СВЕТОДИОДНОЕ УСТРОЙСТВО С НАПРАВЛЕНИЕМ СВЕТА
LIGHT-EMITTING DIODE DEVICE WITH LIGHT GUIDANCE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к области систем освещения и, более конкретно, к устройству для использования светодиодных источников света для освещения участков с заданной диаграммой распределения интенсивности света.
Уровень техники
Существует потребность в осветительном устройстве, которое является недорогим и энергоэкономичным. Светоизлучающие диоды (LED) являются энергоэкономичными источниками света, и с развитием LED-технологии обеспечивают дальнейшее повышение их эффективности. Кроме того, одно преимущество использования светодиода в качестве источников света заключается просто в том, что уменьшение размеров блоков таких источников обеспечивает значительное уменьшение расхода материалов в арматуре, содержащей такие источники, таким образом, обеспечивая сопутствующую эффективность по стоимости. По мере развития технологии и снижения стоимости светодиодных блоков такие преимущества по стоимости за счет уменьшения расхода материалов станут более существенными.
Типичными применениями систем освещения является освещение проезжей части дорог и стоянок, для которых существуют эксплуатационные требования, которые заключаются в том, что свет должен равномерно распределяться над освещаемыми участками, при этом свет не должен излучаться на соседние участки. Таким образом, вдоль проезжей части дорог и на стоянках существует необходимость в обеспечении прямого света в скошенном в сторону направлении, чтобы исключить так называемое неразрешенное освещение, например, соседних домов, одновременно обеспечивая равномерное освещение проезжей части дорог или стоянок.
Различные светодиодные блоки содержат линзы, некоторые включающие в себя вспомогательные линзы, для различных целей, не связанных с предпочтительным боковым направлением света. Кроме того, были предприняты ограниченные усилия по созданию светодиодного устройства с направлением света, использующего небольшие линзы над небольшими блоками светодиодных излучателей света и использующего линзы, предназначенные для переориентации некоторого количества излучаемого света, предпочтительно, в одну сторону. Однако такие линзы, использующие поверхности линз, содержащие один или более выступающих элементов и больших участков нарушения непрерывности, не соответствуют требованиям устранения неразрешенного освещения. Оценка неразрешенного освещения включает в себя не просто количество световой энергии, попадающей в непредпочтительную сторону, но также и то, насколько далеко проходит свет до участка на непредпочтительной стороне.
В некоторых применениях требования устранения неразрешенного освещения могут даже указывать, что предпочтительным является поглощение света, а не обеспечение его излучения на участок на непредпочтительной стороне.
Цели изобретения
Одной целью данного изобретения, в области систем освещения, является создание светодиодного осветительного устройства, которое направляет свет в направлении, скошенном в сторону от устройства, и которое устраняет некоторые из проблем и недостатков устройств известного уровня техники.
Другой целью данного изобретения является создание светодиодного устройства с направлением света, которое направляет свет в предпочтительную сторону, при этом направляя мало света в непредпочтительную (противоположную) сторону.
Другой целью данного изобретения является создание светодиодного устройства с направлением света, которое доводит до максимума свет, направленный в предпочтительную сторону, и доводит до минимума свет, направленный в непредпочтительную сторону.
Другой целью данного изобретения является создание светодиодного устройства с направлением света, которое доводит до минимума неразрешенное освещение посредством уменьшения до минимума расстояния до участка на непредпочтительной стороне, на который направлен свет.
Другой целью данного изобретения является создание светодиодного устройства с направлением света, которое равномерно распределяет свет над участком на предпочтительной стороне, когда оно установлено над освещаемым участком.
Другой целью данного изобретения является создание светодиодного устройства с направлением света, которое направляет максимальное количество света только при одном преломлении для обеспечения более эффективного управления направленным светом.
Еще одной целью данного изобретения является создание светодиодного устройства с направлением света, которое при использовании в сочетании с другим таким устройством для освещения большего участка равномерно распределяет свет над участком на предпочтительной стороне множества таких устройств.
Еще одной целью данного изобретения является создание светодиодного устройства с направлением света, которое направляет свет вышеуказанным способом эффективно по стоимости.
Эти и другие цели изобретения будут очевидны из приведенного ниже описания и чертежей.
