ОРИЕНТИРУЕМАЯ ЛИНЗА ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
ALIGNED LENS FOR LIGHT DIODE LAMP

ОРИЕНТИРУЕМАЯ ЛИНЗА ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
Автор Jean-François Laporte, гражданин Канады, проживающий по адресу 640 Curé-Boivin, Boisbriand, Québec J7G 2A7, Canada.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
По настоящей заявке согласно § 119(е) статьи 35 Свода законов США (USC) испрашивается приоритет и преимущество предварительной патентной заявки США № 61/061392, поданной 13 июня 2008 года, озаглавленной «Ориентируемая линза для светодиодного светильника», которая в настоящее время находится на рассмотрении, от имени Жана-Франсуа Лапорта (Jean-François Laporte) как единственного автора изобретения.
ДЕЛО № ZL442/08018 ПАТЕНТНОГО ПОВЕРЕННОГО
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к ориентируемой линзе и, более конкретно, к ориентируемой линзе светильника, составленного светоизлучающими диодами.
2. Уровень техники
Светоизлучающие диоды, или «СИД» (светодиоды), использовали в сочетании с разнообразными линзами, которые отражают свет, излучаемый светодиодами. Кроме того, различные линзы были предложены для применения в светильниках с использованием многочисленных светодиодов в качестве источника света.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет перспективный вид сверху светодиодного светильника с ориентируемой линзой согласно настоящему изобретению, в котором плоская панель заполнена многочисленными светодиодами, и показывает три ориентируемых линзы, две из которых закреплены на плоской панели у соответствующих светодиодов, и одна из которых показана демонтированной с соответствующего ей светодиода;
фиг.2 представляет перспективный вид сверху одной из ориентируемых линз согласно фиг.1;
фиг.3 представляет перспективный вид снизу ориентируемой линзы согласно фиг.2;
фиг.4А представляет перспективный вид сверху ориентируемой линзы из фиг.2 в разрезе, взятом по линии 5-5, и вид в разрезе светодиода, присоединенного к монтажной поверхности, с ориентируемой линзой, закрепленной на монтажной поверхности над светодиодом;
фиг.4В представляет перспективный вид сверху ориентируемой линзы из фиг.2 в разрезе, взятом по линии 5-5;
фиг.5А представляет вид ориентируемой линзы из фиг.2 в разрезе, взятом по линии 5-5, и показанной над светодиодом с трассировкой лучей примерного светового пучка, который излучается светодиодом и контактирует с преломляющей линзой;
фиг.5В представляет вид ориентируемой линзы из фиг.2 в разрезе, взятом по линии 5-5, и показанной над светодиодом с трассировкой лучей примерного светового пучка, который излучается светодиодом и проходит через боковую стенку и либо контактирует со светоотражающей частью, либо направляется в сторону оптической линзы;
фиг.6А представляет вид ориентируемой линзы из фиг.2 в разрезе, взятом по линии 6-6, и показывающий трассировку лучей примерного светового пучка, который излучается из источника и контактирует с частями первичного отражателя;
фиг.6В представляет перспективный вид спереди ориентируемой линзы из фиг.2 в разрезе, взятом по линии 6-6;
фиг.7 показывает полярное распределение в вертикальной плоскости, градуированное в канделах, единичного светодиода с диффузным типом распределения света и без использования ориентируемой линзы согласно настоящему изобретению;
фиг.8 показывает полярное распределение в вертикальной плоскости, градуированное в канделах, того же светодиода из фиг.7 с использованием ориентируемой линзы в варианте исполнения согласно настоящему изобретению;
фиг.9 показывает полярное распределение в горизонтальной плоскости, градуированное в канделах, того же светодиода из фиг.7 без использования ориентируемой линзы согласно настоящему изобретению; и
фиг.10 показывает полярное распределение в горизонтальной плоскости, градуированное в канделах, того же светодиода из фиг.7 с использованием такой же ориентируемой линзы из фиг.8.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Должно быть понятно, что изобретение не ограничивается в этой заявке деталями конструкции и компоновкой составных частей, изложенных в нижеследующем описании или иллюстрированных в чертежах. Изобретение может быть реализовано в других вариантах исполнения и может быть практически осуществлено или исполнено различными путями. Кроме того, должно быть понятно, что формулировки и терминология используются здесь для целей описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Применение терминов «включающий», «заключающий в себе» или «имеющий» и их вариаций здесь предусматривает распространение их на объекты, перечисленные после этого, и их эквиваленты, а также дополнительные объекты. Если не оговорено нечто иное, термины «соединенный», «связанный», «в сообщении с» и «смонтированный» и их вариации здесь используются в широком смысле и охватывают прямые и косвенные соединения, связи и условия монтажа. В дополнение, термины «соединенный» и «связанный» и их вариации не ограничены физическими или механическими соединениями или связями. Кроме того, и как описано в последующих абзацах, конкретные механические компоновки, иллюстрированные в чертежах, предназначены для демонстрации примерных вариантов осуществления изобретения и того, что возможны другие альтернативные механические конфигурации.
