ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И ЛИНЗА, ПОДХОДЯЩАЯ ДЛЯ ТАКОГО ОСВЕТИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
ILLUMINATION DEVICE AND LENS SUITABLE FOR SAID ILLUMINATION DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к осветительному устройству, содержащему источник света и линзу, размещенную перед источником света, причем линза снабжена поверхностью входа света на стороне, обращенной к источнику излучения, и поверхностью выхода света на стороне, удаленной от источника света.
Данное изобретение также относится к линзе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Такое осветительное устройство, известное из ЕР 2009345 А2, включает в себя линзу, имеющую первый оптический преломляющий элемент, размещенный вокруг наружной кромки, и второй оптический преломляющий элемент, расположенный в центре линзы. Между источником света, таким как светодиод (LED), и линзой располагается отражатель. Излучаемая вперед часть света светодиода попадает непосредственно на линзу, в то время как часть, излучаемая вбок, отражается отражателем перед тем, как попасть на линзу.
Недостаток этого известного осветительного устройства состоит в том, что воспринимаемая яркость линзы того же порядка, что и яркость источника света. В случае мощного светодиода осветительным устройством будет излучаться сильный ослепляющий свет.
Использование такого осветительного устройства с мощными светодиодами для общего внутреннего освещения проблематично из-за чрезвычайно высокой яркости светодиода. Чтобы избежать прямого воздействия на наблюдателя светодиода высокой яркости, могут быть добавлены преобразователи яркости. Однако такие преобразователи яркости имеют недостаток, состоящий в том, что они приводят к уменьшению оптической эффективности и увеличению стоимости осветительного устройства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей данного изобретения является создание осветительного устройства с простой конструкцией, относительно высокой оптической эффективностью и преобразованием яркости для предотвращения ослепляющего света.
Данная задача решается с помощью осветительного устройства в соответствии с данным изобретением, в котором линза содержит некоторое количество полосковых взаимно соединенных удлиненных световодных элементов, у которых первые концы и разнесенные вторые концы включают в себя поверхность входа света и поверхность выхода света соответственно, а световые лучи, излучаемые источником света, передаются за счет полного внутреннего отражения в удлиненных световодных элементах от первых концов к разнесенным вторым концам, а площадь поверхности выхода света линзы, по меньшей мере, в 100 раз или, по меньшей мере, в 10000 раз больше площади излучения света источника света и, по меньшей мере, часть удлиненных световодных элементов, по меньшей мере, соединены друг с другом вблизи вторых концов.
Благодаря полосковым удлиненным световодным элементам и разнесенным вторым концам достигается линза с открытой структурой. За счет полосковых удлиненных световодных элементов длина в первом направлении от первого конца до второго конца того же порядка или значительно меньше, чем длина удлиненных световодных элементов во втором направлении перпендикулярно первому направлению. Открытая структура обеспечивает относительно большую поверхность выхода света по сравнению с поверхностью входа света. Яркость источника света распределяется по относительно большой поверхности выхода света, в результате чего наблюдаемая яркость сильно снижается. Световые лучи из источника света передаются за счет полного внутреннего отражения, благодаря чему достигается высокая оптическая эффективность линзы. Осветительные устройства с такой линзой пригодны для использования в разнообразных сферах в помещениях и на открытом воздухе. Ввиду увеличения поверхности выхода света относительно поверхности излучения света источника света достигается уменьшение воспринимаемой яркости. В зависимости от требуемой яркости выбирается соотношение между поверхностью входа света и светоизлучающей поверхностью, а также число и форма удлиненных световодных элементов.
Один вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением отличается тем, что, по меньшей мере, полосковые вторые концы удлиненных световодных элементов проходят параллельно друг другу.
Таким образом, поверхность выхода света имеет прямоугольную форму, вследствие чего свет, излучаемый осветительным устройством, может выглядеть похожим на свет, излучаемый удлиненными люминесцентными лампами.
Предпочтительно, чтобы удлиненные световодные элементы проходили параллельно друг другу от первых концов ко вторым концам, что позволяет изготавливать линзу с помощью экструзии с тем, чтобы можно было достичь относительно большой длины во втором направлении перпендикулярно первому направлению от первого конца ко второму концу.
Устройство с такой линзой применимо в качестве линии освещения для освещения магазина или линии освещения для автобуса, поезда или самолета, либо для освещения туннелей. Такая линза также применяется в водонепроницаемом светильнике, поскольку лишь небольшая зона входа, в которой располагается светодиод или светодиоды, должна быть водонепроницаемой вместе с обеими торцевыми сторонами.
