ЛИНЗА ДЛЯ УЛИЧНОГО СВЕТИЛЬНИКА

Полезная модель относится к уличным светодиодным осветителям дорожного полотна, конкретно к линзам для уличного светильника.
Известны линзы для уличного светильника /1-2/, обеспечивающие освещение дорожного полотна лучом с прямоугольным сечением.
Наиболее близкой из известных линз по назначению и технической сущности к заявляемой полезной модели относится линза для уличного светильника /2/, содержащая асферическую линзу с прямоугольным основанием для равномерного освещения дорожного полотна в прямоугольном секторе, снабженную светоприемной поверхностью и светоиспускающей асферической поверхностью.
При этом светоприемная поверхность выполнена плоской и ограничена примыкающей к ней излучающей поверхностью светоизлучающего кристалла.
Недостатком известной линзы является относительно невысокая освещенность дорожного полотна на периферии светового луча, связанная с неравномерным рассеиванием линзой света в угловом секторе.
Задачей полезной модели является повышение освещенности дорожного полотна на периферии светового луча.
Основным техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является повышение равномерности распределения линзой светового потока в прямоугольном секторе рассеивания светодиодного излучения.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи достигается тем, что линза для уличного светильника, содержащая асферическую линзу с прямоугольным основанием для равномерного освещения дорожного полотна в прямоугольном секторе, снабженную светоприемной поверхностью и светоиспускающей асферической поверхностью, согласно полезной модели светоприемная поверхность линзы выполнена в виде полусферической выемки, расположенной в центре основания линзы, а светоиспускающая асферическая поверхность линзы имеет вид полинома:
,
где:
а
- диаметр полусферической выемки в основании линзы;
0
а
z(a) - эквивалентная толщина линзы (расстояние по оптической оси от центра полусферической выемки диаметром  до внешней поверхности асферической линзы);
0max
0max
а
z - максимальное значение толщины линзы (z=7,0 для =3 мм);
0max
- нормированные (на z) коэффициенты полинома;
x, y - текущие значения проекции точек поверхности асферической линзы вдоль оси абсцисс и оси ординат соответственно;
N, N-1 - порядок степенного полинома для двух переменных i и j соответственно (N≤16);
i, j - текущие значения переменных степенного полинома N, N-1-го порядка (i=∈{1,N}; j=∈{1,N-1}).
При этом полусферическая выемка в основании линзы выполнена радиусом 3÷4 мм.
Выполнение светоприемной поверхности линзы в виде полусферической выемки в центре основания линзы, а светоиспускающей асферической поверхности линзы с параметрами полинома N и N-1 порядка (N≤16) в двух ортогональных плоскостях позволяет повысить равномерность ввода светодиодного излучения в светоприемную поверхность линзы и равномерность распределения света последней в прямоугольном секторе освещения дорожного полотна.
В целом указанные технические преимущества обеспечивают повышение равномерности распределения линзой светового потока в прямоугольном секторе рассеивания светодиодного излучения и решение поставленной задачи по повышению освещенности дорожного полотна на периферии светового луча уличным светильником, использующим предложенную линзу.
На фиг.1 представлена конструкция линзы в сборе со светодиодным излучателем для уличного светильника, на фиг 2 - таблица значений нормированных коэффициентов  степенного полинома N, N-1-го порядка для конкретной реализации линзы светильника для освещения участка четырехполосного дорожного полотна.
