеркальный отражатель, в осевом "слепом" отверстии которого аксиально установлен патрон с лампой накаливания, светящее тело которой расположено в фокусе отражателя.

Недостатки прототипа обусловлены низкой эффективностью прожектора из-за больших потерь в ИК-фильтре, а значит, невысокой дальностью обнаружения и наблюдения объектов, а также трудностями оперативного переключения при эксплуатации с ИК-излучения на видимый свет (это возможно только при замене ИК-фильтра на пропускающее видимый свет защитное стекло).

Целью изобретения является повышение эффективности и дальности действия прожектора, улучшение его излучательных и теплофизических характеристик, расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в комбинированном прожекторе, содержащем корпус с перекрытым рамкой с защитным стеклом или светофильтром выходным отверстием, параболоидный зеркальный отражатель с осевым "слепым" отверстием, в котором аксиально вдоль оптической оси прожектора установлен патрон с лампой, светящее тело которой расположено в фокусе отражателя, и средства токоподвода к источнику питания или преобразователю питающей сети, в зоне выходного "слепого" отверстия на оптической оси прожектора аксиально с лампой установлен светодиодный блок-насадка, выполненный в виде платы со светодиодами, оптические оси которых параллельны оптической оси прожектора.

Поставленная цель достигается и тем, что светодиоды блока-насадки установлены на плоский радиатор из теплопроводного материала с отверстиями для размещения изолированных кембриками выводов светодиодов, концы которых установлены и распаяны на параллельно ориентированной относительно радиатора электроизоляционной, например, печатной плате с подключением к средствам токоподвода или к преобразователю питающей сети.

Цель достигается также тем, что радиатор из теплопроводного материала выполнен в виде цилиндрического стакана с плоским дном, внутри которого смонтирована печатная плата с распаянными на ней концами выводов светодиодов и средств токоподвода, причем упомянутый стакан своей открытой частью коаксиально установлен внутри другого, наружного цилиндрического стакана, выполняющего функции корпуса блока-насадки.

Цель достигается и тем, что внутри цилиндрического стакана-радиатора на тыльной стороне печатной платы с распаянными на ней концами выводов светодиодов собраны элементы преобразователя питающей сети со средствами токоподвода к светодиодам.

Поставленная задача решается также тем, что открытая часть цилиндрического стакана с установленной в нем печатной платой, элементами преобразователя питающей сети и средствами токоподвода к светодиодам заполнена электроизоляционным компаундом, например, керамико-полимерным теплопроводящим диэлектрическим компаундом.

Технический результат достигается и тем, что наружный цилиндрический стакан-корпус блока-насадки выполнен из теплопроводного материала с оребренными наружными стенками и находится в тепловом контакте с внутренним стаканом-радиатором за счет скользящей посадки их боковых стенок.

Достижению цели способствует также то, что наружный цилиндрический стакан-корпус блока-насадки герметично перекрыт, защитным стеклом и установлен вне корпуса прожектора, примыкает через теплоизолирующую прокладку к наружной поверхности защитного стекла или светофильтра и механически удерживается растяжками на рамке.

Поставленная задача решается и тем, что наружный цилиндрический стакан-корпус блока-насадки перекрыт плоским оптическим элементом, состоящим из оптических ячеек, имеющих одинаковые френелевские дисковые линзы с прямым несущим слоем, причем оптические оси линз совпадают с оптическими осями светодиодов, а светящие центры светодиодов располагаются в фокусе каждой линзы.

Достижению цели способствует и то, что светодиодный блок-насадка установлен внутри корпуса прожектора и механически удерживается кронштейнами на патроне лампы или растяжками на боковых стенках корпуса.

Еще одним средством достижения цели является то, что по периметру выходного отверстия отражателя или на рамке с защитным стеклом или светофильтром установлен дополнительный кольцевой светодиодный блок, собранный на кольцевой печатной плате с радиатором, находящимся в тепловом контакте со стенками корпуса прожектора.

