АРМАТУРА САНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ С БЛОКОМ НЕСКОЛЬКИХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
SANITARY WEAR FITTINGS WITH BLOCK OF SEVERAL LIGHT SOURCES

Настоящее изобретение относится к санитарно-технической арматуре с блоком нескольких источников света для подсветки воды, выходящей из санитарно-технической арматуры или поступающей в нее.
Подобная санитарно-техническая арматура известна из DE 20317375 U1. Известная арматура содержит блок из нескольких источников света для подсветки воды, выходящей из санитарно-технической арматуры или поступающей в нее, причем источники света генерируют свет разных цветов, а перед источниками света расположена собирательная оптика для фокусирования света, генерируемого источниками. Цвет регулируется в зависимости от температуры воды. В одном из примеров предусмотрено три светодиода, расположенных непосредственно между выходными отверстиями арматуры.
В основу изобретения была положена задача усовершенствования санитарно-технической арматуры таким образом, чтобы создаваемый источниками света эффект подсветки помимо передачи информации вызывал у пользователя приятные эмоции с возможностью целенаправленного благотворного влияния на нервную систему пользователя.
В предлагаемой в изобретении санитарно-технической арматуре эта задача решается за счет того, что собирательная оптика смешивает несколько световых пучков, генерируемых разными источниками света.
Авторами изобретения было установлено, что распространенные источники света, например низковольтные галогенные лампы и особенно предпочтительные за счет своей компактности светодиоды, излучают свет с относительно большими телесными углами. Во-первых, это затрудняет смешение света разных цветов, генерируемого источниками света, в большой пространственной области и создание, таким образом, приятного для восприятия смешанного цвета.
Во-вторых, известные источники света излучают в стороны столь сильно, что освещается по существу лишь область, непосредственно окружающая вход и выход санитарно-технической арматуры. Если же свет, генерируемый источниками света, фокусировать и смешивать с помощью собирательной оптики, как это предлагается в изобретении, то выходящая из санитарно-технической арматуры струя воды может подсвечиваться относительно однородным цветом - предпочтительно изнутри - на большем протяжении, что создает эстетически очень привлекательный эффект подсветки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения собирательная оптика включает в себя несколько оптических элементов собирательного действия, причем каждому источнику света соответствует ровно один такой оптический элемент или же несколько оптических элементов. Это позволяет собирать и фокусировать свет, генерируемый источниками света, намного эффективнее, чем с помощью единственного оптического элемента, который собирает вместе все генерируемые источниками света световые пучки.
В принципе источники света можно было бы расположить с таким наклоном, чтобы их оси излучения, по отношению к которым генерируемые источниками света световые пучки являются, по меньшей мере в основном, вращательно-симметричными, сходились в одной точке. Таким образом, для области вокруг этой точки было бы обеспечено хорошее смешение света. Однако наклонное расположение источников света является конструктивно относительно сложным и потому дорогим.
Поэтому предпочтительно, чтобы по меньшей мере один источник света был расположен относительно соответствующего ему оптического элемента таким образом, чтобы ось излучения по меньшей мере одного источника света проходила параллельно и со смещением относительно оси симметрии соответствующего оптического элемента. Это смещение может составлять, например, более 10% или даже более 15% радиуса соответствующего оптического элемента.
За счет такого параллельного смещения осей излучения источников света относительно осей симметрии соответствующих оптических элементов возникает наклон светового пучка, генерируемого по меньшей мере одним источником света. При этом за счет положения оси излучения по меньшей мере одного источника света относительного оси симметрии соответствующего оптического элемента можно практически произвольно регулировать направление и степень наклона. Это открывает возможность только за счет этого наклона направлять генерируемые источниками света световые пучки в находящуюся за пределами санитарно-технической арматуры точку, вблизи которой световые пучки практически полностью смешиваются. Таким образом, можно отказаться от сложного наклонного расположения источников света.
