Оптические системы светоизлучающих диодов

Результаты, полу­ченные на устройствах, показанных на рис. 4 имеют следующее применение [4]:

1. Повышение дальности связи по оптическому каналу в атмосфере до 1 км и более от единичного СИД. Если разместить внутри ОЭ площадку фотоприемника, что многократно повышает соотношение сигнал—шум, дальность действия такой оптопары может составить 3-5 км при "средних" метеоусловиях. Системы автоматизации и техники безопасности становятся дистанционными, что может оказаться принципиальным, например, на радиационно-опасных объектах.

2. Увеличение коэффициента использования излучения СИД. Традиционные ИС, как правило, излучают свет во все стороны. С помощью ОЭ практически без потерь можно сконцентрировать световой поток излучателя на площадке заданной конфигурации. Такие излучатели могут найти применение в аварийных и иных подобных системах.

3. Для сигнальных систем с точно определенным положением наблюдателя, например, для семафоров па железной дороге или в метро, достаточно несколько СИД с осевой силой света не менее 500 кд. Для сигнальных систем с нефиксированным, но ограниченным в пространстве положением наблюдателя, например, для уличных светофоров, желательны СИД с увеличенным углом расхождения, но с сохранением минимума потерь излучения. В конструкции ОЭ такая возможность предусмотрена путем изменения прозрачности или размеров центрального зеркала, частично путем расфокусировки источника.

4. Направляя паралельный поток излучения от ОЭ на зеркально отражающий конус, можно сформировать сигнал с малым углом излучения в одной плоскости и 360° в другой. Такая схема освещения удобна для проблесковых маячков на специальных автомашинах, для подсветки знаков дорожной и водной обстановки.

5. Известные в практике охранные системы, работающие в ИК-дипазоне, превращаются в автономные, легко устанавливаемые, переносные.

Ещё один пример ОЭ СИД, состоящего из трёх сочленённых поверхностей, приведён на рис.7. Световыводящая часть полимерного корпуса выполнена в виде тела вращения, сочленённого из трёх поверхностей: эллиптической, конусообразной и параболической. Тело свечения расположено в фокусе эллипса, совмещённого с фокусом параболоида. Эллиптическая поверхность выводит из прибора параллельно оптической оси весь падающий свет, за исключением той его части, которая, испытывает полное внутреннее отражение или рассеяние компаундом в заднюю полусферу. Параболическая поверхность также выводит лучи (не попавшие на эллипсоид, а отразившиеся прямо от параболоида) параллельно оптической оси. Лучи, отразившиеся от параболоида, испытывают преломление на конусообразной поверхности, но их направление параллельно оптической оси сохраняется. Таким образом, за счёт использования усечённых эллипсоида и параболоида удаётся повысить силу излучения диода в заданном направлении, сохранив при этом узкую диаграмму направленности. Конкретная ширина диаграммы направленности определяется степенью близости реальных геометрических параметров ОЭ к расчётным.

Конструирование СИД с широкой диаграммой направленности представляет меньшие трудности, чем с узкой. Практически единственное, о чём придётся беспокоиться разработчику таких СИД, - требуемая (а не случайная) равномерность распределения потока. Примеры конструкции СИД с круговым свечением и их КСС представлены на рис.8 и рис.9. Приложения.

Заключение

Из-за существенной ограниченности пространства, непосредственно прилегающего к телу свечения (p-n - переходу), возникают проблемы с установкой ОЭ вблизи посадочного места кристалла (один из вариантов - направляющий отражатель в виде усечённого конуса (элемент 2 на рис.1)). Поэтому основная работа по приданию КСС СИД параметров, близких к требуемым, ведётся в направлении создания миниатюрных линз и отражателей (компаунд-линза с зеркалированными участками), совмещённых с корпусом СИД и приданию определённых свойств полимерному компаунду (введение люминофора, являющегося одновременно рассеивателем для уширения и усреднения по пространству КСС).

Решение проблемы конструирования направляющих отражателей в лучевом приближении укладывается в рамки геометрической оптики. Основная проблема в этой области – отработка технологии изготовления: придание небольшим по размерам линзе-компаунду и прилегающему отражателю заданной чистоты поверхности, нанесение отражающих металлизированных участков поверхности. При этом СИД не должен потерять одного из своих существенных достоинств – невысокой стоимости.

Решение вопроса о влиянии на КСС компаунда с введёнными в него частицами должен решаться с позиций рассмотрения процесса переноса излучения в мутной (рассеивающей и поглощающей) среде.

Приложение

Рис.1 Конструкция светодиодного осветителя [2]

1 – излучающие кристаллы

2 – отражатель бокового излучения

3 – кристаллодержатель

4 – полусферический полимерный купол

5 – изолированные выводы

Рис. 2 Типичные пространственные распределения [2]

силы света приборов:

1 – типа У-345Бл

2 - типа У-342Бл и У-337Бл

Цифрами обозначена ширина пространственного распределения

по уровням 0.5, 0.1

Рис. 3 Модуль светодиодный осветительный

белого свечения типа МСО-3Бл [3]

Рис 4.Оптический элемент с асферическими рабочими поверхностями [4]

Рис 5. Оптический элемент со сферической (a), эллиптической (b), параболической (c) и плоской (d) поверхностями [4]

Рис 6. Оптический элемент со сферической (a), параболической (b), w-образной (c) и плоской (d) поверхностями [4]

На всех рисунках 4-6 обозначены:

1 – излучающий кристалл

2 – полость с иммерсионной средой

3 – теплосъёмник

Рис. 7 Конструкция СИД с узкой КСС [5]

1 – Ножки с выводами

2 – Тело свечения

3 – Часть поверхности, близкой к эллиптической

4 – Часть поверхности, близкой к параболической

5 – Часть поверхности, близкой к конической

Рис. 8 Конструкция светодиодных излучателей

с круговым излучением типа У-204(а) и У-205(б) [3]:

1	2	3	4	5