БЛОК ОСВЕЩЕНИЯ И ФОНАРЬ ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ ДОРОГИ И/ИЛИ УЛИЦЫ
LIGHT ASSEMBLY AND LANTERN FOR LIGHTING OF ROAD AND/OR STREET

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к блоку освещения и фонарю для освещения дороги и/или улицы. В частности, данное изобретение относится к блоку освещения, имеющему множество источников света, и блоку отражателя, скомпонованному напротив указанных источников света для контроля распределения излучаемого света.
Предшествующий уровень техники
Для освещения улицы и/или дороги на городской территории обычно используются фонари, известные фонари для освещения улицы устанавливаются на столбе или на лицевой стороне стены, причем плоскость симметрии направлена перпендикулярно продольному направлению улицы или дороги, которая должна освещаться. Фонарь также должен отбрасывать генерируемый свет по сторонам от плоскости симметрии таким образом, чтобы равномерно освещать части улицы или дороги слева и справа от фонаря. Кроме того, часть света также излучается вдоль плоскости симметрии таким образом, чтобы также освещать всю ширину улицы или дороги перед фонарем.
При разработке фонаря для уличного освещения следует учитывать различные требования. Во-первых, желательна быстрая и эффективная установка фонарей. Кроме того, требуется высокий коэффициент использования и эффективность, при этом, в то же время, показатель ослепленности должен быть как можно ниже. Как и во всех заявках, связанных с освещением, должен быть получен хороший уровень видимости и должно быть минимизировано освещение неба.
Из предшествующего уровня техники известны различные решения для фонарей для освещения дороги, которые могут в целом быть разделены на две основные группы.
Традиционные фонари для освещения дороги обычно оснащены одной лампой и соответствующей системой отражателя, где система отражателя спроектирована так, чтобы воздействовать на свет таким образом, чтобы получалось желаемое распределение света.
Кроме того, известны фонари для освещения дороги, которые включают в себя множество светоизлучающих устройств, в частности, СИД (светоизлучающих диодов). В этом случае СИД скомпонованы очень специфическим образом, при таком расположении каждый СИД излучает слой света в отдельном направлении. В обоих случаях известные фонари периодически располагаются с одной стороны или с обеих сторон дороги.
Упомянутые выше традиционные фонари в большинстве случаев включают в себя натриевую газоразрядную лампу высокого давления или металлогалогенную газоразрядную лампу, в которой свет, излучаемый при свечении, контролируется отражателем для того, чтобы получить желаемое освещение улицы. Известно, что адаптируют распределение света для различных желаемых режимов освещения (т.е. для конкретного расстояния между фонарями или конкретной ширины дороги) путем изменения положения лампы относительно отражателя. Тем не менее интервал, в котором распределение света может быть адаптировано таким образом, ограничен, и, кроме того, коэффициент использования таких традиционных фонарей ограничен значением от 0,45 до 0,5. Для того чтобы достичь существенного изменения характеристик распределения света этих фонарей, будет необходимо поменять отражатель или использовать дополнительные оптические элементы, которые воздействуют на излучаемый свет.
Относительно второй основной группы, в которой фонари основаны на множестве светоизлучающих устройств, были предложены различные подходы. В соответствии с первым решением предусмотрено множество источников света с различным наклоном и ориентацией, чтобы получить объединенное распределение света, подходящее для освещения дороги. Тем не менее этот подход имеет тенденцию к усложнению системы, и сложно достичь ограничения показателя ослепленности. В другом подходе все источники света скомпонованы на одной плоской поверхности и прожектор фонаря наклонен под относительно большим углом (примерно от 20° до 30°) для того, чтобы получить несимметричное распределение света, которое необходимо для освещения также и противоположной стороны дороги. Наконец, существует возможность скомпоновать источники света в той же плоской поверхности, которая близка к горизонтали (от 0° до 15°), и получить желаемую поперечную асимметрию распределения света путем добавления микроскопических отражателей или других оптических элементов к каждому источнику света.
