ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С МУЛЬТИЛИНЗОЙ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА

Область применения
Полезная модель относится к области светотехники, а именно, к оптическим элементам светодиодных светильников для массового применения, в частности, для уличного освещения дорог, трасс, автомагистралей и площадей.
Описание уровня техники
Большинство светодиодов в настоящее время изготавливается без первичной оптики - внешней пластиковой линзы. Делается это, прежде всего по причине того, что первичная оптика не всегда удовлетворяет изготовителя светильников, исходящего из требований современного светотехники и желающего получить более комфортное освещение в конкретных условиях применения светильников.
Поэтому, для расширения возможностей использования светодиодов, учитывающее необходимое для потребителя распределение светового потока, в изготовлении современных светильников применяется вторичная оптика. Она представляет из себя линзы, сделанные из поликарбоната, либо из полиметилметакрилата либо из кремнийорганических соединений для установки в светильниках как с одиночными светодиодами, так и со светодиодными модулями. Для формирования необходимого распределения светового потока, линзы вторичной оптики должны быть точно размещены относительно светодиодного кристалла и состоят из блоков линз (мультилинзы), накрывающих собой всю плату, что гораздо экономичнее по времени и значительно дешевле при производстве.
Известна осветительная конструкция с возможностью замены или удаления линз без использования дополнительных инструментов по патенту США US 9016892, используемая, в частности для уличных светильников. Где конструкция содержит корпус с центральным каналом драйвера, предназначенного для управления одного или нескольких светодиодов, расположенных за пределами канала драйвера, при этом боковые пазы корпуса, сконфигурированы для приема и закрепления линз. Линза может включать в себя цветной фильтр, который изменяет цвет видимого излучаемого света, излучаемого из осветительной конструкции 100. Кроме того, линза может включать в себя функцию оттенка света, что вызывает уменьшение интенсивности (например, уменьшает яркость и т.д.). Другой -альтернативой является то, что линза может включать направленную функцию, которая направляет свет в направлении выбранного места. Таким образом, линзы позволяют легко настраиваться без необходимости менять светодиоды (например, светодиодные полосы 160). Данное решение предполагает использование системы крепления линз на основе системы фланцев, пазов и вырезов для предотвращения бокового или вертикального перемещения линзы относительно линейки светодиодов.
Данное решение, которое можно использовать в уличных светильниках, раскрывает, прежде всего, оригинальную диаграмму светограспределения, систему организации линз в одну деталь.
Известен светодиодный светильник с цилиндрическими линзами по заявке США US 2015/0124458. Где светильник содержит модуль с множеством светодиодов, распределенных по поверхности модуля в виде продольных и поперечных рядов. При этом, светильник дополнительно содержит оптическую систему (5, 8) для формирования пучков света, излучаемого светодиодами (3), в том числе, по меньшей мере,, одну первую систему цилиндрических линз (9), которая расположена в продольном направление (L), при этом свет, светодиодов (3) из первого ряда из множества рядов (R) направляется на линию на поверхности мишени первой системы цилиндрических линз (9). Такая же система линз предусмотрена и для второго ряда светодиодов и т.д., при этом пучок света приходится на одну линию поверхности мишени. Кроме того, светильник содержит первичную оптическую систему (5) для группирования излучаемого света, в котором первичная оптическая система (5) содержит множество линз (6), которые расположены непосредственно на множестве светодиодов (3). Использование цилиндрических Линз, которые охватывают множество светодиодов, позволяют эффективным образом добиться равномерного фокусирования света отдельных светодиодов.
Недостатком решения является использование цилиндрических линз. Однако эта конфигурация не может равномерно рассеивать свет по освещаемой области, поскольку излученный свет управляется только по одному направлению.
