ЭКСПОЗИЦИОННЫЙ СВЕТИЛЬНИК ДЛЯ МОНТАЖА НА ШИНОПРОВОДЕ

Область техники
Полезная модель относится к области светотехники, в частности к светильнику, предназначенному для монтажа на шинопроводе, который может быть использован для освещения отдельных предметов экспозиции на выставках, в музеях, в витринах торговых залов.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известны экспозиционные светильники. Так известен трековый светильник (патент США US 2015184841 (A1), F21S 8/00, 02.07.2015), содержащий шинопровод, модуль электропитания, оптический модуль, при этом модуль электропитания установлен с возможностью продольного перемещения по шинопроводу и обеспечивает электрическое и механическое соединение с ним, а оптический модуль соединен с модулем электропитания двухстепенным шарнирным узлом с пересекающимися взаимно перпендикулярными осями вращения. Шарнирный узел состоит из промежуточного звена, вертикального шарнира, соединяющего корпус модуля электропитания и промежуточное звено, и горизонтального шарнира, соединяющего промежуточное звено и оптический модуль. Оптический модуль состоит из корпуса, оптической системы и источника света. Данный светильник обеспечивает «нацеливание» светового луча на объект, но не предполагает регулирование диаметра светового пятна, обеспечивающего «акцентное» освещение объекта. Это ограничивает возможности осветительной установки.
Кроме того известен светильник, содержащий регулируемые осветительные модули, (патент РФ RU 2449212 С2, F21V 14/02, 27.04.2012). Светильник содержит корпус и один или более оптических модулей, шарнирно установленных в корпусе. Каждый из оптических модулей содержит светодиодный источник света, теплоотвод и выполнен с возможностью поворота в корпусе осветительного модуля. В свою очередь корпус осветительного модуля установлен в светильнике с возможность вращения вокруг оси, перпендикулярной оси вращения оптического модуля. Технический результат - обеспечение возможности регулировки освещения. Но для формирования требуемого размера пятна освещения используется несколько осветительных модулей, что значительно усложняет как осветительную систему в целом, так и ее настройку. Кроме того известен регулируемый экспозиционный светильник с неподвижным корпусом (патент США US 6200011 (B1), F21V 8/00 13.03.2001). В патенте описан встраиваемый в потолок светильник, который характеризуется наличием следующих основных элементов - корпус с возможностью вращения относительно вертикальной оси, линзой, установленной в оптическом окне корпуса, излучающий элемент, установленный в корпусе с возможностью вращения относительно горизонтальной оси и возможностью продольного перемещения по оси корпуса относительно линзы источника света, таким образом, что изменение положения источника света позволяет регулировать поперечный размер выходного луча и его направление. Данный светильник характеризуется ограниченным диапазоном изменения угла отклонения оптической оси от вертикальной оси и зависимостью формы и площади светового отверстия оптической системы от этого угла, когда источник света находится в зоне фокальной плоскости линзы. Введение в оптическую систему линзы приводит к хроматической аберрации, появлению цветовых полос на освещаемом объекте. Применение отражателя - к появлению кольцевой зоны ненулевой освещенности с резким уменьшением ее до нуля на границе зоны, т.е. уменьшение функция освещенности по радиусу не является строго монотонной. Это ограничивает эксплуатационные возможности изделия и понижает качество освещения.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является трековый светильник с дистанционным управлением (патент КНР 106439605 A, F21 8/00, 22.02.2017). Светильник состоит из модуля электропитания, адаптера, обеспечивающего электрическое и механическое соединение с треком, оптического модуля, шарнирно связанного с модулем электропитания, состоящего из корпуса, линзы, установленной в окне оптического модуля, и излучающего элемента, который размещен с возможностью продольного перемещения внутри корпуса по внутренним направляющим, при этом излучающий элемент состоит из светодиодного источника света и цилиндрического радиатора, а светодиодный источник закреплен на торце радиатора со стороны окна оптического модуля, а с другой стороны радиатора выполнено глухое резьбовое отверстие, с которым взаимодействует винт. Применение линзовой оптики в экспозиционных светильниках для освещения объектов, расположенных на расстоянии менее 5 метров требует применения линз с фокусным расстоянием от 40 до 60 мм. Эти линзы характеризуются существенной хроматической аберрацией, проявляющейся по контуру светового пятна и в центре его, когда излучающий элемент находится в фокальной плоскости или около нее. Кроме того световое пятно, когда источник света находится в фокальной плоскости, характеризуется значительным перепадом освещенности на его границе, вызывающий зрительный дискомфорт яркостного контраста.
Раскрытие сущности полезной модели
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является преодоление недостатков, присущих аналогам и прототипу и направлено на достижение требуемого качества светового пятна на освещаемом объекте по освещенности и цветопередаче.