Сущность изобретения
Термин "вниз" используется в данном документе для удобства при описании изобретения и его аспектов, но никоим образом не требует использования устройства в какой-либо ориентации. Другими словами, термин "вниз" не ограничивается направлением действия силы тяжести. Таким образом, если осветительная арматура, включающая в себя светодиодное устройство с направлением света настоящего изобретения, раскрытое в данном документе, ориентирована "вверх", а не вниз, или в каком-либо направлении, скошенном в сторону, то термин "вниз" включает такие толкования. Термин "вниз" использован, поскольку одним важным применением устройства настоящего изобретения является освещение земных поверхностей с вертикальных осветительных столбов. Отмечается, что чертежи, в основном, показывают такое направление "вниз" как преимущественно вверх, поскольку для ясности наглядное представление о составной наружной поверхности линзы вспомогательной линзы в перспективе лучше всего можно получить в такой ориентации. Когда такие направления упоминаются в контексте чертежа, делается примечание.
Термин "полуплоскость опорной оси" относится к каждой из бесконечного количества плоскостей, продолжающихся из опорной оси в одном направлении, так что опорная ось находится на краю полуплоскости.
Используемое в данном документе выражение "стягивающий значительный угол вокруг" означает, что стягиваемый угол равен, по меньшей мере, примерно 90°, хотя для множества осветительных применений более эффективны углы больше чем примерно 150°. Еще более предпочтительными, особенно для таких применений, как освещение проезжей части дорог, являются углы, равные примерно 180°, при этом наиболее предпочтительными являются углы, несколько больше чем 180°.
Используемый в данном документе термин "кромочная линия" может также включать в себя множество точек на участке, а не только линию из точек, при условии, что точки в множестве удовлетворяют определению кромочной линии, сформулированному в данном документе. Такая ситуация имеет место, когда наклон вдоль составной наружной поверхности линзы в радиальных направлениях к опорной оси и от опорной оси параллелен основной плоскости, определяемой в данном документе, в пределах участка данных кривых вдоль поверхности, а не просто в отдельных точках вдоль таких кривых. Другими словами, все точки в таком участке лежат в плоскости, параллельной основной плоскости в пределах такого участка составной наружной поверхности линзы.
Изобретением является светодиодное устройство для освещения в предпочтительную сторону в направлении вниз и наружу. Устройство настоящего изобретения включает в себя: (1) излучатель света, содержащий, по меньшей мере, один светодиод на основании; (2) основную линзу, размещенную над излучателем света и имеющую центральную ось; и (3) вспомогательную линзу, размещенную с внутренней поверхностью, окружающей основную линзу. Вспомогательная линза содержит примыкающий к основанию нижний конец, определяющий основную плоскость, по существу перпендикулярную центральной оси, и составную наружную поверхность линзы с опорной точкой среднего участка, определяющей опорную ось, параллельную центральной оси. (Необходимо понимать, что термин "нижний", используемый со ссылкой на примыкающий к основанию конец, выбран, поскольку в ориентации линзы, показанной на фиг.1-4, 8, 9, 11-17 и 21, основание находится под большей частью конструкции. Очевидно, что когда линза ориентирована для освещения в направлении вниз (как при обычном использовании изделия), примыкающий к основанию конец находится не в нижнем, а в верхнем положении. Независимо от ориентации, конец может упоминаться как "примыкающий к основанию конец". Однако по указанным соображениям в ряде пунктов данной заявки используется термин "нижний".) Составная наружная поверхность линзы включает в себя основную периметрическую поверхность, центрованную на предпочтительной стороне, причем основная периметрическая поверхность (а) выступает из примыкающего к основанию конца, вниз и внутрь до кромочной линии, образованной множеством точек наружной поверхности линзы в каждой полуплоскости опорной оси, которые являются самыми удаленными от основной плоскости, и расположенной на расстоянии от опорной точки, при этом кромочная линия стягивает значительный угол вокруг центральной оси, и (b) заканчивается внутри у кромочной линии. Составная наружная поверхность линзы также включает в себя средний участок, который находится внутри кромочной линии, содержит опорную точку среднего участка и содержит вогнутую поверхность вокруг нее. Составная наружная поверхность линзы также включает в себя неосновную периметрическую поверхность, которая центрирована на непредпочтительной стороне и которая граничит со средним участком и основной периметрической поверхностью.