Теперь с более подробным рассмотрением фиг.1-10, в которых сходные кодовые номера позиций обозначают подобные элементы на протяжении нескольких изображений, показаны различные аспекты ориентируемой линзы для светодиодного светильника. Ориентируемая линза применима в сочетании с единичным светодиодом и может быть смонтирована и использована с разнообразными светодиодами. Ориентируемую линзу предпочтительно используют в качестве линзы для светодиода с диффузным типом распределения света, хотя она может быть скомпонована для светодиодов и использована со светодиодами, которые также имеют другие типы распределения света. Фиг.1 показывает светодиодную плоскую панель 1, на которой смонтированы пятьдесят четыре светодиода 4 с диффузным типом распределения света. В некоторых вариантах исполнения светодиодной плоской панели 1 светодиодная плоская панель 1 представляет собой металлическую панель, преимущественно с характеристиками распределения теплоты, такую, но не ограниченную таковой, как алюминиевая. В других вариантах исполнения светодиодная плоская панель 1 сделана из огнестойкого материала 4 (FR-4) или представляет собой другую общеизвестную печатную плату. Светодиодная плоская панель 1 и многочисленные светодиоды 4 представляют собой исключительно примеры многообразных панелей, некоторых светодиодов и множества конфигураций светодиодов, в которых может быть применено множество ориентируемых линз для светодиодов. Конструкционные параметры, такие, но не ограничивающиеся таковыми, как картины распределения теплоты, желательной величины выходного светового потока и желательного типа распределения света, могут быть результатом выбора различных количеств светодиодов, различных конфигураций светодиодов и/или различных материалов.
На фиг.1 также показаны три ориентируемых линзы 10 согласно одному варианту исполнения, две из которых показаны установленными поверх соответствующих светодиодов 4 и сопряженными с плоской панелью 1, и одна из которых показана отсоединенной от своего соответствующего светодиода 4. Будучи ориентируемыми устройствами, каждая из этих линз может быть индивидуально отрегулирована для обеспечения данной ориентации для данного светодиода. Как станет ясно, когда многочисленные ориентируемые линзы 10 используют в сочетании с многочисленными светодиодами, каждая ориентируемая линза 10 может быть по отдельности ориентирована безотносительно ориентации других ориентируемых линз 10, например, так, как три ориентируемых линзы 10 на фиг.1, каждая из которых ориентирована в своем особом направлении. Более того, когда присутствуют многочисленные светодиоды, то в некоторых предпочтительных вариантах исполнения только лишь один светодиод или все светодиоды могут быть оснащены индивидуальной ориентируемой линзой 10. Некоторые или все линзы могут быть по отдельности и неизменно отрегулированы на данную ориентацию при создании светодиодного светильника с ориентируемой линзой, или некоторые или все линзы могут быть присоединены с возможностью регулирования в пределах этой области. Таким образом, могут быть достигнуты сложные картины фотометрического распределения и гибкость в создании картин распределения при использовании многочисленных ориентируемых линз 10 с множеством светодиодов, таких, но не ограничивающихся таковыми, как многочисленные светодиоды 4 на плоской панели 1.
