СВЕТОВОЙ ИСТОЧНИК СО СВЕТОДИОДАМИ, СВЕТОВОДОМ И ОТРАЖАТЕЛЕМ
LIGHT SOURCE WITH LIGHT-EMITTING DIODES, BEAMGUIDE AND REFLECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к области конструирования световых источников. В частности, настоящее изобретение относится к источнику на основе светоизлучающего диода (LED), который может быть приспособлен для переоборудования осветительных приборов, использующих световые источники на основе ламп накаливания, таких как электрические лампы.
Уровень техники
2
Традиционные световые источники на основе ламп накаливания преобразуют электрический ток в световое излучение за счет подачи тока к нити накаливания, обычно сделанной из вольфрама, это заставляет нить светиться. Нить обычно подвешивается вблизи от центра стеклянной электрической лампы, тем самым обеспечивается радиальное распределение светового излучения, которое может быть использовано для освещения, например, комнаты. Такие традиционные световые источники на основе ламп накаливания обычно используются в люстрах. Благодаря высокой яркости светящейся нити накаливания (порядка 1 Мкд/м), кристаллы в люстре сверкают, демонстрируя красивые световые эффекты. Однако срок службы световых источников на основе ламп накаливания обычно относительно короткий, обычно он ограничивается сроком службы нити. Кроме того, стеклянная электрическая лампа обычно становится очень горячей из-за высокой температуры нити накаливания, представляя потенциальную опасность воспламенения объектов, которые вступают в контакт со стеклянной электрической лампой.
Замена световых источников на основе ламп накаливания на световые источники на основе светодиодов, в общем, ослабляет или исключает перечисленные выше проблемы. Кроме того, такая замена дает значительное увеличение эффективности, т.е. светового потока, создаваемого световым источником, как отношение к количеству энергии (или мощности), требуемой для его получения. Однако большинство светодиодов способны излучать свет только в полусферу (телесный угол 2π стерадиан), в то время как световые источники на основе ламп накаливания, использующие светящуюся нить накаливания, обычно излучают свет равномерно в полную сферу (телесный угол 4π стерадиан).
Европейский патент 1610054 А2 описывает набор светодиодных ламп для использования в автомобилях, причем набор светодиодных ламп имеет центральный оптический световод для направления света, излучаемого множеством световых источников на основе светодиодов, к отражателю для проецирования боковых путей лучей под углом к оси световода.
Раскрытие изобретения
С точки зрения перечисленного выше целью настоящего изобретения является создание светового источника, который ослабляет или исключает проблемы, описанные выше.
Эти и другие цели полностью или частично достигаются с помощью светового источника в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением создается световой источник, включающий в себя световой модуль, содержащий, по меньшей мере, один светодиод, отражатель, расположенный так, что, по меньшей мере, часть светового излучения, падающего на отражатель, отражается, и передающий свет световод, имеющий входной конец, выходной конец и центральную часть между ними, причем световод вытянут вдоль осевого направления. Световой модуль располагается по соседству с входным концом для введения светового излучения в центральную часть световода. Световод сконструирован так, что его показатель преломления выше, чем показатель преломления внешней по отношению к световоду среды. Дополнительно, отражатель располагается по соседству с выходным концом и содержит отражающую поверхность, обращенную к выходному концу и закрывающую, по меньшей мере, часть выходного конца. Отражающая поверхность сконструирована так, что, по меньшей мере, часть отражающей поверхности представляет собой одну из поверхностей: вогнутую или выпуклую.
В контексте настоящего изобретения под терминами «вогнутая» и «выпуклая» понимается искривление или вогнутость внутрь и искривление или выпуклость наружу соответственно.
За счет конфигурации отражающей поверхности такого светового источника в соответствии с настоящим изобретением световое излучение, исходящее от источника, может иметь пространственное распределение интенсивности, которое будет по существу аналогично распределению световой интенсивности светового источника на основе лампы накаливания. Кроме того, за счет конкретного выбора вогнутой или выпуклой формы, по меньшей мере, части указанной отражающей поверхности световой поток от источника света может быть, например, по существу симметричным по отношению к плоскости, перпендикулярной осевому направлению, или асимметричным в зависимости от требований нужного применения света. Таким образом, с помощью настоящего изобретения может быть изготовлено большое количество световых источников, использующих светодиоды, причем каждый световой источник имеет характеристики световой интенсивности, адаптированные к конкретным нуждам пользователя и/или требованиям окружения светового источника.
В соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения световой источник приспособлен для переоборудования осветительных приборов, использующих световой источник на основе лампы накаливания. При такой конструкции создается световой источник, который преодолевает или ослабляет недостатки традиционных световых источников на основе ламп накаливания, как описано ранее, так же, как и обеспечивает значительное увеличение эффективности. Таким образом, настоящее изобретение улучшает оптическую эффективность традиционных световых источников.
В контексте настоящего изобретения под термином «переоборудование» подразумевается установка в световой прибор, обычно используемый для световых источников на основе ламп накаливания, такой как электрическая лампа с нитью накаливания, галогеновая лампа и т.п. Другими словами, под переоборудованием светового источника в соответствии с настоящим изобретением в осветительных приборах, использующих световой источник на основе лампы накаливания, понимается замена светового источника на основе лампы накаливания в световых приспособлениях на световой источник в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения отражатель содержит, по меньшей мере, одну передающую часть, расположенную таким образом, что, по меньшей мере, часть светового излучения, падающего на эту передающую часть, передается через отражатель. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения передающая часть содержит сквозное отверстие, расположенное вдоль оси. Например, ось может быть прямой осью, совпадающей с аксиальным направлением световода или параллельной ему. С помощью таких конфигураций световое излучение в световоде получает возможность выходить из светового источника, либо проходя через передающую часть (или сквозное отверстие), либо отражаясь на отражающей поверхности и затем покидая световод. За счет таких конфигураций может быть достигнута световая интенсивность, почти не зависящая от угла наблюдения (т.е. световая интенсивность, по существу не зависящая от угла наблюдения пользователем). Результирующее распределение световой интенсивности по существу аналогично распределению световой интенсивности светового источника на основе лампы накаливания. Другими словами, световой источник излучает свет по существу равномерно в полную сферу (телесный угол 4π стерадиан).
В соответствии с еще одним вариантом реализации настоящего изобретения световод содержит смешивающий цвета стержень, расположенный вдоль осевого направления, причем смешивающий цвета стержень содержит, по меньшей мере, часть центральной области световода. Смешивающий цвета стержень приспособлен для смешивания светового излучения от множества светодиодов в световом модуле и может иметь шестиугольное поперечное сечение. Таким образом, создается световой источник со светодиодами, расположенный так, что световое излучение от набора многоцветных светодиодов хорошо смешивается, когда оно достигает выходного конца смешивающего цвета стержня, и в результате световое излучение с хорошо смешанными цветами, имеющее распределение интенсивности, аналогичное распределению интенсивности светового источника на основе лампы накаливания, может выводиться из световода.
В соответствии с еще одним вариантом реализации настоящего изобретения на отражающей поверхности располагается, по меньшей мере, одна отражающая грань, так что, по меньшей мере, часть света, падающего на грань, отражается. Такая отражающая грань может использоваться для создания существенных изменений световой интенсивности в зависимости от угла наблюдения пользователем. Таким образом, при подобной конфигурации может быть создан световой источник, который создает световые эффекты сверкания, в сильной степени зависящие от угла наблюдения (т.е. имеющий световую интенсивность, которая значительно изменяется в зависимости от угла наблюдения).
2
2
В соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения отражающая поверхность содержит одно или более из следующего: металлическое покрытие, такое как алюминиевое покрытие, интерференционный фильтр, такой как мультислой из тонких слоев кремнезема SiO и ZrO, рассеивающее покрытие и люминесцирующее покрытие. Интерференционный фильтр может быть расположен так, что он медленно передает малую часть падающего на него света. За счет рассеивающих покрытий яркость светового источника может быть значительно снижена, что может требоваться при некотором применении для улучшения зрительного комфорта. При использовании металлического покрытия, такого как алюминиевое, получается относительно недорогостоящая поверхность с высокой степенью отражения.
В соответствии с еще одним вариантом реализации настоящего изобретения световой источник дополнительно включает в себя, по меньшей мере, один полупрозрачный кожух, по меньшей мере, частично окружающий отражатель. За счет такой конфигурации может быть улучшено оптическое представление (т.е. распределение световой интенсивности) или зрительный комфорт (например, уменьшение яркости). По меньшей мере, один полупрозрачный кожух может содержать рассеивающие свет элементы. Таким образом, яркость светового источника может быть уменьшена, и/или распределение световой интенсивности светового источника может быть выровнено.