В предпочтительных вариантах осуществления опорная ось смещена от центральной оси в непредпочтительную сторону. (Хотя опорная ось может быть совмещена с центральной осью или смещена в предпочтительную сторону, предпочтительно, чтобы опорная ось была смещена от центральной оси в непредпочтительную сторону.)
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления кромочная линия стягивает угол больше чем 180° вокруг центральной оси.
В некоторых вариантах осуществления имеется только одна точка кромочной линии в каждой полуплоскости опорной оси, пересекающей основную периметрическую поверхность.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления устройства настоящего изобретения основная периметрическая поверхность является двусторонне симметричной, а в некоторых вариантах осуществления неосновная периметрическая поверхность является двусторонне симметричной. Кроме того, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления составная наружная поверхность линзы является двусторонне симметричной.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления между основной и вспомогательной линзами имеется пространство, и данное пространство заполнено оптическим гелем.
В некоторых вариантах осуществления основная линза имеет диаграмму распределение интенсивности освещения, которая является по существу осесимметричной относительно центральной оси, и в некоторых вариантах осуществления основная линза является по существу полусферической.
В наиболее предпочтительных вариантах осуществления составная наружная поверхность линзы образована (а) множеством расположенных на расстоянии расчетных кривых целевой линзы в полуплоскостях опорной оси и (b) поверхностями, которые плавно сопрягают множество расчетных кривых целевой линзы между данными кривыми. Расчетные кривые целевой линзы заканчиваются в опорной точке среднего участка и нижнем конце.
В некоторых вариантах осуществления устройство настоящего изобретения включает в себя: излучатель света, содержащий, по меньшей мере, один светодиод на основании и линзу, размещенную над излучателем света и имеющую центральную ось, примыкающий к основанию нижний конец, определяющий основную плоскость, по существу перпендикулярную центральной оси, и составную наружную поверхность линзы с опорной точкой среднего участка, определяющей опорную ось, параллельную центральной оси. Составная наружная поверхность линзы включает в себя основную периметрическую поверхность, центрированную на предпочтительной стороне, причем основная периметрическая поверхность (а) выступает из нижнего конца вниз и внутрь до кромочной линии, образованной множеством точек наружной поверхности линзы в каждой полуплоскости опорной оси, которые являются наиболее удаленными от основной плоскости, и расположенной на расстоянии от опорной точки, при этом кромочная линия стягивает значительный угол вокруг центральной оси, и (b) заканчивается внутри у кромочной линии. Составная наружная поверхность линзы также включает в себя средний участок, который находится внутри кромочной линии, содержит опорную точку среднего участка и содержит вогнутую поверхность вокруг нее. Составная наружная поверхность линзы также включает в себя неосновную периметрическую поверхность, которая центрирована на непредпочтительной стороне и граничит со средним участком и основной периметрической поверхностью.
Устройство настоящего изобретения обычно используется в применениях, в которых множество таких устройств размещается на так называемом светодиодном модуле, один или более которых используются в осветительной арматуре для обеспечения требуемого освещения. Такими применениями являются освещение проезжей части дорог и стоянок, хотя существует и множество других применений таких устройств.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает перспективный чертеж одного варианта осуществления светодиодного устройства с направлением света настоящего изобретения.
Фиг.2-4 изображают три разных вида устройства, показанного на фиг.1, с их соответственными видами в разрезе, показанными на фиг.2С-4С.
Фиг.5 изображает перспективный вид основной линзы устройства настоящего изобретения, показанного на фиг.1.
Фиг.6 изображает графическое представление диаграммы распределения интенсивности освещения основной линзы устройства, показанного на фиг.1.
Фиг.7 изображает схематичное представление осветительного столба с закрепленным на нем устройством настоящего изобретения; столб расположен вдоль стороны проезжей части дороги в перспективном виде в качестве типичного применения устройства настоящего изобретения, показанного на фиг.1.
Фиг.8 изображает схематичный чертеж в перспективном виде вспомогательной линзы устройства, показанного на фиг.1, в основном иллюстрирующий составную наружную поверхность линзы вспомогательной линзы.
Фиг.9 изображает схематичный чертеж в перспективном виде вспомогательной линзы устройства, показанного на фиг.1, в основном иллюстрирующий сторону, противоположную составной наружной поверхности линзы вспомогательной линзы.