Экспозиционное освещение является дополнительным к общему освещению и его качество можно оценить, разбивая его параметры на группы.
Группа параметров качества освещения по характеристикам, относящимся к оценке поверхности экспонируемого объекта
Группа параметров качества освещения по характеристикам, относящимся к выявлению формы экспонируемого объекта.
Группа параметров качества освещения относящаяся к области психофизиологии зрительных ощущений.
Под декоративными свойствами освещения поверхности понимают свойства, обеспечивающие его эстетическое восприятие. Декоративные свойства поверхности характеризуются цветом, блеском, фактурой. Для каждого из этих характеристик можно определить формализованную группу параметров.
Нарушение цвета освещения объекта вызывается появлением окрашенных линий хроматической аберрации, вызванной наличием линзы. Для светодиодных светильников - это широкая яркая желтая полоса, расположенная по периметру светового пятна и по периметру изображения светодиодной сборки, когда она находится в районе фокальной плоскости линзы. Размещение пленочного диффузора с объемным рассеянием в световом окне светильника лишь уменьшает контрастность переходов линий. Размещение между линзой и светодиодом пленочного диффузора с поверхностным рассеянием с осесимметричной индикатриссой рассеяния решает эту проблему: влияние хроматической аберрации на освещение объекта не выявляется..
Под информативными свойствами освещения, обеспечивающими формирование трехмерного образа, понимается обеспечение такой структуры освещения, которая соответствует замыслу автора для восприятия данного объекта как одиночного или как элемента композиции. При этом устанавливается:
- Направленность светового потока для формирования главного фронтального для наблюдателя вида.
- Выразительное выявление экспонируемого объекта на фоне объектов заднего плана по освещенности и деталям,
- Наличие резких и глубоких теней на объекте или наоборот высвечивание поверхности с потерей объемных акцентов,
- Отсутствие неестественных теней, искажающих представление о предмете, вызванных применением нескольких направленных источников,
- Равномерность освещения в экспозиционной зоне при наличии плоских элементов у объекта.
Применение пленочного диффузора с поверхностным рассеянием с осесимметричной индикатриссой рассеяния ликвидирует кольцевую зону ненулевой освещенности с резким уменьшением ее на границе. В результате исключается перекрестное влияние двух соседних светильников друг на друга. Отсутствуют кольцевые полосы освещенности на периферии, вызывающие неестественные тени на соседнем объекте.
Из параметров качества освещения, связанных с психофизиологией зрительных ощущений выбраны лишь те, на которые можно повлиять, используя предлагаемое техническое решение.
Яркостный контраст. Взаимное латеральное торможение зрительных нейронов вызывает яркостный контраст. Появляется кажущееся усиление перепада яркости на границе поверхностей разной освещенности. Этот эффект, эффект Маха, вызывает подчеркивание контуров, т.е. на границе яркого светового поля и более темной поверхности ощущаются две дополнительные линии (еще более яркую линию на границе светлого поля и очень темную линию на границе темной поверхности). Для исключения влияния этого явления на необходимо не допускать формирование границ с резким перепадом освещенности.
Такие границы возникают при применении светильников с кривой силы света типа Г (глубокой) с блендой. Размещение пленочного диффузора с поверхностным рассеянием с осесимметричной индикатриссой рассеяния позволяет сформировать гладкий строго монотонный переход освещенности от края луча к периферии освещаемой области., ослабляющий яркостный контраст.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в получении светового пятна без отклонений в цветопередаче с монотонным уменьшением освещенности от границы светового пятна к периферии освещаемой поверхности.