С обращением теперь к фиг.2 и фиг.3 более подробно показан вариант исполнения ориентируемой линзы 10. Ориентируемая линза 10 имеет основание 12, которое в этом варианте исполнения показано как имеющее по существу плоские и по существу круглые внутреннюю и наружную поверхности 14 и 16 сопряжения, каждая из которых по существу с круглыми внутренним и наружным периметрами. Основание 12 в фиг.2 также показано с углубленной частью 15, находящейся между существенной частью внутренней и наружной поверхностей 14 и 16 сопряжения. Помимо всего прочего, основание 12 предназначено для присоединения ориентируемой линзы 10 к поверхности, на которой смонтирован светодиод, например, такого, как присоединение к плоской панели 1 на фиг.1. Присоединение основания 12 к поверхности, на которой смонтирован светодиод, а не к самому светодиоду сокращает теплопередачу от светодиода к ориентируемой линзе 10. В некоторых вариантах исполнения как внутренняя, так и наружная поверхности 14 и 16 сопряжения примыкают к поверхности для присоединения ориентируемой линзы 10. В некоторых вариантах исполнения только внутренняя поверхность 14 сопряжения примыкает к поверхности для присоединения ориентируемой линзы 10, и наружная поверхность 16 сопряжения взаимодействует с поверхностью для выравнивания ориентируемой линзы 10 относительно светодиода. В некоторых вариантах исполнения для присоединения ориентируемой линзы 10 к монтажной поверхности может быть приклеена внутренняя и/или наружная поверхность 14 и 16 сопряжения, или другая предусмотренная поверхность. В некоторых вариантах исполнения внутренняя и/или другая поверхность 14 и 16 сопряжения, или другая предусмотренная поверхность может быть вставлена с защелкиванием в монтажную поверхность для присоединения ориентируемой линзы 10. В некоторых вариантах исполнения внутренняя и/или другая поверхность 14 и 16 сопряжения, или другая предусмотренная поверхность может быть впрессована в монтажную поверхность для присоединения ориентируемой линзы 10. Для крепления основания 12 к монтажной поверхности могут быть предусмотрены другие крепежные средства, которые в целом известны квалифицированным специалистами в этой области технологии и могут быть основаны на приведенных здесь указаниях.
Основание 12 также имеет части, которые могут быть сформированы из эстетических соображений или для поддержания или прикрепления других конструкционных деталей ориентируемой линзы 10. Например, в некоторых предпочтительных вариантах исполнения к основанию 12 присоединены и поддерживаются таковым по меньшей мере первичный отражатель 24 (как показано на фиг.6А) и призменный отражатель 30. В некоторых вариантах исполнения ориентируемая линза 10 может быть оснащена основанием 12, имеющим опоры 18 или 19, которые могут способствовать поддержанию призменного отражателя 30 и также могут быть предусмотрены для полной изоляции ориентируемой линзы 10. Некоторые варианты исполнения основания 12 ориентируемой линзы 10 при желании могут быть также оснащены ободковой частью 17 и подобными дополнительными приспособлениями для упрощения монтажа или по другим соображениям. В некоторых вариантах исполнения, когда ориентируемую линзу устанавливают над светодиодом на монтажной поверхности, лист или другой объект может контактировать с ободковой частью 17 или другими частями основания 12, такими как фланцевая часть, расположенная вокруг ободковой части 17, и обеспечивать приложение придавливающего усилия к ориентируемой линзе 10 по направлению к монтажной поверхности, тем самым понуждая внутреннюю и/или наружную поверхности 14 и 16 сопряжения прижиматься к монтажной поверхности для присоединения ориентируемой линзы 10.
В других вариантах исполнения основанию 12 могут быть приданы иные контуры и формы в такой мере, насколько это позволяет надлежащим образом использовать ориентируемую линзу 10 с данным светодиодом и монтировать ее в любой ориентации относительно оси светового пучка светодиода, причем ось светового пучка светодиода представляет собой ось, исходящую из центра светоизлучающей части любого данного светодиода и ориентированную в сторону от монтажной поверхности светодиода. Например, в некоторых вариантах исполнения может быть предусмотрено основание 12 без углубленной части 15 и только с одной иной поверхностью сопряжения, отличающейся от показанных внутренней и наружной поверхностей 14 и 16 сопряжения. Кроме того, например, основание 12 может быть оснащено внутренним и/или наружным периметрами, которые имеют форму, отличную от круглой. Кроме того, например, основание 12 может иметь другие компоновки для присоединения и/или поддержания составных частей ориентируемой линзы 10, таких как первичный отражатель 24 и призменный отражатель 30. Другие вариации основания 12 будут очевидными квалифицированному специалисту в этой области технологии.