Фиг.10 изображает вид снизу ("снизу" относительно фиг.9) вспомогательной линзы устройства, показанного на фиг.1.
Фиг.11-13 изображают перспективные представления генерированных САПР монолитных моделей вспомогательной линзы устройства, показанного на фиг.1, под разными углами рассмотрения.
Фиг.14 изображает перспективное представление генерированной САПР каркасной модели вспомогательной линзы устройства, показанного на фиг.1.
Фиг.15 изображает перспективное представление генерированной САПР монолитной модели устройства, показанного на фиг.1, показывающее основание, на котором установлен излучатель света, размещенный внутри вспомогательной линзы.
Фиг.16 изображает перспективное представление генерированной САПР монолитной модели вспомогательной линзы устройства, показанного на фиг.1, показывающее пять расчетных кривых целевой линзы, используемых для генерирования наружной поверхности вспомогательной линзы.
Фиг.17-19 изображают три вида вспомогательной линзы устройства, показанного на фиг.1, причем каждый изображает плоскость разреза, пересекающую составную наружную поверхность линзы вспомогательной линзы вдоль кривых, форма которых определяется одной или более расчетными кривыми целевой линзы.
Фиг.17С-19С изображают виды в разрезе (без фона относительно составной наружной поверхности линзы вспомогательной линзы), определяемые на фиг.17-19 соответственно, дополнительно иллюстрирующие пять расчетных кривых целевой линзы наружной поверхности вспомогательной линзы устройства, показанного на фиг.1.
Фиг.20 изображает двумерное распределение интенсивности освещения устройства настоящего изобретения, показанного на фиг.1.
Фиг.21А-21С изображают пары видов второго варианта осуществления светодиодного устройства с направлением света настоящего изобретения.
Второй вариант осуществления включает в себя линзу, выполненную как одно целое. Каждая пара видов определяет плоскость разреза, которая затем проиллюстрирована в паре, причем данные виды эквивалентны видам, показанным на фиг.17-19С первого варианта осуществления устройства настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Один вариант осуществления светодиодного устройства с направлением света настоящего изобретения показан на чертежах как устройство 10. Как показано на фиг.1-5, устройство 10 включает в себя светодиодный излучатель 18 света, установленный на основании 22. Излучатель 18 света может включать в себя один или более светодиодов. Из излучателя 18 свет выходит через основную линзу 16, размещенную над излучателем 18 света. В устройстве 10 линза 16 является полусферической и выполнена из стекла с показателем преломления, находящимся в пределах от 1,4 до 1,6. Основная линза 16 может быть также выполнена из других пригодных материалов, таких как, помимо прочих, оптический кремний. Основная линза 16 имеет центральную ось 26, обычно перпендикулярную основанию 22, так что свет, выходящий из излучателя 18 света через линзу 16, создает диаграмму 28 распределения интенсивности освещения (типичное поперечное сечение, показанное на фиг.6), которая является по существу осесимметричной относительно центральной оси 26. Устройство 10 также включает в себя кольцо 30, предпочтительно выполненное из алюминия, вокруг основной линзы 10 на основании 22, которое предназначено для размещения линзы 16 и для отражения некоторого количества света от излучателя 18 для обеспечения генерирования диаграммы 28 распределения интенсивности освещения.
Ссылаясь на фиг.7, дорожное полотно 11 схематично проиллюстрированное с устройством 10, закрепленным в верхней части осветительного столба 15, установленного вдоль дорожного полотна 11. Такое применение, хотя не ограничивающее, является типичным применением устройства 10 настоящего изобретения. Стрелка направления, обозначенная ссылочной позицией 14, указывает предпочтительную сторону (сторону дороги), а стрелка направления, обозначенная ссылочной позицией 14N, указывает на противоположную, непредпочтительную сторону (сторону размещения). Поскольку такое применение является типичным, термин "сторона дороги" также связан с предпочтительной стороной, а термин "сторона размещения" связан с непредпочтительной стороной. Термины "сторона дороги" и "сторона размещения" не должны толковаться как ограничивающие.