Решению поставленной задачи способствует также то, что основной светодиодный блок-насадка и дополнительный кольцевой светодиодный блок собраны на светодиодах с ИК-спектром или видимым спектром излучения, находящимся в полосе пропускания излучения ИК-светофильтром или защитным стеклом.

Достижению цели способствует также то, что основной светодиодный блок-насадка и дополнительный кольцевой светодиодный блок подключены к источнику питания или преобразователю питающей сети независимо от аналогичных средств для лампы прожектора с возможностью переключения прожектора с ИК-излучения на видимый свет и наоборот.

Предпочтительные варианты исполнения комбинированного прожектора согласно изобретению показаны на чертежах.

Фиг.1 Комбинированный прожектор с газоразрядной лампой и светодиодным блоком-насадкой, установленным вне корпуса прожектора. Вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг.2. То же, что и на фиг.1, вид спереди.

Фиг.3. Комбинированный прожектор с галогенной лампой накаливания, светодиодными блоком-насадкой и кольцевым блоком, установленными внутри корпуса прожектора. Вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг.4. Светодиодный блок-насадка с плоским оптическим элементом с дисковыми линзами Френеля. Вид сбоку, в разрезе.

Фиг.5. Блок-схема включения комбинированного прожектора с возможностью изменения вида излучения.

Показанные на фиг.1, 2, 3, 4 и 5 варианты комбинированного прожектора выполнены в корпусе 1, выходное отверстие которого перекрыто рамкой 2 с защитным стеклом или светофильтром 3 (преимущественно ИК-фильтром). В корпусе 1 установлен параболоидный зеркальный отражатель 4 с осевым "слепым" отверстием 5, в котором аксиально вдоль оптической оси прожектора установлен патрон 6 с коротко-дуговой газоразрядной ксеноновой лампой 7 (фиг.1), удерживаемой также токоведущей штангой 8, связанной с патроном 6. Светящее тело лампы 7 расположено в фокусе F отражателя 4, обеспечивая формирование узкого пучка излучения (~I÷2°) прожектора в видимой или ИК-области спектра в зависимости от применения защитного стекла или светофильтра 3.

В тыльной части корпуса 1 размещена пускорегулирующая аппаратура для газоразрядной лампы 7, включающая преобразователь 9 питающей сети с зажигающим устройством, подключенные средствами токоподвода (не показано) к первичному источнику питания, например, к генератору постоянного тока (см. фиг.5).

В зоне выходного "слепого" отверстия (показано пунктиром на фиг.1) на оптической оси прожектора аксиально с лампой 7 установлен светодиодный блок-насадка 10. Поперечное сечение блока-насадки 10 не превышает размеры "слепого" отверстия отражателя 4 прожектора.

Указанный блок-насадка 10 выполнен в виде платы 11 со светодиодами 12, установленными донышком в тепловом контакте на плоский радиатор 13 из теплопроводного материала, преимущественно на основе алюминиевых сплавов, таким образом, что изолированные кембриками выводы 14 светодиодов 12 (см. фиг.4) располагаются в отверстиях, выполненных в плоском радиаторе 13, а оптические оси 0^I0^I светодиодов параллельны оптической оси прожектора 00.

Концы выводов 14 светодиодов 12 установлены и распаяны на параллельно ориентированной относительно плоского радиатора 13 электроизоляционной, например, печатной плате 11 с подключением к средствам токоподвода или к преобразователю 15 питающей сети. Преобразователь 15 может быть вынесен в тыльную часть корпуса 1.

Светодиоды 12 подключают между собой последовательно или последовательно-параллельными цепочками с индивидуальным шунтированием (светодиодов или цепочек) стабилитронами (не показано) для обеспечения функционирования блока-насадки 10 при выходе из строя одного или нескольких светодиодов, обеспечивая тем самым повышение надежности системы.