На фиг.2 также показаны части преломляющей линзы 22, первичного отражателя 24, поверхности 26, отражающей части 28 и призменного отражателя 30. Когда ориентируемую линзу 10 размещают у светодиода и основание 12 закрепляют на поверхности, такими как светодиод 9 и поверхность 5 на фиг.4А, фиг.5А, фиг.5В и фиг.6А, преломляющая линза 22 и первичный отражатель 24 находятся поблизости от светодиода 9. В частности, первичный отражатель 24 позиционируют так, что он частично окружает светоизлучающую часть светодиода 9, и преломляющую линзу 22 размещают так, что она пересекает ось выходного светового пучка светодиода 9 и частично окружена первичным отражателем 24. В некоторых вариантах исполнения первичный отражатель 24 представляет собой параболический отражатель. Преломляющую линзу 22 и первичный отражатель 24 позиционируют так, что большая часть света, излучаемого светодиодом 9, будет в совокупности падать на один из этих двух компонентов. В некоторых вариантах исполнения первичный отражатель 24 может быть установлен так, что он полностью окружает светоизлучающую часть светодиода 9. В некоторых вариантах исполнения, таких как показанные в фигурах, первичный отражатель 24 только частично окружает светоизлучающую часть светодиода 9, и на одной стороне светоизлучающей части светодиода 9 предусматривают отражающую часть 28, размещенную по соседству с первичным отражателем 24, и поверхность 26 размещают по существу на противоположной стороне светоизлучающей части светодиода 9 и также позиционируют рядом с первичным отражателем 24.
В некоторых дополнительных вариантах исполнения преломляющую линзу 22 размещают у основания боковой стенки 23, и боковая стенка 23 по существу окружает светоизлучающую часть светодиода 9. Большая часть световых лучей, излучаемых светодиодом 9 и падающих на преломляющую линзу 22, будет преломляться так, что они направляются в сторону отражающей поверхности 32 призменного отражателя 30. В некоторых вариантах исполнения преломляющую линзу 22 компонуют так, что она преломляет лучи таким образом, что они по существу сводятся в параллельный пучок в сторону отражающей поверхности 32, как это в качестве примерных лучей показано на фиг.5А.
В других вариантах исполнения другие лучи, испускаемые из светодиода 9, будут падать на боковую стенку 23 вблизи первичного отражателя 24, проходить через нее под измененным углом и будут падать на первичный отражатель 24. Большинство лучей, падающих на первичный отражатель 24, отражается и направляется в сторону отражающей поверхности 32 призменного отражателя 30 так, как примерные лучи, показанные на фиг.6А, которые направляются в сторону частей отражающей поверхности 32, что не показано на фигуре, но очевидно при обращении к другим фигурам. В некоторых вариантах исполнения ориентируемой линзы 10 первичный отражатель 24 имеет такие компоновку и ориентацию, что большинство лучей, падающих на него, отражается и направляется в сторону отражающей поверхности 32. В других вариантах исполнения первичный отражатель 24 состоит из светоотражающего материала.
В дополнительных вариантах исполнения другие лучи, испускаемые из светодиода 9, будут падать на боковую стенку 23 вблизи отражающей части 28, проходить через нее под измененным углом и будут падать на отражающую часть 28. Большинство лучей, падающих на отражающую часть 28, отражается и направляется в сторону отражающей поверхности 32 призменного отражателя 30, такие как примерные лучи, показанные на фиг.5В падающими на отражающую часть 28 и направленными в сторону отражающей поверхности 32. В некоторых вариантах исполнения отражающую часть 28 размещают и компонуют для направления световых лучей в особом направлении, в отличие от тех лучей, которые направлены первичным отражателем 24 и преломляющей линзой 22, так, что они также выходят из ориентируемой линзы 10 в особом направлении. В вариантах исполнения ориентируемой линзы 10 отражающая часть 28 имеет такие состав и ориентацию, что большинство лучей, падающих на нее, испытывает внутреннее отражение и направляется в сторону отражающей поверхности 32. В других вариантах исполнения отражающая часть 28 состоит из отражающего материала.
