СВЕТИЛЬНИК И РЕФЛЕКТОР
LAMP AND REFLECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к светильнику и, более конкретно, к навесному (washer) потолочному светильнику, который содержит источник света и отражатель сложной формы. Изобретение относится также к указанному отражателю самому по себе.
Уровень техники
Некоторые потолочные светильники известны из существующих технических решений. Например, асимметричный светильник, известный под торговой маркой Adante фирмы Philips, содержит рефлектор и источник света. Рефлектор является цилиндром, частично образуемым эллиптической дугой. Рефлектор обращен к потолку. При наблюдении сверху световая поверхность на выходе выглядит квадратной. Регулируемая заслонка не допускает нежелательное попадание света на установочную стену.
Сущность изобретения
Целью вариантов реализации изобретения является предложение светильника, который дает заметно круглый световой луч.
Другой целью вариантов реализации изобретения является предложение светильника, имеющего небольшую толщину без отрицательного влияния на распределение света.
Еще одной целью вариантов реализации изобретения является предложение светильника с уменьшенным нагревом.
Другой целью вариантов реализации изобретения является предложение светильника, в котором увеличен срок службы источника света.
Дальнейшей целью вариантов реализации изобретения является предложение асимметричного потолочного светильника, который перенаправляет лучи света, направленные на стену, от стены к потолку для повышения эффективности.
Для этого вариант реализации изобретения предлагает рефлектор, который содержит светоотражательную стенку и световой выход, лежащий в плоскости светового выхода, причем светоотражающая стенка определяется как часть внутренней поверхности по меньшей мере одного эллипсоида, фокальная ось которого располагается под не равняющимся нулю углом α к оси, перпендикулярной к плоскости светового выхода.
Другой вариант реализации изобретения предлагает светильник, более конкретно асимметричный потолочный светильник, который, как описано выше, содержит источник света и рефлектор.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники после прочтения описания, приведенного здесь в связи с прилагаемыми чертежами. Детальное описание, демонстрирующее предпочтительные варианты реализации изобретения, приводится только в качестве иллюстрации.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 показан перспективный вид первого варианта реализации эллипсоидального рефлектора;
на фиг.2А и 2В показаны соответственно прямой поперечный разрез и вид в плане сверху эллипсоидального рефлектора с фиг.1;
на фиг.3 показан перспективный вид второго варианта реализации эллипсоидального рефлектора;
на фиг.4А, 4В и 4С показаны соответственно прямой поперечный разрез, вид в плане сверху и вид в плане спереди эллипсоидального рефлектора с фиг.3;
на фиг.5 показан перспективный вид третьего варианта реализации эллипсоидального рефлектора;
на фиг.6 показан перспективный вид варианта реализации светильника, содержащего эллипсоидальный рефлектор.
Детальное описание изобретения
Следует отметить, что применяемые в данном описании и в прилагаемой формуле изобретения обозначения в единственном числе включают в себя также и ссылки на множественное число за исключением специально оговоренных случаев. Кроме специально оговоренных случаев, все технические и научные термины здесь имеют значение, общеизвестное специалистам в той области техники, к которой относится это изобретение.
Поскольку в изобретении используется эллипсоидальный рефлектор, ниже в качестве напоминания приводятся основные сведения о геометрии эллипса и эллипсоида.