Радиатор 13 светодиодного блока-насадки 10 является плоским дном цилиндрического стакана 16. На наружной поверхности плоского дна стакана установлены в тепловом контакте с ним светодиоды 12. При этом печатная плата 11 с распаянными на ней концами выводов 14 светодиодов 12 и средств токоподвода монтируется внутри стакана 16.

Упомянутый стакан 16 своей открытой частью коаксиально установлен внутри другого, наружного цилиндрического стакана, выполняющего одновременно функции корпуса 17 блока-насадки 10.

Внутри цилиндрического стакана (16) - радиатора 13 на тыльной стороне печатной платы 11 с распаянными на ней концами выводов 14 светодиодов могут быть собраны элементы 18 (см. фиг.3, 4) преобразователя питающей сети со средствами токоподвода к светодиодам 19. При этом открытая часть цилиндрического стакана 16 с установленными в нем вышеуказанными элементами преобразователя и средствами токоподвода может быть заполнена электроизоляционным компаундом, например, керамико-полимерным теплопроводящим диэлектрическим компаундом 20, обеспечивающим надежную электроизоляцию узлов пайки, механическую прочность и эффективную кондуктивную теплопередачу на корпус 17 блока-насадки 21.

Выполненный из теплопроводного материала наружный цилиндрический стакан-корпус 17 блока-насадки 10 (фиг.1, 2) или 21 (фиг.3, 4) имеет оребрения 22 наружных стенок и находится в тепловом контакте с внутренним стаканом 16 радиатора 13 за счет скользящей посадки их боковых стенок.

Наружный цилиндрический стакан-корпус 17 блока-насадки 10 (фиг.1.) герметично перекрыт защитным стеклом 23, удерживаемым на торцевой части стакана 17 накидной гайкой.

В первом варианте исполнения прожектора герметичный светодиодный блок-насадка 10 установлен вне корпуса 1 прожектора, примыкает через теплоизолирующую, например, асбестовую прокладку 24 к наружной поверхности защитного стекла или светофильтра 3 и механически удерживается растяжками 25 на рамке 2.

Второй вариант исполнения прожектора предусматривает перекрытие наружного цилиндрического стакана-корпуса 17 блока-насадки 21 (фиг.3 и 4) плоским оптическим элементом 26, имеющим одинаковые френелевские дисковые линзы 27 (см. фиг.4) с прямым несущим слоем.

Оптические оси 0^I0^I линз, число которых соответствует числу установленных в блоке-посадке светодиодов 19, совпадают с оптическими осями указанных светодиодов, а светящие центры этих светодиодов располагаются в фокусе I каждой линзы (фиг.4). Ход лучей блока-насадки 21 с френелевскими дисковыми линзами показан стрелками (фиг.3 и 4).

Светодиодный блок-насадка 21 установлен внутри корпуса прожектора и механически удерживается кронштейнами 327 на патроне 28 лампы 29 или растяжками (не показано) на боковых стенках корпуса подобно тому, как это исполнено для первого варианта блока-насадки 10.

Средства токоподвода к светодиодам или к преобразователю блока-насадки 10 или 21 размещают на растяжках 25 (фиг.2) или кронштейнах 27 (фиг.3).

Еще один вариант исполнения комбинированного прожектора (фиг.3) предусматривает установление по периметру выходного отверстия отражателя 30 или на рамке (на фиг. не показано) с защитным стеклом или светофильтром дополнительного кольцевого светодиодного блока 31, собранного на кольцевой печатной плате 32 с радиатором 33, находящимся в тепловом контакте со стенками 34 корпуса прожектора. Светодиоды 35 кольцевого блока 31 выбраны с углом рассеяния 4-8°, меньшим угла рассеяния светодиодов 19 (см. ход лучей на фиг.3) и установлены с оптическими осями 0^II0^II, параллельными оптической оси прожектора 00. В этом случае обеспечиваются наложения кривых сил света центрального светодиодного блока-насадки 21 и кольцевого светодиодного блока 31 с примерно одинаковыми углами рассеяния, близкими углу рассеяния пучка излучения, генерируемого и формируемого лампой 29 и отражателем 30 прожектора.