Ссылаясь также на фиг.7, устройство 10 расположено прямо над бордюрной линией 17, которая параллельна дорожному полотну 11. Бордюрная линия 17 изображена короткой пунктирной линией. Используемый в данном документе термин "бордюрная линия" относится не к действительному положению бордюра, а к линии, как указано выше, параллельной дорожному полотну 11 и находящейся в плоскости (не показана), разделяющей предпочтительную и непредпочтительную стороны.
Устройство 10 также включает в себя вспомогательную линзу 20, которая содержит внутреннюю поверхность 32, которая окружает основную линзу 16. В некоторых вариантах осуществления между основной и вспомогательной линзой может быть небольшое пространство. В устройстве 10 такое пространство 19 (см. фиг.2) между основной линзой 16 и внутренней поверхностью 32 заполнено оптическим гелем (не показан) для согласования показателей преломления для минимизации потерь на рефракцию на границах между основной линзой 16 и вспомогательной линзой 20. В устройстве 10 вспомогательная линза 20 формуется с использованием акриловой смолы оптического качества, стабилизированной ультрафиолетовым излучением, с показателем преломления, равным 1,51. Задачей оптического геля является обеспечение приблизительного согласования показателей преломления материала основной линзы 16 и материала вспомогательной линзы 20. Одним пригодным гелем является SmartGel™ Nye Nyogel OC431A, выпускаемый компанией Nye Optical Products, Фэрхэвен, шт. Массачусеттс, США. Данный гель является оптически чистым гелем для согласования показателей преломления с показателем преломления, равным 1,4995 при длине волны, равной 402 нм. Все данные материалы хорошо известны специалистам в области оптики и оптических систем.
Пригодным светодиодным излучателем 18 света является XLamp 7090, изготавливаемый компанией CREE Inc., Дарем, шт. Северная Каролина, США. Такой излучатель света поставляется на своем основании 22 и с основной линзой 16 как часть блока. Основная линза 10 полусферическая с диаметром, равным 0,17 дюйм (примерно 0,43 см).
В устройстве 10 вспомогательная линза 20 включает в себя нижний конец 34, примыкающий к основанию 22. Нижний конец 34 определяет основную плоскость 34Р, параллельную нижнему концу 34, при этом основная плоскость 34Р параллельна плоскости страниц на фиг.3, 4, 10, 18 и 19. Вспомогательная линза 20 также включает в себя выступ 34F, параллельный основной плоскости 34Р. (На чертежах основная плоскость 34Р отмечена ссылочной позицией только один раз, на фиг.16.) Как показано на фиг.1, 2С, 3, 4, 4С, 8 и 14, вспомогательная линза 20 определяет предпочтительную сторону, указанную ссылочной позицией 14. Выступ 34F линзы 20 включает в себя два отсеченных угла 12а и 12b, которые также указывают предпочтительную сторону линзы 20. Фиг.1 также указывает, посредством ссылочной позиции 14N, направление в противоположную, непредпочтительную сторону (сторону размещения). На основании данных определений, при использовании устройство 10 выравнивается таким образом, что предпочтительная сторона устройства 10 ориентирована в предпочтительную сторону применения, как показано на фиг.7.
Вспомогательная линза 20 содержит составную наружную поверхность 24 линзы. Фиг.8-15 изображают в общем виде форму вспомогательной линзы 20 и, в частности, составную наружную поверхность 24 линзы, при рассмотрении под разными углами. Разные виды, показанные на фиг.8-15, включены для ясности, поскольку составная наружная поверхность 24 линзы включает сложные формы для обеспечения требуемых оптических характеристик направления света устройства 10. Несколько чертежей являются представлениями генерированных САПР монолитных моделей составной наружной поверхности 24 линзы, которые обеспечивают более наглядное представление о составной наружной поверхности 24 линзы. На фиг.8-15 имеется всего лишь несколько ссылочных позиций, поскольку данные чертежи изображают разные виды одних и тех же элементов.