В некоторых вариантах исполнения другие лучи, испускаемые из светодиода 9, будут падать на боковую стенку 23 вблизи поверхности 26, проходить через нее под измененным углом и будут направляться в сторону оптической линзы 34 призменного отражателя 30, такие как примерные лучи, показанные на фиг.5В. Большинство этих лучей будет проходить через оптическую линзу 34, и многие из лучей будут также проходить через опору 18, как показано на фиг.5В. Кроме того, как показано на фиг.5В, некоторые световые лучи могут также падать на поверхность 26 и отражаться и направляться в сторону линзы 34 и, потенциально, опоры 18. Квалифицированному специалисту в этой области технологии будет понятно, что для достижения желательных характеристик распределения света различные конфигурации ориентируемой линзы 10 могут потребовать применения разнообразных компоновок любой или всех из отражающей линзы 22, боковой стенки 23, первичного отражателя 24, поверхности 26 и отражающей части 28.
В некоторых вариантах исполнения боковая стенка 23 предусмотрена для создания преломляющей линзы 22, и многие лучи проходят через боковую стенку 23 до того, как попадут на первичный отражатель 24 и, потенциально, на отражающую часть 28 и поверхность 26. В некоторых вариантах исполнения боковая стенка 23 изменяет маршрут проходящих через нее лучей. В некоторых вариантах исполнения высота боковой стенки 23 является укороченной вблизи ее соединения с отражающей частью 28. В других вариантах исполнения преломляющую линзу 22 позиционируют с использованием тонких подложек, присоединенных к внутренней поверхности первичного отражателя 24 или иным образом, и боковая стенка 23 не предусмотрена. Кроме того, в некоторых вариантах исполнения, таких как показанных в фигурах, боковая стенка 23 предусмотрена, и ориентируемую линзу 10 формируют из цельного формованного твердого блока надлежащей среды. В этих вариантах исполнения, где ориентируемая линза 10 представляет собой единую формованную твердую деталь, как только световые лучи, испускаемые светодиодом 9, входят в ориентируемую линзу 10, они проходят через надлежащую среду до тех пор, пока не выйдут из ориентируемой линзы 10. В некоторых вариантах исполнения среда представляет собой акриловое стекло оптического качества, и все отражения, происходящие внутри ориентируемой линзы 10, являются результатом внутреннего отражения.
Отражающая поверхность 32 призменного отражателя 30 может иметь такие состав и ориентацию, что лучи, которые были сведены в параллельный пучок преломляющей линзой 22, или отражены первичным отражателем 24 или отражающей частью 28 и направлены в сторону отражающей поверхности 32, отражаются от отражающей поверхности 32 и направляются в сторону оптической линзы 34, такие как те лучи, которые показаны на фиг.5А и 5В. Лучи предпочтительно испытывают внутреннее отражение от отражающей поверхности 32, хотя отражающая поверхность 32 могла бы быть сформирована также отражающим материалом. Большинство лучей, падающих на оптическую линзу 34, проходят через оптическую линзу 34 в некоторых вариантах исполнения, возможно, под измененным углом. Предпочтительно, направление лучей, проходящих через оптическую линзу 34, изменяется лишь незначительно. В вариантах исполнения, где составные части ориентируемой линзы 10 образуют цельную отформованную твердую деталь, отражающая поверхность 32 подвергает внутреннему отражению любые лучи, падающие на нее, и лучи, которые испускаются светодиодом и поступают в ориентируемую линзу 10, проходят через среду ориентируемой линзы 10, пока они не выйдут из ориентируемой линзы 10 через оптическую линзу 34 или иным образом.