Известно решение светодиодного светильника по патенту на полезную модель №102749, направленное, в частности, на повышение интенсивности светового потока, где интегрированные в прозрачную панель 5 оптические линзы 6, при этом линзы могут быть одинаковыми по всему полю панели или быть сгруппированными в зоны по различным параметрам - светосиле линз, их геометрии и т.д. В зависимости от условий и целей эксплуатации светильника линзы 6 могут быть различной геометрии: двояковыпуклые, плоско-выпуклые, вогнуто-выпуклые, двояковогнутые, плоско-вогнутые, выпукло-вогнутые. Это позволяет обеспечить различные виды и формы освещения: направленную концентрацию светового потока или рассеянное освещение рабочей зоны. Для обеспечения точного совпадения оптических осей светодиодов 4 и линз 6 плата светодиодов 3 имеет направляющие, которые входят в пазы световой панели 5. Для обеспечения защиты от попадания влаги и пыли в пространство между корпусом 1, теплопроводной прокладкой 2, печатной платой 3 со светодиодами 4 и прозрачной панелью 5, их герметизируют по торцам периметра теплопроводным компаундом.
Недостатками решения являются: сложность конструкции, сложность герметизации, элементарная геометрия линз, образующих простые симметричные диаграммы, не подходящие для освещения крупных магистралей, дорог и автрострад.
Известны устройства, 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 (публикация патентной заявки Японии №2008-084696).
Известно Осветительное устройство, подтвержденное патентом РФ №2470221, по заявке РСТ WO 2010/013672. Устройство содержит удлиненное плоское основание (2), большое число полупроводниковых источников (3) света, расположенных на плоском основании в продольном направлении плоского основания, и линзовую пластину (4), расположенную перед полупроводниковыми источниками света.
Линзовая пластина содержит линзовую поверхность падения света, обращенную к полупроводниковым источникам света, и линзовую поверхность излучения света. Линзовая пластина изготовлена из оптически прозрачного материала, предпочтительно из пластмассы, такой как поликарбонат или акрил. С оптическим коэффициентом пропускания прохождения света, излучаемого полупроводниковыми источниками, до 100%.
Линзовая пластина имеет линзовую секцию, образованную на поверхности падения света, распределяющую свет, излучаемый полупроводниковыми источниками света в продольном направлении и вторую линзовую секцию, образованную на другой линзовой поверхности падения света, распределяющую свет, излученный полупроводниковыми источниками света, в направлении ширины.
Первая линзовая секция имеет линзовые блоки 12, расположенные через заданные интервалы, при этом линзовый блок содержит призмы 5 и блок с криволинейной поверхностью 8, которая состоит из двух или более смежных секций. Вторая линзовая секция имеет цилиндрическую линзу 9, образованную на линзовой поверхности излучения света. Цилиндрическая линза имеет выпуклую и вогнутую части, образованные в направлении ширины, которое перпендикулярно продольному направлению линзовой пластины.
Известное 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.
Недостатками решения линзовой пластины являются: 2 разных типа линз для формирования одной диаграммы.
По совокупности существенных признаков наиболее близким к заявленной полезной модели является решение по патенту на полезную модель №139022, где стекло для светильника имеет вогнутую форму, выполнено из прозрачного в видимой области спектра материала, содержит линзы, объединенные, по меньшей мере, в две пары параллельных друг другу рядов, при этом стекло также имеет ребра жесткости, кромку для ее фиксации на корпусе светильника.
Сущность изобретения
Основным отличием заявленного решения от указанного патента является, что оптическая система с мультилинзой содержит линзы, объединенные, по меньшей мере, в две пары параллельных друг другу рядов со смещением линз в рядах.
Техническим результатом, на достижение которого заявляемое решение является обеспечения светового потока с заданной яркостью, силой света и освещенности объектов при неизменной форме кривой силы света.
Указанный технический результат достигается при использовании в светодиодном светильнике оптической системы из прозрачного в видимой области спектра материала, которая выполнена в виде протяженного тела с трапециевидной выемкой, в нижней плоскости которой сформирована мультилинза, где отдельные линзы, объединены, по меньшей мере, в две пары параллельных рядов, при этом линзы выполнены с заданной внутренней и внешней геометрией и сгруппированы в матрицу на равноудаленном расстоянии друг от друга и со смещением в соседних рядах.