Отметим, что такой полупрозрачный кожух также может использоваться для обеспечения улучшения декоративных качеств, поскольку он может быть расположен так, чтобы скрывать другие оптические элементы светового источника от взгляда пользователя. Например, при подходящей обработке поверхности полупрозрачный кожух может быть выполнен так, что он оказывается матовым, или необязательно, или в качестве альтернативы, полупрозрачный кожух может быть выполнен так, что он слегка окрашен за счет пигментов, распределенных в материале, из которого изготовлен полупрозрачный кожух.
В соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения световой источник дополнительно включает в себя основание, на котором располагается световой модуль, причем основание включает в себя электрический разъем, предназначенный для соединения с розеткой осветительного прибора или светового устройства. Основание дополнительно включает в себя электрическую схему, подсоединенную к электрическому разъему, причем электрическая схема предназначена для приема электрической энергии от электрического разъема и приведения в действие светового модуля с помощью электрической энергии. Таким образом, достигается простая установка светового источника в световое устройство или осветительное приспособление, обычно использующее световой источник на основе лампы накаливания. Световой источник может дополнительно включать в себя устройство теплоотвода, расположенное на базе, причем это устройство теплоотвода приспособлено для рассеивания тепла, генерируемого световым модулем. Таким образом, поверхности светового источника могут сохраняться относительно холодными, чтобы избежать ожогов пользователя, вызванных контактом со световым источником. Кроме того, срок службы светового источника может быть увеличен благодаря меньшему тепловому напряжению и/или тепловой деформации в компонентах светового источника.
Другие цели, особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания осуществления изобретения на основе прилагаемой формулы изобретения и сопровождающих чертежей.
В общем, все термины, используемые в формуле изобретения, должны интерпретироваться в соответствии с их обычным значением в данной области техники, за исключением терминов, подробно определяемых здесь по-другому. Все ссылки на «элемент [устройство, компонент, модуль, приспособление, этап] и т.п.» должны непосредственно интерпретироваться как относящиеся к, по меньшей мере, одному примеру указанного элемента, устройства, компонента, модуля, приспособления, этапа и т.п., за исключением случаев, когда явным образом указано обратное.
Отметим, что настоящее изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, упомянутых в формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Все описанное выше, а также дополнительные цели, особенности и преимущества настоящего изобретения станут лучше понятны из следующего иллюстративного и неограничивающего подробного описания предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, где одинаковые ссылочные позиции используются для идентичных или аналогичных элементов, где:
Фиг. 1 представляет схематичный вид приведенного в качестве примера варианта реализации настоящего изобретения;
Фиг. 1b представляет схематичный вид части приведенного в качестве примера варианта реализации настоящего изобретения, показанного на фиг. 1а;
Фиг. 2а представляет часть вида, показанного на фиг. 1b;
Фиг. 2b представляет пример профиля углового распределения интенсивности светового излучения в дальней зоне для света, выходящего из светового источника, соответствующего приведенному в качестве примера варианту реализации изобретения;
Фиг. 3а и 3b представляют схематичные виды других вариантов реализации настоящего изобретения, взятых в качестве примера, и связанные с ними профили интенсивности светового излучения;
Фиг. 4а представляет график, иллюстрирующий форму отражающей поверхности, в соответствии с приводимыми в качестве примеров вариантами реализации настоящего изобретения;
Фиг. 4b представляет приведенный в качестве примера профиль углового распределения интенсивности светового излучения в дальней зоне для света, выходящего из светового источника, соответствующего приведенному в качестве примера варианту реализации изобретения;
Фиг. 5а представляет схематичные виды другого варианта реализации настоящего изобретения;
Фиг. 5b представляет приведенный в качестве примера профиль углового распределения интенсивности светового излучения в дальней зоне для света, выходящего из светового источника, соответствующего приведенному в качестве примера варианту реализации изобретения;
Фиг. 6а представляет схематичные виды другого варианта реализации настоящего изобретения излучения;
Фиг. 6b представляет приведенный в качестве примера профиль углового распределения интенсивности светового излучения в дальней зоне для света, выходящего из светового источника, соответствующего приведенному в качестве примера варианту реализации изобретения;
Фиг. 7 представляет схематичные виды другого варианта реализации настоящего изобретения; и
Фиг. 8 представляет схематичный вид еще одного варианта реализации настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Различные приведенные в качестве примеров варианты реализации настоящего изобретения далее описаны в основном со ссылкой на световой источник, предназначенный для переоборудования осветительного прибора, обычно использующего источник света на основе лампы накаливания. Однако должно быть понятно, что заявленный световой источник не ограничивается приведенным в качестве примера случаем применения его для переоборудования, но, предпочтительно, может быть световым источником, имеющим разнообразное применение.
