ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к осветительным устройствам, преимущественно, используемым в различных приборах в качестве подсветки.
Одним из основных конструктивных элементов любого осветительного устройства является отражатель. Форма отражателя должна обеспечивать максимальное использование световой энергии, излучаемой источником. В реальности любой источник излучения не является точечным, он имеет определенную геометрическую форму. Как правило, часть отраженного светового потока перекрывается телом свечения. Под телом свечения в светотехнике принято понимать такую трехмерную область в пределах источника света, что свет, испускаемый источником, исходит с поверхности этой области, а также, возможно, изнутри нее. Телом свечения лампы накаливания является раскаленная нить. Телом свечения дуговой лампы является область дугового разряда между электродами. Телом свечения газоразрядной лампы является область газового разряда. Телом свечения светоизлучающего диода является область полупроводникового кристалла в окрестности р-n перехода, в которой происходит рекомбинация носителей. Телом свечения люминесцентной лампы является внутренняя поверхность ее колбы. В результате описанного перекрытия часть световой энергии возвращается назад в источник. Определенная доля этой энергии переизлучается источником и может быть использована для освещения, оставшаяся же ее часть теряется.
Известно осветительное устройство в соответствии с патентом SU 1819339, публ. 30.05.1993 г., МПК5 F21V 7/00. Осветительное устройство содержит источник света, установленный в фокусе отражателя, имеющего форму поверхности, образованной вращением части параболы. Известное устройство решает задачу обеспечения плоско-параллельной направленности светового потока. Однако, за счет отличия формы источника от точечной, часть световой энергии отражается назад в источник и теряется.
Известна осветительная система в соответствии с международной заявкой WO2007/105149, публ.20.09.2007 г., МПК8 G02B 5/10. Известная осветительная система содержит несколько продольно вытянутых источников света, установленных преимущественно параллельно друг другу, каждый из которых имеет отражатель, имеющий симметричную форму с криволинейным участком, размещенным со стороны светильника, противоположной освещаемой поверхности. Криволинейный участок выполнен в соответствии с условием перпендикулярности касательной к поверхности источника по отношению к касательной к поверхности отражателя. Данное известное устройство решает задачу повышения эффективности использования излучаемой световой энергии только для продольно вытянутых тел свечения, причем равномерность освещенности обеспечивается только в единственной близко расположенной плоскости. Таким образом, известное техническое решение может быть применено для решения узкого класса светотехнических задач, на который он ориентирован.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании осветительного устройства с различными типами тел свечения, максимально использующего излучаемую световую энергию за счет исключения ее возврата назад в излучатель.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение уровня освещенности рабочей поверхности.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в осветительном устройстве, содержащем, по меньшей мере, один источник света с телом свечения и отражатель, в соответствии с заявленной полезной моделью, отражатель имеет форму, нормаль к любой точке поверхности которой не пересекает тело свечения.
Выполнение данного условия при проектировании формы отражателя позволяет обеспечить такой ход лучей от тела свечения, при котором все отраженные лучи не будут попадать обратно в излучатель независимо от его формы. Точные гeoмeтpичecкиe параметры поверхности отражателя определяются расчетным путем.
На чертеже схематически представлен ход лучей в осветительном устройстве с отражателем, выполненном в соответствии с заявленным условием. Данная схема является одним из возможных примеров реализации устройства.
Устройство содержит источник 1 с телом свечения сферической формы с отражателем 2. Отражатель 2 представляет собой тело вращения и состоит из двух сегментов: обозначенный 2" имеет поперечное сечение в виде части параболы с телом свечения, находящимся в ее фокусе, а обозначенный 2′ - в виде эвольвенты. Тело свечения целиком находится внутри производящей окружности эвольвенты. Сегмент отражателя 2′, имеющий поперечное сечение в виде эвольвенты, расположен с противоположной от освещаемой поверхности стороны источника 1. Нормаль АО, построенная к сегменту поверхности отражателя 2′ в произвольной точке А, не пересекает тело свечения. Световой луч из произвольной точки В на поверхности тела свечения излучателя 1 приходит в точку А под углом α к нормали АО. Этот луч отражается под тем же углом α к нормали АО и выходит из светильника в направлении АВ′. Точки А, В, В′, О лежат в единой плоскости распространения прямого и отраженного лучей. Нормаль АО делит эту плоскость на две полуплоскости. Поскольку нормаль к любой точке поверхности сегмента отражателя 2′ не пересекает тело свечения, то тело свечения находится в одной из указанных полуплоскостей, а отраженный луч АВ′ - в другой. Поэтому попадание отраженного луча назад в источник исключено.
