ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
LIGHTING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройствам наружного освещения, в которых используются полупроводниковые источники света, обычно СД, и которые применяются в качестве уличного освещения, освещения для предотвращения преступности и пр.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обычно в качестве устройств наружного освещения, устанавливаемых вдоль улиц, в парках и пр., используются лампы накаливания, флуоресцентные фонари или ртутные лампы. Однако эти типы осветительных устройств потребляют большую электрическую мощность, и поэтому за последние годы проводился поиск экологически безопасных энергосберегающих осветительных устройств.
Для решения таких задач были предложены устройства наружного освещения, в которых на установочной поверхности располагается большое число светоизлучающих диодов белого света с малым потреблением электрической энергии. В устройствах наружного освещения такого типа для расширения светового потока вперед и назад и вправо и влево белые светоизлучающие диоды располагаются на установочной поверхности источников света, например, в виде модулей, имеющих лестничную конфигурацию. Такой тип устройств наружного освещения обеспечивает однородное распределение света по всей освещаемой области регулировкой расстояния между поверхностью дороги и лестничной конфигурацией за счет различия высоты частей, образующих лестничную конфигурацию (например, см. патентный документ 1).
Известны также устройства другой конструкции, в которых используются светоизлучающие диоды в качестве источника света, а напротив этих источников света расположены светоизлучающие линзы. Далее, светоизлучающие линзы имеют на поверхности падения света, которая находится напротив источников света, область преломления со стороны падения и область полного отражения со стороны падения, и, кроме того, светоизлучающие линзы имеют на поверхности рассеяния света область фокусировки света со стороны рассеяния и область полного отражения со стороны рассеяния. Этот тип осветительных устройств имеет очень высокий КПД использования света, поскольку при излучении света от источников света освещение происходит рассеиванием света светоизлучающими линзами (Например, см. патентный документ 2).
Документы известного уровня техники
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
Патентный документ 1: публикация выложенной патентной заявки Японии №2007-311178
Патентный документ 2: публикация выложенной патентной заявки Японии №2008-084696
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ПРОБЛЕМЫ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ РЕШЕНЫ НАСТОЯЩИМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
Однако в известных осветительных устройствах имеются проблемные моменты, которые рассмотрены далее.
Традиционные осветительные устройства неизбежно имеют большие размеры, поскольку конструкция, в которой располагаются белые светоизлучающие диоды, должна быть выполнена в лестничной форме или в форме многоугольника, что приводит в результате к усложнению конструкции.
Кроме того, в традиционных осветительных устройствах светоизлучающие линзы сконфигурированы так, чтобы сводить в параллельный пучок свет, излученный из световых источников, концентрировать сфокусированный свет на светорассеивающей поверхности, а затем рассеивать сфокусированный свет. Иными словами, традиционные осветительные устройства сконфигурированы так, чтобы направлять источники света вертикально к центру области, которая должна быть освещена. Поэтому традиционные осветительные устройства не могут использоваться, если источники света не могут быть расположены в центре области, которая должна быть освещена. Упомянутые выше документы известного уровня техники раскрывают конфигурацию, использующую цилиндрические линзы. Однако эта конфигурация не может равномерно рассеивать свет по освещаемой области, поскольку излученный свет управляется только по одному направлению.
Настоящее изобретение было разработано в контексте упомянутых выше проблем. Целью настоящего изобретения является предоставление осветительного устройства, которое имеет простую конструкцию и является компактным по размерам. Другой целью настоящего изобретения является предоставление осветительного устройства, в котором упрощается настройка угла установки и обеспечивается легкость работы, позволяющего при этом равномерно излучать свет на подлежащую освещению область независимо от положения осветительного устройства относительно подлежащей освещению области.
СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
Для достижения упомянутых выше целей осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением имеет следующую конфигурацию. А именно, осветительное устройство сконфигурировано так, что содержит: удлиненное плоское основание; большое число полупроводниковых источников света, расположенных в ряд на плоском основании через заданные интервалы в продольном направлении плоского основания; линзовую пластину, расположенную так, что она обращена к полупроводниковым источникам света, и эта линзовая пластина содержит линзовую поверхность падения света и линзовую поверхность излучения света, при этом свет, излучаемый полупроводниковыми источниками света, падает на линзовую поверхность падения света, а линзовая поверхность излучения света образована толщиной линзы между линзовой поверхностью падения света и линзовой поверхностью излучения света; несущую раму, соединенную с линзовой пластиной так, что плоское основание расположено между линзовой пластиной и несущей рамой; первую линзовую секцию, образованную на одной из линзовой поверхности падения света или линзовой поверхности излучения света и распределяющую свет, излучаемый полупроводниковыми источниками света в продольном направлении; и вторую линзовую секцию, образованную на другой линзовой поверхности падения света или линзовой поверхности излучения света и распределяющую свет, излученный полупроводниковыми источниками света, в направлении ширины, которое перпендикулярно к продольному направлению, при этом первая линзовая секция имеет блок с криволинейной поверхностью, содержащий две или более криволинейных поверхностей выпуклой секции, имеющих различные радиусы кривизны и расположенных смежно между собой в продольном направлении, и каждая криволинейная поверхность выпуклой секции расположена внутри области, которая соответствует ширине полупроводниковых источников света в продольном направлении.