Центральный светодиодный блок-насадка 10 (фиг.1) или 21 (фиг.3, 4) и дополнительный кольцевой светодиодный блок 31 собраны на светодиодах ИК-спектра (преимущественно ближнего ИК) или видимого спектра излучения. Для архитектурного освещения указанные светодиодные блоки могут быть собраны на красных, синих, желтых или зеленых светодиодах.

Светодиодный блок-насадка 10 или 21 и дополнительный кольцевой светодиодный блок 31 могут иметь спектр излучения, соответствующий полосе пропускания защитного стекла или светофильтра 3, например, видимое или ИК-излучение соответственно. В этом случае обеспечивается существенное усиление осевой силы света комбинированного прожектора.

Центральный светодиодный блок-насадка 10 или 21 и дополнительный кольцевой светодиодный блок 31 (фиг.3) подключаются к источнику питания независимо от аналогичных средств для лампы 7 (фиг.1) или 29 (фиг.3) прожектора с возможностью переключения с ИК-излучения на видимый свет и наоборот при помощи блока управления излучением (см. фиг.5). Это достигается тем, что светодиоды 12 (фиг.1), 19 и/или 35 (фиг.3) в блоке-насадке 10 и 21, а также в кольцевом светодиодном блоке 31 имеют спектр излучения, не совпадающий со спектром пропускания защитного стекла или ИК-фильтра 3.

Например, если выходное отверстие прожектора перекрыто ИК-фильтром 3, то блок-насадка 10 выполняется на светодиодах 12 видимого спектра излучения и может быть включена для функционирования при помощи блока управления излучением независимо от включения лампы 7 или при выходе ее из строя. В этом случае комбинированный прожектор будет работать в видимом диапазоне спектра. При отключении блока-насадки 10 от источника питания при включенной лампе 7 от источника питания лампы или преобразователя питающей сети прожектор будет работать в ИК-диапазоне спектра.

В обратном порядке прожектор функционирует (фиг.3) с блоком-насадкой 19 и/или кольцевым светодиодным блоком 35 при перекрытии выходного отверстия прожектора защитным стеклом 3 и выполнении указанных насадок на светодиодах ИК-спектра излучения.

Таким образом, комбинированный прожектор с ИК-фильтром 3 и вариантах исполнения центрального блока-насадки 10 (фиг.1) 21 и/или 31 (фиг.3) на ИК-светодиодах при подключении к источнику питания лампы или к преобразователю питающей сети 36 и к источнику питания светодиодных блоков 37, питаемых, например, от первичного источника питающей сети 38 (см. фиг.5) обеспечивают не менее чем 2-кратное увеличение силы излучения и увеличение дальности действия прожектора при использовании ламп мощностью 180-200 Вт и ИК-светодиодов, например, типа У-162Д (сила излучения ~0,22 Вт/ср) или модуля на ИК-светодиодах типа У-200ИК-3 (сила излучения ~30 Вт/ср) НПЦ "ОПТЭЛ".

Комбинированный прожектор с защитным стеклом 3 и указанными насадками при использовании блока управления излучением 39 (фиг.5) позволяет оперативно управлять видом излучения, т.е. переключать ИК-излучение на видимый свет и наоборот, что расширяет функциональные возможности прожектора.

Перечисленные улучшения параметров достигаются также за счет организации эффективного кондуктивного теплообмена светодиодных блоков в прожекторе, т.е. улучшения его теплофизических характеристик.

Литература

1. Свид. на пол. модель. №11298, кл. F 21 К 7/00, опубл. 16.09.99. Бюл. №9.

2. Свид. на пол. модель. №22217, кл. F 21 К 7/00 от 12.09.01.