Тем не менее, как известно из предшествующего уровня техники, все решения имеют недостаток, который заключается в том, что очень трудно и сложно адаптировать характеристики распределения света фонаря. Существенное изменение распределения света может быть достигнуто только путем изменения компоновки источников света или путем использования множества различных оптических элементов.
Сущность изобретения
Соответственно, существует потребность в новых решениях, которые позволят адаптировать характеристики распределения света фонаря для улицы и/или дороги быстро и эффективно.
Эта задача решается осветительным устройством для применения в фонаре, которое характеризуется независимым пунктом 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и дальнейшие улучшения данного изобретения являются объектами зависимых пунктов формулы изобретения.
Данное изобретение основано на использовании новой оптической системы, используемой для направления света, излучаемого множеством источников света, в желаемом направлении. В частности, новая оптическая система включает в себя блок отражателя, который скомпонован напротив источников света и включает в себя множество элементов отражателя, которые скомпонованы параллельно друг другу, где, по меньшей мере, некоторые из указанных элементов отражателя включают в себя первый участок, адаптированный для полного отражения, и второй участок, адаптированный для частичного отражения.
Таким образом, в соответствии с данным изобретением предоставляется блок освещения для применения в фонаре, в частности в фонаре для освещения дороги и/или улицы, причем указанный блок освещения имеет множество источников света и блок отражателя, расположенный напротив источников света, чтобы контролировать распределение света, излучаемого указанными источниками света, причем блок отражателя включает в себя множество элементов отражателя, скомпонованных параллельно друг другу, и, по меньшей мере, некоторые из указанных элементов отражателя включают в себя первый участок, адаптированный для полного отражения, и второй участок, адаптированный для частичного отражения.
Как далее будет показано, специфическое расположение и структура элементов отражателя позволяют очень эффективно контролировать распределение света. Общее распределение света фонаря, таким образом, может быть легко адаптировано таким образом, чтобы соответствовать расположению фонаря относительно дороги и учитывать размеры дороги без необходимости в перестановке источников света или добавления оптических элементов. В частности, данное изобретение позволяет влиять на излучение света таким образом, что получается поперечная асимметрия распределения света, при которой большинство излучаемого фонарем света направлено на дорогу, и, дополнительно, меньшая часть света используется для освещения обочин по обеим сторонам дороги.
Как указано выше, отдельные элементы отражателя, которые будут более подробно разобраны ниже, включают в себя первый участок для полного отражения и второй участок для частичного отражения. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения первые участки элементов отражателя расположены при рассмотрении в направлении излучения света ближе к источникам света по сравнению со вторыми участками элементов отражателя. Кроме того, второй участок элемента отражателя может быть наклонен относительно первого участка. Путем выбора определенных углов между вторым участком и первым участком элементов отражателя излучение света может очень эффективно контролироваться. Кроме того, структура в соответствии с изобретением элементов отражателя позволяет скомпоновать элементы вместе с источниками света на плоской или, по меньшей мере, примерно плоской поверхности для установки. Таким образом, очень компактный блок освещения может быть получен, который может быть размещен в относительно малом корпусе, где свет все так же излучается для эффективного освещения дороги или улицы.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения источники света расположены параллельными рядами, где один ряд источников света расположен между двумя соседними элементами отражателя. Предпочтительно, СИД используются в качестве источников света.
Отдельным преимуществом данного изобретения является то, что блок освещения в соответствии с изобретением делает возможным компактное расположение источников света и блока отражателя, где тем не менее желаемое распределение света все же может быть достигнуто. Если блок освещения по данному изобретению используется в фонаре для освещения дороги и/или улицы, нет необходимости в использовании прожекторов со специальными или увеличенными корпусами для того, чтобы поместить блок освещения по изобретению. Кроме того, данное изобретение делает возможным то, что прожектор фонаря проходит горизонтально или относительно горизонтальной поверхности под малым острым углом в интервале между 0° и 15°.
Соответственно, данное изобретение предоставляет новое решение, которое позволяет создавать уличное освещение с высокой эффективностью, где изменения в распределении света в зависимости от существующего положения могут быть легко осуществлены.