Поскольку, в соответствии с осветительным устройством, имеющим такую конфигурацию, полупроводниковые источники света расположены на плоском основании, то свет, излученный полупроводниковыми источниками света, расположенными в продольном направлении плоского основания, может быть распределен в продольном направлении посредством первой линзовой секции, образованной на одной из линзовой поверхности падения света или линзовой поверхности излучения света линзовой пластины, обращенной в сторону плоского основания. Кроме того, осветительное устройство может распределять свет, излученный полупроводниковыми источниками света, в направлении ширины посредством второй линзовой секции, образованной на другой линзовой поверхности падения света или линзовой поверхности излучения света линзовой пластины. Кроме того, осветительное устройство позволяет сбалансировано излучать свет в направлении распределения света, поскольку первая линзовая секция имеет блок с криволинейной поверхностью, и поэтому направление света, излученного вниз от полупроводниковых источников света и падающего на блок с криволинейной поверхностью, изменяется двумя или более криволинейными поверхностями выпуклой секции, каждая из которых имеет различные радиусы кривизны. Соответственно, осветительное устройство позволяет сбалансирование излучать свет (без образования вторичных пиков) на заданную освещаемую область установкой осветительного устройства без наклона полупроводниковых источников света или плоского основания.
Кроме того, в первой линзовой секции осветительного устройства образованы в продольном направлении между блоком с криволинейной поверхностью и смежным с ним блоком с криволинейной поверхностью призмы, каждая из которых имеет различный угол при вершине выпуклой формы, а главная ось луча света, распределенного в продольном направлении линзовой пластины, наклонена в одном направлении от полупроводниковых источников света в продольном направлении.
В соответствии с осветительным устройством, имеющем описанную выше конфигурацию, вся структура излучения света относительно освещаемой области является сбалансированной, поскольку свет распределяется первой линзовой секцией так, что ось главного луча наклоняется вперед в одном направлении, и поскольку свет распределяется второй линзовой секцией так, что пик света в направлении по ширине приходится скорее на периферию, а не на центральную часть.
Кроме того, в осветительном устройстве каждая призма имеет поверхность падения и поверхность полного отражения, при этом поверхность падения призмы преломляет свет, излученный полупроводниковыми источниками света, на заранее заданный угол, а поверхность полного отражения полностью отражает преломленный свет и излучает его в сторону от поверхности падения.
Осветительное устройство, имеющее описанную выше конфигурацию, может излучать свет, направление эмиссии которого управляется по освещаемой области в заранее заданном направлении излучения света, поскольку свет, излученный полупроводниковыми источниками света, падает на поверхность падения призмы, которая является выпуклой частью первой линзовой секции, а затем падающий свет преломляется и полностью отражается поверхностью полного отражения.
Кроме того, в блоке с криволинейной поверхностью описанного выше осветительного устройства радиус кривизны каждой криволинейной поверхности выпуклой секции возрастает в направлении к одному концу линзовой пластины в ее продольном направлении.
Осветительное устройство, имеющее описанную выше конфигурацию, может сбалансирование излучать свет в направлении распределения света, поскольку свет, излученный вниз от полупроводниковых источников света, падает на блок с криволинейной поверхностью, а направление преломленного света изменяется в направлении от криволинейной поверхности выпуклой секции, которая имеет больший радиус кривизны, к криволинейной поверхности выпуклой секции, которая имеет меньший радиус кривизны. Соответственно, осветительное устройство может сбалансирование излучать свет (без образования вторичных пиков) на освещаемую область при установке осветительного устройства без наклона полупроводниковых источников света или плоского основания.
Кроме того, в описанном выше осветительном устройстве блок с криволинейной поверхностью образован так, что центральная ось блока сдвинута от центральной оси света каждого полупроводникового источника света в продольном направлении, центральная ось блока является одной из центральных осей блока с криволинейной поверхностью, центральная ось разделения криволинейных поверхностей выпуклых секций имеет изменяющийся радиус кривизны, а центральные оси света каждого из полупроводниковых источников света расположены в продольном направлении к одному концу линзовой пластины в порядке центральных осей блоков.
Осветительное устройство, имеющее описанную выше конфигурацию, позволяет эффективно направлять свет в окрестности полупроводниковых источников света однонаправлено в продольном направлении, поскольку центральные оси света полупроводниковых источников света и центральные оси блоков расположены в одинаковом порядке к одному концу продольного направления линзовой пластины. Поэтому осветительное устройство позволяет сбалансирование распределять свет по заданной освещаемой области, даже если осветительное устройство не расположено непосредственно над центром освещаемой области.
Кроме того, в описанном выше осветительном устройстве освещаемая область очерчивается направлением по ширине и направлением по длине, которое перпендикулярно направлению по ширине, при этом продольные направления линзовой пластины и плоского основания расположены по ширине освещаемой области или в продольном направлении освещаемой области.
Осветительное устройство, имеющее описанную выше конфигурацию, при которой осветительное устройство располагается в направлении по ширине или в направлении по длине освещаемой области, позволяет распределять свет, излучаемый полупроводниковыми источниками света, почти по всей освещаемой области, используя для этого первую линзовую секцию и вторую линзовую секцию линзовой платы.
ЭФФЕКТЫ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением может предоставлять следующие описанные далее преимущественные эффекты.
1. Конструкцию осветительного устройства можно будет сделать более простой и выполнить небольшой по габаритам, при этом осветительное устройство позволяет эффективно использовать свет, излучаемый полупроводниковыми источниками света, за счет первых линзовых секций, которые имеют блоки с криволинейными поверхностями, и вторых линзовых секций, которые имеют линзовую пластину для распределения света по освещаемой области, такой как поверхность дороги.
2. Работа с осветительными устройствами упрощается, поскольку осветительные устройства содержат первую линзовую секцию, имеющую блок с криволинейной поверхностью и призмами, и содержат линзовую пластину, имеющую вторую линзовую секцию; поэтому уже нет необходимости в настройке угла установки осветительного устройства. В частности, осветительное устройство позволяет эффективно регулировать направленность света, излучаемого в окрестности полупроводниковых источников света, а также осветительное устройство позволяет сбалансированно распределять свет по освещаемой области без образования вторичных пиков, безотносительно к положению установки осветительного устройства.