Фиг. 1а представляет схематичный вид поперечного сечения светового источника 1, иллюстрирующий приведенный в качестве примера вариант реализации настоящего изобретения, причем световой источник 1 предназначен для переоборудования осветительного прибора (не показан), обычно использующего световой источник на основе лампы накаливания, такой как электрическая лампа с нитью накаливания. Такой осветительный прибор может также быть галогенным осветительным прибором или тому подобным. Должно быть понятно, что в контексте настоящего изобретения под термином «переоборудование» понимается установка в световое устройство, обычно используемое для световых источников на основе ламп накаливания (т.е. замена светового источника на основе лампы накаливания, обычно используемого в осветительном приборе, световым источником, соответствующим настоящему изобретению).
Как проиллюстрировано на фиг. 1а, световой источник 1 может содержать чисто стеклянный кожух 2, внутри которого расположен так называемый дистанционный излучатель 3, который способен давать излучение, имеющее пространственное распределение интенсивности, аналогичное распределению интенсивности светового источника на основе лампы накаливания, такого как светящаяся нить накаливания, как будет описано в следующем описании. Дополнительно под термином «дистанционный излучатель» понимается излучающее свет устройство, содержащее один или более светодиод, световод и отражатель, в котором излучающая свет область одного или более светодиода по существу сдвинута или смещена к концу световода, на котором располагается отражатель. Световой источник 1 дополнительно может содержать основание 4, на котором располагается дистанционный излучатель 3 или к которому присоединяется дистанционный излучатель 3. Основание 4 может содержать электрический разъем 5, предпочтительно резьбовой, который выполнен с возможностью присоединения к розетке (не показана), предпочтительно имеющей резьбу, осветительного прибора (не показан), использующего световой источник на основе лампы накаливания, такой как электрическая лампа с нитью накаливания.
Фиг. 1b представляет схематичный вид сбоку поперечного сечения дистанционного излучателя 3, описанного со ссылкой на фиг. 1а, иллюстрирующий идею настоящего изобретения с помощью неограничивающего варианта реализации, приведенного в качестве примера. Как показано на фиг. 1b, дистанционный излучатель 3 содержит световой модуль 6, включающий в себя, по меньшей мере, один светодиод, который в этом примере содержит два светодиода, расположенных в полости 7, предпочтительно имеющей зеркально отражающие стенки. В соответствии с одним примером, полость имеет цилиндрическую форму, однако форма полости не ограничивается этим выбором. Должно быть понятно, что настоящее изобретение содержит в себе варианты реализации световых модулей 6, содержащих любое количество светодиодов. Например, световой модуль 6 может содержать отдельный светодиод большого размера, такой как Acriche LED от Seoul Semiconductors, или набор светодиодов, такой как LUXEON Rebel от Philips Lumileds.
Дистанционный излучатель 3 дополнительно содержит передающий световое излучение световод 8, имеющий входной конец 8а, выходной конец 8b и центральную область 8с между ними. Как показано на фиг. 1b, световой модуль 6 располагается по соседству с входным концом 8а для введения светового излучения в центральную область 8с. Как дополнительно проиллюстрировано на фиг. 1B, световод 8 может быть сконструирован таким образом, что он, в основном, располагается в осевом направлении.
Также предполагается, что световод 8 может слегка сужаться к входному концу 8а, т.е. размеры световода 8 в плоскости, определяемой осевым направлением, и поперечном направлении, перпендикулярном осевому направлению, могут последовательно увеличиваться вдоль осевого направления, по направлению к выходному концу 8b. В приведенном в качестве примера случае световода 8, имеющего цилиндрическую форму, это означало бы, что диаметр световода 8 последовательно увеличивается с расстоянием вдоль осевого направления по отношению к выходному концу 8b.