Данная задача решается за счет того, что в экспозиционном светильнике для монтажа на шинопроводе, состоящем из модуля электропитания, адаптера, обеспечивающего электрическое и механическое соединение с шинопроводом, оптического модуля, состоящего из корпуса, плоскосферической линзы, установленной в окне оптического модуля, и светоизлучающего элемента, который размещен с возможностью продольного перемещения внутри корпуса по направляющим, при этом светоизлучающий элемент состоит из светодиодного источника света и цилиндрического радиатора, а светодиодный источник света закреплен на торце радиатора со стороны оптического окна оптического модуля, а с другой стороны радиатора выполнено глухое резьбовое отверстие, с которым взаимодействует винт согласно техническому решению, светодиодный модуль соединен с модулем электропитания двухстепенным шарнирным узлом с пересекающимися взаимно перпендикулярными осями вращения. При этом шарнирный узел состоит из промежуточного звена, вертикального шарнира, соединяющего корпус модуля электропитания и промежуточное звено, и горизонтального шарнира, соединяющего промежуточное звено и оптический модуль. Винт закреплен с возможность вращения на поперечной траверсе, установленной на торце корпуса оптического модуля, и снабжен маховичком ручной подачи. К плоской стороне линзы примыкает пленочный диффузор с поверхностным рассеянием с осесимметричной индикатриссой рассеяния с диаметром равным диаметру линзы, при этом пленочный диффузор устанавливается поверхностью рассеяния в сторону линзы. Промежуточное звено может быть выполнено в виде лиры с осью вращения горизонтального шарнира, лежащей в диаметральной плоскости оптического модуля.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
На фиг. 1 представлен вид светильника в фронтальной аксонометрии (провод питания светодиода условно не показан);
На фиг. 2 представлен вид светильника с сечением фронтальной плоскостью (провод питания светодиода условно не показан);
На фиг. 3 представлены результаты натурного моделирования применения пленочного диффузора с поверхностным рассеянием для подавления хроматической аберрации. На левой фотографии зафиксировано световое пятно светодиодного светильника с линзовой оптикой, когда светодиодная сборка находится в фокальной плоскости. Наблюдается контрастное выделение отдельных светодиодов в сборке на желтом фоне, вызванном хроматической аберрацией. На правой фотографии в светильник установлен пленочный диффузор с поверхностным рассеянием и симметричной индикатриссой. Хроматическая аберрация не выявляется, (см. также цветную иллюстрацию Color Shifts in Volumetric Diffusers: [электронный ресурс] Brightview Technologies USA, Durham, 2018. URL: http://www.brightviewtechnologies.com/data/StreamFile.aspx?loc=cb&file=04032015091212_Color-Mixing-Information.pdf (Дата обращения:01.08.2018)).
На фиг. 4 представлены результаты натурного моделирования применения пленочного диффузора с поверхностным рассеянием для подавления периферийных световых полос и границ яркостного контраста. На левой фотографии изображено световое пятно светодиодного светильника с кольцевой зоной ненулевой освещенности с последующим резким уменьшением освещенности до нуля на границе зоны, т.е. уменьшение функции освещенности по радиусу не является строго монотонной. (Светодиодная сборка вне фокальной плоскости). Ниже представлен график кривой силы света данного светильника. На центральной фотографии изображено световое пятно светодиодного светильника с резким уменьшением освещенности до нуля, т.е. с границей яркостного контраста, с соответствующему этой оптической системе графиком кривой силы света. Правая фотография с ее графиком кривой силы света подтверждает, что размещение пленочного диффузора с поверхностным рассеянием с осесимметричной индикатриссой рассеяния позволяет сформировать гладкий строго монотонный переход освещенности от края луча к периферии освещаемой области. (Зоны воздействия на фотографиях и графиках указаны стрелками.)
Позиции на чертежах соответствуют следующим узлам и деталям:
1. Модуль электропитания
2. Оптический модуль
3. Адаптер
4. Корпус модуля электропитания
5. Источник постоянного тока
6. Потенциометр
7. Лира
8. Полый болт
9. Соосный болт
10. Корпус оптического модуля
11. Светоизлучающий элемент
12. Призматическая направляющая
13. Линза
14. Пленочный диффузор
15. Механизм продольного перемещения светоизлучающего элемента
16. Радиатор
17. Светодиодный источник света
18. Коннектор
19. Электрический кабель
20. Винт регулировочный
21. Траверса
22. Бленда
Осуществление полезной модели
Заявляемое устройство представляет собой экспозиционный светильник для монтажа на шинопроводе, который может быть использован для освещения отдельных предметов экспозиции на выставках, в музеях, в витринах торговых залов. Светильник включает в себя модуль электропитания 1 и оптический модуль 2. Модуль электропитания обеспечивает с помощью адаптера 3 электрическое и механическое соединение с шинопроводом. Он состоит из корпуса 4, внутри которого размещены регулируемый источник постоянного тока 5 и потенциометр 6, который является элементом регулировки выходных характеристик источника тока. На корпусе модуля электропитания смонтирован двухстепенной шарнир, соединяющий модуль электропитания 1 и оптический модуль 2. Шарнир выполнен в виде лиры 7, которая закреплена в верхней ее точке на нижней стенке корпуса модуля электропитания с помощью полого