3. Поскольку в осветительном устройстве центральные оси блоков с криволинейной поверхностью и центральные оси света, излучаемого полупроводниковыми источниками света, расположены так, что они сдвинуты между собой, то можно равномерно направлять свет от полупроводниковых источников света вниз под источники, а также можно получать хорошо сбалансированное освещение освещаемой области без образования вторичных пиков, безотносительно к положению установки осветительного устройства относительно освещаемой области.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - перспективное изображение, схематически показывающее осветительное устройство, установленное в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - изображение сбоку, схематически показывающее осветительное устройство, установленное в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 - покомпонентное перспективное изображение осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4А - Фиг.4С показывают линзы в соответствии с настоящим изобретением, при этом Фиг.4А - перспективное изображение, показывающее частичный разрез линзы при виде сверху. Фиг.4В - перспективное изображение, показывающее частичный разрез линзы при виде снизу а Фиг.4С - увеличенное перспективное изображение, показывающее область В, показанную на Фиг.4 В.
Фиг.5 - изображение поперечного сечения, схематически показывающее линзовую пластину настоящего изобретения в разрезе в продольном направлении.
Фиг.6 - изображение поперечного сечения, схематически показывающее линзу настоящего изобретения в разрезе, перпендикулярном к продольному направлению.
Фиг.7А - график, показывающий зависимость между относительной интенсивностью в продольном направлении и углом главного луча осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением, а Фиг.7В - график, показывающий зависимость между относительной интенсивностью в направлении ширины и углом рассеяния.
Фиг.8А и Фиг.8В - изображения поперечного сечения, схематически показывающие другую конфигурацию осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.9А - Фиг.9С - изображения поперечного сечения, схематически показывающие другую конфигурацию линзовой пластины осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет дано объяснение осветительному устройству в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.1 представлено перспективное изображение, схематически показывающее осветительное устройство в установленном состоянии. На Фиг.2 представлен вид сбоку, схематически показывающий осветительное устройство в установленном состоянии. На Фиг.3 представлено покомпонентное перспективное изображение осветительного устройства. На Фиг.4 показана линзовая пластина осветительного устройства, при этом на Фиг.4А представлено перспективное изображение, показывающее частичное сечение линзовой пластины при виде сверху, на Фиг.4В представлено перспективное изображение, показывающее частичное сечение линзовой пластины при виде снизу, а на Фиг.4С представлено увеличенное перспективное изображение, показывающее область В, которая имеется на Фиг.4В. На Фиг.5 представлено изображение поперечного сечения, схематически показывающее линзовую пластину осветительного устройства в продольном направлении в соответствии с настоящим изобретением. На Фиг.6 представлено изображение поперечного сечения, схематически показывающее линзу осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением в разрезе, перпендикулярном к продольному направлению.
Как показано на Фиг.1 и Фиг.2, осветительное устройство 1 установлено, например, так, чтобы излучать свет на пешеходную дорожку на открытом воздухе. Область, освещаемая осветительным устройством 1, определяется шириной Y и интервалом установки X, Х(2Х), где осветительное устройство 1 излучает свет в направлении ширины Y, которая соответствует продольному направлению осветительного устройства 1 и по ширине пешеходной дорожки, и где смежная пара осветительных устройств 1 установлена с интервалом между ними X, Х(2Х) вдоль направления пешеходной дорожки. Размеры освещаемой поверхности (то есть площадь освещаемой области) А вычисляется по уравнению А=Y×2X. Поэтому предпочтительно устанавливать осветительное устройство 1 на одном конце освещаемой области А, так чтобы излучаемый свет распределялся равномерно по освещаемой области А. Для распределения света таким образом, чтобы освещаемая область А освещалась равномерно, линзовая пластина, показанная на Фиг.3, сконфигурирована так, что содержит первую линзовую секцию и вторую линзовую секцию. Первая линзовая секция содержит призму 5 и криволинейную поверхность (выпуклую криволинейную поверхность секции) 8, образованную на линзовой поверхности падения света 4а (см. Фиг.5). Вторая линзовая секция имеет цилиндрическую линзу 9, образованную на линзовой поверхности излучения света 4b.
Как показано на Фиг.3, основными компонентами осветительного устройства 1 являются несущая рама 20, плоское основание 2 и линзовая пластина 4. Плоское основание 2 подсоединяется к установочной поверхности 21 несущей рамы 20, используя для этого клеевую деталь 35 и винты 36, 36. Несущая рама 20 крепит линзовую пластину 4 винтами 36, 36 и заливочным компаундом 37 таким образом, что линзовая пластина 4 обращена к плоскому основанию 2 и расположена напротив полупроводниковых источников света 3. Следует заметить, что осветительное устройство 1 крепится опорными стойками 50 (см. Фиг.1) и сконфигурировано так, что питается электроэнергией, подаваемой через кабель источника питания, который не показан на чертежах, и через силовую разводку 30.
Несущая рама 20 имеет прямоугольную форму. На одной стороне несущая рама 20 содержит установочную поверхность 21, к которой подсоединена линзовая пластина 4, а на другой стороне несущая рама 20 содержит крышку 22, которая образует внешнюю поверхность, когда осветительное устройство 1 подсоединяется к опорной стойке 50. Несущая рама 20 выполнена, например, из металла, такого как алюминиевый сплав. Установочная поверхность 21 несущей рамы 20 имеет повышающийся край, который крепится объясненным позднее заливочным компаундом 37, что позволяет предотвратить любые внешние воздействия и попадание какого-либо вещества, вроде дождевой воды и прочего между несущей рамой 20 и линзовой пластиной 4, когда осветительное устройство 1 устанавливается вне помещения.