а
Линза для уличного светильника содержит асферическую линзу 1 с прямоугольным основанием 2 для равномерного освещения дорожного полотна в прямоугольном секторе, снабженную светоприемной поверхностью 3 и светоиспускающей асферической поверхностью 4. Светоприемная поверхность 3 линзы 1 выполнена в виде полусферической выемки радиусом =3÷4 мм в центре основания линзы 1 для установки в нее светодиодного излучателя требуемой цветности. Светоиспускающая асферическая поверхность 4 линзы 1 выполнена в виде асферической неосесимметричной поверхности, уравнение которой представляет степенной полином N-го порядка двух переменных (N≤16):
k
k
а
а
для ряда локальных областей G(x, y) которой введены локальные деформации Δz(x, y) таким образом, что окончательное универсальное для диапазона размеров  радиуса входной выемки светоприемной поверхности 3 линзы 1 (=3÷4 мм для светодиодного кристалла 0,3÷1,2 мм с соответствующим геле - люминофорным покрытием) уравнение внешней поверхности формирующей линзы имеет вид:
где:
а
- радиус полусферической выемки в основании линзы 1;
0
a
а
z() - эквивалентная толщина линзы 1 (расстояние по оптической оси от центра полусферической выемки 3 радиусом  до внешней асферической поверхности 4 линзы 1);
0max
0max
а
Z - максимальное значение толщины линзы (z=7,0 для =3÷4 мм);
0max
- нормированные (на z) коэффициенты полинома;
х, y - текущие значения проекции точек асферической поверхности 4 линзы 1 вдоль оси абсцисс и оси ординат соответственно;
N, N-1 - порядок степенного полинома для двух переменных i, j соответственно (N≤16);
i, j - текущие значения переменных степенного полинома N, N-1-го порядка (i=∈{1,N}; j=∈{1,N-1}).
2
Значения нормированных коэффициентов  степенного полинома (2) с N=10 для конкретной реализации линзы 1, рассчитаны для освещения участка четырехполосного дорожного полотна размером 30×14 м приведены в таблице (фиг.2). Для данного примера реализации линзы 1 осветители расположены на столбах высотой 9 м с углом наклона гусака 15° с расположением друг напротив друга на расстоянии 14 м на противоположных сторонах дороги и на расстоянии 30 м друг от друга вдоль ее полотна. Соотношение между габаритами формирующей линзы 1 светодиодного осветителя (ширина, длина и высота линзы) для данного примера составляет: 12,3÷3,7:8,4÷9.1:7,6÷8,1 мм.
Линза для уличного светильника работает следующим образом.
Перед началом работы в полусферическую выемку радиусом 3÷4 мм светоприемной поверхности 3 линзы 1 устанавливают светодиодный (СД) излучатель, содержащий полупроводниковый кристалл 5 (0.3÷1.2 мм), покрытый геле - люминофорным слоем 6 соответствующего состава для выбора нужной цветности освещения уличного светильника. Внешние геометрические параметры излучающей поверхности СД- излучателя по форме и размерам выбирают максимально соответствующим параметрам светоприемной поверхности 3 линзы 1. При этом перед установкой СД- излучателя в выемку линзы 1 ее светоприемную поверхность 3 покрывают слоем жидкого геля 7 для уменьшения потерь световой энергии на возможных светорассеивающих воздушных полостях, образованных конструктивными допусками на линзу 1 и СД- излучатель. Собранный в единую конструкцию СД- излучатель и линза 1 образуют уличный светильник. Этот светильник устанавливают на стандартных дорожных столбах высотой 9 м с углом наклона гусака 15° друг напротив друга, например на расстоянии 14 м по разные стороны дороги и на расстоянии 30 м вдоль ее полотна. При включении светильника излучение от СД- излучателя перпендикулярно и равномерно по освещенности светоприемной поверхности 3 проникает в тело линзы 1 с минимальными потерями энергии на ее оптических переходах. При этом одновременно за счет выбора параметров линзы 1 из условий (1÷2) обеспечивается равномерное освещение полотна дороги между светильниками по периферии и с одновременным исключением неосвященных частей дорожного полотна при стандартном размещении светильников.
Полезная модель разработана на уровне опытных образцов в ООО «ИНФОЛЕД». Испытание опытных образцов осветителей с предлагаемыми линзами на стандартных осветителях дорожного четырехполосного полотна показали возможность уменьшения неравномерности освещенности на дороге до величин менее ±20% и снижения предельного угла кривой силы света светодиодного осветителя в различных сечениях до 70°.
Источники информации:
1. EP 2322973 (A1) - 2011-05-18
2. EP 1621918 (A1) - 2006-02-01