болта 8 с возможностью вращения относительно вертикальной оси (первой оси вращения шарнира). Вращение оптического модуля вокруг горизонтальной оси, которая является второй осью двухстепенного шарнира, обеспечивается двумя соосными болтами 9, которые соединяют отверстия на концах лиры с отверстиями, диаметрально расположенными на цилиндрической поверхности оптического модуля. Угол отклонения оптического модуля от вертикальной оси составляет 90 градусов. Оптический модуль состоит из корпуса 10, светоизлучающего элемента 11, размещенного внутри его с возможностью перемещения вдоль оси корпуса по призматическим направляющим 12, которые закреплены на внутренней поверхности корпуса, плоскосферической линзы 13, пленочного диффузора 14 и механизма продольного перемещения светоизлучающего элемента 15. Светоизлучающий элемент состоит из цилиндрического радиатора 16, светодиодного источника света 17, установленного в коннекторе 18 на торце радиатора. Радиатор выполнен из теплопроводящего материала, например, алюминиевого сплава, и имеет продольное по всей его длине оребрение. Через полый болт 8 пропущен электрический кабель 19, соединяющий источник постоянного тока 5 и светодиодный источник света 17. На торце радиатора 16, противоположном тому, на котором установлен светодиод, выполнено глухое резьбовое отверстие, взаимодействующее с регулировочным винтом 20, закрепленным на траверсе 21 с возможностью вращения. Траверса закреплена на корпусе 10 в торцевой его плоскости, противоположной световому окну. Резьбовое отверстие, винт и траверса являются частями механизма продольного перемещения светоизлучающего элемента 15 относительно линзы 13. Пленочный диффузор 14 примыкает к плоской стороне плоскосферической линзы. Обе детали установлены в оптическом окне и прижаты блендой 22. Пленочный диффузор с поверхностным рассеянием с осесимметричной индикатриссой представляет собой пленку с регулярной поверхностной микроструктурой. Пленочный диффузор устанавливается поверхностью рассеяния в сторону линзы.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Светильник устанавливается в шинопровод около освещаемого объекта, так, чтобы направленный луч света не вызывал глубоких по перепаду освещенности или больших по площади затененных частей объекта экспозиции. Вращением регулировочного винта 20 светоизлучающий элемент 11 переводится в крайнее заднее положение. При этом светодиодный источник света размещается в фокальной плоскости, а световое пятно имеет минимальный диаметр. Вращением оптического модуля 2 вокруг вертикальной и горизонтальной оси центр светового пятна совмещается с «центром» освещаемого объекта. Вращением регулировочного винта устанавливается требуемая площадь освещения экспозиции. Вращением ручки потенциометра 6 устанавливается требуемая освещенность центральной точки объекта.
Пример конкретного выполнения
Изготовлен экспозиционный светильник заявляемой конструкции. Габаритные размеры светильника 190×80×190 мм. Корпус модуля электропитания питания имеет габариты 135×84×47 мм и снабжен адаптером, обеспечивающим подсоединение светильника к шинопроводу для светотехнических систем Euro-DIN класса 1 по ГОСТ60570-99. Оптический модуль имеет диаметр 80 мм и длину 120 мм. Двухстепенной шарнир, использующий лиру в качестве промежуточного звена, обеспечивает разворот оптического модуля вокруг вертикальной оси на угол 320 градусов и отклонение его от вертикальной оси на угол 110 градусов. В светильнике используется источник тока, обеспечивающий при регулировании с помощью потенциометра величину стабилизированного тока от 100 до 300 мА. В оптическом модуле используются светодиодные сборки мощностью от 13 до 20 Вт. Они обеспечивают максимальное значение светового потока от 1300 до 2700 лм. Регулирование светового потока с помощью потенциометра, размещенного в корпусе, позволяет уменьшить световой поток до величины одной десятой от максимального его значения. В светильнике используется плоскосферическая линза из оптического силикатного стекла с фокусным расстоянием 40 мм. Светодиодная сборка типа СОВ (chip on board) размещена на торце радиатора из экструдированного алюминиевого профиля. Этот светоизлучающий элемент перемещается вдоль оси оптического модуля по двум призматическим направляющим. Механизм продольного перемещения состоит из гайки, запрессованной в радиатор с противоположной светодиодной сборке стороны, винта, снабженного маховичком, и траверсы, закрепленной на торце оптического модуля, с отверстием, в котором вращается винт. В винтовой паре применена двухзаходная трапецеидальная резьба, обеспечивающая перемещение светоизлучающего элемента на 40 миллиметров за семь оборотов винта.
К плоской стороне линзы примыкает пленочный диффузор с поверхностным рассеянием типа MPR-10 с углом рассеяния от 15 до 30 градусов (изготовитель см. LED Diffuser Products:[электронный ресурс] Brightview Technologies USA, Durham, 2018.
URL: http.//www.brightviewtechnologies.com/products/led-diffusers/led-diffuser-products/page.aspx?id=1102 (Дата обращения: 01.08.2018)). Пленочный диффузор устанавливается структурированной стороной в сторону линзы. Линза и пленочный диффузор зафиксированы блендой высотой 30 мм.
Путем перемещения светоизлучающего элемента от переднего до заднего крайнего положения обеспечивается изменение диаметра светового пятна 600 до 1800 мм на освещаемой поверхности, отстоящей от светового окна оптического блока, на расстоянии 1500 мм.