Силовая разводка 30, которая будет объяснена позднее, электрически соединена с несущей рамой 20, позволяет подводить электроэнергию к плоскому основанию 2 и расположена на одном конце в продольном направлении несущей рамы 20. Несущая рама 20 содержит крышку 22, которая имеет дугообразное поперечное сечение (не показана), что облегчает отвод тепла, генерируемого полупроводниковыми источниками света 3 во время излучения света. Крышка 22 имеет тонкую выступающую часть плоской формы 22а, расположенную наверху крышки 22 и проходящую вдоль ее продольного направления, которая предотвращает посадку птиц, например, ворон или голубей, на осветительное устройство 1.
Плоское основание 2 удлинено в продольном направлении и выполнено так, что плотно входит в переднюю поверхность несущей рамы 20. Полупроводниковые источники света 3, такие как СД (светоизлучающие элементы), расположены в продольном направлении плоского основания 2 через заранее заданные интервалы. Предпочтительно, чтобы передняя поверхность плоского основания 2 и задняя поверхность плоского основания 2 являлись бы плоскими, для того чтобы имелась возможность монтажа на них соответственно полупроводниковых источников света 3 и несущей рамы 20. Кроме того, на передней поверхности и задней поверхности плоского основания 2 монтируются провода, группы проводников и различные устройства, которые известны в технике светоизлучения от полупроводниковых источников света 3. Плоское основание 2 имеет электрический кабель, расположенный на ней и предназначенный для передачи электроэнергии на полупроводниковые источники света 3. Этот электрический кабель специально не оговорен, поскольку он широко используется в данной области техники.
Полупроводниковые источники света 3 не ограничены определенным типом светового источника, таким как СД, лишь только бы полупроводниковые источники света 3 являлись полупроводником, который может излучать свет. Полупроводниковые источники света 3 могут быть полупроводниковыми чипами и, в альтернативном варианте, полупроводниковые источники света 3 могут быть полупроводниковыми светоизлучающими приборами, которые герметизированы в модулях, или покрыты покрывающим материалом и пр. В последнем случае, то есть в случае использования модулей или покрытий, материал, используемый в таких модулях или покрытиях, может содержать элементы преобразования длины волны (например, флуоресцентное вещество) или диффузионный агент, а в модулях или в покрытии может быть расположено несколько чипов полупроводниковых устройств. Если полупроводниковые источники света 3 использует RGB-совместимые полноцветные полупроводниковые светоизлучающие устройства, то может быть получен свет с лучшей смесью цветов, чем при использовании одноцветных светоизлучающих устройств. Предпочтительно, чтобы полупроводниковые источники света 3 располагались на плоском основании 2 через заранее заданные интервалы. Такая конфигурация обеспечивает однородное рассеяние света и выравнивает распределение тепла, генерируемого полупроводниковыми источниками света 3.
Кроме того, если полупроводниковыми источниками света 3 являются СД, то предпочтительней ненаправленные СД, поскольку такие СД могут располагаться с кратчайшим расстоянием между СД и линзовой пластиной 4. При таком расположении СД ближе к линзовой пластине 4, количество света, падающего на линзовую пластину 4, увеличивается; тем самым свет, излученный СД, может использоваться более эффективно. Предпочтительно, чтобы угол падения света, исходящего от полупроводниковых источников света (СД) и падающего на линзовую пластину 4, составлял бы величину между 45° и 80°.
Настоящее изобретение не ограничивает материал линзовой пластины 4, показанной на Фиг.4, лишь только бы оптическая эффективная поверхность линзовой пластины 4 была бы изготовлена из оптически прозрачного материала, в частности, линзовая пластина 4 может быть изготовлена из любого материала, известного в этой области техники. Например, предпочтительно, чтобы линзовая плата 4 была бы изготовлена из пластмассы, такой как поликарбонат или акрил, поскольку эти материалы обладают хорошими свойствами формовки и теплостойкости. Что касается оптического коэффициента пропускания, то желательно, чтобы он обеспечивал 100% прохождения света, излучаемого полупроводниковыми источниками света 3 на линзовую пластину 4. Однако когда речь идет о таких факторах, как смесь цветов или однородность цвета, то линзовую пластину 4 можно было бы выполнить из полупрозрачного или светонепроницаемого материала (например, материала, имеющего оптический коэффициент пропускания 70% или более, или молочно-мутного материала).
Линзовая пластина 4 содержит первую линзовую секцию и вторую линзовую секцию. Первая линзовая секция имеет линзовые блоки 12, расположенные через заданные интервалы. Каждый линзовый блок 12 содержит призмы 5 и блок с криволинейной поверхностью 8, образованный на линзовой поверхности падения света 4а, которая находится напротив полупроводниковых источников света 3. Вторая линзовая секция имеет цилиндрическую линзу 9, образованную на линзовой поверхности излучения света 4b. Линзовая пластина 4 распределяет свет, излученный полупроводниковыми источниками света 3, в продольном направлении посредством блока с криволинейной поверхностью 8 и призмы 5, и распределяет свет, излученный полупроводниковыми источниками света 3, по направлению ширины освещаемой области.
Как показано на Фиг.5, на которой представлены призма 5 и блок с искривленной поверхностью 8 линзовой пластины 4, блок с искривленной поверхностью 8 линзовой пластины 4 располагается так, что он обращен к полупроводниковым источникам света 3, а призма 5 линзовой пластины 4 располагается по обеим сторонам блока с криволинейной поверхностью 8 в продольном направлении линзовой пластины 4.
Как показано на Фиг.4С и Фиг.5, блок с криволинейной поверхностью 8 образован внутри области А2 линзовой пластины 4, где область А2 линзовой пластины 4 находится перед областью А1, определенной вдоль ширины полупроводниковых источников света 3, которые расположены в продольном направлении. Каждый блок с криволинейной поверхностью 8, расположенный так, что соответствует каждому полупроводниковому источнику света 3, установлен таким образом, что направляет излученный свет в окрестности центральной оси света С1, и эффективно распределяет свет в направлении, показанном на Фиг.5. Блок с криволинейной поверхностью 8 состоит из двух или более смежных секций (см. первую криволинейную поверхность 8А и вторую криволинейную поверхность 8В, которые показаны на Фиг.5), каждая из которых имеет собственный радиус кривизны и расположена в продольном направлении.