2
2
Дистанционный излучатель 3, кроме того, содержит отражатель 9, расположенный по соседству с выходным концом 8b, причем отражатель 9 сконструирован так, что, по меньшей мере, часть света, которая падает на отражатель 9, отражается. Доля света, отраженная от отражателя 9, зависит от отражательной способности отражателя. Отражатель 9, кроме того, расположен так, что он имеет отражательную поверхность 10, которая обращена к выходному концу 8b и закрывает, по меньшей мере, часть выходного конца 8b. Например, от 80% до 90% поверхности выходного конца 8b может быть закрыто отражающей поверхностью 10. С другой стороны, отражающая поверхность 10 может полностью закрывать поверхность выходного конца 8b. Отражающая поверхность 10 может, например, содержать один или более из следующих элементов: металлическое покрытие, такое как алюминиевое покрытие, интерференционный фильтр, такой как мультислой из тонких слоев SiO и ZrO, рассеивающее покрытие и люминесцирующее покрытие. Интерференционный фильтр или покрытие может располагаться таким образом, что он медленно передает малую часть падающего на него светового излучения. Например, интерференционное покрытие может быть сконструировано так, чтобы передавать приблизительно 4 % падающего на него света и отражать (зеркально) оставшуюся часть падающего на него света. За счет рассеивающих покрытий яркость светового источника 1 может быть значительно уменьшена, что может требоваться при некотором использовании для улучшения визуального комфорта. Такие рассеивающие покрытия также могут быть сделаны полупрозрачными.
Световод 8 может иметь цилиндрическую форму, хотя настоящее изобретение не ограничивается этим частным случаем. С другой стороны, любая геометрическая форма световода 8, подходящая для реализации функций и возможностей светового источника 1, считается находящейся в рамках настоящего изобретения. Световод 8 может быть изготовлен из вещества, выбранного из группы прозрачных полимеров, полимерных соединений, стекла, поликарбонатов, полиметилакрилатов, акриловых смол, других типов пластиков и их комбинаций.
Действие дистанционного излучателя 3 является следующим.
Световое излучение, выходящее из светодиодов в световом модуле 6, вводится (передается) в центральную область 8с световода 8. Обычно нет необходимости создавать коллимированный луч перед тем, как он входит в световод 8. Ясно, что малая часть светового излучения от светодиодов отражается на границе световода, на входном конце 8а, обычно приблизительно 4%, по сравнению с оставшейся частью излучения, которое вводится в центральную область 8с световода 8. Световое излучение в световоде 8 затем обычно передается вдоль световода 8 по направлению к выходному концу 8b.
Световод 8b предпочтительно сконструирован так, что показатель преломления световода 8 выше, чем показатель преломления среды, окружающей световод 8, где внешняя среда обычно представляет собой воздух, имеющий показатель преломления, приблизительно равный 1. Другими словами, световод 8 предпочтительно создается так, что он имеет более высокую оптическую плотность (показатель преломления), чем среда, внешняя по отношению к световоду 8. Обычно световод 8 конструируется так, что он имеет показатель преломления приблизительно 1,5 или выше, хотя он не ограничивается этим конкретным случаем. Передача света в световоде 8 основана на полном внутреннем отражении. Свет, проходящий по световоду 8, обычно не выходит из световода 8, когда он достигает границы между световодом 8 и внешней средой по отношению к световоду, если среда является оптически менее плотной, чем световод 8, а отражается назад в световод 8. С одной стороны, когда угол падения светового луча на указанную границу 8d больше, чем критический угол (т.е. угол падения, при котором световой луч преломляется таким образом, что он проходит вдоль граничной поверхности 8d), световое излучение отражается назад без потерь. С другой стороны, при уменьшении угла падения происходит увеличение части падающего светового излучения, передаваемой через граничную поверхность 8d из световода 8.
В контексте настоящего изобретения термин «внутренняя граничная поверхность» означает поверхность границы раздела между световодом 8 и непосредственным окружением дистанционного излучателя 3, причем поверхность имеет нормаль, обращенную внутрь, в световод 8.