Поскольку источники света расположены относительно плотно друг к другу, а упомянутая точка может быть относительно далеко, например на 50 см, удалена от санитарно-технической арматуры, даже на больших расстояниях от упомянутой точки достигается очень хорошее смешение генерируемых источниками света световых пучков. Таким образом, для пользователя санитарно-технической арматурой создается эффект практически однородной цветной подсветки на отрезке обычно требуемой длины, зависящей от расстояния между санитарно-технической арматурой и некоторым предметом, например умывальником или душевым поддоном.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения источники света распределены вокруг общей оси симметрии с многолучевой симметрией. Три источника света могут быть расположены, например, по углам равностороннего треугольника, а четыре - по углам квадрата.
Оптические элементы, соответствующие отдельным источникам света, обладают предпочтительно действием асферической линзы. Это справедливо, в частности, тогда, когда оси излучения расположены со смещением относительно осей симметрии оптических элементов.
Оптические элементы собирательного действия могут представлять собой, например, дифракционные оптические элементы или традиционные линзовые элементы. В последнем случае целесообразным является вариант, в котором линзовые элементы имеют вогнутую входную и выпуклую выходную поверхности. При асферическом выполнении линзовых элементов они предпочтительно имеют кривизну, наименьшую на оси симметрии элементов.
При этом отдельные линзовые элементы могут образовать единый блок. Это целесообразно прежде всего тогда, когда также источники света расположены в тесном пространстве, как это часто бывает в стесненных условиях санитарно-технической арматуры. При этом линзовые элементы могут примыкать друг к другу вдоль общей оси симметрии источников света. Непосредственное примыкание друг к другу отдельных линзовых элементов в виде созвездия позволяет собирать и фокусировать те составляющие генерируемого источником света светового пучка, что не проходят через соответствующий источнику света оптический элемент, по меньшей мере оптическими элементами, соответствующими другим источникам света.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения собирательная оптика включает в себя далее оптический собирательный элемент, который собирает вместе выходящие из оптических элементов световые пучки. При этом собирательный элемент выполнен предпочтительно так, что свет, генерируемый источниками света, выходит из санитарно-технической арматуры в основном в виде практически параллельного или в крайнем случае слегка расходящегося или сходящегося пучка лучей.
При этом такой оптический собирательный элемент предпочтительно имеет ось симметрии, проходящую вдоль общей оси симметрии источников света. Для оптического собирательного элемента также предпочтительно, чтобы он обладал действием асферической линзы.
В случае, если оптический собирательный элемент представляет собой не дифракционный элемент, а линзу с положительным преломлением, то предпочтительно, чтобы такая линза была двояковыпуклой. В случае асферического действия кривизна двояковыпуклой линзы может быть наименьшей на оси симметрии собирательной линзы.
Для достижения еще лучшего смешения света может быть предусмотрено рассеивающее устройство, которое рассеивает свет, генерируемый источниками света. Рассеивающее устройство может представлять собой, например, рассеивающее стекло с шероховатой или целенаправленно структурированной поверхностью. В последнем случае не должен превышаться типичный размер структур 1 мм и предпочтительно 0,1 мм. Вместо дополнительного рассеивающего стекла такая поверхность может быть предусмотрена на и так уже имеющихся оптических компонентах, например на плоской или криволинейной поверхности собирательной линзы.
Особенно подходящими в качестве источников света являются светодиоды, поскольку эти полупроводниковые элементы имеют очень высокий выход света. Кроме того, светодиоды настолько малы, что находят место также внутри корпуса арматуры в непосредственной близости от впуска или выпуска воды.
Далее предпочтительно, если источники света создают свет красного, зеленого и синего цветов. Особенно приятно действующие цвета создаются, если дополнительно предусмотрен еще источник света, создающий желтый свет.
Для повышения яркости можно также предусмотреть несколько наборов источников света, каждый из которых содержит источники света для всех требуемых цветов. Эти наборы источников света могут быть выполнены также в виде так называемых многоцветных светодиодов, в которых несколько источников света в виде светоизлучающих элементов объединены в одном корпусе. Таким образом, смешение цветов достигается уже внутри одного отдельного многоцветного светодиода.