:
Боковые стороны протяженного тела, с выполненными по периметру крепежными отверстиями, предназначены для фиксации в корпусе светильника с помощью, например установочных элементов. При этом кромка верхнего периметра протяженного тела предназначена для нанесения герметизирующего состава для предохранения от внешних воздействий. Равномерно по поверхности мультилинзы выполнены крепежные отверстия для правильной ориентации и фиксации относительно светодиодного модуля. В трапециевидной выемке сформирован выступающий призматический объем для размещения контактов светильника, внешняя поверхность объема может использоваться для размещения товарной информации, например, названия производителя. Оптическая система выполнена из поликарбоната, либо из полиметилметакрилата либо из кремнийорганических соединений
Заявляемое решение проиллюстрировано на фиг. 1-5:
Фиг. 1 - Перспективное изображение, схематически показывающее оптическую систему с мультилинзой.
Фиг. 2 Проекционные виды оптической системы в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 3. График распределения интенсивности света в декартовой системе координат, кд (град)
Фиг. 4 График распределения интенсивности света в полярной системе координат, кд (град)
Фиг. 5 График распределения освещенности поверхности, лк, где параметры листа:
Длина L=65 м; Ширина В=65 м; Расстояние до источника света R=10 м.
Оптическая система с мультилинзой работает следующим образом.
Оптическая система с мультилинзой 1, расположенной в трапециевидной выемке, стенки которой 2 играют роль отражателя, крепится в корпусе светильника, причем боковые стороны 7, с выполненными по периметру крепежными отверстиями 8, фиксируются с помощью метизов.
Кромка верхнего периметра 4 предназначена для нанесения герметизирующего состава для предохранения от внешних воздействий, например, влаги и пыли.
Линзы 3 оптической системы должны располагаться строго над светодиодной матрицей светильника. Крепежные отверстия (5) равномерно распределены по поверхности мультилинзы и предназначены для строгого и точного позиционирования ее в корпусе светильника относительно каждого из светодиодов.
В трапециевидной выемке сформирован в материале оптической системы выступающий призматический объем 6 для размещения контактов светильника, внешняя поверхность объема может использоваться для размещения товарной информации, например, названия производителя.
Использование качественного оптического материала для производства оптической системы позволяет исключить нагрев светодиодной платы и самой мультилинзы энергией светового потока в виду высокого коэффициента светопропускаемости.
Отдельные оптические элементы - линзы 3 в трапециевидной выемке сгруппированы в матрицу, отвечающей матрице светодиодов, и расположены на равноудаленном расстоянии друг от друга с так называемым «смещением в рядах». Линзы имеют сложную внутреннюю и внешнюю геометрию и позволяют создать необходимую диаграмму распределения светового потока, представленную на фиг. 3-5. Каждая из линз формирует одну и ту же диаграмму и распределяет свет во всех направлениях. От количества одинаковых линз в оптическом элементе зависит увеличение светового потока, яркости, силы света и освещенности объектов, оставляя форму кривой силы света неизменной.
Спроектированная модель позиционирования оптических элементов в оптической системе в виде мультилинзы, с так называемым «смещением в рядах», позволяет добиться оптимального уровня яркостной равномерности, отраженной от освещаемой поверхности, а так же устранить возникающий, в случае прямого взгляда на источник света, слепящий эффект. Входящие в состав мультилинзы отдельные одиночные линзы, позволяют добиться нужной кривой силы света идеально подходящей для дорог и автомагистралей высших классов А и Б. Любое изменение внутренней и внешней геометрии мультилинзы и ее оптических и конструктивных элементов существенно изменит кривую силу света и остальные основные фотометрические характеристики осветительного прибора.
Данную конструкцию можно применять в светильниках и в других отраслях, например, промышленная, декоративная, рекламная подсветка.