Отражающая поверхность 32 призменного отражателя 30 не обязательно должна представлять собой плоскую поверхность. В некоторых вариантах исполнения, таких как показанные на фигурах, отражающая поверхность 32 на самом деле включает две грани под слегка различающимися углами для обеспечения возможности более точного регулирования света, отраженного от отражающей поверхности 32, и для достижения более узкого интервала световых лучей, испускаемых ориентируемой линзой 10. В других вариантах исполнения может быть создана отражающая поверхность, которая является криволинейной, вогнутой, выпуклой или имеющей более двух граней. Подобным образом, оптическая линза 34 может быть использована в различных вариантах исполнения для обеспечения более точного регулирования света, отраженного от отражающей поверхности 32, и/или для возможности создания более узкого интервала световых лучей, испускаемых ориентируемой линзой 10.
При использовании ориентируемой линзы 10 свет, излучаемый данным светодиодом, может быть перенаправлен от оси светового пучка светодиода под углом относительно оси светового пучка светодиода. Поскольку ориентируемая линза 10 может быть смонтирована с любой ориентацией относительно оси светового пучка светодиода, этот свет может быть также распределен с любой ориентацией относительно оси светового пучка светодиода. В зависимости от конфигурации данной ориентируемой линзы 10 и ее составных частей угол, под которым излучаемый из светодиода свет перенаправляют от его оси светового пучка, может варьировать. Более того, может также варьировать расширение светового пучка, направление которого изменено. Когда многочисленные ориентируемые линзы 10 используют на многочисленных светодиодах, смонтированных на поверхности, таких как плоская панель 1 и множество светодиодов 4, каждая ориентируемая линза 10 может быть установлена с любой данной ориентацией относительно оси светодиода без усложнения монтажной поверхности. Более того, с использованием многочисленных светодиодов, смонтированных на поверхности, таких как плоская панель 1 и множество светодиодов 4, могут быть достигнуты сложные картины фотометрического распределения и гибкость в отношении типов распределения света.
Фиг.7 показывает полярное распределение в вертикальной плоскости, градуированное в канделах, единичного светодиода с диффузным типом распределения света и без ориентируемой линзы. Фиг.9 показывает полярное распределение в горизонтальной плоскости, градуированное в канделах, того же светодиода из фиг.7. Фиг.8 показывает полярное распределение в вертикальной плоскости, градуированное в канделах, того же светодиода из фиг.7 с применением ориентируемой линзы согласно варианту исполнения, показанному на фигурах. Фиг.10 показывает полярное распределение в горизонтальной плоскости, градуированное в канделах, того же светодиода из фиг.7 с использованием такой же ориентируемой линзы из фиг.8.
Как можно видеть из фиг.8 и фиг.10, ориентируемая линза 10 направляет большую часть света, излучаемого светодиодом с диффузным типом распределения света, в сторону от оси светового пучка светодиода. В вертикальной плоскости, показанной на фиг.8, большая часть света направляется внутри интервала приблизительно от 50º до 75º в сторону от оси светового пучка. В горизонтальной плоскости, показанной на фиг.10, большая часть света направляется внутри интервала 40º в сторону от оси светового пучка. Приблизительно 90% света, излучаемого светодиодом с диффузным типом распределения света, при использовании ориентируемой линзы в варианте исполнения согласно фиг.8 и фиг.10 распределяются вне оси светового пучка. Фиг.7-10 приведены для целей иллюстрации варианта исполнения ориентируемой линзы. Конечно, могут быть реализованы другие варианты исполнения ориентируемой линзы, которые дают отличающиеся картины полярного распределения, которые направляют свет в ином интервале с отклонением от оси светового пучка. Таким образом, в вертикальной плоскости других вариантов исполнения свет может быть главным образом направлен в более широких или более узких интервалах под разнообразными углами в сторону от оси светового пучка. В горизонтальной плоскости других вариантов исполнения свет также может быть направлен в более широких или более узких интервалах.
Вышеприведенное описание было представлено для целей иллюстрации. Оно не предполагается быть исчерпывающим или ограничивающим изобретение раскрытыми конкретными формами, и, как очевидно, многообразные модификации и вариации возможны в свете вышеприведенных указаний. Понятно, что, в то время как были иллюстрированы и описаны определенные формы ориентируемой линзы для светодиодного светильника, оно не ограничивается таковыми в тех пределах, каковые включены в нижеследующие пункты формулы изобретения и допустимые функциональные эквиваленты таковых.