Эти и другие предпочтительные варианты выполнения изобретения вытекают из независимого пункта и из зависимых пунктов формулы изобретения.
Другие признаки и преимущества изобретения приведены в нижеследующем описании примеров его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - головка излива санитарно-технической арматуры в схематичном осевом разрезе с собирательной оптикой,
на фиг.2 - меридиональный разрез собирательной оптики, показанной на фиг.1,
на фиг.3 - горизонтальный разрез собирательной оптики по линии III-III.
На фиг.1 в схематичном осевом разрезе изображена головка 10 санитарно-технической арматуры, которая может быть стационарной частью водопроводной арматуры или может быть частью ручки (ручного приспособления). Санитарно-техническая арматура может представлять собой, например, кран или смеситель (водоразборное устройство) для душа, умывальника или ванны. Головка 10 арматуры содержит корпус 11 и находящийся в нем излив 12 для смешанной воды, который известным образом соединен со смесителем, на фиг.1 не показанным. В свою очередь, смеситель подключен к трубам горячего и холодного водоснабжения. Излив 12 для смешанной воды переходит в кольцевой канал 14, снабженный на торцевой стороне выпускными отверстиями 15.
В окруженном кольцевым каналом 14 пространстве размещен блок 16 источников света и собирательная оптика 18. Блок 16 источников света включает в себя расположенную на радиаторе 20 плату 22, несущую три светодиода 24а, 24b, 24с, из которых в разрезе на фиг.1 видны только два светодиода 24а, 24b. Светодиоды 24а, 24b, 24с выполнены таким образом, чтобы светиться соответственно красным, зеленым и синим светом.
Ниже конструкция собирательной оптики 18 рассматривается подробнее со ссылкой на фиг.2 и 3, показывающие ее соответственно в меридиональном разрезе и в горизонтальном разрезе по линии III-III.
Светодиоды 24а, 24b, 24с расположены с трехлучевой симметрией на первой окружности К, концентричной общей оптической оси GOA собирательной оптики 18. При этом светодиоды 24а, 24b, 24с имеют параллельные друг другу оси 25а, 25b, 25с излучения, которые лежат на первой окружности К и образуют оси симметрии световых конусов излучения.
В направлении распространения света непосредственно за светодиодами 24а, 24b, 24с находятся три линзовых элемента 26а, 26b, 26с, которые вдоль плоских поверхностей Р прижаты друг к другу или склеены между собой. Таким образом, три линзовых элемента 26а, 26b, 26с образуют одну общую линзу.
Каждый из линзовых элементов 26а, 26b, 26с имеет ось 27а, 27b, 27с симметрии, по отношению к которой входные 28а, 28b, 28с и выходные 29а, 29b, 29с поверхности выполнены симметричными. Оси 27а, 27b, 27с симметрии проходят параллельно друг другу и пересекают вторую окружность К', концентричную первой окружности К относительно общей оси GOA симметрии.
Как входные 28а, 28b, 28с, так и выходные 29а, 29b, 29с поверхности выполнены асферической формы, причем их кривизна возрастает с увеличением радиального расстояния от осей 27а, 27b, 27с симметрии.
Оси 27а, 27b, 27с симметрии расположены со смещением относительно осей 25а, 25b, 25с излучения светодиодов 24а, 24b, 24с на значение d. Как особенно хорошо видно на фиг.3, это смещение d соответствует разности между радиусами окружностей К и К', на которых лежат соответственно оси 25а, 25b, 25с излучения и оси 27а, 27b, 27с симметрии.