1
2
1
2
а
b
Эллипсом является геометрическое место точек на плоскости, где сумма расстояний от любой точки на кривой до двух фиксированных точек является постоянной. Две фиксированные точки называют фокусами и обычно обозначают как F и F. Линия, которая проходит через фокусы F и F, обычно называется фокальной осью. Отрезок прямой, который образуется фокальной осью и оканчивается на эллипсе, называется большой осью. Отрезок прямой, образуемый перпендикуляром к большой оси, который делит ее пополам и оканчивается на эллипсе, называется малой осью. Точка пересечения большой оси и малой оси называется центром эллипса. Большая полуось  равна половине большой оси: отрезку прямой, идущей от центра через фокус и к кромке эллипса. Аналогичным образом малая полуось  равна половине малой оси. Эллипс описывается уравнением с центром в начале прямого ортонормального базиса:
(1)
а
b
Форма эллипса может быть выражена числом, которое называют эксцентриситетом и обычно обозначают как ε. Эксцентриситет является положительным числом, которое меньше 1 и больше или равно 0. Эксцентриситет, равный 0, подразумевает, что два фокуса занимают одну и ту же точку и что эллипс является окружностью. Для эллипса с большой полуосью  и малой полуосью  эксцентриситет выражается следующим уравнением:
(2)
а
b
d
d
Чем больше эксцентриситет, тем больше отношение  к  и поэтому тем более вытянут эллипс. Расстояние от центра эллипса до любого фокуса обозначается . Расстояние  называют также линейным эксцентриситетом эллипса; он определяется следующим уравнением:
(3)
f,
Таим образом, расстояние между фокусами, обозначенное как  определяется уравнением:
(4)
Эллипсоид является трехмерным аналогом эллипса. Уравнение эллипсоида с центром в начале прямого ортонормального базиса является следующим:
(5)
а > b > c
Определенным типом эллипсоида является разносторонний эллипсоид, у которого каждый радиус отличается от двух других. Например, .
Глагол «сливаться» и его производные и слово «общий», относящиеся к точке, например к фокусу эллипсоида или к оси, например к полярной оси эллипсоида, должны означать, что точка или ось идентичны или что они находятся в тесной близости по сравнению с характеристической длиной эллипсоида.
В варианте реализации изобретения светильник содержит рефлектор сложной формы и источник света. Варианты реализации изобретения будут описаны в общем для случая потолочного светильника. Однако эти варианты реализации могут также быть приспособлены к другим навесным светильникам, например настенному светильнику, путем соответствующего вращения описанных вариантов реализации.
Сначала будет описан рефлектор.
В первом варианте реализации, изображенном на фиг.1 и 2, рефлектор 1 содержит стенку 2 и световой выход 3. Световым выходом 3 является отверстие 31 в верхней части рефлектора 1, через который проходят световые лучи для освещения потолка. Световой выход располагается в плоскости светового выхода 32. Лучи света проходят или по прямой от источника света, который может быть помещен внутри рефлектора 1, через световой выход 3, или по пути, который содержит одно или больше отражений от рефлектора 1 в направлении светового выхода 3. Стенка 2 рефлектора 1 содержит внутреннюю поверхность 21 и наружную поверхность 22. Внутренняя поверхность имеет определенную форму и является светоотражающей. Внутренняя поверхность 21 будет называться светоотражательной стенкой. Наружная поверхность 22 рефлектора 1 может иметь любую форму, например форму, сходную с формой светоотражательной стенки, и может использоваться для эстетических целей (окрашивание, отделка поверхности …).
Светоотражательная стенка определяется как часть 23 поверхности эллипсоида, причем указанная часть берется между точкой 24 эллипсоида, наиболее удаленной от плоскости 32 светового выхода, и плоскостью 32 светового выхода. Другими словами, выпуклость 23 эллипсоида ниже плоскости 32 светового выхода является светоотражательной стенкой 2. В зависимости от положения светильника относительно потолка, который требуется освещать, фокальная ось 25 эллипсоида находится под определенным углом α к оси V, перпендикулярной к плоскости 32 светового выхода.
Если плоскость светового выхода горизонтальна, то ось V является вертикальной осью.
Световой выход 3 имеет такую же форму, как и пересечение между эллипсоидом и плоскостью 32 светового выхода. В общем, это пересечение определяет эллипс.
В дальнейшем варианте реализации указанный эллипсоид является разносторонним эллипсоидом.
output
b
a
b
a
В варианте реализации изобретения имеющий форму эллипса световой выход 3 обладает эксцентриситетом ε ниже 0,45. Исходя из уравнения 2 это подразумевает, что отношение  к  эллипса светового выхода больше 0,9. Другими словами, форма светового выхода близка к окружности. В варианте реализации изобретения отношение  к  имеющего форму эллипса светового выхода больше 0,95 или даже 0,99, что соответствует эксцентриситету, который меньше приблизительно 0,3 или 0,15. Форма светового выхода частично определяет форму луча света. Круглый световой выход облегчает получение круглого луча света.