В блоке с криволинейной поверхностью 8 первая криволинейная поверхность 8А и вторая криволинейная поверхность 8В расположены в продольном направлении смежно между собой в области A3, определенной внутри области А2. Вторая криволинейная поверхность 8В имеет радиус кривизны R2, который больше, чем радиус кривизны R1 первой криволинейной поверхности 8А (R1<R2). То есть радиус кривизны блока с криволинейной поверхностью 8 выполнен так, что он становится больше, когда свет падает на блок с криволинейной поверхностью 8 ближе в продольном направлении к концу линзовой пластины 4.
Центральная ось С2, разделяющая криволинейные поверхности (центральная ось блока), является граничной линией разделения первой криволинейной поверхности 8А от второй криволинейной поверхности 8В блока с криволинейной поверхностью 8. В настоящем изобретении центральная ось блока С2 сдвинута в продольном направлении от центральной оси света С1 полупроводниковых источников света 3. Кроме того, центральная ось блока С2 блока с криволинейной поверхностью 8 расположена ближе к концу линзовой пластины 4, к которой на Фиг.5 направлена стрелка направления распределения света, чем центральная ось света С1 полупроводниковых источников света 3. В настоящем изобретении блок с криволинейной поверхностью 8 образован так, что соотношение первой криволинейной поверхности 8А и второй криволинейной поверхности 8В является, в основном, одинаковым в продольном направлении.
В блоке с криволинейной поверхностью 8 радиус кривизны R1 первой криволинейной поверхности 8А и радиус кривизны R2 второй криволинейной поверхности 8В задаются в соответствии с направлением рассеяния света (направление излучения света) линзовой пластины 4. Оба радиуса кривизны R1 и R2 задаются так, что главный угол луча θу, показанный на Фиг.2, составляет 20°, подобно призме 5, что будет объяснено далее. Поскольку блок с криволинейной поверхностью 8 расположен в зоне A3 внутри зоны А2 с раскрытой ранее конфигурацией, блок с криволинейной поверхностью 8 может распространять свет в разных направлениях эффективно с помощью центральной оси блока С2 в непосредственной близости от полупроводникового источника света 3. Кроме того, в том месте, где блок с криволинейной поверхностью 8 не расположен, излучаемый полупроводниковым источником 3 свет эффективно распределяется с помощью призмы 5, которая будет описана ниже.
Как показано на Фиг.4В, Фиг.4С и Фиг.5, призмы 5 представляют собой группу призм от первой призмы 5А до n-й призмы 5n, расположенные в продольном направлении. Каждая призма содержит выпуклую секцию, которая имеет собственную выпуклую форму и собственный угол при вершине. Кроме того, призмы от 1-й призмы 5А до n-й призмы 5n в промежутке между собой имеют вогнутые секции. Под собственными выпуклыми формами и собственными углами при вершине понимается то, что углы при вершине призм α1-α10 различаются между собой в направлении распределения света, как будет объяснено позднее.
Призмы 5, образованные на линзовой поверхности падения света 4а линзовой пластины 4, установлены для распределения света, излучаемого полупроводниковыми источниками света 3, под заданными углами. Иными словами, каждая группа призм 5 содержит от первой призмы 5А до n-й призмы 5n, расположенные в продольном направлении линзовой пластины 4; при этом число призм 5 в каждой группе соответствует числу полупроводниковых источников света 3, а каждая призма имеет выпуклую секцию с собственной выпуклой формой и с собственными углами при вершине. Например, группа от первой призмы 5А до десятой призмы 5J (образующая вместе с блоком с криволинейной поверхностью 8 линзовый блок 12) обращена к одному полупроводниковому источнику света 3. Например, в случае, если установлено 20 единиц полупроводниковых источников света 3, то линзовая пластина 4 имеет 20 групп призм от первой призмы 5А до десятой призмы 5J.
-1
В настоящем изобретении призмы 5 осветительного устройства 1, закрепленного на опорной стойке 50, распределяют свет так, что главный угол луча θу полупроводниковых источников света 3 наклонен вперед относительно 0° (вертикальное направление). Главный угол луча θу может быть получен из уравнения 1:θу={tan(Y/H)}/2, где Y является шириной освещаемой области, а Н является высотой установки осветительного устройства 1. В настоящем изобретении главный луч наклонен под углом главного луча θу, что позволяет снизить интенсивность света в центральной части всей освещаемой области А, поскольку освещенность является большой, когда свет излучается в вертикальном направлении относительно осветительного устройства 1.
В качестве примера будет со ссылкой на Фиг.5 объяснен случай, в котором величина угла главного луча θу задается в 20° и в котором первая призма 5А, призмы от второй призмы 5 В до пятой призмы 5Е и призмы от шестой призмы 5F до десятой призмы 5J обращены в сторону полупроводниковых источников света 3. Следует заметить, что здесь в качестве примера будет рассмотрена четвертая призма 5D, поскольку призмы от второй призмы 5В до десятой призмы 5J, за исключением первой призмы 5А, устанавливаются при подобных же условиях.
Например, как показано на Фиг.5, угол призмы α4 четвертой призмы 5D задается таким, как если бы угол главного луча θу задавался величиной 20°. Угол призмы α может быть вычислен с использованием уравнения 2:
-1
-1
-1
-1
у
у
у
α=[[90-[sin{(na/n1)×sinθ}]+sin[(na/n1)×sin[tan{L/(m×P)}]]]/2+sin{(na/n1)×sinθ}, где na (na=1) является коэффициентом преломления в воздухе, n1 является коэффициентом преломления линзы, L является расстоянием между полупроводниковым источником света 3 и четвертой призмой 5D, Р является интервалом между каждой смежной парой призм, a m является числом призм (n-1, шт.). Если вычислить уравнение 2, заменив величину n1 на 1.492 (коэффициент преломления материала линзовой пластины 4), заменив угол главного луча θ на 20, и заменив m на 3 (=4-1), то α4 будет приблизительно равно 58°.