Другой вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением отличается тем, что, по меньшей мере, вторые концы удлиненных световодных элементов являются кольцеобразными полосами, располагающимися концентрически относительно друг друга.
Таким образом, поверхность входа света имеет цилиндрическую форму, вследствие чего свет, излучаемый осветительным устройством, может выглядеть похожим на свет, излучаемый лампами накаливания.
Предпочтительно, чтобы удлиненные световодные элементы были кольцеобразными от первых концов до вторых концов с тем, чтобы каждый удлиненный световодный элемент был чашеобразным.
Устройство с такой линзой применимо для домашнего освещения или в качестве потолочного светильника для освещения офиса или освещения магазина.
Еще один вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением отличается тем, что, по меньшей мере, часть удлиненных световодных элементов соединены друг с другом вблизи первых концов.
Посредством упомянутых соединенных концов может быть достигнута сплошная поверхность входа света и поверхность выхода света, обеспечивая линзе гладкий вид. Предпочтительно, чтобы участки, на которых удлиненные световодные элементы соединяются, были как можно меньше для предотвращения нарушения полного внутреннего отражения в удлиненных световодных элементах.
Другой вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением отличается тем, что поверхность первого конца удлиненного световодного элемента проходит, по существу, перпендикулярно световым лучам источника света, направленным к упомянутому световодному элементу.
Весь свет, излучаемый источником света по направлению к удлиненному световодному элементу, входит в удлиненный световодный элемент с тем, чтобы оптическая эффективность была оптимальной.
Еще один вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением отличается тем, что поверхность выхода света имеет наклонную, выпуклую или вогнутую форму.
Форма поверхности выхода света дополнительно улучшает свет, излучаемый осветительным устройством, его внешний вид и в значительной степени определяет форму луча, выходящего из осветительного устройства. Это представляет особый интерес для сфер применения, в которых важно регулирование луча, например, в системах автомобильных фар, например, для формирования луча ближнего света.
Другой вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением отличается тем, что линза изготавливается из акрила, поликарбоната или иного прозрачного материала.
Из таких материалов легко могут изготавливаться относительно дешевые линзы.
Другой вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением отличается тем, что линза изготавливается литьем под давлением или экструзией.
Такой процесс изготовления является относительно простым. В случае литья под давлением линза может быть собрана из нескольких частей, чтобы избежать проблем с углом конусности отливки.
В US2007121331 описывается осветительное устройство с линзой, содержащей некоторое количество полосковых соединенных удлиненных осветительных элементов, которые посредством полного внутреннего отражения проводят свет источника света от первых концов, обращенных к источнику света, к разнесенным вторым концам, удаленным от источника света.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данное изобретение описывается ниже более подробно со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1А и 1В, соответственно, представляют собой вид в поперечном разрезе и соответствующий вид сверху первого варианта осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением,
фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе линзы осветительного устройства, показанного на фиг. 1, со световыми лучами, излучаемыми источником света и отражаемыми от внутренней поверхности удлиненных световодных элементов линзы,
фиг. 3 представляет собой вид в перспективе второго варианта осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением,
фиг. 4А представляет собой разрез третьего варианта осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением,
фиг. 4В-4D представляют собой различные варианты осуществления вторых концов удлиненных световодных элементов,
фиг. 5 представляет собой вид снизу в перспективе третьего варианта осуществления осветительного устройства, показанного на фиг. 4А,
фиг. 6 представляет собой разрез четвертого варианта осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением,
фиг. 7 представляет собой разрез пятого варианта осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением,