1. Комбинированный прожектор, содержащий корпус с перекрытым рамкой с защитным стеклом или светофильтром выходным отверстием, собранные в нем параболоидный зеркальный отражатель с осевым "слепым" отверстием, в котором аксиально вдоль оптической оси прожектора установлен патрон с лампой, светящее тело которой расположено в фокусе отражателя, а также средства токоподвода к источнику питания или преобразователе питающей сети, отличающееся тем, что в зоне выходного и "слепого" отверстия на оптической оси прожектора аксиально с лампой установлен светодиодный блок-насадка, выполненный в виде платы со светодиодами, оптические оси которых параллельны оптической оси прожектора.

2. Прожектор по п.1, отличающийся тем, что светодиоды блока-насадки установлены на плоский радиатор из теплопроводного материала с отверстиями для размещения изолированных кембриками выводов светодиодов, концы которых установлены и распаяны на параллельно ориентированной относительно радиатора электроизоляционной, например, печатной плате с подключением к средствам токоподвода или к преобразователю питающей сети.

3. Прожектор п.2, отличающийся тем, что радиатор из теплопроводного материала выполнен в виде цилиндрического стакана с плоским дном, внутри которого смонтирована печатная плата с распаянными на ней концами выводов светодиодов и средств токоподвода, причем упомянутый стакан своей открытой частью коаксиально установлен внутри другого, наружного цилиндрического стакана, выполняющего функции корпуса блока-насадки.

4. Прожектор по п.3, отличающийся тем, что внутри цилиндрического стакана-радиатора на тыльной стороне печатной платы с распаянными на ней концами выводов светодиодов собраны элементы преобразователя питающей сети со средствами токоподвода к светодиодам.

5. Прожектор по любому из пп.3 и 4, отличающийся тем, что открытая часть цилиндрического стакана с установленной в нем печатной платой, элементами преобразователя питающей сети и средствами токоподвода к светодиодам заполнена электроизоляционным компаундом, например, керамико-полимерным теплопроводящим диэлектрическим компаундом.

6. Прожектор по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что наружный цилиндрический стакан-корпус блока-насадки выполнен из теплопроводного материала с оребренными наружными стенками и находится в тепловом контакте с внутренним стаканом-радиатором за счет скользящей посадки их боковых стенок.

7. Прожектор по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что наружный цилиндрический стакан-корпус блока-насадки герметично перекрыт защитным стеклом и установлен вне корпуса прожектора, примыкает через теплоизолирующую прокладку к наружной поверхности защитного стекла или светофильтра и механически удерживается растяжками на рамке.

8. Прожектор по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что наружный цилиндрический стакан-корпус блока-насадки перекрыт плоским оптическим элементом, состоящим из оптических ячеек, имеющих одинаковые френелевские дисковые линзы с прямым несущим слоем, причем оптические оси линз совпадают с оптическими осями светодиодов, а светящие центры светодиодов располагаются в фокусе каждой линзы.

9. Прожектор по любому из пп.3-6, 8, отличающийся тем, что светодиодный блок-насадка установлен внутри корпуса прожектора и механически удерживается кронштейнами на патроне лампы или растяжками на боковых стенках корпуса.

10. Прожектор по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что по периметру выходного отверстия отражателя или на рамке с защитным стеклом или светофильтром установлен дополнительный кольцевой светодиодный блок, собранный на кольцевой печатной плате с радиатором, находящимся в тепловом контакте со стенками корпуса прожектора.

11. Прожектор по п.10, отличающийся тем, что центральный светодиодный блок-насадка и дополнительный кольцевой светодиодный блок собраны на светодиодах с ИК-спектром или видимым спектром излучения, находящимся в полосе пропускания излучения ИК-фильтром или защитным стеклом.

12. Прожектор по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что центральный светодиодный блок-насадка и дополнительный кольцевой светодиодный блок подключены к источнику питания независимо от аналогичных средств для лампы прожектора с возможностью переключения прожектора с ИК-излучения на видимый свет и наоборот.