Краткое описание чертежей
Далее данное изобретение разъясняется более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фиг.1 схематически изображает желательное распределение света в поперечном направлении для фонаря для освещения улицы;
Фиг.2 изображает верхнюю часть варианта осуществления фонаря для освещения улицы в соответствии с данным изобретением;
Фиг.3 - вид снизу прожектора фонаря с фиг.2;
Фиг.4 - увеличенный вид прожектора с помещенным в него осветительным устройством по изобретению;
Фиг.5 - первый вариант осуществления блока освещения по изобретению с отделенными друг от друга различными элементами блока освещения;
Фиг.6 - блок освещения в сборе;
Фиг.7 - вид в разрезе блока освещения;
Фиг.8 - укрупненный вид элементов отражателя, используемых в блоке освещения, и
Фиг.9-11 - различные варианты осуществления элементов отражателя, которые могут быть использованы в блоке освещения по изобретению.
Осуществление изобретения
90
270
Перед более подробным рассмотрением фонаря по изобретению следует вкратце разъяснить проблемы, связанные с освещением улиц, со ссылкой на фиг.1. На чертеже показана на виде сбоку ситуация, в которой фонарь 100 для освещения улицы расположен сбоку от дороги 110, тротуары 115 расположены по обеим сторонам от дороги 110. Свет, излучаемый из прожектора 101 фонаря 100 для освещения улицы, должен быть направлен таким образом, чтобы основная часть света была направлена на саму дорогу 110. Таким образом, желательно, прежде всего получить первый двухгранный угол А света высокой интенсивности, который освещает дорогу 110. Тем не менее тротуары 115 по обеим сторонам дороги 110 не должны быть в абсолютной темноте, и, следовательно, желательно два дополнительных более маленьких двухгранных угла В и С света меньшей интенсивности. Таким образом, прожектор 101 фонаря 100 должен иметь специальные характеристики излучения света, что приводит, в частности, к несимметричному распределению света в плоскости С-С, т.е. в поперечном направлении.
Из фиг.1 очевидно, что специфическое распределение света фонаря 100 для освещения улицы подходит только для отдельных режимов освещения. В случае изменения положения фонаря 100 относительно дороги 110 характеристики распределения света должны быть адаптированы соответственно для того, чтобы гарантировать, что дорога 110 все еще освещается должным образом. Та же проблема возникает в случае, когда изменяется высота столба 102 фонаря 100 или меняются ширина улицы 110 или тротуаров 115. Данное изобретение в настоящий момент предоставляет решение, которое позволяет легко и эффективно адаптировать распределение света фонаря для освещения улицы для того, чтобы гарантировать то, что в каждой ситуации улица будет эффективно освещаться. Это решение в соответствии с изобретением будет разъяснено далее.
Во-первых, фиг.2 и 3 изображают вариант осуществления фонаря для освещения улицы в соответствии с данным изобретением, причем этот фонарь в целом обозначен как 1. Фонарь 1, изображенный на фиг.2 и 3, включает прожектор 2, который расположен на верхнем конце частично изображенного столба 3. В варианте осуществления, изображенном на фиг.2 и 3, прожектор 2 имеет круглый корпус 4, в который помещен блок освещения по изобретению, который подробно описан далее. Нижнее отверстие корпуса 4 покрыто прозрачной крышкой, например, стеклянной пластиной 5 или пластиной из другого прозрачного материала. Также другие формы для прожектора 2 могут быть использованы, и данное изобретение не ограничено изображенной формой. Кроме того, возможен монтаж прожектора непосредственно на стене.
Из увеличенного вида (фиг.4) более понятно, что блок 10 освещения по изобретению помещен внутрь корпуса 4 прожектора 2. Конечно, в зависимости от размера и формы прожектора 2 также множество осветительных устройств 10 может быть скомпоновано внутри одного прожектора 2. Структура блока 10 освещения изображена более подробно на фиг.5 и 6, где фиг.5 изображает блок 10 освещения с его элементами, отделенными друг от друга, и где фиг.6 изображает окончательно собранный осветительный элемент 10.