у
у
Углы от α2 до α10 призм от второй призмы 5В до десятой призмы 5J определяются следующим образом. Заданием углов от α2 до α10 призм от второй призмы 5В до десятой призмы 5J, свет, который излучается полупроводниковым источником света 3, падает на поверхности падения призм 6, 6, отражается от них и достигает соответствующей поверхности полного отражения 7, а затем свет полностью отражается поверхностью полного отражения 7 и излучается из линзовой пластины 4 под углом главного луча θ в 20°. На Фиг.7А показана зависимость между относительной интенсивностью и углом (главного луча), когда угол главного луча θ составляет 20°. (см. "ДВЕ РАЗДЕЛЕННЫЕ КРИВОЛИНЕЙНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ", показанные прерывистыми линиями на Фиг.7А и Фиг.7В). Как будет объяснено позднее, необходимо заметить, что свет, излученный полупроводниковыми источниками света 3, имеет заранее заданный угол рассеяния в направлении ширины при излучении из линзовой пластины 4.
у
у
Как показано на Фиг.5, первая призма 5А имеет поверхности падения 6, 6, которые преломляют свет, излученный полупроводниковыми источниками света 3, а при эмиссии света из линзовой пластины 4 свет преломляется первой призмой 5А так, что угол главного луча θ становится равным 20°. Иными словами, угол α1 поверхностей падения света 6, 6 призмы задается величиной, вычисляемой из следующих величин: угол света, излученного полупроводниковым источником света 3, коэффициент преломления воздуха, равный na (na=1), коэффициент преломления линзы n1 и угол главного луча θ в 20°, под которым свет испускается из линзовой пластины 4.
Образованием призм 5 (от первой призмы 5А до n-й призмы 5n) на линзовой поверхности падения света 4а линзовой пластины 4, обеспечивается возможность управления распределением света в продольном направлении линзовой пластиной 4. Кроме того, настоящее изобретение позволяет предотвратить возможность того, что линзовая пластина 4 будет покороблена пылью или мелкой грязью, налипшими в областях между призмами от первой призмы 5А до n-й призмы 5n, за счет образования блока с криволинейной поверхностью 8 и призм 5 на линзовой поверхности падения света 4а линзовой пластины 4. Как показано на Фиг.7А, на которой представлена зависимость между относительной интенсивностью и углом в продольном направлении линзовой пластины 4, настоящее изобретение позволяет излучать свет в направлении распределения света без образования вторичных пиков. В настоящем изобретении интенсивность света, падающего на освещаемую область А, является большей в центре освещаемой области и эта интенсивность освещения снижается ближе к периферии освещаемой области А, когда пик света сдвигается от центральной части (в вертикальном направлении, показанном на Фиг.2) к периферии освещаемой области А, за счет использования линзовой пластины 4, поскольку, фактически, полупроводниковые источники света 3 позволяют направленно распределять свет и поэтому на освещаемую область А падает свет в сбалансированной эллиптической форме, как показано на Фиг.1.
Далее со ссылками, в основном, на Фиг.6 будет объяснена конфигурация линзовой пластины 4, управляющей распределением света по ширине. Как показано на Фиг.4 и Фиг.6, на линзовой поверхности излучения света 4b образована цилиндрическая линза 9, являющаяся второй линзовой секцией. Цилиндрическая линза 9 имеет выпуклую и вогнутую части, образованные в направлении ширины, которое перпендикулярно продольному направлению линзовой пластины 4. Как показано на Фиг.6, цилиндрическая линза 9 имеет вогнутую часть цилиндрической линзы 10 и выпуклые части цилиндрической линзы 11, 11. Вогнутая часть цилиндрической линзы 10 образована в том месте, в которой от центра полупроводникового источника света 3 проходит перпендикулярная линия. Выпуклые части цилиндрической линзы 11, 11 образованы так, что гладко примыкают к обеим сторонам вогнутой части цилиндрической линзы 10.
х
х
х
-1
2
2
Цилиндрическая линза 9 сформирована так, что она имеет заданный угол рассеяния θ света, испускаемого осветительным устройством 1 в направлении ширины. Этот угол θ рассеяния света, испускаемого осветительным устройством 1, вычисляется по следующему уравнению 3: θ=cos[H/{√(H+X)}], где Х является интервалом установки осветительного устройства 1, а Н - высотой установки осветительного устройства 1. Следует заметить, что криволинейные линии, показывающие выпуклую часть цилиндрической линзы 10 и вогнутые части цилиндрической линзы 11, 11, представлены только для целей иллюстрации и нарисованы здесь с использованием существующих программ моделирования.
х
Кроме того, принимается, что полупроводниковый источник света 3 является в настоящем изобретении точечным источником света, а угол рассеяния θ цилиндрической линзы 9 задается, например, равным 65°. На Фиг.7В показана зависимость между интенсивностью и углом рассеяния в направлении ширины. Пунктирная линия на Фиг.7В показывает зависимость между относительной интенсивностью и углом рассеяния в направлении ширины, когда блок с криволинейной поверхностью 8 разделен на две криволинейные поверхности, например, первую криволинейную поверхность 8А и вторую криволинейную поверхность 8В, как показано на Фиг.5. В настоящем изобретении интенсивность освещения от света, излученного на освещаемую область А, является высокой в центре освещаемой области, при этом интенсивность освещения понижается ближе к периферии освещаемой области А, когда пик света сдвигается от центральной части к периферии освещаемой области А из-за использования линзовой пластины 4, поскольку, фактически, полупроводниковый источник света 3 имеет угол рассеяния и поэтому, как показано на Фиг.1, на освещаемую область А падает свет в сбалансированной эллиптической форме.