Фиг.16-19С обеспечивают более подробное описание составной наружной поверхности 24 линзы. Фиг.16 изображает дополнительное перспективное представление генерированной САПР монолитной модели составной наружной поверхности 24 линзы. Составная наружная поверхность 24 линзы содержит основную периметрическую поверхность 38 с опорной точкой 48 среднего участка (в данном документе для краткости часто упоминаемой как опорная точка 48), определяющей опорную ось 44, параллельную центральной оси 26. Составная наружная поверхность 24 линзы включает в себя основную периметрическую поверхность 38, которая центрирована на предпочтительной стороне, указанной стрелкой 14 направления. Основная периметрическая поверхность 38 выступает из нижнего конца 34 вниз (на чертежах вверх, как отмечено выше) и внутрь до кромочной линии 42, образованной множеством точек наружной поверхности линзы (точек на составной наружной поверхности 24 линзы) в каждой полуплоскости опорной оси, которые являются наиболее удаленными от основной плоскости 34Р, и расположенной на расстоянии от опорной точки 48. Кромочная линия 42 стягивает угол вокруг центральной оси 44, который больше чем 180°, причем такой угол измеряется между линейными сегментами 26а и 26b в направлении предпочтительной стороны, как показано стрелкой 14 направления (см. фиг.18). Основная периметрическая поверхность 38 заканчивается внутри у кромочной линии 42.
Составная наружная поверхность 24 линзы также включает в себя средний участок 50, который находится внутри кромочной линии 42 и содержит опорную точку 48 среднего участка. Средний участок 50 содержит вогнутую поверхность вокруг опорной точки 48. Составная наружная поверхность 24 линзы также включает в себя неосновную периметрическую поверхность 39, которая центрирована на непредпочтительной стороне, указанной стрелкой 14N направления. Неосновная периметрическая поверхность 39 граничит со средним участком 50 и основной периметрической поверхностью 38.
Фиг.16-19С иллюстрируют приведенное выше описание составной наружной поверхности 24 линзы. Составная наружная поверхность 24 линзы выполнена посредством использования пяти расчетных кривых 40А-40Е целевой линзы, как показано на фиг.16. Составная наружная поверхность линзы является двусторонне симметричной относительно центральной линии CL. Фиг.17-19 и их соответствующие разрезы, показанные на фиг.17С-19С, также иллюстрируют детали пяти расчетных кривых 40А-40Е целевой линзы.
-1
В данном варианте осуществления разрез А-А определяет плоскость, в которой находятся опорная ось 44 (включающая в себя опорную точку 48) и центральная линия CL, при этом указанная плоскость перпендикулярна основной плоскости 34Р. Разрез В-В определяет плоскость, перпендикулярную основной плоскости 34Р, перпендикулярной разрезу А-А, и содержащую опорную ось 44 и опорную точку 48. Разрез С-С определяет плоскость, перпендикулярную основной плоскости 34Р, ориентированную под углом θ, равным приблизительно 38,7 градусов (тангенс(0,8) в соответствии с выбранными техническими требованиями), к плоскости разреза В-В, и содержащую опорную ось 44 и опорную точку 48. Все пять расчетных кривых 40А-40Е целевой линзы содержат одну концевую точку в опорной точке 48.
Опорная точка 48 расположена на линии, перпендикулярной основной плоскости 34Р, определяющей опорную ось 44, и смещенной на расстояние Δ от центральной оси 26 вдоль центральной линии CL. В данном конкретном варианте осуществления Δ имеет величину, равную примерно 0,040 дюйм (примерно 0,101 см), и наружный диаметр вспомогательной линзы 20 в основной плоскости 34Р равен 0,5 дюйм (1,27 см). На фиг.17С, 18, 19 и 19С расстояние Δ изображается коротким участком линейного сегмента в конце опорной линии от значка Δ. Расстояние Δ также показано на фиг.4.
Ссылочные стрелки a-h помогают определить пять расчетных кривых целевой линзы: кривая 40А содержит концевые точки a и b; кривая 40В содержит концевые точки f и g; кривая 40С содержит концевые точки d и е; кривая 40D содержит концевые точки g и h; кривая 40Е содержит концевые точки b и c. Концевые точки b, d и g совмещаются с опорной точкой и расположены в опорной точке 48, а концевые точки a, c, e, f и h расположены в основной плоскости 3Р в нижнем конце 34. Каждая из пяти расчетных кривых 40А-40Е целевой линзы выполнена с возможностью обеспечения требуемого направления света вдоль направлений, определяемых разрезами А-А, В-В и С-С, как описано выше. Другими словами, каждая расчетная кривая целевой линзы выполнена с возможностью удовлетворения одного или простого набора критериев качества линзы вдоль одного направления, позволяя инженеру-оптику определить очень сложную линзу в виде набора более легко формулируемых критериев.