Первым отличительным признаком блока 10 освещения по изобретению является то, что в сравнении с традиционными фонарями для освещения улицы больше не используется только один источник света. Вместо этого источник света нового блока 10 освещения включает в себя множество отдельных источников света в виде СИД. В данном случае используется всего 8 печатных плат 11, причем на каждой по шесть СИД 12, и они устанавливаются параллельно друг другу на передней поверхности 16 охлаждающего элемента 15, который обеспечивает рассеяние тепла. Кроме того, охлаждающий элемент 15 также вмещает электрические и тепловые контакты СИД 12. Конечно, число печатных плат 11 и число СИД 12, скомпонованных на них, может адаптироваться для того, чтобы получить блок освещения желаемого размера. Предпочтительно, белый свет должен излучаться из блока 10 освещения, который получается посредством воздействия на фосфор синим светом, получаемым на стыке фотодиода. Таким образом, окончательная матрица СИД предоставляет плоский двухмерный источник света.
На свет, излучаемый СИД 12, теперь необходимо повлиять таким образом, чтобы получилось желаемое распределение света, схематически изображенное на фиг.1. Для того чтобы получить такое распределение света, используется специальный блок 20 отражателя, который скомпонован напротив СИД 12, что ясно из фиг.6. Этот блок 20 отражателя является основным составляющим блока 10 освещения по изобретению, так как он позволяет направлять свет, излучаемый СИД 12 в желательном направлении. Более того, распределение света в поперечном направлении может быть легко адаптировано для того, чтобы соответствовать новому режиму освещения. Блок 20 отражателя включает в себя множество продолговатых элементов 22 отражателя, которые скомпонованы параллельно друг к другу и удерживаются вместе двумя боковыми частями 21. Эти боковые части, предпочтительно, также отражающие, для того, чтобы увеличить эффективность блока 10 освещения, т.е. свет не теряется. В качестве альтернативы, боковые части 21 могут также быть наклонены или покрашены в черный цвет, чтобы, соответственно, отражать или поглощать свет, который излучается под углом более чем 70°, чтобы лучше контролировать показатель ослепленности.
Характерным признаком является то, что элементы 22 отражателя блока 20 отражателя, по меньшей мере, некоторые из них, предпочтительно, практически все из них разделены на два участка, имеющих различные характеристики отражения. В частности, и как изображено на фиг.7 и 8, элемент 22 отражателя включает в себя первый участок 23, адаптированный для полного отражения, и второй участок 24, адаптированный для частичного отражения. Два участка 23 и 24 в сочетании формируют элемент 22 отражателя в виде полоски, который слегка изогнут под острым углом α, как изображено на фиг.7, где угол α находится в интервале от 0° до 45°.
На фиг.7 также показано, что свет, излучаемый СИД 12, которые расположены между двумя соседними элементами 20 отражателя, подвергается очень специфическому воздействию в связи с наличием разных участков у двух элементов 22 отражателя. В частности, первые участки 23, которые полностью отражают свет, определяют общую площадь, в которую направлен свет, излучаемый СИД 12. Тем не менее, из-за частично отражающих участков 24 общая площадь разделена на три двухгранных угла с основным двухгранным углом I и двумя боковыми двухгранными углами II и III с меньшей интенсивностью света по сравнению с интенсивностью основного двухгранного угла I.