Линия раздела между сегментами 2′ и 2" выбрана таким образом, что для всех точек параболического сегмента нормаль к его поверхности также не пересекает тела свечения. На чертеже показана такая нормаль DO′. Луч CD из центра С тела свечения, являющегося фокусом параболы, при отражении от параболического сегмента в точке D выходят из отражателя в направлении точки Е параллельно оси симметрии отражателя.
При выполнении заявленного условия расположения нормали для всех точек тела свечения и отражающей поверхности исключается отражение излучения назад в тело свечения и связанные с этим потери световой энергии.
Аналогичным образом осуществляется построение отражателя в том случае, когда источник света имеет тело свечения в виде трубки круглого сечения. Фронтальный разрез такого осветительного устройства будет совпадать с рассмотренным.
В описанном варианте реализации полезной модели, эвольвента является примером кривой, нормаль к которой не пересекает тело свечения, если оно целиком находится внутри ее производящей окружности. Однако, множество поверхностей, удовлетворяющих заявленному условию, не ограничивается поверхностями, производными от эвольвенты. На фиг.2 изображен один из возможных вариантов реализации полезной модели, в котором отражатель образован плоскими сегментами. Источник 1 представляет собой трубчатую люминесцентную лампу, а отражатель 2 согнут из листа металла, обладающего высоким коэффициентом отражения - например, алюминия. В поперечном сечении отражатель имеет форму ломаной линии, состоящей из отрезков прямых. Подобная форма является простой и технологичной в изготовлении. Расположение и размеры отрезков ломаной выбраны таким образом, чтобы нормаль к каждому из отрезков не пересекала тело свечения излучателя. Свет от источника 1, отражаясь от отражателя 2, не возвращается назад в источник.
В современной светотехнике, при автоматизированном конструировании формы поверхности отражателя обычно применяется общий критерий в виде требуемого распределения освещенности на освещаемой поверхности. Совместно с таким критерием, заявленное условие должно использоваться в качестве ограничения, то есть форма поверхности должна синтезироваться для достижения требуемого распределения освещенности, но при этом нормаль к ней не должна пересекать тело свечения.
При конструктивной реализации осветительного устройства, в дополнение к поверхности, определенной в соответствии с заявленным условием, может возникнуть необходимость введения дополнительных элементов формы отражателя, таких как крепежные элементы, технологически обусловленные закругления на местах острых кромок и на сопряжениях сегментов поверхности отражателя друг с другом. Часть световой энергии, отражаемой от этих, дополнительных элементов формы отражателя, может возвращаться в источник света. Однако, как правило, возможно сконструировать эти дополнительные элементы таким образом, чтобы доля световой энергии, отражаемая этими элементами, была бы пренебрежимо малой по сравнению с общей световой энергией, отражаемой отражателем. В этом случае наличие дополнительных элементов формы отражателя не оказывает влияния на технический результат полезной модели.
В источниках света сложной конструкции, например, многонитевых лампах накаливания, может быть несколько тел свечения. Для таких источников, заявленное условие не может быть использовано непосредственно. Тем не менее, если построить воображаемую область, охватывающую все имеющиеся в источнике тела свечения, и рассматривать ее в качестве единого тела свечения, то заявленное условие обеспечивает исключение возврата световой энергии назад в источник.
После первого отражения от поверхности отражателя 2, при определенной форме отражателя луч может повторно попасть на отражающую поверхность и претерпеть повторное отражение. Результатом повторного отражения может быть выход луча за пределы отражателя, возврат энергии в источник, а также дополнительное отражение. Заявленное условие само по себе не позволяет исключить возврат энергии в источник при повторных отражениях. При конструировании отражателя необходимо следить, чтобы не возникало возврата энергии в источник при втором и последующих отражениях.
В осветительном устройстве могут быть применены несколько источников света, для каждого из которых имеется соответствующая часть поверхности отражателя, нормаль к которой не пересекает тело свечения данного источника света. Излучение источника отражается от соответствующей части поверхности отражателя без возврата энергии назад в источник. Таким образом, могут быть реализованы осветительные устройства увеличенной мощности.
На фиг.3 представлен вариант реализации полезной модели, в котором используются три источника в виде трубчатых люминесцентных ламп 1a, 1b и 1с. Отражатель состоит из трех одинаковых сегментов 2а, 2b и 2с, каждый из которых идентичен отражателю, изображенному на фиг.2. Заявленное условие выполняется для источника 1а в паре с сегментом 2а, источника 1b в паре с сегментом 2b и источника 1с в паре с сегментом 2с. Свет каждого из источников после отражения от отражателя не возвращается назад в источник. Подобное устройство может применяться в качестве многолампового потолочного светильника.