В контексте настоящего изобретения термин «угол падения» означает угол между падающим на поверхность световым лучом и нормалью к поверхности в точке падения, если это не определено по-другому.
Когда световое излучение от светового модуля 6, таким образом, передаваемое по световоду 8, попадает на отражающую поверхность 10 отражателя 9, часть светового излучения отражается в зависимости от отражательной способности отражающей поверхности 10. Например, отражающая поверхность 10 может быть сконструирована таким образом, что она имеет коэффициент отражения, близкий к 1 или по существу равный 1. За счет формы отражающей поверхности 10, большая часть светового излучения, отраженного от отражающей поверхности 10, преломляется на границе раздела между световодом 8 и внешней средой по отношению к световоду 8, а именно внутренней граничной поверхностью 8d, и затем покидает световод 8. За счет особой формы отражающей поверхности 10 интенсивность светового излучения, которое выходит из световода 9 после отражения на отражающей поверхности 10, по существу аналогична интенсивности светового источника на основе лампы накаливания, как описывается далее более подробно.
0
Фиг. 2а представляет схематичный вид сбоку сечения приведенного в качестве примера варианта реализации в соответствии с настоящим изобретением, показывающий часть световода 8 и отражателя 9, в котором обозначена приведенная в качестве примера форма отражающей поверхности 10. Вариант реализации настоящего изобретения, проиллюстрированный на фиг. 2а, содержащий световод 8 в форме цилиндрического стержня, традиционно описывается с использованием координат (x,z), обозначенных на фиг. 2а, где r- радиус основания цилиндрического стержня вдоль оси x, и L - длина отражателя вдоль оси z. В этом приведенном в качестве примера варианте реализации ось z совпадает с осевым направлением, вдоль которого расположен световод 8.
Фиг. 2b представляет приведенный в качестве примера профиль углового распределения интенсивности в дальней зоне I(θ, φ) светового излучения, выходящего из световода 8, где θ представляет собой полярный угол по отношению к оси z, и φ представляет собой азимутальную координату в плоскости x,y по отношению к оси z. Полная трехмерная интенсивность представляет собой поверхность вращения вокруг оси z (в этом приведенном в качестве примера случае создается тор вокруг оси z).
Профиль интенсивности, показанный на фиг. 2b, был получен при моделировании варианта реализации настоящего изобретения, описанного со ссылкой на фиг. 2а, с использованием прикладного программного продукта LightTools, версия 6.1.0. Должно быть понятно, что любой другой профиль интенсивности, представленный на прилагаемых чертежах, где профиль интенсивности связан с конкретным вариантом реализации настоящего изобретения, формируется аналогичным способом, если не указано иначе.
Фиг. 3а и 3b иллюстрируют два приведенных в качестве примеров варианта реализации настоящего изобретения.
В соответствии с вариантом реализации, проиллюстрированным на фиг. 3а, отражатель 9 имеет отражающую поверхность 10, обращенную к выходному концу световода 8. Отражающая поверхность 10, таким образом, имеет нормаль n, направленную к выходному концу световода 8, как показано на фиг. 3а и 3b. В соответствии с примером, проиллюстрированным на фиг. 3а, отражательная поверхность 10 расположена так, что, по меньшей мере, часть отражательной поверхности 10 является выпуклой, т.е. выступающей наружу (по направлению к внутренней граничной поверхности 8d световода 8).
В соответствии с вариантом реализации, проиллюстрированном на фиг. 3b, отражательная поверхность 10 сконструирована таким образом, что, по меньшей мере, часть отражательной поверхности является вогнутой, т.е. искривленной внутрь (в сторону от внутренней граничной поверхности 8d световода 8).
Также фиг. 3а и 3b показывают профили световой интенсивности, связанные с вариантами реализации, описанными со ссылкой на фиг. 3а и 3b соответственно, которые являются по существу симметричными по отношению к горизонтальной оси x и симметричными относительно вращения по отношению к осевому направлению (вдоль оси z). Это аналогично профилю световой интенсивности, показанному на фиг. 2b.