Рефлектор содержит также отверстия 41 под лампы. В варианте реализации отверстия 41 под лампы располагают в рефлекторе 1 таким образом, что ось 42 луча света сливается с фокальной осью 25 эллипсоидального рефлектора 1. В другом варианте реализации кожух 41 для источника света располагают в рефлекторе 1 таким образом, что центр источника 4 света располагается в первом фокусе 26 эллипсоидального рефлектора 1. В этом случае все лучи света, которые испускает источник 4 света, будут или проходить прямо через световой выход 3, или отражаться от рефлектора 1 и проходить по направлению ко второму фокусу 27 эллипсоидального рефлектора или рядом с указанным вторым фокусом.
В предпочтительном варианте реализации изобретения плоскость 32 светового выхода разрезает эллипсоид между первым фокусом 26 и вторым фокусом 27 эллипсоида. Первый фокус 26 находится внутри рефлектора 1, в то время как второй фокус 27 находится снаружи рефлектора 1. Таким образом, любой луч света в вертикальной плоскости, содержащей фокальную ось, идущую от первого фокуса и пересекающую отражательную поверхность 21 рефлектора 1, будет отражаться снаружи рефлектора 1 в направлении к месту, близкому ко второму фокусу 27.
Во втором и третьем вариантах реализации изобретения, изображенных на фиг.3-5, светоотражательная стенка 121, 221 рефлектора 101, 201 содержит множество частей эллипсоида 123, 123', 223, 223'. Различия между вариантом реализации, показанным на фиг.3 и 4, и вариантом реализации, показанным на фиг.5, заключаются в размерах светового выхода 103, 203 и наклоне α рефлектора относительно оси, перпендикулярной к плоскости светового выхода.
Для лучшего понимания числовые обозначения признаков, показанных на фиг.3-5, подобны числовым обозначениям, которые используются на фиг.1 и 2. Первая цифра числа, 1 или 2, относится соответственно к варианту реализации, показанному на фиг.3 и 4, и к варианту реализации, показанному на фиг.5.
Более конкретно, светоотражательная стенка 121, 221 определяется как часть 123', 223' внутренней поверхности нижнего эллипсоида S', образующего одно целое с частью 123, 223 внутренней поверхности верхнего эллипсоида S. Фокальная ось 125, 225 указанных верхнего и нижнего эллипсоидов S, S' является общей для указанных эллипсоидов, так же как и первый фокус 126, 226. Второй фокус 127' нижнего эллипсоида S' помещается на общей фокальной оси 125, 225 за пределами второго фокуса 127 верхнего эллипсоида S относительно общего первого фокуса 126, 226. Фокальная плоскость Р может быть определена следующим образом: это плоскость, которая наклонена под углом α к оси V, перпендикулярной к плоскости 132, 232 светового выхода, и которая содержит общую фокальную ось 125, 225. Плоскость Р видна в форме линии на фиг.4А. Часть 123', 223' поверхности нижнего эллипсоида S' берется между (i) наиболее удаленной от плоскости 132, 232 светового выхода точкой 124', 224' нижнего эллипсоида S', (ii) фокальной плоскостью Р и (iii) плоскостью 132, 232 светового выхода. Часть 123, 223 поверхности верхнего эллипсоида S берется между указанной фокальной плоскостью Р и плоскостью 132, 232 светового выхода.
Преимущество такого варианта реализации заключается в том, что общая высота рефлектора h меньше, чем у рефлектора, имеющего такие же размеры светового выхода и такой же наклон, но который содержит единственную эллипсоидальную часть, как в первом варианте реализации. Другими словами, когда размеры светового выхода и наклон постоянны, второй и третий варианты реализации позволяют получить рефлектор меньшей толщины, чем в первом варианте реализации.