Хотя фиг.7 только примерно изображает функцию элементов 22 отражателя, прослеживание хода лучей и результаты экспериментов показали, что блок 20 отражателя вполне способен обеспечить желаемое асимметричное распределение света в поперечном направлении. Таким образом, в случае соответствующим образом выбранных высоты h1 первого участка 23, высоты h2 второго участка 24, угла отражения второго участка 24 и угла изгиба α, может быть получено распределение света, которое идеально удовлетворяет требованиям специфического режима освещения дороги, где основная часть света освещает дорогу, и где два дополнительных двухгранных угла света освещают тротуары. В этой ситуации элементы 22 отражателя расположены параллельно оси дороги. Следует отметить, что можно выбирать не только геометрический размер двухгранных углов, но и их интенсивность. Таким образом, можно также контролировать и количество света, которое используется для освещения тротуаров. Очевидно, на четыре параметра, указанных выше (высота полностью отражающего участка, высота частично отражающего участка, коэффициент отражения второй части и угол наклона), можно легко влиять, и, следовательно, распределение света блока 10 освещения по изобретению может быть адаптировано быстро, красиво и эффективно. Кроме того, изменение в распределении света может также быть достигнуто путем изменения промежутка между двумя последующими рядами элементов отражателя или путем изменения их положения относительно СИД источников.
Так как размер прожектора 2 фонаря 1 для освещения улицы мал по сравнению с шириной улицы, которую нужно освещать, в большинстве случаев достаточно, чтобы свет от каждого из СИД 12 подвергался одинаковому воздействию. Таким образом, все элементы 22 отражателя могут быть спроектированы одинаково и ряды СИД 12 и элементы 22 отражателя попеременно компонуются таким образом, что один ряд СИД 12 всегда расположен между двумя соседними элементами 22 отражателя. В данном случае, где используется печатная плата, блок отражателя включает в себя, таким образом, девять элементов отражателя.
В другом варианте выполнения базовой конфигурации элементы 22 отражателя отдельно адаптированы в зависимости от их положения внутри прожектора 2. В таком случае распределение света может быть далее улучшено, так как свет каждого из СИД 12 может подвергаться такому воздействию, которое позволит лучше сочетаться с желаемым общим распределением света. Кроме того, станет возможным использование элементов отражателя на участках конца блока 10 освещения, которые полностью отражают свет и не включают в себя частично отражающие части для того, чтобы задерживать бесполезный свет.
Наконец, еще более точное распределение света может быть достигнуто в случае, когда используются два элемента 22 отражателя, чтобы отдельно направлять свет от одного ряда СИД 12. В таком случае формируются группы, включающие в себя два элемента 22 отражателя с рядом СИД 12, расположенным между элементами 22 отражателя, и, таким образом, только каждый второй ряд между элементами 22 отражателя покрывается СИД 12. В этом случае элементы 22 отражателя снова отдельно адаптируются в зависимости от их положения внутри прожектора 2.
Отдельным преимуществом данного изобретения является и то, что общая плоская излучающая свет поверхность фонаря может быть увеличена путем совмещения множества блоков освещения 10, как изображено на фиг.4. Хотя все блоки могут быть одинаковыми, также возможно совмещать осветительные устройства с различными характеристиками, т.е. различным распределением света и/или различными цветами, чтобы еще больше улучшить качество света.
Фиг.9 и 11, наконец, изображают три различных варианта осуществления элемента 22 отражателя, который может быть использован в блоке 10 отражателя по изобретению.
В вариантах осуществления, изображенных на фиг.9 и 10, второй участок 24, который только частично отражает, получен посредством прорезей или других вырезов 25 или отверстий в элементе 22 отражателя, например, с помощью вырезания лазером и/или штамповки для получения отражателя в виде гребня. Путем выбора специального размера и/или расстояния d между прорезями 25 угол отражения этого участка 24 может быть увеличен или уменьшен. Кроме того, такие элементы 22 отражателя могут легко производиться из металлических лент.
В альтернативном варианте осуществления, который изображен на фиг.11, также возможно получить частично отражающий участок 24 путем использования основного прозрачного материала для элемента отражателя, который покрыт полностью или частично отражающим покрытием. В этом случае получается элемент отражателя с закрытой поверхностью 26, который опять имеет две части с различной отражающей способностью.
Специфическая структура блока отражателя, таким образом, позволяет направить свет, излучаемый СИД, желаемым способом в поперечном направлении. Более того, получается очень компактный блок освещения, который может быть легко помещен в прожекторы с маленькими корпусами.