1
2
3
Фиг. 4а представляет собой график, показывающий формы отражающих поверхностей 10, связанных с профилями интенсивности на фиг. 3а (кривая 11), фиг. 3b (кривая 12) и фиг. 4b (кривая 13) соответственно, как проецируется на xz-плоскость (фиг. 2а). Как можно видеть из фигуры 4b, отражающая поверхность 10, имеющая форму, которая может быть описана кривой, обозначенной числом 13, дает в результате асимметричное распределение световой интенсивности по отношению к горизонтальной оси x. L, Lи L соответствуют длине L, обозначенной на фиг. 2а, для вариантов реализации, проиллюстрированных на фиг. 3а, 3b и 4b соответственно.
С помощью других приведенных в качестве примера вариантов реализации настоящего изобретения распределение световой интенсивности не ограничивается распределениями световой интенсивности, показанными на фиг. 2b, 3а-b и 4b. В этом отношении фиг. 5а иллюстрирует другой приведенный в качестве примера вариант реализации настоящего изобретения, где отражатель 9 имеет отражающую поверхность 10, сконструированную так, что часть отражающей поверхности 10 (когда отражающая поверхность 10 проецируется на плоскость, определяемую осевым направлением и поперечным направлением, перпендикулярным осевому направлению в случае xz-плоскости) является вогнутой. Также рассматривается вариант, когда отражающая поверхность 10 может быть сконструирована так, что часть отражающей поверхности 10 (когда отражающая поверхность 10 проецируется на плоскость, определяемую осевым направлением и поперечным направлением, перпендикулярным осевому направлению) является вогнутой. Как дополнительно проиллюстрировано на фиг. 5а, отражатель 9 дополнительно содержит передающую часть 14, сконструированную так, что, по меньшей мере, часть света, падающего на передающую часть 14, передается через отражатель 9. В дополнение к световому излучению, отраженному на отражающей поверхности 10 и последовательно выходящему из световода 8, некоторая часть светового излучения из световода 8 может выходить из светового источника за счет прохождения через передающую часть 14. При такой конфигурации может быть получена световая интенсивность, почти не зависящая от угла наблюдения, как проиллюстрировано на фиг. 5b, которая показывает профиль световой интенсивности углового распределения интенсивности в дальней зоне для светового излучения, выходящего из световода, связанного с вариантом реализации, проиллюстрированным на фиг. 5а. Например, передающая часть 14 может быть частью отражателя 9, которая не покрыта отражающим материалом. Передающая часть 14 также может содержать сквозное отверстие 14, проходящее вдоль осевого направления (ось z). Ясно, что сквозное отверстие 14 может также проходить вдоль оси, которая расположена под углом к осевому направлению. Ось, вдоль которой проходит сквозное отверстие 14, предпочтительно является прямой, хотя могут рассматриваться сквозные отверстия, которые искривляются в некоторой степени. Любые из ранее описанных вариантов реализации и варианты реализации, описанные далее, могут сочетаться с такой передающей частью 14 или сквозным отверстием 14.
Фиг. 6а иллюстрирует еще один приведенный в качестве примера вариант реализации настоящего изобретения, в котором отражающая поверхность 10 обеспечена отражающей гранью 15, расположенной так, что, по меньшей мере, часть света, падающего на грань 15, отражается. Любые из световых источников, описанных в предыдущих и последующих вариантах реализации, могут содержать такую отражающую грань 15. Кроме того, ясно, что другие варианты реализации, описывающие световые источники, содержащие любое подходящее количество граней, также находятся в рамках настоящего изобретения. Такая грань 15 может использоваться для создания существенных вариаций интенсивности в зависимости от угла наблюдения пользователем, как отмечено на фиг. 6b, которая показывает профиль углового распределения интенсивности в дальней зоне для светового излучения, выходящего из световода 8, связанного с вариантом реализации, показанным на фиг. 6а. При такой конструкции возможно создание существенных пространственных вариаций интенсивности, световой источник со светодиодами может быть сконструирован с улучшением зависящих от угла наблюдения эффектов сверкания в осветительном приборе (например, люстре).