Пять кривых 40А-40Е сходятся в опорной точке 48. Затем формируется составная наружная поверхность 24 линзы посредством генерирования плавных поверхностей между пятью расчетными кривыми 40А-40Е целевой линзы при помощи рациональной совокупности последовательных неоднородных сложнопрофильных кривых (NURBS), математического метода сглаживания, используемого для образования поверхностей в системах САПР, и других компьютерных графических приложений и хорошо известных специалистам в современной технологии САПР и компьютерной графики. Составная наружная поверхность 24 линзы вполне определяется пятью расчетными кривыми 40А-40Е целевой линзы, требованием двусторонней симметрии (для данного варианта осуществления) и основной плоскостью 34Р, так что составная наружная поверхность 24 линзы дает в результате поверхность, содержащую основную периметрическую поверхность 38, средний участок 50 и вогнутую поверхность 46 вокруг опорной оси 44.
Другие варианты осуществления данного светодиодного устройства с направлением света настоящего изобретения могут быть выполнены посредством использования больше или меньше пяти расчетных кривых целевой линзы, с использованием возможностей NURBS для генерирования составной наружной поверхности линзы в соответствии с различными конкретными требованиями к исполнению линзы.
В зависимости от конкретных форм расчетных кривых целевой линзы (или при использовании какого-либо другого метода для генерирования составной наружной поверхности линзы вспомогательной линзы настоящего изобретения), вогнутая поверхность 46 может изменяться по относительному размеру и форме в пределах составной наружной поверхности линзы. Кроме того, в зависимости от технологии, используемой для изготовления вспомогательной линзы, участок вогнутой поверхности вокруг опорной точки может быть совсем малым.
Фиг.20 изображает двумерное распределение 52 интенсивности освещения для варианта осуществления, содержащего один излучатель 18 света, одну основную линзу 16 и одну вспомогательную линзу 20. Схема 52 распределения была получена с использованием программного обеспечения для построения оптических лучей для моделирования интенсивности освещения, исходящего из устройства 10 настоящего изобретения. "Локальная ось Y" характеризует расстояние за и перед бордюрной линией, причем бордюрная линия расположена в положении Y=4, параллельно "локальной оси Х". Значения Y больше 4 характеризуют участок предпочтительной стороны (стороны дороги) схемы 52, а значения Y меньше 4 характеризуют участок непредпочтительной стороны (стороны размещения) схемы 52. При моделировании положение прямо под устройством 10 определяется при Y=4 и Х=4, показанное пересечением бордюрной линии 17 и линии 54. Единицы измерения Х и Y могут быть выражены в длинах столба, т.е. если столб имеет высоту 20 футов, то полный размах по оси Х и оси Y равен 8×20 футов или 160 футов.
Яркость схемы 52 распределения освещения на фиг.20 иллюстрирует относительное распределение интенсивности, показывающее, что очень значительная часть света, исходящего из устройства 10, переориентируется вспомогательной линзой 20 устройства 10 в предпочтительную сторону, и лишь малое количество неразрешенного освещения - в непредпочтительную сторону.
Фиг.21А-21С изображают второй вариант осуществления вспомогательной линзы, в которую встроена основная линза. Фиг.21А-21С соответствуют фиг.17-19С во всех отношениях за исключением того, что основная линза и вспомогательная линза выполнены как единая линза 60. Единая линза 60 устраняет необходимость в геле для оптического согласования между основной и вспомогательной линзами и оптические недостатки, которые сопряжены с границами между данными двумя линзами. Фиг.21А-21С изображают три вида единой линзы 60 и определенные разрезы без фона.
Во втором варианте осуществления, показанном на фиг.21А-21С, единая линза 60 выполнена вокруг кольца 30. Единая линза 60 может быть изготовлена с кольцом 30, предпочтительно выполненным из отражающего материала, такого как алюминий, образованным в линзе 60, или линза 60 может быть выполнена с возможностью установки вокруг кольца.
Хотя принципы данного изобретения описаны со ссылкой на конкретные варианты осуществления, необходимо понимать, что данные описания приведены только в качестве примера и не имеют цели ограничения объема данного изобретения.