В направлении распространения света за линзовыми элементами 26а, 26b, 26с расположена двояковыпуклая собирательная линза 30, ось симметрии которой совпадает с общей оптической осью GOA. Также собирательная линза 30 имеет асферические входную 31 и выходную 32 поверхности, кривизна которых возрастает по мере удаления от общей оптической оси GOA. Выходная поверхность 32 матирована или профилирована посредством съема материала, например травлением, пескоструйной обработкой, шлифованием или фрезерованием, для образования рассеивающих структур 33. Задача рассеивающих структур - продолжать смешивать генерируемые светодиодами 24а, 24b, 24с световые пучки. Также вместо рассеивающих структур 33 может использоваться дополнительное рассеивающее стекло, имеющее травленую, отпескоструенную или шлифованную поверхность. Более сильное рассеяние достигается с помощью объемных рассеивающих стекол, находящих применение, например, в виде молочных стекол.
Для пояснения хода лучей на фиг.2 для светодиода 24а показаны два пучка S1, S2 лучей с их краевыми лучами и центральным, т.е. проходящим через центр тяжести сечения пучка, лучом. Пучок S1 лучей, обозначенный штриховыми двухточечными линиями, представляет собой осевой полевой пучок, тогда как обозначенный штриховыми линиями пучок S2 лучей исходит от краевой точки светодиода 24а.
Как можно видеть на фиг.2, генерируемый светодиодом 24а свет собирается линзовым элементом 26а и с наклоном к общей оптической оси GOA направляется в совокупности на собирательную линзу 30. Наклон возникает за счет смещения между осями 25а, 25b, 25с излучения, с одной стороны, и осями 27а, 27b, 27с симметрии линзовых элементов 26а, 26b, 26с, с другой стороны. За счет этого наклона генерируемые светодиодами 24а, 24b, 24с световые пучки накладываются друг на друга, что особенно хорошо видно на схематичном изображении на фиг.1. При этом собирательная оптика 18 выполнена с таким расчетом, чтобы полное наложение трех световых пучков происходило на расстоянии около 50 см от светодиодов 24а, 24b, 24с. На этом расстоянии смешение генерируемых светодиодами 24а, 24b, 24с цветных пучков самое лучшее.
До и после этого смешение происходит только в центральной области, окруженной одноцветным светом. Цвет этого одноцветного света варьируется, если возникает движение вокруг общего светового пучка. Вследствие компактного расположения светодиодов 24а, 24b, 24с в пространстве, с одной стороны, и относительно далеко удаленной плоскости полного смешения, с другой стороны, доля монохроматического света относительно невелика, благодаря чему выходящий из головки 10 арматуры свет вызывает у пользователя санитарно-технической арматурой ощущение по существу однородной цветности. Благодаря рассеивающим структурам 33 с более сильным рассеянием можно достичь еще большего смешения, правда, за счет фокусировки.
В случае обозначенных на фиг.1 пунктирными поверхностями световых пучков 35а, 35b, генерируемых светодиодами 24а, 24b, предполагается, что генерируемый светодиодами 24а, 24b свет проходит через соответствующий линзовый элемент 26а, 26b. Меньшая часть света при определенных обстоятельствах может проходить через линзовый элемент, соответствующий другому светодиоду. Этот свет выходит из головки 10 арматуры под большими углами к общей оптической оси GOA. Если такой косой выход света нежелателен, то за счет подходящего затенения непосредственно на светодиодах 24а, 24b, 24с можно воспрепятствовать тому, чтобы эта относительно малая часть света попадала на не соответствующий данному светодиоду линзовый элемент.
Со стороны выхода света оптический блок 18 закрывается защитным стеклом 34, закрепленным с возможностью замены на корпусе 11 головки 10. Защитное стекло 34 снабжено снаружи покрытием 37, препятствующим образованию известкового налета. Таким образом, защитное стекло 34 очень легко очищается влажной тряпкой.
Плата 22 источника 16 света связана через силовой электронный блок 36 с управляющим устройством 38 головки 10 арматуры. Задачей устройства 38 управления является управление каждым из светодиодов 24а, 24b, 24с в отдельности. Кроме того, управляющее устройство 38 воздействует на встроенный в излив 12 для смешанной воды электромагнитный клапан 40, с помощью которого можно регулировать расход смешанной воды.