В предпочтительном варианте реализации плоскость 132, 232 светового выхода проходит между фокусами 126, 127'; 226 нижнего эллипсоида S'. Первый фокус 126, 226 располагается внутри рефлектора 101, 201, в то время как второй фокус 127' располагается снаружи рефлектора 101, 201.
Как показано на фиг.3-5, верхний эллипсоид S и нижний эллипсоид S' могут пересекаться. В этом случае желательно, чтобы плоскость 132, 232 светового выхода проходила по пересечению верхнего эллипсоида S и нижнего эллипсоида S' или рядом с ним. Такая компоновка позволяет получить хороший компромисс между достаточной поверхностью выхода, высотой отражателя и управлением лучом, включая его отсекания в направлении стены. При наличии более чем одного пересечения между верхним эллипсоидом S и нижним эллипсоидом S' плоскость 132, 232 светового выхода может быть выбрана таким образом, чтобы высота h рефлектора 101, 201 была минимальной.
В варианте реализации изобретения отношение фокусного расстояния f верхнего эллипсоида S к фокусному расстоянию f' нижнего эллипсоида S' находится в диапазоне от 0,70 до 0,90 и более предпочтительно близко к 0,85. Это является другим аспектом компромисса между высотой эллипсоидального рефлектора и поверхностью выхода.
Еще в одном варианте реализации изобретения связующая поверхность 128, 228 между частью поверхности 123', 223' нижнего эллипсоида S' и частью поверхности 123, 223 верхнего эллипсоида S является частью поверхности фокальной плоскости Р.
Как и в первом варианте реализации, второй и третий варианты реализации рефлектора также содержат кожух 41 источника света. Больше деталей уже приведены выше.
В большинстве вариантов реализации наклон α эллипсоида, т.е. угол, под которым фокальная ось наклонена по отношению к оси, перпендикулярной к плоскости светового выхода, находится в диапазоне от 30° до 70°.
Рефлектор может изготавливаться из различных жаропрочных материалов. Жаропрочность будет рассматриваться как достаточная в тех случаях, когда рефлектор не теряет своей отражательной способности и формы под воздействием термического напряжения, возникающего при использовании светильника. К предпочтительным материалам относятся металл, металлические сплавы, термопласты или термореактивные смолы. Предпочтительно рефлектор изготавливают путем формовки или прессования. Техника формовки, такая как литье под давлением или высокотемпературная формовка, хорошо известна специалистам в данной области техники. Техника прессования, такая как тиснение, обработка металлов давлением или глубокая вытяжка, также хорошо известна специалистам в данной области техники.
Существует возможность изготовления рефлектора путем запаивания или сварки вместе двух полурефлекторов, т.е. двух половин цельного рефлектора. Этот подход имеет несколько преимуществ. Во-первых, проще конструировать изложницы или штампы и, во-вторых, полурефлекторы проще хранить, чем цельные рефлекторы.
Светоотражательная способность внутренней поверхности рефлектора может быть обеспечена как за счет выбора подходящего материала для изготовления рефлектора, так и за счет обработки внутренней поверхности рефлектора или за счет того и другого. Обработка поверхности может быть механической обработкой или химической обработкой, нанесением покрытия, напылением или иными известными средствами. Результаты химической обработки поверхности могут быть улучшены, когда они применяются к полурефлекторам, а не к цельным рефлекторам.
Как показано на фиг.6, другой вариант реализации изобретения относится к светильнику 5, в частности к потолочному навесному светильнику, который содержит рефлектор 1, детально описанный в предшествующем описании, и источник 4 света. В предпочтительном варианте реализации источник 4 света помещается по существу в первом фокусе 26 рефлектора 1. Рефлектор 1 может быть защищен корпусом 51.
Рефлектор может быть помещен перпендикулярно стене 6 для того, чтобы освещать потолок, расположенный выше. Конечно, светильник будет также содержать обычные установочные и эксплуатационные средства, такие как крепежные средства и средства подачи энергии.
Приведенное выше описание предпочтительных вариантов реализации изобретения не предполагает быть исчерпывающим или ограничивающим изобретение описанными вариантами реализации. Различные изменения в рамках объема изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники или же могут быть определены в ходе практической реализации изобретения.