Таким образом, линзовая пластина 4 имеет призму 5, являющуюся первой частью линзы, образованной на линзовой поверхности падения света 4а для управления светом, излучаемым полупроводниковыми источниками света 3 в продольном направлении; а также линзовая пластина 4 имеет цилиндрическую линзу 9, являющуюся второй частью линзы, образованной на линзовой поверхности излучения света 4b для управления светом, излучаемым полупроводниковыми источниками света 3 в направлении ширины. Соответственно, свет, излученный осветительным устройством 1, может быть далее излучен на освещаемую область полностью и эффективно. Кроме того, конструкция плоского основания 2 осветительного устройства может быть упрощена, поскольку линзовая пластина 4 имеет конструкцию для распределения света, и осветительное устройство 1 может быть компактным, поскольку можно снизить расстояние между линзовой пластиной 4 и плоским основанием 2.
Далее будет объяснена работа осветительного устройства 1.
у
х
Как показано на Фиг.1, будет рассмотрен пример осветительного устройства 1, установленного в качестве уличного освещения пешеходной дорожки. При такой установке осветительного устройства 1 Н является высотой установки, Y - шириной пешеходной дорожки, а Х - интервалом установки осветительного устройства 1. Осветительное устройство 1 установлена так, что оно излучает свет эллиптической формы на освещаемую область А. Например, если ширина Y составляет 4000 мм, высота установки Н составляет 5000 мм, а интервал установки Х составляет 12000 мм, то угол главного луча θ будет составлять 20°, а угол рассеяния θ будет составлять 65°, как это было объяснено ранее.
В такой конфигурации форма плоского основания 2 не будет сложной, поскольку линзовая пластина 4 управляет условиями распределения света. Кроме того, поскольку осветительное устройство 1 установлено горизонтально, то есть перпендикулярно к продольному направлению опорной стойки 50, то рабочему будет легко обращаться с осветительным устройством, а свет на освещаемую область А будет излучатся при надлежащих условиях рассеяния.
у
х
Когда от источника питания, не показанного на чертежах, поступает электропитание, и полупроводниковыми источниками света 3 осветительного устройства 1 излучается свет, то этот свет падает на блок с криволинейной поверхностью 8 линзовой пластины 4 и попадает на поверхности падения 6, 6 призмы 5. Когда свет преломляется блоком с криволинейной поверхностью 8 и полностью отражается поверхностями полного отражения 7 призмы 5, то этот свет направляется на линзовую поверхность излучения света 4b; поэтому угол главного луча θ света будет составлять 20° в продольном направлении. Кроме того, когда свет излучается из линзовой поверхности излучения света 4b, то угол рассеяния θ устанавливается линзой 9 равным 65° в направлении ширины.
у
х
у
х
Как показано на Фиг.1, осветительное устройство 1 может излучать свет на освещаемую область А однородно, с образованием эллиптической формы освещаемой области так, что часть эллиптической формы освещаемой области пересекается с эллиптической формой области, освещаемой смежной осветительного устройства 1. Хотя ранее было дано объяснение для случая, когда осветительное устройство 1 установлено так, что угол главного луча θ составляет 20°, а угол рассеяния θ составляет 65°, эти углы не ограничены конкретно данными значениями, то есть угол главного луча θ и угол рассеяния θ могут быть другими заранее заданными углами в соответствии с условиями освещаемой области.
Кроме того, хотя ранее было дано объяснение для случая, когда осветительное устройство 1 установлена так, что продольное направление осветительного устройства 1 расположено в направлении ширины дороги, осветительное устройство 1 может быть установлена так, что продольное направление осветительного устройства 1 будет расположено в продольном направлении дороги. Для установки осветительного устройства 1 так, что продольное направление осветительного устройства 1 будет расположено в продольном направлении дороги, призма 5 и цилиндрическая линза 9 поворачиваются на 99°. Иными словами, в такой конфигурации линзовой пластины 4 выпуклая часть и вогнутая часть призмы 5 образованы в направлении ширины линзовой пластины 4, а вогнутая часть и выпуклая часть цилиндрической линзы 9 образованы в продольном направлении линзовой пластины 4.
Кроме того, хотя ранее было дано объяснение для случая, когда линзовая пластина 4 выполнена из единственного прямоугольного компонента, линзовая пластина 4 может быть разделена на несколько частей, соответствующих числу полупроводниковых источников света 3, и, в другом варианте, линзовая пластина 4 может быть разделена на несколько частей, соответствующих числу групп полупроводниковых источников света 3. Кроме того, хотя ранее было дано объяснение для случая, когда первая линзовая секция и вторая линзовая секция являются секциями, каждая из которых имеет непрерывно повторяемую конфигурацию выпуклой части и вогнутой части, первая линзовая секция и вторая линзовая секция могут быть выполнены из комбинации компонентов с различными коэффициентами преломления.
Хотя ранее было дано объяснение для случая, в котором осветительное устройство 1 имеет призму 5, являющуюся первой линзовой секцией, образованной на линзовой поверхности падения света 4а, и имеет цилиндрическую линзу 9, являющейся второй линзовой секцией, образованной на линзовой поверхности излучения света 4b, в другой конфигурации, как показано на Фиг.8А и Фиг.8В, цилиндрическая линза 9, как первая линзовая секция, может быть образована на линзовой поверхности падения света 4а, а призма 5, как вторая линзовая секция, может быть образована на линзовой поверхности излучения света 4b.