фиг. 8 представляет собой разрез шестого варианта осуществления осветительного устройства в соответствии с данным изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На чертежах одинаковые детали обозначаются одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг. 1А, 1В и 2 показан первый вариант осуществления осветительного устройства 1 в соответствии с данным изобретением. Осветительное устройство 1 содержит мощный светодиод 2 в качестве источника света и линзу 3. Линза 3 содержит некоторое количество удлиненных световодных элементов 4, которые соединяются вблизи разнесенных вторых концов 5 посредством пластины 6. Первые концы 7 удлиненных световодных элементов располагаются вблизи светодиода 2. Первые концы 7 разнесены таким образом, что расстояние между первыми концами 7 значительно меньше расстояния между вторыми концами 5 и пластиной 6. Удлиненные световодные элементы 4 имеют чашеобразную форму, так что как первые концы 7, так и вторые концы 5 образуют кольцеобразные полосы. Каждый из первых концов 7 удлиненных световодных элементов 4 снабжен поверхностью приема света 8. Поверхности приема света 8 всех удлиненных световодных элементов 4 образуют поверхность входа света линзы 3. Поверхности приема света 8 располагаются относительно друг друга таким образом, что все световые лучи светодиода 2 попадают на одну из поверхностей приема света 8, при этом ни один световой луч не попадает в просвет 9 между удлиненными световодными элементами 4. Предпочтительно, чтобы каждая поверхность приема света 8 проходила, по существу, перпендикулярно световым лучам, попадающим на упомянутую поверхность приема света 8. Два расположенных в центре удлиненных световодных элемента 4 соединяются друг с другом своими вторыми концами 7, однако непосредственно за первыми концами 7 удлиненные световодные элементы 4 разнесены. Между удлиненными световодными элементами 4 имеются просветы 9, которые расширяются в направлении от светодиода 2. Полосковые удлиненные световодные элементы 4 являются относительно длинными в направлении от светодиода 2 к пластине 6 и в направлении вдоль окружности. Удлиненные световодные элементы 4 имеют такой изгиб и размер, что световой луч 10, 11, падающий на поверхность приема света 8, полностью отражается внутри удлиненного световодного элемента 4 внутренними и наружными поверхностями 12, 13 удлиненного световодного элемента 4 до тех пор, пока световой луч 10, 11 не достигнет второго конца 5 удлиненного световодного элемента 4 и не выйдет из второго конца 5 через поверхность выхода света 14 пластины 6.
7
2
4
2
4
2
-4
2
-2
2
Из-за удлиненных световодных элементов 4, их искривленной формы и просветов 9 между удлиненными световодными элементами 4 поверхность выхода света 14 пластины 6, соединяющей вторые концы 5 удлиненных световодных элементов 4, значительно больше, чем поверхность входа света, образуемая поверхностями приема света 8 удлиненных световодных элементов 4. Предпочтительно, чтобы поверхность выхода света 14 была, по меньшей мере, в 100 раз, а еще более предпочтительно, по меньшей мере, в 10000 раз больше светоизлучающей поверхности 2' светодиода 2. Светоизлучающая поверхность 2' светодиода 2 составляет, например, от 1×1 мм до 3×3 мм и имеет яркость, например, 10 кд/м. Предпочтительно, чтобы воспринимаемая яркость находилась в диапазоне от 10 кд/м до 5×10 кд/м. Поэтому предпочтительно, чтобы поверхность выхода света линзы составляла порядка 5×10 м-10 м. Предпочтительно, чтобы число удлиненных световодных элементов 4 составляло, по меньшей мере, 3, а самое большее 50. Яркость светодиода 2 сильно фрагментирована, и наблюдателем воспринимается значительно более низкая яркость. Однако ввиду полного внутреннего отражения оптическая эффективность линзы 3 высока, и потери яркости почти отсутствуют.
Линза 3 изготавливается из акрила, поликарбоната или иного прозрачного материала и предпочтительно изготавливается с помощью процесса литья под давлением. Она может быть выполнена из нескольких частей, чтобы избежать проблем с углом конусности отливки во время процесса литья под давлением.
На фиг. 3 показан второй вариант осуществления линзы 23 осветительного устройства в соответствии с данным изобретением. Линза 23 имеет такое же сечение, как и линза 3 и как показано на фиг. 1. Однако вместо круглой формы линза 23 имеет более прямоугольную форму. Линза 23 состоит из некоторого количества полосковых удлиненных световодных элементов 24, проходящих параллельно друг другу. Удлиненные световодные элементы 24 соединяются вблизи вторых концов 5 посредством прямоугольной пластины 26. Первые концы 27 удлиненных световодных элементов 24 располагаются вблизи отверстия 31, в котором некоторое количество светодиодов 2 может быть помещено в виде ряда или матрицы. Первые концы 27 разнесены, при этом расстояние между первыми концами 27 значительно меньше, чем расстояние между вторыми концами 25, т.е. в том месте, где вторые концы входят в пластину 26. Каждый из первых концов 27 удлиненных световодных элементов 24 снабжен поверхностью приема света 28, при этом поверхности приема света 28 всех удлиненных световодных элементов 24 образуют поверхность входа света линзы 23. Поверхности приема света 28 располагаются относительно друг друга таким образом, что все световые лучи светодиодов 2 попадают на одну из поверхностей приема света 28, при этом ни один световой луч не попадает в просвет 29 между удлиненными световодными элементами 24.