Управляющее устройство 38 связано также с температурным датчиком 42 и проточным, т.е. срабатывающим на поток воды, выключателем 44, который вырабатывает коммутационный сигнал, как только смешанная вода потечет из излива 12 в кольцевой канал 14. Посредством фотодетектора 46 управляющее устройство 38 может определять яркость в помещении, в котором находится головка 10 арматуры. С пульта 48 управления можно управлять функционированием головки 10 арматуры, а при необходимости и программировать ее. Для электропитания управляющее устройство 38 соединено с источником 50 напряжения, который может представлять собой, например, бытовую сеть переменного тока или аккумулятор. Управляющее устройство 38, в которое может быть встроен силовой электронный блок 36, фотодетектор 46 и пульт 48 управления могут быть пространственно удалены от остальных частей головки 10 арматуры, что показано штриховой линией 52. Такое пространственное разделение целесообразно, например, в случае, когда головка 10 арматуры вместе с ручкой образует душевую сетку.
Головка 10 арматуры, описанная выше со ссылкой на фиг.1-3, функционирует следующим образом.
Когда пользователь установил на пульте 48 управления требуемые расход и температуру воды, электромагнитный клапан 40 открывается, выпуская подготовленный смесителем (не показан) поток воды с заданными температурой и расходом. Смешанная вода, проходящая в обозначенном стрелками 54 направлении через электромагнитный клапан 40, приводит в действие проточный выключатель 44. Управляющее устройство 38 получает за счет этого информацию о том, что теперь вода будет вытекать из выпускных отверстий 15 головки 10 арматуры.
В первом режиме работы, который может быть установлен на пульте 48 управления, управляющее устройство 38 управляет светодиодами 24а, 24b, 24с таким образом, чтобы генерируемый ими свет был окрашен соответственно температуре воды. При этом фактическая температура воды передается в управляющее устройство 38 температурным датчиком 42. Цвет подсветки может выбираться, например, таким образом, чтобы при холодной воде излучаемый свет был синим, при горячей - красным, а при тепловатой - белым. При этом требуемая окраска света достигается аддитивным смешением цветов света, генерируемого светодиодами 24а, 24b, 24с.
С помощью фотодетектора 46 управляющее устройство 38 может определить, насколько ярким является окружающий свет. Чем ярче окружающий свет, тем выше должна быть интенсивность света, генерируемого светодиодами 24а, 24b, 24с. Только тогда можно гарантировать, что свет, генерируемый блоком 16 источников света, будет восприниматься пользователем.
Кроме того, светодиоды 24а, 24b, 24с генерируют свет только в том случае, когда проточный выключатель 44 регистрирует движение воды в изливе 12. Это препятствует включению подсветки до того, как вода потечет из выпускных отверстий 15, и возникновению от этого слепящих эффектов, мешающих пользователю.
Световой пучок смешанных цветов, генерируемый, или излучаемый, блоком 16 источников света, цилиндрически окружается выходящей струей смешанной воды и, таким образом, подсвечивает ее изнутри.
Выделяемая светодиодами 24а, 24b, 24с теплота передается через плату 22 на радиатор 20, который находится в непосредственном тепловом контакте с корпусом 11 головки 10 арматуры. Таким образом, эта теплота может отдаваться через радиатор 20 проходящей через головку 10 арматуры смешанной воде.
Во втором режиме работы, который может быть установлен на пульте 48 управления, пользователь может установить независимый от температуры воды цвет генерируемого светодиодами 24а, 24b, 24с света. Выбор этого цвета может осуществляться разными методами. Например, цвет может устанавливаться непосредственно на пульте 48 управления с помощью соответствующих элементов управления. Далее рассматривается такой вариант, что цвет хранится в транспондерной карте, которая может взаимодействовать с приемопередающей головкой в пульте 48 управления. Хранящийся в транспондерной карте цвет может быть произвольно выбран, например пользователем, или задан цветотерапевтом. В дополнение к этому решению или вместо него возможна также настройка цвета в зависимости от времени суток, от времени года или от погоды.