Хотя в конфигурации, рассмотренной ранее в качестве примера, блок с криволинейной поверхностью 8 имеет первую криволинейную поверхность 8А и вторую криволинейную поверхность 8В, блоки с криволинейной поверхностью 8а и 8b могут иметь конфигурацию, показанную на Фиг.9А и Фиг.9С. Следует заметить, что ссылки, назначенные ранее объясненным компонентам, и последующие объяснения будут опущены.
1
2
1
2
Как показано на Фиг.9А, блок с криволинейной поверхностью 8а сконфигурирован так, что содержит первые криволинейные поверхности 8A и 8A, которые образованы разделением первой криволинейной поверхности на две секции, и содержит вторую криволинейную поверхность 8В. Радиусы кривизны R1 и R2 первых криволинейных поверхностей 8A и 8А и радиус кривизны R3 второй криволинейной поверхности 8В задаются такими, что они больше, когда свет падает ближе к одному концу линзовой пластины 4. То есть соотношение между этими радиусами кривизны имеет вид R1<R2<R3. Кроме того, центральная ось С2 блока с криволинейной поверхностью 8а сдвинута ближе к одному концу линзовой пластины 4, чем центральная ось света С1 полупроводниковых источников света 3.
1
1
1
Как показано на Фиг.9В, блок с криволинейной поверхностью 8b сконфигурирован так, что содержит первую криволинейную поверхность 8A, вторую криволинейную поверхность 8В и третью криволинейную поверхность 8С, образованную между криволинейной поверхностью 8A и второй криволинейной поверхностью 8В. При этом радиус кривизны R1 первой криволинейной поверхности 8A, радиус кривизны R2 третей криволинейной поверхности 8С и радиус кривизны R3 второй криволинейной поверхности 8В становятся больше, когда свет падает ближе к одному концу линзовой пластины 4, так что соотношение между этими радиусами кривизны имеет вид R1<R2<R3. Центральная ось блока 2 (то есть центральная ось блока С2 в этой конфигурации) блока с криволинейной поверхностью 8b сдвигается ближе к одному концу линзовой пластины 4, чем центральная ось света С1 полупроводниковых источников света 3.
1
2
1
2
1
2
1
2
Как показано на Фиг.9С, блок с криволинейной поверхностью 8с сконфигурирован так, что содержит первые криволинейные поверхности 8A и 8А, которые образованы разделением первой криволинейной поверхности на две секции, и содержат вторые криволинейные поверхности 8В и 8В, которые образованы разделением второй криволинейной поверхности на две секции. Радиусы кривизны R1 и R2 первых криволинейных поверхностей 8A и 8А, и радиусы кривизны R3 и R4 вторых криволинейных поверхностей 8В и 8В задаются так, что они становятся больше, когда свет падает ближе к одному концу линзовой пластины 4, так что соотношение между этими радиусами кривизны имеет вид R1<R2<R4<R3. Центральная ось блока С2 блока с криволинейной поверхностью 8 с сдвигается ближе к одному концу линзовой пластины 4, чем центральная ось света С1 полупроводниковых источников света 3.
Как показано на Фиг.9А - Фиг.9С, в случае, когда свет излучается вниз от полупроводниковых источников света 3, линзовая пластина 4 может более эффективно направлять свет в заданном направлении, поскольку каждый блок с криволинейной поверхностью от 8а до 8с имеет большее число криволинейных поверхностей. На Фиг.7А представлен график, показывающий зависимость между относительной интенсивностью в продольном направлении и углом главного луча линзовой пластины, имеющей блоки с криволинейной поверхностью от 8а до 8с. На Фиг.8В представлен график, показывающий зависимость между относительной интенсивностью в направлении ширины и углом рассеяния линзовой пластины, имеющей блоки с криволинейной поверхностью от 8а до 8с. На Фиг.7В представлен график, показывающий зависимость между относительной интенсивностью в направлении ширины и углом рассеяния линзовой пластины, имеющей блоки с криволинейной поверхностью от 8а до 8с. На Фиг.7А сплошная линия "четыре разделенные криволинейные поверхности" соответствует блоку с криволинейной поверхностью 8 с; сплошная линия "три разделенные криволинейные поверхности - 1" соответствует блоку с криволинейной поверхностью 8а; а сплошная линия "три разделенные криволинейные поверхности - 2" соответствует блоку с криволинейной поверхностью 8b.
Следует заметить, что хотя центральная ось на конструкции линзового блока 12, имеющего призмы 5, образованные на обеих сторонах блока с криволинейной поверхностью 8 в продольном направлении, совпадает, в основном, с центральной осью всего линзового блока 12, центральная ось всей конструкции линзового блока 12 сдвинута в продольном направлении от центральной оси света С1 полупроводниковых источников света 3 (так что центральная ось конструкции линзового блока 12 сдвинута вперед в угле распределения света).
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Поскольку настоящее изобретение относится к осветительному устройству, содержащему линзу для управления распределением света как в продольном направлении, так и по ширине, эта осветительное устройство может использоваться не только в качестве уличного освещения, но и для освещения внутри помещений, в качестве дорожного освещения, сигнального освещения и прочего. Объяснение ссылок
1 - осветительное устройство
2 - плоское основание
3 - полупроводниковые источники света
4 - линзовая пластина (линза)
4а - линзовая поверхность падения света
4b - линзовая поверхность излучения света
5 - призма (первая линзовая секция)
5А-5n - первая призма - n-я призма (выпуклая секция)
6 - поверхность падения призмы
7 - поверхность полного отражения
8 - криволинейная поверхность (криволинейная поверхность выпуклой секции)
9 - цилиндрическая линза (вторая линзовая секция)
10 - выпуклая секция цилиндрической линзы
11 - вогнутая секция цилиндрической линзы
20 - несущая рама
21 - установочная поверхность
22 - крышка
30 - силовая разводка
35 - клеевая деталь
36 - винт
37 - заливочный компаунд
50 - опорная стойка
А - освещаемая область
Х - интервал установки
Y - ширина.