Световые лучи ряда светодиодов в отверстии 31 направляются за счет полного внутреннего отражения через удлиненные световодные элементы 24 способом, показанным на фиг. 2. Линза 23 может быть изготовлена с помощью экструзии таким образом, чтобы можно было получить относительно длинную линзу длиной, например, 1 метр в направлении экструзии. Такая линза может использоваться в качестве осветительного устройства, например, в автобусе, поезде, самолете или крытой автостоянке.
Общая светоизлучающая поверхность ряда или матрицы светодиодов 2 представляет собой сумму светоизлучающих поверхностей 2' всех светодиодов 2. Предпочтительно, чтобы поверхность выхода света линзы 23 на пластине 26 была, по меньшей мере, в 100 раз, а еще более предпочтительно, по меньшей мере, в 10000 раз больше общей светоизлучающей поверхности светодиодов 2.
Линзы другой формы могут изготавливаться пластикацией наружной поверхности линзы 23.
На фиг. 4А и 5 показан третий вариант осуществления линзы 33 осветительного устройства в соответствии с данным изобретением. Линза 33 состоит из чашеобразных криволинейных удлиненных световодных элементов 34. Первые концы 37 удлиненных световодных элементов 34 располагаются напротив друг друга и образуют поверхность входа света 36. Вторые концы 35 удлиненных световодных элементов 34 разнесены таким образом, что расстояние между вторыми концами 35 значительно больше, чем расстояние между первыми концами 37. Между удлиненными световодными элементами 34 располагаются просветы 39. Вблизи вторых концов 35 предусматриваются удлиненные световодные элементы 34 с поверхностями выхода света 38 таким образом, что поверхность выхода света линзы 33 образуется зоной, в которой располагаются поверхности выхода света 38. Площадь поверхности входа света 36 значительно меньше, чем площадь поверхности выхода света 38 линзы 33, вследствие чего воспринимаемая яркость осветительного устройства значительно ниже яркости светодиода 2, расположенного напротив поверхности входа света 36. Вторые концы 35 удлиненных световодных элементов 34 могут быть снабжены выпуклой поверхностью выхода света 40, вогнутой поверхностью выхода света 41 или наклонной поверхностью выхода света 42, как показано на фиг. 4B, 4C, 4D соответственно, для изменения излучаемого света по желанию.
На фиг. 6 показан четвертый вариант осуществления линзы 43 осветительного устройства в соответствии с данным изобретением. Линза 43 отличается от линзы 33 тем, что вторые концы 35 располагаются на выпуклой плоскости, а не на обычной ровной плоскости.
На фиг. 7 показан пятый вариант осуществления линзы 53 осветительного устройства в соответствии с данным изобретением. Линза 53 отличается от линзы 33 тем, что толщина удлиненных световодных элементов 54 вблизи первых концов 57 больше вблизи наружной стороны линзы 53, чем вблизи внутренней стороны, в то время как толщина вблизи вторых концов 55 всех удлиненных световодных элементов 54 одинакова.
На фиг. 8 показан шестой вариант осуществления линзы 63 осветительного устройства в соответствии с данным изобретением. Линза 63 отличается от линзы 53 тем, что второй конец 65 наружного чашеобразного удлиненного световодного элемента 64 расширяется таким образом, что его поверхность выхода света 68 отвернута от поверхностей выхода света 58 других удлиненных световодных элементов 54.
Можно также изготавливать более прямоугольную линзу, такую как показанная на фиг. 3, с сечением, как показано на фиг. 6, 7 или 8.
Можно также удлинять наружные удлиненные световодные элементы 34 с тем, чтобы вторые концы располагались в выпуклой плоскости, рельефной плоскости или плоскости иной формы.
Можно также создавать поверхность выхода света удлиненного световодного элемента с микроструктурой, такой как матированная структура или рассеивающая структура для улучшения распределения света.
Можно также соединять удлиненные световодные элементы друг с другом в каком-либо месте между первыми и вторыми концами с помощью или световодного материала, или непрозрачного материала, или держателя.
Предпочтительно, чтобы удлиненные световодные элементы были жесткими. Однако можно также изготавливать гибкие удлиненные световодные элементы с тем, чтобы положение поверхности выхода света каждого удлиненного световодного элемента можно было изменять по желанию.