Фиг. 7 иллюстрирует еще один приведенный в качестве примера вариант реализации настоящего изобретения, в котором световой источник содержит смешивающий цвета стержень, проходящий вдоль осевого направления (в проиллюстрированном варианте реализации вдоль оси z), для смешивания света от множества световых источников в световом модуле, включенном в резонатор 7, излучающих свет, и, в основном, имеющих цвета, отличающиеся друг от друга (например, светодиод с холодным белым светом и с желтым светом). В соответствии с приведенным в качестве примера вариантом реализации, проиллюстрированном на фиг. 7, смешивающий цвета стержень 16 имеет шестиугольное поперечное сечение, при наблюдении в плоскости xy. Также рассматривается вариант, когда смешивающий цвета стержень 16 может иметь квадратное поперечное сечение при наблюдении в плоскости, перпендикулярной осевому направлению (например, в плоскости xy). Оба так называемые шестиугольный и квадратный смешивающие цвета стержни являются очень эффективными для смешивания света разных цветов. Предпочтительно, величина смешивающего цвета стержня 16 вдоль осевого направления такова, что свет от множества цветных источников хорошо смешивается, когда он достигает выходного конца смешивающего цвета стержня 16, так что хорошо смешанное световое излучение может выводиться из световода после отражения от отражателя 9. Ясно, что любой из описанных ранее вариантов реализации, и варианты реализации, описанные далее, могут сочетаться с шестиугольным смешивающим цвета стержнем 16.
Фиг. 8 иллюстрирует еще один приведенный в качестве примера вариант реализации настоящего изобретения, в котором любые из световых источников, описанных в предыдущих вариантах реализации, могут совмещаться с одним или более полупрозрачным кожухом 17, по меньшей мере, частично окружающим отражатель 9. Например, полупрозрачный кожух 17 может содержать полую сферу, такую как показанная на фиг. 8. С другой стороны, но необязательно, световой источник 1 может содержать чисто стеклянный кожух или электрическую лампу, внутри которой располагается дистанционный излучатель, такой как показанный на фиг. 1а. Полая сфера, такая как показанная на фиг. 8, как и любой другой полупрозрачный кожух 17, может быть удобно использована для улучшения оптического представления (т.е. распределения световой интенсивности) или зрительного комфорта (например, уменьшения яркости). Дополнительно, полупрозрачный кожух 17 может быть снабжен рассеивающими элементами для того, например, чтобы уменьшить яркость и выровнять распределение световой интенсивности. Конечно, полупрозрачный кожух 17 также может быть использован для создания декоративного улучшения, т.е. он может быть расположен так, чтобы скрывать другие оптические элементы от пользователя. Например, при подходящей обработке поверхности полупрозрачный кожух 17 может быть выполнен так, что он оказывается матовым, или дополнительно, или в качестве альтернативы, полупрозрачный кожух 17 может быть выполнен так, что он слегка окрашен за счет пигментов, распределенных в материале, из которого изготовлен полупрозрачный кожух 17, например чистого полимера.
Описанные выше варианты реализации могут быть сконструированы так, что помимо соответствующих преимуществ, связанных с ними, каждый вариант может обеспечивать большую оптическую эффективность (т.е. отношение светового потока, выходящего из светового источника, и первоначальной величины установленного светового потока). В предположении, что каждая отражающая поверхность 10 имеет коэффициент отражения 1, и что поверхность, на которой располагается каждый световой модуль, имеет коэффициент отражения 0, результирующая оптическая эффективность η для каждого варианта реализации, обозначенного на фиг. 3а, 3b, 4b, 5b и 6b, становится такой, как показана на соответствующих чертежах. При этих предположениях, по существу, все оптические потери относятся к оптическим потерям на входном конце 8а световода 8.
Итак, настоящее изобретение относится к световому источнику со светодиодами, который может быть приспособлен для переоборудования осветительного прибора, использующего световой источник на основе лампы накаливания. Световой источник содержит световод, в который вводится световое излучение от одного или более светодиодов в световом модуле, расположенном на одном конце световода, и отражатель, имеющий отражающую поверхность, расположенный на другом конце световода и обращенный к световоду, способный отражать свет, падающий на отражающую поверхность. В соответствии с настоящим изобретением отражающая поверхность может быть сконструирована с помощью ряда способов таким образом, чтобы обеспечивать пространственное распределение интенсивности света, излучаемое световым источником, аналогичное распределению интенсивности светового источника на основе лампы накаливания.
Настоящее изобретение, в основном, было описано выше со ссылкой на несколько вариантов реализации. Однако, как легко понять специалисту в данной области техники, другие варианты реализации, отличные от тех, которые были описаны выше, в равной степени являются возможными в рамках настоящего изобретения, как определяется с помощью прилагаемой формулы изобретения.